土木工程视角下高炉冲渣乏汽烟囱排烟除尘及凝结水回收实验研究

来源: www.sblunwen.com 发布时间:2020-03-08 论文字数:41144字
论文编号: sb2020021823034929634 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇土木工程论文,本课题针对钢铁企业高炉冲渣乏汽烟囱排放的含尘饱和水蒸气通过现场测试及搭实验台的方式展开研究并得出了一定的结论,但在研究中仍存在着一些问题值得课题组
本文是一篇土木工程论文,本课题针对钢铁企业高炉冲渣乏汽烟囱排放的含尘饱和水蒸气通过现场测试及搭实验台的方式展开研究并得出了一定的结论,但在研究中仍存在着一些问题值得课题组在今后工作中开展更为深入的研究.

第 1 章 绪论

1.1 研究背景
人类社会正在经历由于工业生产过程导致的各种环境灾难:大气污染、水污染、垃圾污染,尤其在工业化加快的如今,以钢铁工业为代表的工业制造业迅猛发展,不断排放的工业废气、废水、废渣得不到有效的处置与利用,致使环境污染进一步恶化[1]。
从 2013 年以来,我国的雾霾天数逐渐增加,特别是在华北和华东地区。根据环保部与绿色和平组织共同发布的数据显示[2-3],2013 年,我国空气质量最差排名中的 10 个城市中,仅河北省就占了 7 个,直到 2017 年,空气质量最差的10 个城市中,河北省仍占有 5 个,可见大气污染呈现明显的区域性特征。河北省是工业生产大省,以生产钢铁为主的黑金属企业,在生产过程中产生的工业烟气包括二氧化硫、氮氧化物、烟尘、粉尘、水蒸气等是造成雾霾天气的主要诱因;同时,烟气中大量的余热资源被白白浪费。
根据工业信息化部《工业绿色发展规划(2016-2020 年)》[4]关于到 2020 年钢铁行业清洁生产水平显著提高,高风险污染物排放大幅削减的发展目标要求,实施绿色制造工程,围绕生产过程清洁化、能源利用低碳化、资源利用循环化,推进绿色工厂建设,构建具有河北特色的绿色制造体系等一系列规定。为了响应国家号召,作为污染物排放大户,钢铁企业担负着重大的社会责任,打造绿色、节能、环保的钢铁行业刻不容缓。
钢铁企业需要为数较多的烟囱来排放不同工艺产生的烟气,排放点主要包括高炉冲渣乏汽烟囱、转炉一次除尘烟囱、连铸机二冷乏汽烟囱、冷轧酸再生烟囱、冷轧酸洗烟囱等。经烟囱排放的白色烟雾其主要成分是空气和水蒸气混合物,同时还含有一定量的可悬浮颗粒物。与较粗的工业物料颗粒物相比,可悬浮颗粒物粒径更小,面积更大,活性更强,易附带有毒、有害物质(例如重金属、微生物、废酸液等),且在大气中的停留时间长、输送距离远,是形成雾霾的重要组成部分,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
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1.2 烟气余热回收技术现状
近年来,围绕烟气余热回收利用而进行的研究甚多。传统的烟气余热回收利用方式由于受到被加热介质的温度限制,经烟气余热回收利用装置后排烟温度仍在 55℃以上,烟气中还有近一多半的余热未被回收利用(见图 1-1),造成极大的能源浪费。针对余热回收率低这一特点,目前研究者主要针对减小传热温差[12]、排烟深度降温[13]、系统优化[14-15]等方面展开了大量的研究工作以期进一步提高余热回收率。
图 1-1 主要行业余热资源利用现状
经调查,我国钢铁工业能源消耗占全国工业总能耗的 15%左右,而能源利用率却仅为 30%~50%,比发达国家低 10%左右[16]。余热资源是一次能源转换后的产物,属于二次能源[17]。由于钢铁工业余热温度范围较大,按温度品位可分为:高温余热(>500℃),中温余热(150℃~500℃),低温余热(<150℃)[18]。其中,高温余热回收率为 44.1%,中温余热回收率为 30.2%,而低温余热回收率不足 1%[19]。回收的钢铁工业余热可用于热电发电[20-21]、工厂附近居民区的供暖或供冷[22]、城市集中供热[23]、加热热水锅炉回水或补水等再生产工序[24]、梯级利用[25]等,可为钢铁企业带来可观的经济效益。说明我国钢铁工业余热资源丰富,但由于之前不被重视,大部分被以各种形式直接排放,造成极大的能源浪费。根据节能减排的政策,余热回收利用越来越受到重视,余热回收成为一种提高能源利用率行之有效的手段,加强余热回收成为我国钢铁工业实现可持续发展的关键之一[26]。
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第 2 章 某钢铁企业冲渣系统技术分析及存在问题

2.1 高炉冲渣工艺简介
高炉冲渣工艺是将炼铁高炉产生的 1400-1500℃火渣运入粒化塔,在粒化塔内自由下落的过程中通过喷头喷出的带压水注将火渣击碎,生成粒度为 2-3mm的固体铁渣的同时产生大量的可悬浮颗粒物后,落入冲渣池,达到进一步冷却降温的效果。
高炉渣的处理方法可分为干法工艺和湿法工艺,干法工艺应用于早期,后因该方法工艺落后,资源利用率较低且对环境的破坏较大而逐渐淘汰,仅在事故状态下应急使用。而湿法工艺是现在高炉渣处理方式的主流。
目前使用较多的湿法处理方法有底滤(OCP)法、因巴(INBA)法、图拉(TYNA)法及拉萨(RASA)法等方法。而湿法工艺又可通过水渣的形成方式分为水淬方式和机械破碎方式。
(1)水淬方式:高炉熔渣通过冲渣沟进入冲制箱后经高压水淬成水渣后,利用渣水分离技术并运至渣场。该方式的代表方法有:底滤(OCP)法、因巴(INBA)法和拉萨(RASA)法。
(2)机械破碎方式:高炉熔渣经渣沟落至高速旋转的粒化轮上,经机械破碎、粒化后由高压水再次水淬并冷却,后经渣水分离并运送至渣场。该方式的代表方法有:图拉(TYNA)法。
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2.2 某厂高炉应用 INBA 法炉渣处理技术现状
邯郸市某钢铁企业厂区内现有两座 3200m3高炉,冲渣方式均采用冷水 INBA法,在冲渣过程中产生大量的高温蒸汽和可悬浮颗粒,生成滚滚白烟,影响厂区景观,造成环境污染,且严重腐蚀周边设备。
因巴法渣处理系统是本课题的引出平台,其工艺流程如图 2-1 所示。
图 2-1 因巴法水渣工艺图
炼铁产出的高温熔渣从高炉排渣口排出后由熔渣沟进入粒化塔时,通过粒化喷头喷出的多股高压水将其击碎形成水渣后进入到水渣池冷却降温,降温后的水渣经分配器进入转鼓过滤器,此时水渣随着转鼓的持续旋转产生的离心力作用下进行不断脱水,脱出的水经处理后在不同设施间循环形成闭环水系统,已达到循环利用的目的[77-78]。同时脱水后的渣被带着转鼓上方因自身重力落到从转鼓内部穿过的运输皮带机上运送至渣场堆积进行脱水处理。
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第 3 章 某钢铁企业冲渣水烟气采样及分析......................................17
3.1 测试对象............................17
3.2 现场测试采集项目...............................17
3.3 测试设备的选择..................................19
第 4 章 实验台搭建及测试结果分析...................................43
4.1 实验研究目的..................................43
4.2 实验研究装置的可靠性保证...................................43
4.3 除尘器除尘实验研究...............................44

第 4 章 实验台搭建及测试结果分析

4.1 实验研究目的
本次实验主要由颗粒层除尘器除尘实验和弓形折流板汽水换热器冷凝实验组成。在除尘实验中通过改变过滤时间、烟气的流速、粉尘的质量浓度、滤料粒径和过滤层厚度来研究五个变量对颗粒层除尘器除尘效率和压降的影响,在冷凝实验中通过改变饱和水蒸气流速、饱和水蒸气含湿量和冷媒水流量等变量来研究其与汽水换热器凝结效率的影响。
为了能够保证本次实验的研究数据的准确性和客观性,对实验装置的各个组成部分、参数及精度要求:
(1)风机:风速是本次实验的一个重要变量,保证风速的准确性是实验的关键。因此采用三垦 SAMCO-i 大容量高功能静音式变频器对系统风量进行调节,
以达到实验中所有工况对风速在 0.5m/s-1.2m/s 之间的需求。
(2)风管:实验装置各个组成部分的气体通道都通过风管进行连接,风管的直径为 100mm,连接位置均进行密封处理,从而排除在实验过程中连接部分的漏风和粉尘流失造成对本次实验结果的影响。
(3)除尘器:采用具有一定刚性的亚克力材料制作,方便拆卸安装和对内部的观察,各部分结构紧凑且密封性良好,可以较好的表达实际工业用颗粒层除尘器相似的除尘效果。
(4)测试仪器:选用的测试仪器除第三章的所有仪器外,后面也有所补充。所有的测试仪器均经过校准与标定,同时考虑到标况下和实验现场工作条件的差异也会对实验的过程造成影响,因此在现场进行修正以保证测试仪器提供数据的
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结论与展望

主要结论
通过本次课题的研究,能够从中得到的主要结论如下:
(1)在建立颗粒层除尘器实验台的除尘效率实验过程中,通过固定其他变量,对单一变量进行多组实验可分析出不同变量对颗粒层除尘器除尘效率的影响:
随着烟气进入过滤器的流速不断增大,颗粒层除尘器的除尘效率呈现出不断下降的趋势;随着过滤层颗粒粒径的不断增大,颗粒层除尘器呈现出过滤效率逐渐降低的趋势;随着过滤层厚度的持续增加,当过滤层厚度在 20mm-80mm 范围内增长时,除尘器的除尘效率增长较为迅速,超过 80mm 后增长速度开始放缓并逐渐趋于平稳;在设置的粉尘质量浓度范围内,颗粒层除尘器的除尘效率随着粉尘质量浓度的升高而有着明显的提升;随着过滤时间的逐渐增加,在一定的时间范围内,过滤效率迅速增长至 95%左右,后随着过滤时间的继续延长,过滤效率增长速度逐渐放缓并趋近于 100%。
经综合计算分析可得,对于颗粒层除尘器,过滤层厚度设为 80mm、滤料粒径为 3mm、过滤时间在 25-40min 之间时,对于烟气粉尘,流速小于 0.9m/s、粉尘质量浓度 3g/m3 时,该除尘器针对某钢厂 1#高炉冲渣乏汽烟囱排烟的综合除尘效率可保持在 90%以上。
(2)在建立颗粒层除尘器实验台的压力降实验过程中,通过固定其他变量,对单一变量进行多组实验可分析出不同变量对颗粒层除尘器压力降的影响:
随着将烟气流速逐渐增大的实验过程中,颗粒层除尘器的过滤压力损失也随之迅速上升,且在速度增幅相同的过程中,压力损失的数值增长幅度在逐渐扩大;随着过滤时间的增长,除尘器的压力损失总体呈现分两阶段上升的趋势,第一阶段为二十分钟内颗粒层中的缝隙及表面的粉尘是一个从无到有的过程,因此压降呈现迅速增长的现象,但随着过滤层中粉尘质量浓度的逐渐稳定,进入第二阶段后压力降低的速度逐渐减小;随着过滤层厚度的增长,颗粒层除尘器的过滤压降也随之逐渐上升且上升速度保持稳定;随着粉尘质量浓度的增大,过滤器的压力损失也会逐渐增大,但增幅较小远不及过滤层厚度的改变对除尘器压力损失的影响。
参考文献(略)

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