高炉煤气除尘净化毕业设计Word格式文档下载.docx

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一是开发和节约并重，二是技术改造和结构改革要以节能为重点。

近年来，由于冶金行业产量大幅增长，这使得能源需求不断增加，然问题在于一次能源是有限的。

为此寻求可用的二次能源成为解决能源问题关键。

我国钢铁工业的能源构成情况大致如下：

煤72.2%、电20.25%、重油6.4%、天然气1.15%[1]。

在以煤为主的能源结构中，毫无疑问，副产煤气则是解决能源问题的关键。

为此，如何充分回收与利用副产煤气，在钢铁企业能耗平衡中占有重要的地位。

高炉煤气是钢铁企业重要的二次能源,本课题主要研究高炉煤气的净化与应用。

1.2课题来源、背景及研究对象

1.2.1课题来源

“高炉煤气净化及净化后的高炉煤气合成氨”的研究应用

1.2.2昆钢6#高炉煤气净化和应用现状

目前，昆钢6#高炉煤气主要采用湿法除尘技术对噶路煤气进行净化，净化后的高炉煤气用作热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料使用。

存在的问题主要有以下两方面：

①利用湿法除尘技术处理高炉煤气，其出口温度较低，且含湿量较大，作为燃料燃烧存在一定热量的浪费；

②采用湿法除尘耗水量较大，且污水需进行净化处理。

③高炉煤气中的有效燃烧气分含量较低（CO、CH4、H2），一般仅占30%左右，热值为3200～4000KJ/Nm3，作为燃料使用热值低。

1.2.3研究对象

本次毕业设计以高炉煤气为载体，选择合适的除尘工艺，最大限度的净化高炉煤气，科学控制高炉煤气的含尘量，使下游用户安全使用，并降低对环境的污染。

1.3项目意义

高炉煤气虽然CO含量低（24%～28%），但是产生量很大，其潜含有巨大的能源资源，每吨焦炭产高炉煤气3500～3600m3，换算为CO量为840～1008m3。

然而，高炉荒煤气中高粉尘含量和含水率，这直接影响了高炉煤气的利用。

若直接向环境排放,将会造成区域生态环境的破坏；

但若将高炉煤气除尘后循环利用,既能降低钢铁生产的能耗，也是钢铁工业实现循环经济的重要途径。

为此，研究高炉煤气的除尘技术及在实际中的应用，以最大限度的保住高炉煤气中的显热，减少含尘量及含水率，充分利用高温煤气能源，减少环境污染，对钢铁工业的良性循环发展、以及解决经济发展与环境保护的矛盾具有非常现实的意义。

焦炉煤气合成氨研究的成功实践为高炉煤气的利用提供了指导[2]。

为此，净化后的高炉煤气一方面可以作为钢铁系统中的燃料使用，另一方面可以作为合成氨的原料气。

目前，合成氨的原料气的主要源于焦炭[3]、煤、重油、天然气等通过气化炉制取满足氨合成气要求的水煤气。

为此，利用高炉煤气制合成气，替代了焦炭、煤、天然气和重油等主要耗能原料，项目的实施对节能减排具有很大的意义。

第二章设计依据

2.1煤气除尘技术

高炉煤气除尘一般分为两步除尘，即粗除尘和精除尘。

高炉煤气精除尘：

即对预除尘后的煤气进一步除尘，以达到更低的浓度，常见的精除尘技术有干法除尘和湿法除尘，一般除尘效率可达90%以上。

2.1.1高炉煤气粗除尘

高炉煤气粗除尘一般采用惯性除尘的方法，即利用尘粒的惯性力（重力或者离心力）将固体颗粒从气体中分离出来，除尘效率为45%～85%，出口煤气含量为2.5～12.0%g/m3[4]。

常用的粗除尘设备有重力除尘器和旋风除尘器。

2.1.2高炉煤气精除尘

即对预除尘后的煤气进一步除尘，以达到更低的浓度，常见的精除尘技术有干法除尘和湿法除尘，一般除尘效率可达95%以上。

2.1.2.1高炉煤气湿法除尘

高炉煤气除尘净化的传统工艺为湿法除尘，如图2.1所示。

高炉煤气的湿法除尘是水洗煤气，要耗用大量的水资源。

煤气洗涤水中含悬浮物达1000～4000mg/L和大量的酚、氰化物及其他有机物，处理这些有毒物要用化学药物或引入水渣池。

用化学药物处理的系统庞大，处理难度大；

用冲渣水稀释后进行闭路循环，冲渣过程中氰化物会随蒸汽扩散到大气中而污染大气。

此外湿法除尘将2500C左右的煤气降到500C以下，损失能量达30%以上，且煤气含水含尘较高（10mg/m3左右），煤气品质下降，使煤气的物理有效能（温度和压力）下降；

同时产生的大量污泥难以清理和利用。

图2.1高炉煤气湿法除尘工艺

2.1.2.2高炉煤气干法除尘

高炉煤气的干法除尘几乎不用水，不会带来水污染和污泥的处理，干的粉尘可直接返回烧结作为原料使用，除尘过程中煤气的压力损失小，配TRT煤气压差发电，发电量可达50kw.h/吨铁[1]。

煤气温度高，比湿法高1000C以上，经干法除尘后的煤气热值高、水分低、煤气的理论燃烧温度高，用于热风炉可以提高热风温度高400C～900C，相应降低焦比8Kg/t～16Kg/t[5]。

除尘效果好，对环境友好，且煤气的应用领域扩大。

干法除尘工艺如表2.2所示。

图2.2干法除尘技术工艺

2.1.2.3高炉煤气精除尘工艺比选[1,6]

①投资方面：

干法投资较湿法投资低，其投资仅为湿法投资的50～70%，投资省，建设速度快；

②占地面积方面：

干法除尘省去了湿法除尘的洗涤塔和沉淀池等的投资和所占空间，占地少、一般不到湿法的50%，节省征地费用；

③节水方面：

湿法除尘耗新水0.2m3/Fe，干法除尘工艺技术不用水洗和冷却，只在输灰的加湿过程中用很少的水；

④节电方面：

湿法除尘用电主要为连续运转的各种循环水泵、冷却水泵和一些辅助设备，水泵的功率较大，其耗电为6.2lKwh/tFe,干法除尘主要是一些间断运行的输灰设备,耗电少,只有0.3Kwh/tFe,较湿法节电90%以上；

⑤员工人数方面：

干法除尘工艺较湿法工艺所需工作人员少，一般人员减少为湿法的50%；

⑥节能方面：

由于干法除尘后的净煤气温度较湿法工艺高出约1000C。

例如：

用于加热炉可能省煤气量，用于热风炉至少可使热风湿度提高50～700C,节焦8kg/tFe,还可使高炉增产，用于TRT发电可提高发电30%以上；

⑦高炉煤气质量高，较湿法除尘工艺而言，干法除尘净化后的气体含尘量低，含水少，不易堵塞和腐蚀用户设备；

综上所述：

由于干法除尘工艺没有诸如洗涤塔、沉淀池等设施，既杜绝了大量污水、污泥的产生，也减少了建设的占地面积和建设费用，且除尘灰可直接用于烧结工段循环使用，环保经济效果明显；

同时，干法除尘工艺对高炉的适应性强，煤气回收率高，煤气质量高。

相反，湿法高炉煤气净化系统具有能耗高、净煤气含水量高（煤气热效率低）、高炉煤气余压发电设施出力低等缺点。

为此，本次设计采用干法除尘工艺净化高炉煤气。

对于干法除尘工艺，目前使用的方法主要为静电除尘和布袋除尘。

由于此次设计主要对高炉煤气进行除尘净化，而从高炉粉煤灰成分可知，其中的Al203和SiO2含量较多[7]，为此煤气的比电阻较大，若采用静电除尘工艺，其除尘效果不会达到理论除尘效率。

除此之外，静电除尘较布袋除尘工艺一次性投资大，维护管理技术要求高，运行费用高[1]。

目前国内的高压静电除尘工艺进有两套，其中武钢于1987年从日本引进一套应用于3200m3高炉；

1998年邯钢在1260m3高炉上也应用了静电除尘工艺。

两套系统都备用了一套湿法除尘工艺，其静电除尘作业率都小于70%[8]。

综上所述，在同时考虑投资成本、除尘效率、环境保护以及能源利用的多重效应下，布袋除尘技术成为我国大中型高炉煤气除尘技术主流趋势。

此次的设计业围绕布袋除尘技术展开设计。

2.2干法布袋除尘技术

2.2.1干法布袋除尘技术进展

2.2.1.1国外运用进展

布袋除尘器属于过滤式除尘器的一种，早在早在18世纪80年代德国就开始商业化生产[9]。

20世纪70年代以后，美、日、澳及欧州等国家，结合大规模工业生产，相继开发了大型袋式除尘器并应用于燃煤电站、干法水泥回转窑窑尾和电炉除尘[10]。

上个世纪的50年代，美国采用石棉和玻璃纤维滤袋过滤高炉煤气，高炉容积为1100m3，处理煤气量165000m3/h，工作温度达到3500C；

50年代到70年代，西德德马克公司在常压高炉上大量使用了袋式除尘器；

1981年，日本在德国帮助下，成功地把该技术应用到小仓铁厂1850m3高炉，从而使该技术得到飞跃发展并推广到4000m3高炉，滤料为耐热尼龙或玻璃纤维[1]。

1954年的逆喷型吹气环清灰技术和1957年的脉冲袋式除尘器技术使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续操作。

特别是脉冲袋式除尘器技术，它的应用不但使操作和清灰连续，滤袋压力损失更趋于稳定，处理气量进一步增大，且内部无运动部件，滤布寿命更长、结构简单[11]。

2.2.1.2国内运用进展

布袋除尘在我国应用的比较普遍，尤其是中小高炉，其效果较好，运行成本低。

目前，国内350m3级以下高炉煤气除尘90%以上是采用布袋除尘技术[4]。

布袋除尘工艺主要有反吹风布袋除尘和脉冲布袋除尘两种。

我国太钢、攀钢等企业引进的除尘工艺都是反吹风布袋除尘[8]。

反吹风布袋除尘工艺是利用反吹风机定期将滤袋积灰吹掉，恢复其过滤性能。

低压脉冲布袋除尘工艺的含尘煤气自滤袋外表面向内过滤，干灰积于滤袋外表面，反吹气体在极短时间内向滤袋内喷射，使滤袋迅速膨胀、抖动而清灰。

脉冲除尘和反吹风布袋除尘反吹方式不同,但脉冲除尘在煤气净化上具有显著技术优势,如设备简单、反吹力度大、能耗低、操作灵活、滤袋排列紧密,安装方式合理、安全性好等。

低压脉冲除尘工艺从90年代实验成功后,得到快速推广，它的成功使高炉煤气干法除尘技术发生了质的飞跃[12]。

此后,国内中小型高炉基本采用低压脉冲布袋除尘工艺来净化回收煤气。

1984年，我国太钢1200m3高炉从日本引进该技术后，国内有关专家在太钢考察、消化该技术，使我国大中型高炉袋式除尘器得到了较大发展[1]。

2002年，莱钢、韶钢等企业将全干式煤气布袋除尘技术推广应用到750m3级高炉获得成功；

2004年，三钢、首秦、莱钢、长钢等企业先后将其推广到1000m3级高炉；

2005～2006年，韶钢、包钢、迁钢等企业又先后将其推广到2000m3级高炉；

2007年9月8日唐钢3200m3高炉的投产，使干法除尘应用的高炉容积提高到了3000m3[12]。

初步统计目前我国1000m3以上的高炉采用干法布袋除尘技术的有近40座,包括太钢、攀钢、首钢、莱钢、韶钢、三钢、首秦、柳钢、包钢、唐钢、济钢、鞍钢、迁钢、通钢、承钢、宝钢不锈、长钢、潍钢等企业，其中已实现全部高炉都采用煤气全干法除尘的企业有首秦、包钢、莱钢、韶钢、承钢等。

随着一批即将采用全干法高炉煤气除尘技术的大型高炉的建设与大修改造,我国干法除尘在4000m3级以上大型高炉应用的数量将进一步增加。

2.2.2大型干法高炉煤气除尘技术总结

干法除尘不断在大型高炉上成功应用，但其理论、技术及装备还需要进一步研究与完善，如工艺路线选择、过滤风速确定、箱体直径与数量选择、滤袋的规格尺寸与材质选择、煤气灰排放运输方式的确定等。

目前各企业设计和应用的情况并不相同，因此有必要对一些技术成熟的项目近早制定相应的标准。

下面对干法除尘的工艺路线、控温方式、布袋除尘灰的输送进行简要总结。

2.2.2.1工艺路线

根据煤气粗除尘器的设置与否，目前，我国的干法除尘技术工艺路线主要有四种[12]。

①高炉→重力除尘器→旋风除尘器→布袋除尘器工艺路线：

高炉煤气经重力除尘器后经过旋风除尘器，然后进入布袋除尘器，形成了重力除尘一级预除尘、旋风式除尘器二级预除尘除尘、布袋除尘器三级精除尘的三级除尘