双文一塔处理工艺.docx
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双文一塔处理工艺.docx
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双文一塔处理工艺
前言
19世纪60年代现代炼钢方法出现以来,钢铁工业在全世界迅速发展起来,随之在钢铁的冶炼和加工过程中出现的污染物也大大增加了。
目前我国工业污染在环境污染总体中占70%,随着人的对环境污染的恶果的认识逐渐深刻,钢铁企业的污染逐渐受到重视。
氧气顶吹转炉炼钢过程中产生大量的含尘污染物和FeO、CO等可回收的污染物,如不进行治理和回收,将成为造成严重的污染和资源浪费。
故本设计针对氧气顶吹转炉烟气的特点,采用温式未燃法对该烟气进行净化和回收利用。
本设计工艺采用‘双文一塔’处理工艺。
该系统由烟罩、烟气冷却装置、烟气净化装置、烟气回收装置、给水泵等部分组成。
烟气依次通过活动烟罩、固定烟罩,连接管、溢流定径文氏管、灰泥捕集器、圆形重砣文氏管、180度弯头脱水器、丝网除雾器等。
烟尘浓度由91.7g/Nm3降至106mg/Nm3,达到国家二级排放标准。
同时,该系统在处理烟气的过程中,回收煤气和进行污水处理。
摘要
一设计数据及要求
1设计条件
当地大气压:
606mmHg夏季室外最高温度:
33°C
转炉公称容量:
40t最大铁水装入量:
48t
操作制度:
三吹二年工作时间:
8000h
铁水含碳量:
4%最大脱碳速度:
0.38%/min
供氧量:
60Nm3/t铁水供氧时间:
18min
铁水含碳量:
0.1%炉气温度:
1500℃一文前烟气温度:
900℃
炉气中烟尘浓度:
105g/Nm3烟尘重度:
4600kg/m3
燃烧系数:
原料跨规格:
72×10×32
转炉位置:
定位横轴线距原料跨6米,均匀分布
可供布置设备的平台标高:
10m,15m,20m,30m
煤气柜位置:
距一号炉联线垂直于原料跨,距离900m
煤气柜压力:
400mmH2O气象资料(风向,风速,气温,逆温等
2烟尘粒径分布
Dp(um)
0.5
0.75
1
5
25
740
%(重度)
4.45
4.0
0.55
28
48.60
14.4
3原始炉气成分
组分
CO
CO2
O2
N2
其它
(体积)
86
10
0.5
3.5
略
4要求:
对烟气净化系统及污水处理系统做流程方案设计;根据回收目的、方式选择相应的烟气净化标准,要求全系统除尘效率>99%,除尘废水经处理后SS小于100mg/L,硬度小于1mg当量/L,达到可循环使用的标准;根据平面布置图和立面布置图计算系统的流体阻力,选择风机、电机,对单体设备进行设计计算。
主要内容包括:
方案论证、物料、热量横算;单体设备计算、风机选择、工程概预算等。
图纸:
流程图、平面布置图、立面布置图、主要单体设备图。
二流程简介
采用全湿法双文一塔流程,
流程如下:
氧气转炉活动烟罩
三通切换阀
三参数计算:
1炉气量得计算:
按脱碳速度:
V0===21280Nm3/h
2)按经验公式
V0=G(C1-C2)=48000(0.04-0.001)=20966.4Nm3/h
3)按供氧强度计算:
(1)废钢法
V0=2GK60=2=19200Nm3/h
(2)矿石法
V0=2.56GK=2.56=24576Nm3/h
对以上四种方法取平均值
V0==21505.6Nm3/h
取V0=21506Nm3/h
2烟气量计算
按<1
烟气量V=(1+1.88CO%)V0
=(1+1.88)21506=24635Nm3/h
渗入空气后,烟气成分变为:
CO=(1-)CO%==68.3%
CO2=(CO%+CO2%)=(0.09)=15.5%
N2=(1.88N2%)=(1.88)=15.8%
O2=(O2%)=0.005=0.4%
3烟尘浓度的修正
C尘=C炉尘=105=91.7g/Nm3
4回收煤气量的计算
每吨钢产生的炉气量等于:
1000(4%-0.1%)=75Nm3
则每吨钢产生的煤气量为:
75=85.986Nm3
考虑到前后烧期不回收煤气,定回收率为75%
则每吨钢可回收煤气量为86m3
5烟气的物理数据计算:
1)重度0
先求烟气公斤分子量
M=CO%×MCO+CO2%×MCO2+N2%×MN2+O2%×M02=0.683×28.01+0.155×44+0.158×28.02+0.004×32=30.5
0===1.361Kg/Nm3
2)比热CP
温度为900时
Cp1=CO%×CPCO+CO2%×CPCO2+N2%×CPN2+O2%×CPO2=0.683=0.326Kcal/Nm3
气温小于100时
CP2==0.326Kcal/Nm3
项目
CO%
CO2%
N2%
O2%
原始组分
86
10
3.5
0.5
烟气成分
68.3
15.5
15.7
0.4
计算参数表
炉气量V0(Nm3/h)
21506
重度0(Kg/Nm3)
1.361
烟气量V(Nm3/h)
24635
900比热CP1(Kcal/Nm3)
0.363
烟尘浓度C(g/Nm3)
91.7
100以下比热Cp2(Kcal/Nm3)
0.326
煤气量(Nm3/t)
86
四净化系统物料平衡及热量平衡
1溢流定径文氏管
进口气温下烟气量
V==132748m3/h
根据一文主要设计参数定为:
喉速VT=60m/s水汽比L=0.7L/m3(按进口气温900时的烟气量)
收缩角1=23扩散角2=7喉口长度LT=0.7喉径
溢流水量qT=500kg/喉口延米长时排水水温twp=排气气温tgp-5
供水量w1=vl=0.70×132748=92924kg/h
一文用水经冷却后,t1=30,排水温度比排气温度低5
先定一文出口负压-300mmH2O
已知900时Cp1=0.363Kcal/Nm3
小于100时Cp2=0.326Kcal/Nm3
则进入一文的热量为:
Qq1+QW1=V0CP1tg1+w1cstl1=24635=10835974.5Kcal/h
1)试用出口气温65计算:
查表65时水汽分压PV=187.570mmHg
含湿量X=0.04=0.804=0.380Kg/Nm3
蒸发水量We=VoX=24635×0.380=9361Kg/h
排水量W2=W1-We=92924-9361=83563Kg/h
水蒸气热焓I2=0.46tg2+595=0.4665+595=624.25Kcal/Kg
排水温度tl2=65-5=60
则出一文热为:
Qg2+Qw2+Q蒸=Vo(CP2tg2+XI2)+w2Cstl2=24635×(0.362×65+0.380×624.25)+83563×1×60=11379587.1811379587Kcal/h
校核误差=(Q入-Q出)/Q入100%=100%=-5.0%
2)试用出口温度60作平衡计算:
查表60时,水汽分压Pv=149.39mmHg
湿含量X=0.804=0.804=0.276Kg/h
排水量w2=w1-we=92924-6799=86125Kg/h
水蒸气热焓I2=0.46tg2+595=0.4660+595=622.6Kcal/Kg
排水温度tl2=60
则出一文热量为:
Qq2+Qw2+Q蒸
=Vo(Cp2tg2+XI2)+W2CStl2=24635×(0.326×60+0.276×622.6)+86125×1×55
=9451955Kcal/h
校核误差=(Q入-Q出)/Q入100%=100%=12.8%
由60运用插入法求tg2
=
tg2=63.5964
3)64时,水汽分压pv=179.33mmHg
湿含量X=0.804=0.3564
蒸发水量We=246350.3564=8779.98780Kg/h
排水量w2=w1-we=92924-8780=84144Kg/h
水蒸气热焓I2=0.46tg2+595=0.4664+595=624.44Kcal/Kg
排水温度:
tl2==57.5158
则出一文热为:
Qg2+Qw2+Q蒸=Vo(Cp1tg2+XI2)+W2Cstl2=24635×(0.326×64+0.3564×624.44)+84144×1×58=5996514.138+4880352=10876866Kcal/h
校核误差=(Q入-Q出)/Q入100%=100%=-0.38%>-0.5%
故64为出口温度可接受
结论tg2=64tl2=58
一文热量平衡表
进入一文热量
数值(Kcal/h)
出一文热量
数值(Kcal/h)
干烟气带入Qg1
8048254.5
干烟气带出Qg2
513984.64
水带入QW1
2787720
水蒸气带出Q蒸
5482529.498
排水带出Qw2
4880352
总计
总计
10876866
一文物料平衡表
入一文
出一文
干烟气
喷水
干烟气
水蒸气
汽水
24635Nm3/h
92924m3/h
24635Nm3/h
8780Kg/h
84144Kg/h
尘平衡
Co=Ci(1-)=91.3×(1-97%)=2.739g/Nm3
Cw2==(91.3-2.739)=25.928g/Kg水
一文尘平衡表
进入
支出
干气
喷水
干气
水汽
污水
2249175.5g/h
0
67489.868g/h
0
2181685.632g/h
2灰泥捕集器
设在该设备内无温度、物理化学变化
1)物料平衡
W2=85%×84144=71522.4Kg/h71522Kg/h
W’=W1-W2=84144-71522=12622Kg/h
进入
支出
干气
水汽
污水
干气
水汽
夹带污水
已脱污水
24635Nm3/h
8780Kg/h
84144Kg/h
24635Nm3/h
8780Kg/h
12622Kg/h
71522Kg/h
2)尘平衡
Mi=CiVo=2.7392463567475g/h
Mi=MoC’=0
Mw1=Cw1W1=25.9282181686g/h
Mw2=mw1=0.85g/h
Mw’=mw1-mw2=327253g/h
由以上数据列表:
进入(g/h)
支出(g/h)
干气
水汽
污水
干气
水汽
夹带污水
已脱污水
67475
0
2181686
67475
0
327253
1854433
3圆型重砣文氏管
1)物料平衡与热量平衡
取液气比L=1L/m3
取二文出口负压为1000mmH2O
二文用水经冷却后tl1=30气体在二文内降温7
排水温度tw2=58-3=55
根据一文出口气温64,而在重力脱水器中无热交换则干烟气在二文出口气温为64-7
查表57时,Pv=129.85mmHg
饱和烟气量Vc=24635(1+)))=43737m3/h
所以w1=LVo=1×43737=43737m3/h
则进入二文的热量为:
Qg1+Q蒸+Q1’+Qw1=Vo(Cp1tg1+XI)+w’Cstg2+w’Cstw1=8.04106Kcal/h
查表57时,水汽分压Pv=129.85mmHg
湿含量X2===0.3225Kg/Nm3
水蒸气热焓I2=0.46tg1+595=0.46×57+595=621.22Kcal/Kg
排水W2=W1+We=43737+24635=44572kg/h
则二文的支出热为:
QC+QW2+Q蒸+Qg2+Q2’=w2Cstw2+Vo(Cp2tg1+X2I2)+w’Cstg1’
=44572×1×55+24635×(0.326×57+0.3225×621.22)+12622×1×57=8.56×106Kcal/h
校核误差=100%=-6.5%
根据以上计算列表
进入
支出
干烟气
24635Nm3/h
干烟气
24635Nm3/h
水汽
8780Kg/h
水汽
7944.8Kg/h
夹带污水
12622Kg/h
夹带污水
12622Kg/h
喷水
43737Kg/h
冷凝水
835.2Kg/h
喷水
43737Kg/h
二文热量衡算表
进入(Kcal/h)
支出(Kcal/h)
干烟气
513984.64
干烟气
457767.6
水汽
5482529.5
水汽
4935461
夹带污水
732076
夹带污水
719454
喷水
1312110
喷水
2405535
冷凝水
45925
总计
8.04×106
总计
8.56×106
尘平衡
Ci=Co(1-η)=2.7390.02=0.055g/Nm3
且已知Ce=0Ci=25.928g/Kg水Cw1=0Ce’=0V1=V1’
C2===1.48g/Nm3
由上述计算列表:
二文尘平衡
进入(g/h)
支出(g/h)
干烟气
67475
干烟气
1355
水蒸气
0
水蒸气
0
汽水
327253
汽水
357253
喷水
0
排水
65966.56
总计
394728
总计
394574.485
4180弯头脱水器
设在该设备中没有温度和物理化学变化
1)物料平衡
未脱污水W3=(W’+W1)(1-)=(12622+43605+835.2)(1-0.85)=8579.13Kg/h
弯头脱水器的排水量:
W2=(W’+W1)η=(12622+43605+835.2)×0.85=48615.1Kg/h
物料衡算表
进入
支出
干烟气
24635Nm3/h
干烟气
24635Nm3/h
水汽
7944.8Kg/h
水汽
7944.8Kg/h
未脱污水
12622Kg/h
未脱污水
8579.13Kg/h
二文排水
44572Kg/h
已脱污水
48615.1Kg/h
2)尘平衡
已知Ce=0Co=Ci=0.055g/Nm3C3=25.928g/Kg水CW1=1.48g/Nm3
所以C4===6.87g/Kg水
Cw2=g/Kg水
根据上述计算列表:
尘平衡
进入(g/h)
支出(g/h)
干烟气
1355
干烟气
1355
水汽
0
水汽
0
未脱污水
327253
未脱污水
58938.6
二文排水
65966.56
已脱污水
333985.7
总计
394574.485
总计
394279.3
5丝网除雾器
设在该设备内无温度及物理化学变化
1)物料衡算
未脱污水W2=W1(1-η)=8579.13(1-0.99)=85.8Kg/h
排水W3=W1η=8579.130.99=8493.3Kg/h
有上述计算列表
物料衡算表
进入
支出
干烟气
24635Nm3/h
干烟气
24635Nm3/h
水汽
7944.8Kg/h
水汽
7944.8Kg/h
未脱污水
8579.13Kg/h
未脱污水
85.8Kg/h
排水
8493.3Kg/h
2)尘平衡
已知Ce=0Ci=0.055g/Nm3C1=6.87g/Kg水
则C2=
C3=
有上述计算列表
尘平衡表
进入(g/h)
支出(g/h)
干烟气
1355
干烟气
1355
水汽
0
水汽
0
未脱污水
58938.6
未脱污水
589.4
排水
58348.97
总计
60293.6
总计
60293.4
系统出口尘浓:
CF=mg/Nm3<120mg/Nm3
所以已经达到国家二级标准
◆单体设备计算
一1溢流定径文氏管
在氧气转炉炉气洗涤中,文氏管兼起着降温与除尘的作用。
在喉口部分,它以一定的气速和水速造成较大的相对速度,使进入的高温气体与水传热传质,同时,被喉口高速气流雾化的水滴群与气流中尘粒进行撞击凝聚,成为尘水混合物,然后经脱水器使汽水分离。
它的特点是效率较高、用水较少、但阻力较大。
出一文的饱和烟气量Voc为:
Voc=Vo(1+)()()=24635m3/h
(1)收缩管入口管径
入口气速应取16-22m/s
由Voc=132748/3600=36.87m3/sV取19m/s
V=D1=1570mm
反推V==19.05m/s
所取v合适
(2)喉口直径DT和喉口长度LT
在喉口的气量取饱和至64时的气量,即Voc=45183/3600=12.55m3/sVT=60m/s
喉径DT=1.125=取=500毫米
喉口实际气速VT=
LT=0.7DT=0.70.5=0.35=350毫米
收缩管长度L
1=23
L1===2.46m=2460毫米
(4)扩散管出口管径
出口气速取20m/s管径D2为:
D2=1.125=0.89=890毫米
取外径900毫米
(5)扩散管:
L3
2=7
L3===2779mm
2喷水装置
(1)溢流水量qT=5000kg/喉口延长米时
总溢流量=5000DT=50000.5=7850kg/h取8t/h
(2)喷嘴喷水量为92924-8000=84924kg/h
水压PW=3kg/cm2选用碗型喷嘴,喷嘴口径30mm流量系数b=17.70
外径DB=178
每喷嘴水量QW=b=17.7=30.66t/h
共用喷嘴n=84.92430.66=3个
阻力计算:
3除尘效率计算
已知烟气重度0=1.361kg/Nm3Voc=43737,X=0.3564
饱和烟气重度g=(0+X)V0/Voc=(1.361+0.3564)24635/43737=0.967kg/m3
液滴直径D0
D0=4980/VT+28.8L1.5=4980/64+28.80.71.5=95(um)
烟气密度0
0=g/g=0.967/9.81=0.0986(Kgs2/m4)
烟气的动力粘度Vg
查表得0时气体的绝对粘度,与肖德数如下:
项目
绝对粘度uTi(Kgs2/m4)
肖捷伦德数Ci
CO
1.694310-6
104
O2
1.966110-6
131
CO2
1.4409410-6
266
N2
1.693110-6
112
H2O
1.0210-6
673
当烟气已饱和,根据各气体组成成分mi,公斤分子量Mi求得烟气在标况下的Mc
CO%=68.3%O2=0.4%CO2=15.5%N2=15.7%
Mco=CO%/(1+X/0.804)=68.3%/(1+0.3564/0.804)=47.3%
Mco2=CO2%/(1+X/0.804)=15.5%/(1+0.3564/0.804)=10.7%
MN2=N2%(1+X/0.804)=15.7%/(1+0.3564/0.804)=10.9%
Mo2=O2%(1+X/0.804)=0.4%/(1+0.3564/0.804)=0.28%
MH2O=1-=1-(0.473+0.107+0.109+0.0028)=0.308=30.8%
Mc=mi=0.473*28+0.107*44+0.109*28+0.0028*32+0.308*18=26.6
MTi=Moi()(1.5
CO:
UTco=1.694310-61.5=1.694310-61.1725=1.986510-6Kgs/m2
同理:
UTco2=2.319010-6Kgs/m2
UTO2=1.766510-6Kgs/m2
UTN2=1.991110-6Kgs/m2
UTH2O=1.310310-6Kgs/m2
UTi列表如下:
项目
CO
CO2
N2
O2
H2O
UTi(*10-6)Kgs/m
1.9865
2.3190
1.7665
1.9911
1.3103
烟气绝对粘度为:
g===1.809410-6Kgs/m2
烟气动力粘度Vg=g/0=1.809410-6/0.0986=18.3510-6(m3/s)
计算除尘效率
以dp=0.5um为例,说明计算过程rs=4600Kg/m3
Stk=dp2rsuT/18gDo==2.199
1.5L=1.5=1.557
=1--1.5L=1--1.557=0.789
0.5um尘粒占总重的4.45%,进一文的该组分尘浓:
Co=4.45%尘=4.45%mg/Nm3
则一文出口Ci=4081mg/Nm3
同理依次计算dp=0.75umdp=1umdp=5umdp>5um于是得到不同尘粒除尘参数列表如下:
烟尘粒度um
0.5
0.75
1
5
25
>40
重量
4.45
4.0
0.55
28
48.6
14.4
Stk
2.089
4.7
8.356
208.9
5222.5
13369.6
0.7808
0.8973
0.9519
1
1
1
1-
0.2192
0.1027
0.0481
0
0
0
进口尘浓(mg/Nm3)
4081
3668
504.35
25676
44566.2
13204.8
出口尘浓(mg/Nm3)
857
376.7
24.26
0
0
0
即一文出口尘浓c1=1257.96mg/Nm3
总除尘效率:
==98.59%
二1灰泥捕集器
入口气速取为一文扩散管出口气速:
Vj=20m/s
入口断面积F为:
F=其中V为入口烟气流量
F==0.63入口管径d1=0.9m
筒体速度Vc采用4m/s
筒体直径D为:
D===2.05米取2米
取高度H1=2.5米H2=1米
出口管直径取1250毫米其气速等于入口气速
为减低净化设备的高度,将一文扩散管直接插入重力脱水器内部。
脱水效率与尘浓
筒体上升气速为:
V=m/s
被沉降的最小液滴直径d0
d0==1289微米
在文氏管喉口雾化的水滴直径为95微米,出喉管后逐步凝聚增粒,因缺乏实测数据,不能与上d0做比较。
现按一般实测脱水情况,取脱水效率85%
按脱水效率85%计算重力脱水器后尘浓水中尘浓Cw
进入烟气的污水量(重力脱水器出口)为。
烟气中尘浓度为,CF即为进入二文的烟气中包含污水的尘浓。
一文与重力脱水器的总除尘效率为。
阻力计算:
取,取56mm水柱
三圆形重砣文氏管
二文主要设计参数:
喉速:
空喉口VT=80m/s最小截面处VT=120m/sL=1L/m3(出口饱和状态)
12烟气在调径文氏管内降温7
出二文的饱和烟气量Voc为:
Voc=Vo(1+)()()=24635m3/h
结构尺寸:
1空喉口直径DT’
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