【正文】 制作成本和材料成本。在設(shè)備制作完畢的安裝過程中盡量使安裝程序合理，是設(shè)備可以盡快投入使用。 設(shè)計(jì)的目的和意義 4 此設(shè)計(jì)的意義有三點(diǎn)：一是大力保護(hù)了廠區(qū)內(nèi)外甚至廠區(qū)所在地區(qū)的環(huán)境，使工人及附近居民的健康得到了很大保護(hù)；二是利用熱交換器加熱廢水有節(jié)能的意義；三是煤氣回收再利用的環(huán)節(jié)是有降耗的意義。所以此設(shè)計(jì)有減排、節(jié)能、降耗三重意義，符合國(guó)家環(huán)保法的要求，是對(duì)國(guó)家環(huán)保法的一次開拓性實(shí)踐 。所以做好武鋼的轉(zhuǎn)爐廢氣處理不僅可以有效保護(hù)廠區(qū)所在地的環(huán)境，對(duì)世界的其它煉鋼企業(yè)的廢氣處理也有很好的示范作用。 2 轉(zhuǎn)爐煙氣來(lái)源與分析 轉(zhuǎn)爐排煙情況 武鋼 50t 轉(zhuǎn)爐的排煙量是 ，煙氣含塵濃度是 。 50t 轉(zhuǎn)爐 22min 出鋼一次，出鋼量為 45t。轉(zhuǎn)爐所排煙氣量平均為 104m3/h。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)排放要求，見表 21。 表 21 處理前后各污染物的含量指標(biāo) 金屬粉塵（ kg/m3） CO（ %） 溫度（℃） 排放前 86 1600 排放后 10 5 2 60 3 工藝的選擇 濕法除塵工藝簡(jiǎn)介 濕法除塵工藝主要是把干法除塵工藝中的電除塵器或布袋除塵器等干式除塵設(shè)備換成了重力脫水器或彎頭脫水器等濕式除塵設(shè)備，并在最后設(shè)文氏管來(lái)脫水。 濕法除塵工藝的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。但同時(shí)也存在諸多問題，主要有：需要的除塵水量很大；蒸汽和濕粉塵粘結(jié)到引風(fēng)機(jī)葉片，造成轉(zhuǎn)子不平衡，引起風(fēng)機(jī)震動(dòng)損壞，故障率高，影響系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行；系統(tǒng)易結(jié)垢，導(dǎo)致除塵能力下降，積塵效果和凈化效果變差，爐口煙塵外溢、放散塔冒黃煙；系統(tǒng)阻力大，耗電高；污 泥處理工序復(fù)雜且容易造成二次污染；受文氏管效率影響，煙塵排放濃度偏高（為 100mg/Nm3）。 干法除塵工藝簡(jiǎn)介 干法流程的優(yōu)點(diǎn)是不需廢水處理設(shè)備和污泥脫水設(shè)備等，因此干法除塵具有水耗低、無(wú)污水處理系統(tǒng)、電耗低、風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、粉塵排放濃度低（為 10mg/Nm3）等諸多優(yōu)點(diǎn)。存在一些問題主要是：干法除塵造價(jià)高、自動(dòng)控制連鎖多，要求自動(dòng)化程度高；采用的機(jī)械設(shè)備多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修時(shí)間長(zhǎng)。 工藝選擇 由于武鋼有大量的轉(zhuǎn)爐廢氣需要處理。如果選用濕法除塵工藝，最終用水量會(huì)很大，而且產(chǎn)生的廢水 將難以處理。選擇干法除塵工藝不僅可以避免上述問題，而且煙塵的凈化效果也遠(yuǎn)好于濕法除塵工藝。所以最終選定干法除塵工藝。 工藝流程 5 圖 31 武鋼轉(zhuǎn)爐煙氣處理系統(tǒng)工藝流程圖 轉(zhuǎn)爐煙氣經(jīng)集氣罩收集以后經(jīng)換熱器降溫，進(jìn)文氏管 ?旋風(fēng)脫水器 ?除霧器除塵降溫后，再經(jīng)布袋除塵器除塵，煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放至煤氣柜，工藝流程見圖 31。 4 干法除塵工藝 集氣罩類型選擇 選擇接受式集氣罩。有些生產(chǎn)過程和設(shè)備本身產(chǎn)生或誘導(dǎo)的氣流運(yùn)動(dòng)，如由于加熱或慣性作用形成的污染氣流。集氣罩設(shè)在污染 氣流前方，有害物會(huì)隨氣流直接進(jìn)入罩內(nèi)。這類集氣罩統(tǒng)稱為接受式集氣罩。 集氣罩設(shè)計(jì)原則 （ 1） 對(duì)散發(fā)粉塵或有害氣體的工藝流程與設(shè)備應(yīng)采取密閉措施，盡量采用密閉罩。確定密閉罩的吸氣口味、結(jié)構(gòu)和風(fēng)速時(shí)，應(yīng)使罩內(nèi)負(fù)壓均勻，防止污染物外逸，對(duì)于散發(fā)粉塵和揮發(fā)性的污染源，應(yīng)避免過多負(fù)壓。 （ 2） 當(dāng)不能或不便采用密閉罩時(shí)，可根據(jù)工藝操作要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件選擇適宜的其他開敞式集氣罩。集氣罩應(yīng)盡可能包圍或靠近有害污染源，使污染物局限在較小空間內(nèi)，并盡可能減少吸氣范圍，便于捕集和控制污染物。 （ 3） 吸氣點(diǎn)的排風(fēng)量應(yīng)按防止粉塵或有害氣體擴(kuò)散到周圍 環(huán)境空間的原則確定，集氣罩的吸氣應(yīng)盡可能利用污染氣流的運(yùn)動(dòng)作用。 （ 4） 已被污染的吸入氣流不允許通過人的呼吸區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮操作人員的位置和活動(dòng)范圍。 （ 5） 集氣罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作。在保證功能的前提下，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，便于安裝和維護(hù)管理。 （ 6） 防止集氣罩周圍的紊流，應(yīng)盡可能避免或減弱干擾氣流、穿堂風(fēng)和送風(fēng)氣流等對(duì)吸氣氣流的影響。 目前多采用控制速度法計(jì)算外部集氣罩的排風(fēng)量。利用外部集氣罩的幾何尺寸及罩口速度分布就可以很方便的求得外部集氣罩的排風(fēng)量。排風(fēng)量可用下式計(jì)算 ： oVAQ 0? 式中： Q?集氣罩排風(fēng)量， m3/s； Ao?罩口面積， m2； Vo?罩口的吸入速度， m/s。 集氣罩的結(jié)構(gòu)、吸入氣流速度分布、罩口壓力損失的變化都會(huì)影響排風(fēng)量。 計(jì)算排風(fēng)量的關(guān)鍵是確定控制點(diǎn)至罩口的距離 X和控制風(fēng)速 Vx?？刂泣c(diǎn)是指有害物發(fā)生地點(diǎn)。控制風(fēng)速是保證污染物能被全部吸入罩內(nèi)時(shí)控制點(diǎn)上必須具有的吸入速度。 換熱 器設(shè)計(jì) 6 換熱器類型 考慮到經(jīng)過熱交換的水還要回用，所以選擇間接水冷。間接水冷是高溫?zé)煔馔ㄟ^煙管管壁將熱量傳出，由水冷夾套或冷卻管束中流動(dòng)的水帶走的一種冷卻方式，常用的設(shè)備有水冷夾套和水冷冷卻器。 1） 水冷夾套管 水冷夾套管是由直徑不同的兩管同心套在一起所組成，內(nèi)管內(nèi)通煙氣，套管中通冷卻水，通過內(nèi)管壁進(jìn)行換熱以將煙氣冷卻。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠，是一種常用的冷卻方式。但其傳熱效率較低，耗水量大。煙管直徑較大時(shí)，夾層中設(shè)分水板，以使水路加長(zhǎng)，增大水速，加強(qiáng)傳熱，同時(shí)也加固了內(nèi)外管的連接。夾層厚度在使 用軟化水時(shí)一般為 40~60mm，不能太??；當(dāng)使用非軟化水且硬度大時(shí)，厚度要加大。供水進(jìn)口在下，出水管在上，水的流向采取與煙氣流向相反的逆流形式，供水進(jìn)口管設(shè)在煙氣出口端。一般進(jìn)水溫度為 30℃，出水溫度不宜高于 45℃，以免結(jié)垢，溫差 15℃。水壓采用 ~。管內(nèi)煙氣流速，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取10~15m/s，水流速度取 ~。 2） 密排管式水冷管 密排管式水冷管是由很多ψ 50~89mm無(wú)縫鋼管拼焊而成的圓形或矩形煙管，管與管之間凈距為 1~3mm，管內(nèi)通冷卻水，通過水冷管外壁面換熱以將煙氣冷卻。 結(jié)構(gòu)較水冷套管復(fù)雜，加工難度也大，但傳熱面積大，傳熱效率較之也大，是電爐排煙中常用的方式，適于較大煙管傳熱進(jìn)行煙氣冷卻。 3） 殼管式水冷卻器 殼管式冷卻器是在一密閉殼體內(nèi)平行設(shè)置多排管束，煙氣從管內(nèi)通過，殼體內(nèi)煙管外流過冷卻水，通過冷卻水與煙管外壁的熱交換使煙氣冷卻。頂部煙氣進(jìn)出口盡可能布置在兩側(cè)，頂部開檢查門可便于維護(hù)清灰。傳熱面積大而煙管較長(zhǎng)者可采用雙程式，傳熱面積小而煙管較短者采用單程式。殼管式冷卻器的優(yōu)點(diǎn)是傳熱效果好，冷卻面積小，鋼耗少，其冷卻后的熱水可利用。缺點(diǎn)是水耗量大，對(duì)于缺水、節(jié)水地區(qū)較難應(yīng)用 。 冷卻水采用軟化水，進(jìn)口溫度為 30℃，出口溫度為 45℃ .冷卻水流向與煙氣流向相反，形成逆流形式，傳熱效果高，水的入口在煙氣出口側(cè)，水的出口在煙氣入口測(cè)，水壓為 ~。煙管管束可布置成矩形、三等邊三角形、菱形等?？紤]煙氣通路大一些，以免積附粉塵，便于清灰，煙管管徑通常用ψ 76~ψ 140mm，管中心距取管徑的 ~。煙管內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流速建議采用 10~15m/s，冷卻水流速取 ~，使其達(dá)到紊流狀態(tài)，有利于傳熱。為增大換熱量，在殼管內(nèi)部可增設(shè)橫隔板，變水的縱向流動(dòng)為橫 向流動(dòng)的多次折流，以增加水的流程，加大流速，消滅死角。還可采用螺旋管、螺旋翅片、管壁凸緣等措施，增大傳熱面，形成旋流場(chǎng)。 殼管式水冷器的傳熱系數(shù) K值按式（ 1）計(jì)算，其中的煙氣與管內(nèi)壁金屬面的換熱系數(shù)α i，對(duì)于水冷器是至關(guān)重要的，其數(shù)值通常在 100W/（ m2? ℃）以下。管外壁與冷卻水的換熱系數(shù)α?？筛哌_(dá) 5800~11600W/（ m2? ℃），熱阻很小，可忽略不計(jì)。按前述鋼管管壁厚度很小，導(dǎo)熱系數(shù)大，熱阻也很??；采用軟化水，水垢熱阻幾近于零；這兩者也忽略不計(jì)?；覍訜嶙?，對(duì)于轉(zhuǎn)爐煙氣也小，一般為 Rh=~? ℃ /W。 由上述，水冷卻器的傳熱系數(shù) K值可簡(jiǎn)化為 ? ? )1(11 1 2 ?????? ?????? CmWRRK ihihi ??? 由于 ? ??????? ???? CmWCC sritcii 2???，因而 K值計(jì)算式更可簡(jiǎn)化為 ? ? )4(sritci CCK ??? ?? 式中： K?體熱系數(shù)， W/（ m2? ℃）； φ ?熱效系數(shù)，在有清灰措施的條件 下，對(duì)于轉(zhuǎn)爐煙氣φ =~； ci? ?轉(zhuǎn)爐煙氣定型對(duì)流換熱系數(shù)， W/（ m2? ℃），見圖 41； Ct?溫度修正系數(shù)，見圖 43； 7 ri? ?轉(zhuǎn)爐煙氣基準(zhǔn)輻射換熱系數(shù)， W/（ m2? ℃），見圖 42； sC ?轉(zhuǎn)爐密封性修正系數(shù)，對(duì)于 密封性好的轉(zhuǎn)爐， sC =；密封性一般 sC =；密封性差 sC =。 影響傳熱的因數(shù)，主要是傳熱系數(shù) K、熱交換面積 F和對(duì)數(shù)平均溫差。在一定條件下，提高其中任何一項(xiàng)的數(shù)值均可達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。提高 K值，應(yīng)經(jīng)常注意煙管內(nèi)積附粉塵的程度，應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)煙管進(jìn)行維護(hù)清掃，以清 除灰層，提高傳熱效果。 在一定的鋼耗量下增加傳熱面積，采用較小的管徑，單位空間內(nèi)配置的總表面積就較大，對(duì)流換熱系數(shù)也可增大。但管徑不能過小，以免增加氣流阻力和引起煙管積灰。在一定的冷熱流體進(jìn)出口溫度下，增大對(duì)數(shù)平均溫差，如采用煙氣流向與冷卻流體（水或空氣）流向相逆布置（逆流），溫差可加大。 煙氣比熱容。在煙氣交換計(jì)算中常用到平均摩爾定壓熱容（容積比熱容），按各組成氣體百分比疊加的原理，煙氣的平均摩爾定壓熱容計(jì)算如下： ??? ni piip CC 1 ? （ 5） 式中： pC ?煙氣的平均摩爾定壓熱容， J/（ mol? ℃）； i? ?煙氣中各組成氣體所占體積百分?jǐn)?shù)， %； piC ?煙氣中各組成氣體的平 均摩爾定壓熱容， J/（ mol? ℃）。 幾種氣體的平均摩爾定壓熱容值列于表 41。 表 41 幾種氣體的平均摩爾定壓熱容（ kJ/（ kmol? ℃ ）） t(℃ ) N2 O2 空氣 H2 CO C2O H2O 電爐煙氣 a= a=2 0 18 25 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 ρ（ kg/m3） 相對(duì)分子質(zhì)量 32 ? 18 ? ? 說明：溫度范圍： 0~1500℃ ，壓力： 。 煙氣量為 gL 的煙氣 由溫度 gt 冷卻到 mt 所放出的熱量為 ? ?mmggg tCtCLQ ?? （ 6） 式中： Q?煙氣放出的熱量， kJ/h； L?煙氣量， m3/h； 8 mg CC, ?分別是煙氣為 gt~0 及 mt~0 時(shí)的平均摩爾定壓熱容， kJ/(kmol? ℃ )； mgtt, ?冷卻前后的煙氣溫度， ℃ 。 ? ?21 21 / ttIntttm ?? ????? ? ?12 21 , amag tttt