例题 200t氧气转炉烟气净化及回收系统设计供参习.docx
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例题 200t氧气转炉烟气净化及回收系统设计供参习.docx
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例题200t氧气转炉烟气净化及回收系统设计供参习
例题200t氧气转炉烟气净化及回收系统设计
(1)吹炼条件
转炉公称容量为200t,2吹2,金属最大装入量为G=233t,铁水含碳量C1=4%,钢水含碳量C2=0.1%,冶炼周期为36min,吹氧时间为14min。
(2)烟气及烟尘有关参数
炉气成分:
CO=86%,CO2=10%,N2=3.5%,O2=0.5%
烟气进口尘浓为Co=0.109Kg/Nm3
供氧强度B=4.07m3/t钢·min
燃烧系数α=0.08
进入净化系统的烟气温度tgj=900℃
(3)供水温度
一文用不经冷却循环水为40℃,二文用循环水经冷却为30℃,供水压力为Pw=0.3Mpa(送至用户最高点)中国冶金行业网
参数计算
(1)炉气量计算
Vo=
=
=130853(Nm3/h)
故Vo=131000Nm3/h
(2)烟气量计算
采用未燃法,燃烧系数α=0.08,燃烧后的干烟气量
V=(1+1.88×α×CO%)·Vo
=(1+1.88×0.08×86%)×131000
=147944(Nm3/h)
假定燃烧后烟气仍残留有氧气,则烟气成分为:
CO=(1-α)CO%Vo/V=(1-0.08)86%×131000/147944=70.06%
CO2=(α×CO%+CO2%)Vo/V=(0.08×86%+10%)×131000/147944=14.95%
N2=(1.88CO%×α+N2%)Vo/V=(1.88×0.08×86%+3.5%)×131000/147944=14.55%
O2=0.5%Vo/V=0.5%×131000/147944=0.44%
(3)烟气浓度修正
根据回收中期,烟气量为炉气量的147944/131000=1.1293倍,故进口烟尘浓度应作修正,即:
CD=0.109/1.1293=0.0965(Kg/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%)×22.4÷12×1÷(0.86+0.1)=75.8(Nm3)
按烟气生成倍率为1.1293倍,则每吨钢产生的煤气量等于1.1293×75.8=85.6Nm3,考虑到前后期不回收煤气,定回收率为70%,即每吨钢可以回收的煤气量为0.70×85.6=59.92(Nm3)。
(5)烟气的物理数据的计算
1)密度ρ0
先求烟气公升分子量M
M=CO%×MCO+CO2%×MCO2+N2%×MN2+O2%×MO2
=0.7006×28+0.1495×44+0.1455×28+0.0044×32
=19.6168+6.578+4.074+0.1408
=30.5504
ρ0=M/22.4=30.5504/22.4=1.364(kg/Nm3)
2)定压比热Cp
气温为900℃时,
Cp·1=CO%×Cp·CO+CO2%×Cp·CO2+N2%×Cp·N2+O2%×Cp·O2
=0.7006×0.335+0.1495×0.521+0.1455×0.331+0.0044×0.350
=0.2347+0.0778+0.0482+0.0015
=0.3622×4.186
=1.516(KJ/Nm3·℃)
气温小于100℃时:
Cp·2=0.7006×0.311+0.1495×0.410+0.1455×0.310+0.0044×0.315
=0.3257×4.186
=1.363(KJ/Nm3·℃)
流程简介
采用全湿法未燃法净化回收系统,在抽风机上装备液力偶合器,以降低非吹炼期的电耗,并使抽风机在低转速下得以进行冲水。
调速比为2900/750=3.87
流程如下:
氧气转炉→活动烟罩→固定烟罩→汽化冷却烟道→连接管→溢流定径文氏管→重力挡板脱水器→矩形滑板调径文氏管→180度弯头脱水器→复挡脱水器→流量孔板→风机前切断阀→抽风机(配备液力偶合器)→三通切换阀
→①水封逆止阀→煤气主管道→煤气储气柜
②放散烟囱→点火器
按照流程顺序,对一文,重力脱水器,二文,弯头脱水器,复挡脱水器,五个设备的设计计算分列于后,并作贮气柜和抽风机的选择。
主要设备的设计和选择
(1)溢流定径文氏管(一文)
一文主要设计参数定为:
喉口气速VT=65m/s,水气比LT=0.55L/m3(按进口气温900℃时的烟气量),收缩角α1=24°,扩散角α2=7°,喉口长度LT=DT,溢流水量qT=5000kg/喉口延米长·h,排水温度tw·p=排气温度tg·p-5℃。
进口气温下烟气量V=
=635671m3/h
供水量W1=0.55×635671=349619kg/t,一文用水不经冷却进水水温tw·1=40℃,取一文前管道阻力损失为196Pa,一文出口负压ΔP=-2940Pa
1)热平衡计算
进口一文的总热量为:
Qg·j+Qw·j=V0Cp·1tg·i+W1Cstw·1
=147944×1.516×900+349619×4.186×40
=260.39×106(KJ/h)
A.试用出口温度tg·p=70℃,作热平衡计算:
tg·p=70℃时,水汽分压PH=31.12KPa,twp=70-5=65℃,
含湿量限度d=
×
=0.804×
=0.373(kg/Nm3),
蒸发水量We=Vod1
=147944×0.373
=55183.112(kg/h)
排水量W2=W1-We
=349619-55183.112
=294435.888(kg/h)
水汽热焓IW=(0.46tgp+595)×4.186
=(0.46×70+595)×4.186
=2625.46(KJ/kg)
则出一文总热量为:
Qgp+
+Qw·p
=V0(Cp2tg·p+dIW)+W2CStwp
=147944×(1.363×70+0.373×2625.46)+294435.888×4.186×65
=239.109×106(KJ/h),即小于进口热量。
B.试用75℃为排气温度,作计算:
tw·p=75-5=70℃,PH=38.5(KPa)
d=0.804×
=0.518(kg/Nm3)
We=147944×0.518=76634.992(kg/h)
W2=349619-76634.992=272984.008(kg/h)
IW=(0.46×75+595)×4.186=2635.087(KJ/kg)
出一文的总热量为:
Qgp+
+Qw·p
=147944×(1.363×75+0.518×2635.087)+272984.008×4.186×70
=297.053×106(KJ/h)
根据以上两次计算,用插入法求tg·p,
求得:
tg·p=71.8(℃),取72℃。
相应PH=33.9(KPa)。
d1=0.804×
(kg/Nm3)
IW=(0.46×72+595)×4.186=2629.31(KJ/kg)
We=147944×0.423=62580.312(kg/h)
W2=349619-62580.312=287038.688(kg/h)≈287(t/h)
tw·p=72-5=67℃
出一文的饱和烟气量V为:
V=V0(1+
)(
)(
)
=147944×(1+
)(
)(
)
=293858.3(m3/h)
饱和烟气重度ρg=(ρ0+d1)/(V/V0)
=(1.364+0.423)/(293858.3/147944)
=0.8997(kg/m3)
2)结构尺寸
A.收缩管入口管径
一文入口前负压为0.196Kpa
入口处工况烟气量V工=V(
)(
)
=
×(
)(
)
=176.918(m3/s)
入口气速取25m/s,则入口直径
D1=
=
=3.002m
B.喉口直径DT及喉口长度LT
一文出口负压ΔP=-2.94KPa
在喉口的气量取饱和至72℃时的气量即
V1·C=293858.3/3600=81.63(m3/s)
设υT=65(m/s);
喉口直径DT=
=
=1.265m,取DT=1.300m
喉口实际气速vT=
(m/s)
喉口长度LT=1.300m
C.收缩段长度L1:
取收缩角α1=24°
L1=
D.扩散管出口管径:
出口气速取20m/s:
D2=
=2280(mm)
取外径为φ2320×10mm,即内径为Φ2300mm。
E.扩散管长度l2:
取扩散角α2=7°
l2=
3)喷水装置
A.溢流水量qT=5000Kg/喉口延米长时,总溢流水量为5000×π×1.300=20420(kg/h),取21t/h。
B喷嘴喷水量为349619-21000=339619kg/h=339.619t/h,水压PW=0.3MPa,选用碗型喷嘴,喷口口径Φ26mm,流量系数b=16.5,外径DB=48mm,每个喷水量QW为:
Qw=b
(t/h)
共用喷嘴数为339.619/28.6=11.8(个)取12个。
一文结构见下图:
溢流定径文氏管
1-溢流水箱,2-手孔,3-喷嘴,4-喉口
4)阻力计算
按l3=8.175m,DT=1.300m,求出L2=l3/DT=8.175/1.300=6.288,连同α2=7°,在图5-17.中找出ζ0=0.086
β=DT/D2=1.300/2.300=0.565
则干阻力系数ζc
ζc=
溢流阻力系数
已知L=0.55L/m3,νT=61.50m/s,自图中找出湿阻系数ξw=0.661,
文氏管阻力
5)除尘效率和尘浓计算
一文的除尘效率为95%,出一文烟气的游离尘浓为
出一文的水中尘浓
Cw=
(g/kg)
(2)重力挡板脱水器
1)结构尺寸
A.取入口气速为一文扩散管出口气速为20m/s
B.筒体内气速取5m/s,筒体直径D为
=4.559m,取Φ4.6m。
C.出口管径取
2320×10mm,其气速等于入口气速。
D.为降低除尘设备的高度,将一文扩散管直接插入重力脱水器内部。
2)脱水效率与尘浓
A.筒体上升气速为
(m/s)
B.被沉降的最小水滴直径d0:
在文氏管喉口雾化的水滴直径为96
,出喉管后将逐步凝聚增粒,因缺乏实测数据,不能与上式的d0作比较。
现按一般实测数据的脱水情况,取脱水效率为85%。
C.按脱水效率为85%,计算重力脱水器后尘浓:
水中尘浓为
=47.25(g/kg)
进入烟气中的污水量(重力脱水器出口)为
烟气中的尘浓CF为
(g/Nm3)
CF即为进入二文的烟气中包括污水的尘浓
一文与重力脱水器的总除尘效率为:
3)阻力计算
取ξ=2.85,则阻力
P=
=0.512Kpa
(3)矩形滑板调径文氏管(二文)
二文主要设计参数定为:
喉口气速:
最小截面处取υT=100m/s,水气比L=1.0L/m3(出口饱和状态),收缩角α1=30°,扩散角α2=10°,烟气在二文内降温7℃,即tg.p=72-7=65℃,排水温度tw.p=65-3=62℃,循环水经过冷却,设喷水量为W1,tw.j=30℃。
先将二文阻力调至9.81KPa,二文后负压PB等于一文、重力脱水器和二文阻力之和,一文前负压为0.196KPa,即PH=-(0.196+2.84+0.512+9.81)=-13.358KPa。
1)热平衡计算
进二文的总热量为:
=147944×(1.363×72+0.423×2629.31)+W1×4.186×30
+43055.8×4.186×72
=179061672.5+W1×4.186×30+12976673.67
tgp=65℃,对应水汽分压PH=24.98KPa
含湿量限度d2=0.804×
kg/Nm3
水汽热焓
KJ/kg
℃
排水量
出二文热量:
=147944×(1.363×65+0.319×2615.8)+(W1+15386.176)×4.186×62
=136557519.6+W1×4.186×62+3993206.03
由热平衡式
即:
179061672.5+W1×4.186×30+12976673.67=136557519.6+W1×4.186×62+3993206.03
求得供水量W1=384373.7kg/h=384.373t/h
出二文饱和烟气量
V=147944×(1+0.319/0.804)((273+65)/273)×(10333/(10333-1363.9))
=294749.2309m3/h
水气比L=384373.7/294749.2309=1.30L/m3
2)结构尺寸
A.空喉口直径
=
=1.021m,取φ1030mm
采用无喉颈,空喉口截面积为
A=V/
=294749.2309/(3600×100)=0.819m2
B.收缩管管径取Φ2320×10mm,α1=30°
收缩段长度L1=
mm
C.扩散管:
取ν2=11m/s,
扩散管管径
m
取Φ3120×10mm
扩散管长度L2=
mm
3)阻力选用
二文系调径,故阻力值可以随意在一定范围内调节,设计中在回收期阻力为10000Pa,放散期为16000Pa。
4)除尘效率及尘浓
二文除尘效率取99%,二文出口的游离尘浓C2为:
C2=C1(1-η)=4.825(1-99%)=0.04825(g/Nm3)
出二文的污水量W5为:
W5=W3+W4+V(d1-d2)
=43055.8+384373.7+147944×(0.423-0.319)
=442815.676(kg/h)
水中尘浓CW为:
5)喷嘴选用
采用碗型喷嘴,其个数,水压,水量等参数均与一文相同。
(4)180°弯头脱水器
1)外形尺寸
进口气速取11m/s,叶片间距采用200mm,进口面积为
F进=294749.2309/(11×3600)=7.443(m2),
出口气速取8m/s,出口面积为
F出=294749.2309/(3600×8)=10.234(m2)
2)阻力损失ΔP=0.4KPa
3)脱水效率与尘浓
脱水效率取95%,二文排水量为W5=442815.676(kg/h),则带出弯头脱水器的水量为:
W6=W5(1-η水2)=442815.676(1-0.95)=22140.8(kg/h)
烟气中的尘浓为:
CF=0.04825+
(g/Nm3)
(5)复挡脱水器
1)结构尺寸
A.进口管直径Dj:
进口气速取25m/s,进口面积为Aj=
=30275㎡
Dj=
=
=2.042m
B.筒体及各层挡板直径
取芯管外径为Dl=2000㎜=2.0m
筒体内径为Dc=2Dj+Dl=2×2.042+2.0=6.084m,定Dc=6100㎜
筒体外径为6200㎜,即6.2m,使用厚度为δ=50㎜的钢板。
C.筒体及各层挡板高度
取ho=200mm,hb=ho/2=100mm,气流回转角θ=15°,气流回转系数f=0.78
则筒体高度为Hc=πDctgθ+Dj+ho
=π×6.1×tg15°+2.042+0.2
=7.377m
各层挡板高H1=fπD1tgθ+Dj+hb
=0.78×π×5.9×tg15°+2.042+0.2
=6.116m
H2=5.971m,H3=5.827m,H4=5.683m,H5=5.538m,H6=5.394m,H7=5.249m,H8=5.105m,H9=4.960m,H10=4.816m,H11=4.671m,H12=4.527m,H13=4.382m,H14=4.238m,H15=4.094m,H16=3.949m,H17=3.805m,H18=3.660m,
芯管高HL=5.971m
D.排气管内径DE
取出口气速为15m/s,则排气管面积
AE=
=5.4583m
DE=
=
=2.636m
E.排污水口内径De=DC/8=6.1/8=0.7625m
F.上下锥体角度定为α=45°,
=60°
2)阻力计算
阻力系数C=
=
=0.91
复挡的阻力为ΔP=
=
=240.24Pa
进入复挡的烟气密度ρ=
=0.8448㎏/m3
3)脱水效率一般为99.5%
出复挡的污水量为
W7=W6(1-η水3)=24334.3(1-99.5%)=121.67㎏/h
烟尘最终尘浓
CF=Co{(1-η尘1)(1-η尘2)+(1-η水2)(1-η水3)[(1-η尘1)η尘2+(1-η水1)η尘1]}
=96.5{(1-95%)(1-99%)+(1-95%)(1-99.5%)[(1-95%)99%+(1-85%)95%]}
=0.052882g/Nm3=52.882mg/Nm3
此处的烟气尘浓即为系统的最终排放烟气尘浓,小于100mg/Nm3的排放标准。
(6)贮气柜选择
1)参数选定
转炉每炉最大产钢量为最大铁水量的94%,即G=233×0.94=219.02t,冶炼周期t2=36min,每吨钢回收煤气量为60Nm3,同时吹炼座数=2,选定每炉实际回收煤气时间t1=10min,不平衡系数K=0.7,进气柜时煤气温度为60℃
2)容积计算
贮气柜容积V0=GVg(1-t1/t2)n1n2/K
=219.02×60×(1-10/36)×2×1.15/0.7
=31184m3
气柜操作容积V==V0
=31184×
=45548m3
选用47000m3湿式螺旋式贮气柜一座。
(7)风机选择
设风机入口温度为65℃,PH=24.98KPa
机前负压(回收期最大)
PB=-(13.358+0.39+0.24+0.4905+0.294+0.981)=-15.75Kpa
烟气含湿量限度为d=0.804×
=0.332kg/m3
风机操作风量V=Vo
=147944×
=306508m3/h
机前烟气密度(回收期)ρ=
=0.8185kg/Nm3
系统全压:
回收期P=21.5415KPa
放散期P=22.6905KPa
选用NO18MP型双进风涡轮鼓风机,用液力偶合器进行调速.风机转速为600~1430r/min,电机功率为3100kW(67℃时)。
计算资料综合
(1)气压(阻力):
KPa
1)负压:
一文前0.196+一文2.84+重力脱水器0.512+二文9.81(回收期)或15.67(放散期)+180°弯头脱水器0.39+复挡脱水器0.240+流量孔板0.4905+机前切断阀0.981=-15.4595~-21.3195
2)正压:
(回收系统)水封逆止阀0.981+机后管道
三通切换阀0.196+{0.4905+贮气柜(含前后水封)4.4145=6.082
(放散系统)管道及点火器1.175=1.371
总压力:
回收期15.4595+6.082=21.5415
放散期21.3195+1.371=22.6905
(2)气温:
℃
一文前900,一文后72,二文后65,进贮气柜前60。
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Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.
NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
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