第一章 炉型计算及参数选择
1.1 定容积
选定高炉座数为1座，高炉利用系数为ηv =2.0t/(m3 ²d), 高炉容积V u =2800m3
1.2 确定年工作日和日产量
年工作日为365³95%=347天, 日产量P 总=Vu ²ηv =5600t
1.3 炉缸尺寸
（1）炉缸直径
选定冶金强度I=0.95t（m 3²d ）；燃烧强度i 燃=1.05t/(m2²h) 则： d= 0.23
IVu
i 燃
=11.58 取11.6m
校核V u /A=
2800
=26.51.一般大型高炉在22~28之间，计算合理。 π2
d 4
（2）炉缸高度 h z =π
4bP d Nc
2
=1.65m 取1.7m
1. 40. 56
h f =h z =
k
=2.94m 取3.0m
风口数目：n=2(d+2)=2³(10.9+2)=27.2 取27。 风口结构尺寸：a=0.5 h 1= hf +a=3.5m
1.4 死铁层厚度
h 0=1.5m
1.5 炉腰直径、炉腰角、炉腹高度
选取D/d=1.13
D=1.13³d=1.13³11.6=13.11m 取13m 选取炉腹角α=80°30′ h 2=
D -d 2
tan 80︒30'=4.19m
2h 2D -d
取4.2m
校核： tan α==6.0 α=80°32′
1.6 炉喉直径、炉喉高度
选取 d 1/D=0.7
d 1=0.7D=9.1m 取9.1m
选取 h 5=2.5m
1.7 炉身角、炉身高度、炉腰高度
选取β=83°30′
h 4=
D -d 1
tan 83︒30'=11.66m 取12.0m 2
2h 4D -d 1
校核：tan β==6.15 β=83°32′1″
选取H u /D=2.3
H u =2.3³12=29.9m 取30m h 3= Hu -( h1+ h2+ h4+ h5)=7.8m
1.8 有效容积校核
V 1= πh 1d 2=369.64m3
4
V 2=πh 2(D2+Dd+d2)=499.34 m3
12
π4
V 3=h 3 D 2=1034.79 m3
2
V 4=πh 4((D2+Dd1+d1)=1162.15 m3
12
2V 5=πh 5 d 1=162.51 m3
4
V u = V1+V2+V3+V4+V5=3228.43 m3 误差ΔU=
3228. 43-2800
³100%=0.84%＜1%
2800
所以，设计合理。
表3.1高炉内型参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
项目 有效容积V u /m 3 炉缸直径d /mm 炉腰直径D /mm 炉喉直径d 1/mm 死铁层深度h 0/mm 炉缸高度h 1/mm 炉腹高度h 2/mm 炉腰高度h 3/mm 炉身高度h 4/mm 炉喉高度h 5/mm 有效高度H u /mm
炉腹角α 炉身角β Hu /D 铁口数/个 风口数/个
数值 3228.43 11600 13000 9100 1500 3500 4200 7800 12000 2500 30000 80°30′ 83°30′
2.3 2 26
第二章 重力除尘器设计
2.1 高炉日铁产量，高炉煤气发生量与高炉煤气含尘量
边计算得知，高炉煤气含氮量越55.27％，煤气正常温度约200°C~250°C 左右，炉顶正常压力为0.2MPa (包钢) ，高炉利用系数2.0t/m3.d , 煤气含尘量为55.93kg/t-p. 吨铁煤气量Vg =1813.899m 3.
则高炉日铁产量：M=Vu×ηv=2500×2.0=5000t
/h 高炉煤气发生量：Q=(M×Vg)/24=(5000×1813.899)/24=377895.625 m³高炉煤气含尘量：C=（55.93×1000）/Vg=（55.93×1000）/1813.899=30.83 选取高炉喉口直径8.4m ，则炉喉截面积S 1=3.14×（8.4/2）2=55.39m2。
2.2 煤气管道设计
2.2.1 导出管设计计算
为了减少炉尘吹损，煤气导出管的煤气流速不宜太大，常为3~4 m/s。煤气导出口处的总截面积不应小于炉喉截面积的40%。煤气导出管中心水平倾角一般为50°~53°，以使灰尘不致沉积堵塞而返回炉内。
设计的煤气导出管为四根，取煤气在煤气导出管内的流速ν导=3.5m/s，已知除尘器每小时过滤煤气总流量Q=377895.625 m³/h。
则煤气导出管总截面积S 导=Q/﹙ν导×3600﹚=29.99 m2，取30 m2。 则一根煤气导出管截面积S=30/4=7.5 m2
根据圆形面积公式可知煤气导出管直径D 导=3090 mm。 S 导/S=30/55.39 ×100%=54.16%，满足设计要求。
煤气导出管中心水平倾角为53° 参考2500m 3高炉重力除尘器的设计。 2.2.2 上升管设计计算
煤气上升管内的流速为6~8m/s，上升管总截面积为炉喉面积的25%~35%，上升管的高度应保证煤气下降管有足够大的坡度。设计的煤气上升管为两根，取煤气上升管内的煤气流速ν上=7m/s。
则煤气上升管总截面积S 上=377895.625/﹙7×3600﹚=14.995m2，取15 m2。 则有S 上/S1=15/55.39=27.07%，符合设计要求。 即有一根煤气上升管的截面积S=15/2=7.5 m2。
因此可知煤气上升管的直径D 上为：
2⨯π⨯(
D 上升管
2
) 2=
Q 则
V 上⨯3600
D 上升管=3091mm
上升管高度取h 2=8900mm
下降管上管口中心线到上升管管顶距离取h 3= 2400mm
2.2.3 下降管设计计算
为了防止煤气灰尘在煤气下降管道内沉积堵塞管道，煤气下降管内的煤气流速应大于煤气上升管内的煤气流速。煤气下降管内的流速为6~9m/s，煤气下降管的中心线倾角应大于45°，以使灰尘能流入重力除尘器。
设计的煤气下降管为两根，取煤气下降管总截面积为煤气上升管总截面积的80%，煤气下降管的中心线倾角取45°。
煤气下降管总截面积S 下=S上×80%=15×80%=12 m2。
则下降管中的煤气流速ν下=Q/﹙S 下×3600﹚=8.75m/s，满足设计要求。 则一根煤气下降管的直径D 下为
2³π⨯(
D 下降管
2
) 2=
Q
则
V 下⨯3600
D 下降管=2764 mm
2.3 高炉炉顶管道设计参数
表4.1 煤气流速表
煤气管道 炉顶煤气导出管 炉顶煤气上升管 炉顶煤气下降管
煤气流速（标态）m/s 3~4 6~8 6~9
设计取值m/s V 1=3.5 V 2=7 V 3=8.75
表4.2 炉顶管道参数表
煤气导出管 煤气上升管 煤气下降管 煤气放散管
内径D （mm ） 3090 3091 2764 644.444
根数 4 2 2 2
45︒
夹角
53︒
2.4 重力除尘器的设计
2.4.1 重力除尘器的设计要求
① 除尘器直径必须保证煤气在标准状况下的流速不超过0.6~1.0m/s。 ② 除尘器直筒部分的高度，要求能保证煤气停留时间不小于12~15s。
③ 除尘器下部圆锥面与水平面的夹角应做成≥50︒。
④ 除尘器内喇叭口以下的积灰体积应能具有足够的富余量（一般应满足三天的积灰量）。
⑤ 除尘器下降管直径按煤气流速10m/s左右设计，一般为7~11m/s。 ⑥ 除尘器阻力一般为150~390Pa 2.4.2 重力除尘器部分设计参数选择
① 所设计的重力除尘器要求除尘效率为80%。 ② 重力除尘器直筒直径必须保证煤气流速为0.8 m/s。 ③ 煤气能在沉降室停留时间为15s 。 2.4.3 重力除尘器设备尺寸计算
(1) 每秒煤气量q ：q/3600= 377895.625/3600=104.971m3/s
(2) 选择重力除尘器煤气入口管道直径为d ，且煤气入口流速v 0=10m/s，则由此可得：
d =3657 mm
(3)由煤气在沉降室的停留时间为45s ，煤气流速v 1=0.5m/s，则重力除尘器直筒段的截面积： S 重=Q/v1=209.942 m2
根据圆形面积公式可知重力除尘器内径：
D =2=16757 mm
(4) 除尘器直筒部分高度取H 直筒=12000 mm (5) 直筒部分体积V 直=qt=104.971×15=1574.565 m3
(6) 经参考1080m³高炉重力除尘器，知重力除尘器内径D 重=11280mm,煤气出口管直径D 出=2520mm，中心管直径D 中=3500 mm。
因此，设计的重力除尘器的煤气出管口
D
出
=﹙2520/11280﹚×16757=3743.59mm，也就是说半净煤气管道的直径为
3743.59mm 。
中心管直径D 中=﹙3500/11280﹚×16757=5199.4mm，取5200 mm。 中心管长度L 中=13500 mm
上锥体高度H 上锥=﹙16757-5200﹚×0.5×tan50°=6886.55 mm 下锥体高度H 下锥=﹙16757-900﹚×0.5×tan50°=9448.82 mm 除尘器的容积V=Q×t=377895.625÷3600×45=4723.69 m³ 式中：V ——除尘器容积，m³；
Q ——处理气体量，m³/s；
t ——气体在除尘器内停留时间，s ，一般取30~60s，本次取45 s。 除尘器的长度L=V/S=4723.69/209.942=22.5m 式中：L ——除尘器长度，m ； V——除尘器容积，m³； S——除尘器截面积，m³。
(7)除尘器出口煤气流速V 2，且煤气密度为 g ，则
V 2=9.8m/s
2.4.4 积灰量及灰斗设计
由前面工艺设计得知，吨铁产生的炉尘量55.93kg ，高炉日产量5000t ，则高炉每天产生炉尘量为55.93×5000=279.65 t，设计重力除尘器除尘效率为80%，则重力除尘器除去的灰量为279.65×80%=223.72 t 。炉尘的堆密度约为1.5t/m³，则炉尘体积 V =223.72/1.5=148.8m³。
根据要求，设计灰斗满足容纳三天的积灰量，故灰斗容积应大于3×148.8=446.4m³。 最小灰斗高度满足4π·(D/2)2·h/3=3202 mm
体积
取排灰口直径径D 排=900 mm 2.4.5 压力损失
由重力除尘器压力损失计算公式得： △P=77.76Pa 2.4.6 出口含尘浓度
C =C 初⨯（1-η）=41.68⨯(1-80%)=8.3 g/m3
2.4.7 重力除尘器参数列
表2.3 重力除尘器参数表
除尘器直径D 直径部分高度h 5 除尘器入口管径d 除尘器出口管径g 灰斗下口口径f 灰斗倾角γ 灰斗容积V 灰斗 储灰能力Z 出口含尘浓度C 除尘器压力损失∆P 除尘器除尘效率η 灰斗高度h 4
除尘器上截锥体高度h 6
16757 mm 12000 mm 3657 mm 3743.59 mm 900 mm 50° ＞446.4 m3 3 天 8.3 g/m3 77.76 Pa 80% 9448.82 mm 6886.55 mm
第三章 布袋除尘器设计
3.1 滤袋及滤袋箱体的设计
3.1.1 漏风率
漏风率的含义是：漏入或漏出布袋除尘器本体的风量与入口风量的比率。除尘器产生漏风的根本原因在除尘运行的情况下，设备内外气体有压差；另一原因是除尘器本体及其配件不严密给漏风创造了条件。
漏风率是反映除尘器性能好坏的重要指标，漏风率小不仅有助于保证系统风量，节约能源，而且有助于设备稳定运行，减少事故。
袋式除尘器处于负压工作状态工作时的大量泄漏，会导致压力损失过大，不仅增加风机负荷、浪费大量能源，而且还会影响清灰效果，致使滤袋堵塞，降低除尘效率。 在本设计中，要求对除尘器箱体采取各方面措施，如采用焊缝渗漏检验，起台阶法兰，严密性好的阀门和检修门，本体密封性检验等，以保证除尘器的漏风率控制在2%以下的国际水平。
3.1.2 过滤风速
过滤风速是衡量布袋除尘器先进性的重要技术指标之一，它与粉尘性质，含尘气
体的初始浓度，滤料种类，以及除尘器的清灰方式有密切关系。在进行除尘器设计时，首先必须选择合适的过滤风速，然后才能在此基础上进行其他部分的设计。
一般来说，含尘浓度较高，灰尘粒度较小，净化困难时过滤风速就应取小些，反之，则应取大些。实际中，应根据具体情况来选择合适的过滤风速，过滤速度过大会加重过滤负荷，增加过滤阻力，从而导致滤袋使用寿命缩短，除尘效率降低；而过滤速度过小，将会增加除尘器过滤面积，导致除尘器过于庞大。
过滤风速的选择，对保证除尘效率，确定除尘器规格及占地面积，乃至系统的总
投资，具有关键性作用。正确选择过滤风速的关键，首先在于弄清粉尘及含尘气体的性质，其次要正确理解和认识过滤风速和除尘效率的，过滤阻力，清灰性能三者之间的关系。
3.1.3 滤料的选择
本设计要求滤袋应具有良好的耐高温、耐腐蚀及耐磨能力，通过对各种滤料的对比，选用了氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）滤袋。氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）滤袋式一种复合新型材料，用微细玻璃纤维与耐高温化学纤维P84复合，利用特殊工艺制得的新型奶高温型集尘袋用过滤毡，并采用了PTFE （聚四氟乙烯）微孔覆膜的处理工艺。这种滤料具有耐高温耐磨的特性，并能降低运行阻力，提高过滤风速。对于采用PTFE 微孔覆膜滤料，因其基布表面所覆的薄膜代替了粉尘初层且孔隙率较高，所以过滤时，粉尘捕集在薄膜表面而不进入基布内部，其过滤效率和阻力决定了薄膜的特性，过滤效率高；又由于膜的憎水性，可使清灰变得容易，覆膜滤料清灰是借助粉尘的自重和清灰功能使粉尘很容易从滤袋表面脱落，即粉尘剥离率高，系统运行阻力较低且较稳定，所以使用覆膜滤料可使袋式除尘器过滤机理由深层过滤进展到真正的表面过滤。氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）性能见表5.1
项目
厚度，mm
单位质量，g/m
推荐过滤风速，m/min
耐温，℃
透气性，dm 3/（m 2²s ）
特点
应用 性能参数 1.8 ≥800 1.2～1.5 80～280 90 耐高温型，P84，玻纤 黑炭、钢铁行业
表5.1 FMS-9806产品性能
滤料的差别决定了过滤风速(或过滤负荷) 的选取。玻璃纤维滤布一般用于低滤速布袋除尘，高炉煤气净化也是如此。设计选用低滤风速的原因有两个，一是有关资料介绍当过滤速度超过1m/min时有灰尘穿透现象，也就是说除尘效率下降; 二是低滤速可延长滤布寿命。
对灰尘穿透问题曾做过观察，发现很多高炉布袋除尘滤速超过1m/min时未见效率下降，煤气质量依然很好。这是因为，一是高炉用滤布结构较厚，纹路紧密，纤维不易滑移，因此不易穿透; 二是高炉灰有其特性，它很容易在滤布表面形成一层致密的灰层，加强了过滤效果。同一种滤布用于其它烟气净化，效率很可能不同，净化气体含尘量不是5~10mg/m3而是80-100mg/m3，甚至更高，对一般粉尘浓度只要小于150mg/m3即可符合排放标准。这一事实说明，高炉煤气灰适于过滤，甚至高滤速时也没有透滤问题。
主要原因还是低滤速可以减少反吹次数，延长滤布寿命。玻璃纤维布性脆，不能反复折叠和搓揉，否则很容易破碎，因此要求反吹次数越少越好。这种滤布的长处是抗拉强度高，若想拉断决非易事，风事大时也涨不破。故根据这个特性设计了低滤速、高阻损、长周期的反吹制度。现场规定，阻力损失为4000~6000Pa时反吹，反吹间隔为1.5~2h，每天反吹次数约12一18次，这样寿命自然比频繁反吹要高。
经过多年的研究，滤布的“整体寿命”已超过一年，达到预期的指标。也就是说，一年之内滤布不坏，使用一定时间就可全部同时更换。我国玻璃纤维滤布性能己达到国外同类型产品水平，这是建材研究和生产部门多年努力的结果。
合成纤维滤布由于强度高，韧性好，允许频繁反吹，所以可以提高滤速。大高炉BDC 过滤风速在工况条件下已达 1.5m/min，几乎是小高炉的两倍，反吹周期为10~30/min. 不过按滤速分类仍属于中低风速反吹风型的大滤袋。此类滤布也适用于高滤速布袋除尘
器。
过滤风速还与煤气压力有关。这里所指的是标准状态下滤速与煤气压力的关系，当工况滤速一定时，煤气压力越大，换算为标准状态下的滤速愈大，因此这也是提高滤速的途径之一。一般的说，滤布材质和反吹方式决定工况滤速的选取，当工况滤速一定时，压力又决定了标准状态下的滤速(假定温度一定) 。比如目前中小高炉工况滤速为 0.8~0.9m/min，折合成标准状态下滤速约0.5m/min左右，大高炉工况滤速约 1.5m/min，折合成标态滤速为 2.3~2.4m/min。工况滤速相差约一倍, 而标况滤速则差4~5倍，主要原因是压力不同所致。
由此可见，压力越高，煤气体积越小，滤布面积相对越小，因此就越经济，煤气压力高低取决于炼铁工艺设计，除尘设备无法改变，能够做到的是选择滤料和反吹方式以提高滤速。只要工况滤速提高，标况滤速也随之提高，而且压力越大，标况滤速也越高。
由此可见，布袋除尘应高压操作而不是降压操作，减压阀组(或旁通阀) 只能 设在布袋除尘器之后净煤气总管上。国外BDC 配TRT 就是这样设置的。
箱体设有外保温，保温材料采用隔热性能良好的超细玻璃棉毡，外包镀锌铁皮。箱体下部灰斗还设有蒸汽盘管，防止结露。
3.1.4 除尘效率
除尘效率一方面与布袋除尘器箱体内部工艺结构和滤袋材质有关，另一方面也与清灰方式有关。
对于相同的进气截面积，荒煤气在外滤式布袋箱体中垂直运动速度仅为内滤式的1/3由于上升速度小，使一部分粉尘颗粒沉降下来，这样，外滤式布袋除尘器的箱体本身也就相当于一个重力除尘器，降低了布袋表面的含尘量，也就提高了布袋的过滤负荷，提高了滤袋的除尘效率。
外滤式布袋反吹是脉冲反吹清灰，由于反吹时间短，压力大，气流速度快，布袋得
到充分抖动，反吹网眼内粉尘，使布袋迅速恢复了透气性，提高了过滤负荷，因此除尘率高。
一般来讲，布袋除尘属于高效除尘，在滤料不破损情况下，其效率均可达99.5%以上。本设计采用氟美斯复合针刺毡滤料，其除尘效率很高，可以达到99.9%以上，本设计选择为99.9%。[16]
3.1.5 滤袋尺寸
为防止滤袋在外侧气流压力下被压瘪，内滤袋内侧装有金属骨架，在设计中，如果滤袋直径过大，则会使滤袋抽吸过快，猛击滤袋笼骨，这样会加速滤袋的磨损，使滤袋过早的发生漏洞。一般滤袋的直径以能紧塞入笼骨架为好；如果滤袋较长，相同的过滤面积所需的布袋箱体个数减少，从而使设备投资减少，并且较长的滤袋容易自行收缩，利于滤袋的清灰，但如果滤袋过长，滤袋低端将容易出现磨损的孔洞。
综合以上设计特点，本设计选择滤袋尺寸大小为：
L ）=Φ（500×10000）mm Φ（d×
3.1.6 过滤面积
过滤面积可以根据处理煤气量与煤气过滤风速来求得，即：
A =q v (5-1) i
式中A ——除尘器总的布带面积，m 2；
q v ——除尘器过滤煤气总流量，m 3/h
i ——布袋允许的过滤负荷，高炉煤气除尘，过滤负荷一般为30~35m3/(m2⋅h) 。本次设计煤气量大，取过滤负荷35m 3/(m2⋅h) 。
A=10797.02m2
3.1.7 滤袋及箱体个数
滤袋数量可由除尘器总过滤面积与单个滤袋的过滤面积求得
N=A/π×d×L=687.71（条）
选择每个箱体布置滤袋条数为10³10=100条，则需箱体个数n 为：
n=N/100=687.71/100=6.87（个），取7个。
由于布袋属于易损件，寿命一般为1.5年到2年，所以当某一布袋箱体内滤袋破损出现故障需要检修时，为了保证一个箱体的检修不至于过大地影响其它箱体正常工作，需要在布袋箱体进出口管上增设切断阀；并且在设备投资允许的条件下，应留两个布袋除尘器作备用，一个清灰，另一个检修。现选择箱体个数n=9个，然后验算布袋总条数N 为：
N=100×n=100×9=900 (条)
这样，除尘器就有足够的能力保证在箱体检修时仍然能正常工作。
3.1.8 除尘器平面布置
（1）除尘器的边长计算
袋式除尘器有几个矩形箱体构成，当每个布袋箱体的布袋较多时，应分成几组布置，个组之间流出400mm 的通道以便检修，边缘的空间为300mm 。采用正方形布置。
本设计的除尘器箱体为正方形，每个箱体分为4组，每组的布袋个数为25个，横纵各为5个，则箱体边长L 为：
L =(n -1) ⨯a ⨯N +(N -1) ⨯S +2⨯m （5-2）
式中：n ——每组每列滤袋个数 （条）
a——滤袋间的中心距 a=d+2d mm 5
N——沿各方向滤袋的组数 （组）
S ——每相邻两组滤袋最边上滤袋的中心距 S=d+400 mm
m——靠箱边滤袋中心至箱体内壁距离 m=d/2+300 mm
根据以上公式，具体布置参数为：
n=5条
N=2组
2 a=d+d =300+120=420 mm 5
S=d+400=300+400=700 mm
m=d/2+300=300/2+300=450 mm
则除尘室每个箱体边长
L=（5-1）×4200×2+（2-1）×700+2×450=4960 mm
（2）除尘器的总高度
H=L1+H1+H2+H3 (5-3)
式中L 1——滤袋层高度 mm
H 1——气体分配层高度 mm
H 2——灰斗高度 mm
H 3——灰斗排尘孔距地坪高度 mm
参考包钢5号高炉箱体高度18000mm ，取本设计的箱体高度为H=19000mm。
（3）箱体布置
由于本设计共有14个箱体，箱体单排布置采用单排一列式（实际中应更多的考虑现场的实际情况，若现场有一方形地带，则尽可能布置为并列式。）为了适应今后高炉扩容和提高冶炼强度的需要，还应留有今后增加箱体的空间。[17]
3.1.9 总除尘效率
η总＝C 入-C 出41.682-0.0083＝⨯100099.98％ C 入41.682
3.2 除尘器的选择设计
为确保高炉的正常运行和煤气净化系统的高效运转，充分体现净化装置的优越性、本着可靠、先进适用的原则，以及达到同级高炉国内一流水平的要求，对于一些关键性的但是目前国内制造水平还达不到要求的设备，按重要性程度从国外引进，其余设备国内配套。在干法布袋式除尘、湿法塔文系统除尘和高炉煤气环缝洗涤系统三种除尘方式中选择适合2500时高炉的高炉煤气净化方案。而在前文中以确定选择干法布袋除尘，示意图如下
图5.1高炉煤气除尘系统流程图
高炉煤气经重力除尘器及旋风除尘器粗除尘后，进入布袋除尘器进行精除尘，净化后的煤气经煤气主管、调压阀组(或TRT ) 高节稳压后，送往厂区净煤气总管。
3.2.1 进气口位置
进气口位置分为上进气与下进气，下进气除尘器结构简单，只有下部一块板；粗粒可直接沉降于灰斗中，只有3μm以下的细尘接触滤袋，滤袋磨损小。下进气是使用最多
的进气方式。
3.2.2 过滤方式分类
过滤方式分为内滤式和外滤式，内滤式系含尘气体由滤袋内向滤袋外流动，粉尘被分离在滤袋内；外滤式系含尘气体由滤袋外向滤袋内流动，粉尘被分离在滤袋外，由于外滤式含尘气体由滤袋外向滤袋内流动，因此滤袋内必须设置骨架，以防止布袋被吹瘪。由于外滤式气流上升截面大，气流速度小，可以使一部分粉尘颗粒沉降下来，这样，外滤式布袋除尘器的箱体本身也局相当于一个重力除尘器，降低了布袋便面荒煤气的含尘量，也就提高了布袋的过滤负荷与除尘效率。
在经过不断研究学习之后，滤袋过滤方式采用外滤式，滤袋内衬有笼形骨架，以防被气流压扁，滤袋口上方相应设置与布袋排遣数相等的喷吹管。在过滤状态时，荒煤气进口气动蝶阀及净煤气出口气动蝶阀均打开，随煤气气流的流过，布袋外壁上积灰逐渐增多，过滤阻力不断增大。当阻力增大(或时间) 到一定值时，电磁脉冲阀启动，布置在各箱体体布袋上方的喷吹管实施周期性的动态脉冲氮气反吹，将沉积在滤袋外表面的灰膜吹落，使其落入下部灰斗中。在隔一箱体进行反吹时，也可以将这一箱体出口阀关闭。清灰后应及时启动气动卸输灰系统，输灰气体可采用净高炉煤气，也可采用氮气，将灰输入大灰仓，然后用密闭罐车通过吸引装置将灰运走。
3.2.3 动力装置分类
动力装置分为正压式和负压式两大类，动力装置布置在袋式除尘器前端采用鼓入含尘气体的事正压袋式除尘器；而动力装置布置在布袋除尘器后面采用吸出易被净化的气体的事负压式布袋除尘器。
3.2.4 滤袋的形状
滤袋形状可分为圆袋与扁袋，圆袋型滤袋应用广泛，受力均匀，链接简单，成批量
的换袋容易。扁袋与圆袋相比，在相同体积内可多布置20％到40％过滤面积的布袋，因此，在滤料中粉尘负荷相同的条件下，扁袋占地面积较小。
3.2.5 袋式除尘器的选择
结合以上分析及各方面考虑，本设计中除尘器选择正压外滤式脉冲清灰除尘器，具体采用低压，外滤式，脉冲喷吹，下进气，圆形滤袋式。
布袋除尘器平面布置图如下所示
3.3 反吹清灰设计
3.3.1 清灰方式的选择
脉冲喷吹清灰方式的主要特点在于它是短期性的喷吹过程以及它年产生施加于滤袋内侧的相对较高的剩余压力。脉冲喷吹的持续时间极短，一般只有0.02~0.3s，低压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.1~0.3MPa；而高压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.5~0.7MPa。所以脉冲喷吹清灰可以在极短的时间内喷入大量的清灰气体。
脉冲反吹清灰属于高能清灰，由于反吹时间极短，压力大，以及气流的高速运动，使布袋充分的抖动，将网眼内粉尘迅速、有效地清落，从而恢复了布袋的透气性，因此，清灰效果好。[18]
3.3.2 压力损失
在本设计中，选择除尘器平均阻力为1200Pa 左右。
布袋除尘器的压力损失与除尘器的结构设计、滤料性质、粉尘浓度、过滤速度、粉尘层特征、清灰方式、煤气温度与湿度等诸多因素有关。
一般布袋除尘器的压力损失△P 是由其结构阻力△Pc ，清洁滤布阻力△Po 以及清灰后滤布表面堆积粉尘层的阻力△Pd 三部分组成。结构阻力与气流量和气体密度有关，滤袋层阻力与含尘气体性质、滤材性质、清灰方式及强度有关。如果滤袋除尘器在超越最佳阻力条件下运行，将导致动力设备电能耗费超量，而且会加重滤材磨损，降低气体的净化效率；若是在负压下运行，还由于密封性不足而形成环境空气大量吸入。
△P=△P c ＋△P o ＋△P d
△P —袋式除尘器设备阻力，Pa ；
△P c —除尘器结构阻力，Pa ；
△P o —清洁滤料的阻力，Pa ；
△P d —滤料上附着粉尘的阻力，Pa 。
在本设计中要求阻力损失在3～6KPa 。
清灰压差是干法滤袋除尘阻力的标志。干法滤袋除尘器阻力主要取决于瓦斯会在滤袋表面的厚度。高炉煤气干法布袋除尘器在系统工作一段时间后，由于滤袋内侧的瓦斯灰膜增厚，除尘器阻力增加，到荒煤气入口压力与净煤气出口压力之差达到一定压力值时，就应对除尘器进行清灰操作。
本设计选择定压反吹即开始进行除尘器清灰操作的最大压力差为5000Pa ，即当除尘器的箱体内外压力差超过5000Pa 时，便对除尘器进行清灰，但是也应注意：如果压力差始终达不到5000Pa ，那么也要每两小时反吹一次。[19]
3.3.3 喷吹气体及参数的选择 1) 喷吹气体
脉冲喷吹常用的气体有空气和高压氮气，但由于除尘器内煤气温度较高（约为200℃）而且钢铁厂中均有制氧设备这样在得到氧气的同时也分离出了大量的氮气，所以脉冲喷吹气体最好不采用空气喷吹而应采用喷吹高压氮气，以防随空气喷入的氧在高温下与煤气反应而发生爆炸。
因此本设计所使用的喷吹气体为：高压N 2。 2) 喷吹压力
喷吹压力既不能过高，也不能过低，过高易吹烂布袋，过低则吹不掉灰尘。低压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.1~0.3MPa；而高压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.5~0.7MPa。喷吹气流自上而下作快速运动，其冲击强度也迅速衰减，所以滤袋的长度受到一定的限制。由于本设计选择的滤袋较长（10m ），所以为保证喷吹气体与有足够的喷吹动量，并节省喷吹气体，设计采用高压喷吹方式。
因此本设计高压喷吹的压力选择为：0.65Mpa 。 3) 清灰周期
本设计要设计的除尘器已知过滤风速为35m/h，入口含尘浓度为8.3g/ m3，故可选择喷吹
清灰周期T=120s，由于设计采用了定压差电控仪，使喷吹周期变为可调的，所以，实际的喷吹周期会在120s 附近波动
4) 喷吹时间
由于本设计采用高压氮气脉冲清灰方式，滤袋长度为10m ，故选择喷吹持续时间为0.3s 较为合适。实际操作中可以在0.1~0.3s调整。
5) 脉冲阀
一般来说，在大型外滤式脉冲布袋除尘器中，除尘器在进行脉冲反吹操作时，采取分排脉冲反吹，由一个脉冲阀控制10~12个滤袋。结合本设计的实际情况，选择每10个滤袋共用一个脉冲阀，则脉冲阀总数量K=N/10=1000/10=100（个）。
6) 压缩氮气消耗量
压缩氮气的消耗量与上述参数的选择有关，其计算公式为：
Q =
α⨯K ⨯q (m3/min) (5-4)
T
式中Q ——每台袋式除尘器每分钟压缩氮气消耗量m 3 K——脉冲阀总数量 （个） T ——脉冲周期 min α——附加系数 α=1.2
q ——每个脉冲阀每次压缩氮气消耗量m 3/阀次 各种参数选择为： K=100 T=2 min q=0.02 m3 α=1.2
则压缩氮气的总消耗量为： Q=1.2×100×0.02/2=1.2 m3/min
3.4 除尘器的优化
3.4.1 影响除尘效率因素
5.4.1.1滤袋材质
内滤式布袋材质大多为无碱纤维滤布，这种纤维布的一般厚度为0.55±0.05mm ，织纹为二重纹，最大透气率约为350m 3/m2²s 。其主要是靠布袋灰粘在布袋上形成灰膜后才能达到最佳除尘效果。在布袋尚未形成足够厚的灰膜前，其除尘效率最差。
本设计外滤式滤袋采用氟美斯复合纤维针刺毡滤料。
复合纤维针刺毡的外表面经过起绒，其表面凸凹不平，单个纤维向外突出，形成了疏松多孔的表面，每根单纤维都是一个过滤单元，这样的表面积较平面面积大得多。
针刺的单纤维呈三维空间自由分布，具有多孔性，孔隙率高达80%，透气性好，最大透气率约为800d m 3/m2²s ，因为复合纤维针刺毡滤料具有很好的透气性和很高的过滤负荷，所以其除尘效率很高。
5.4.1.2清灰方式
内滤式布袋主要为反吹清灰。它的缺点是反吹压力小，动能不够，布袋网眼致密层粉尘不易吹落。另外，反吹气流易从灰膜层较薄的地方通过滤袋，而布袋的其他部分网眼内粉尘未能有效地脱落。这样反吹不均匀，只恢复了布袋某一部分的透气性，特别是在荒煤气温度低于100℃时，布袋帽口易堵塞，造成清灰效果很不好，影响过滤负荷，降低了除尘效率。
本设计采用的外滤式布袋除尘器为高压氮气脉冲反吹清灰。由于反吹时间短，压力大，气流速度快，是布袋得到充分的抖动，反吹掉网眼内的粉尘，是布袋迅速恢复透气性，提高了过滤负荷，从而具有很高的除尘效率。
5.4.2反吹方式
在线反吹方式为滤袋工作时进行反吹；离线反吹是关闭箱体进出口蝶阀，滤袋停止工作时进行反吹。本设计高炉煤气布袋除尘器除尘方式选择了离线反吹方式。
在线反吹方式不降低布袋的过滤负荷，但由于滤袋在对煤气进行过滤工作时，需要更大的氮气反吹压力，另外，还存在灰尘再附现象，即灰尘脱落后来不及掉至灰斗又重新吸附到布袋上，反吹后除尘器进出口压力值由5KPa 下降到2.5KPa 左右，个个箱体分别进行，通常每天只需反吹2～3次。
离线反吹方式节约了氮气消耗，同时减少了反吹次数，并相应降低了氮气的反吹压力，避免反吹频繁及反吹压力过高而对滤袋造成破损，并可有效避免灰尘再附。
5.4.3延长布袋寿命的措施 （1）认真执行反吹操作制度
当布袋箱体内煤气压差达到5KPa 时，就必须按规程对箱体进行反吹操作，若在2小时内箱体中的煤气压力始终达不到5KPa ，那么也应进行反吹清灰操作。 （2）控制进入箱体的煤气温度
滤袋对煤气的温度要求较高，煤气温度低于80℃时，吸附在滤袋上的灰尘易结露，是滤袋表面板结，透气性差；当煤气温度一旦接近滤袋的允许工作温度（280℃）时，就应该迅速采取有效措施，启动煤气温度控制系统，使煤气温度控制在滤袋的允许温度以下，以保证滤袋及整个除尘系统的安全运行。 （3）严格执行吊挂制度
因吊挂结构不合理或安装不当也会影响布袋寿命造成一定质量的布袋破损。为了延
长布袋使用寿命必须严格执行布袋的吊挂制度。
（4）注意开箱时机
由于布袋灰含有易燃烧的低熔点物质，当箱体温度高开箱时空气混入箱体，易造成箱体内部着火而烧坏布袋，所以开箱时必须要注意。 （5）严格检漏及更换布袋
当查出某个箱体内有漏灰时，必须及时进行更换。[20]
3.5 优化布袋除尘技术措施
3.5.1 改进滤袋安装结构
南钢一号高炉布袋除尘使用初期，出现过布袋脱落何布袋骨架变形使滤袋破裂的现象，造成煤气含尘量超标。经调查分析后，查知固定滤袋的卡箍长期受热膨胀，卡不紧，使滤袋脱落，布袋骨架变形则是当初设计选用的材料强度偏小且箍环间距大（如图5.1A ）。因此，逐步把紧箍布袋物件由卡箍式改为弹簧胀圈式，对骨架进行改造与加固，箍间环距由200mm 改为100mm （如图5.1B ），箍环由原来的9个增加到17个，加大了骨架的强度，改进后很好地解决了问题。
图5.1 南钢一号高炉布袋骨架结构
3.5.2 荒煤气均匀分布技术改进
南钢一号高炉投产一段时间后，发现进气口处的滤袋破损较多，原因是气流分布不均，气流速度高处令布袋过滤速度过高而造成滤袋破损。为此，在荒煤气进气口处安装了导管（如图5.2）以均匀煤气流。导管下部有三条槽孔，进入导流管的荒煤气从下部三条槽孔排出进入筒体，一股气流分解成了三股，实现了高炉煤气的均匀分布，降低了荒煤气流对布袋的冲刷，布袋过滤负荷均匀。
图5.2 高炉煤气布袋除尘导流管示意图
3.5.3 增设煤气降温装置
由于氟美斯复合针刺毡滤袋的工作温度≤280℃，高炉正常时煤气温度一般在200℃以下，满足布袋除尘器的工作条件，布袋除尘系统可以正常运行。但是，当高炉炉况不顺行出现异常情况时，煤气温度可达400℃～600℃，这样就超出了滤袋的工作温度，会烧坏滤袋，因此应在布袋除尘器前设置煤气降温装置。
韶钢750立方米及高炉的煤气降温装置采用了煤气换热器。煤气换热器的主要参数如下：
处理煤气量：165900m 3/h 煤气含尘量：6g/m3～12g/m3 入口煤气温度：300℃～600℃
出口煤气温度： 250℃ 换热面积：1430m 3 冷却水量：100m 3/h～240m 3/h
降温系统由4个换热器组成，每个换热器设DN150mm ，长10mm 的无缝钢管76根。使用频率：1～2月一次，一般30分钟每次。[21,22]
第四章 除尘系统附属设备
4.1 阀门与粗煤气管道
高炉煤气除尘系统的阀门主要有遮断阀、煤气放散阀、高压调节阀组及叶形插板阀等。粗煤气管道是指高炉至重力除尘器之间的煤气管道。
4.1.1 煤气遮断阀
煤气遮断阀设置在重力除尘器顶部，高炉与重力除尘器之间的荒煤气管道上，为常通阀，只有在高炉休风时落下关闭，将高炉与煤气除尘系统隔开。遮断阀关闭时必须密封严密，开启时煤气通过的压力降要小。一些常用规格的遮断阀参数如表6.1
表6.1 除尘系统煤气遮断阀的系列特性
4.1.2 煤气放散阀
煤气放散阀设置在高炉炉顶煤气上升管顶部或煤气除尘系统的煤气放散管的顶部，开启时将系统内的煤气放入大气中。放散阀为常闭阀。对煤气放散阀的要求是关闭时密封性能好，工作可靠，放散时噪音小。
煤气放散阀的结构形式较多，主要有揭盖式、内开式、外开式、垂直开启式及外开
双重密封式等。目前国内高炉使用最广的是垂直开启式放散阀。高压高炉采用内开式煤气放散阀，它的主要特点是阀盖的开启方向与煤气流动的方向相反，阀盖不会因炉内煤气的压力过大而被顶开，是一种强迫开启的放散阀。国内新建的大型高炉，一般采用的是直径为Φ650mm、吹氮气清扫的外开双重密封式炉顶放散阀。由于采取双重密封，密封性能良好，工作可靠。
煤气放散阀的阀盘与阀座接触面处的密封处理，一般设有硬、软两级密封。硬密封是镶焊硬质合金的圆锥面，软密封是硅橡胶的平面密封。煤气除尘系统放散阀结构类型与均压放散阀大体相同。
煤气放散阀的密封压力，是靠平衡重来压紧的。放散阀的启闭，大中型高炉采取电动或卷扬机驱动，小型高炉为手动。煤气放散阀特性见表6.2
表6.2 煤气放散阀特性
阀口通经，mm 型式 Φ250 Φ400 Φ600 Φ650 Φ800
揭盖式 垂直开启式 垂直开启式 垂直开启式 垂直开启式
开启度 300 900 900 900 900
工作压力，Pa 工作温度，℃ 160000 120000 250000 130000
300～400 300 200～300 400
4.1.3 煤气调节阀组
煤气调节阀组设置在高炉煤气除尘系统精除尘后面的净煤气管道上，用以调节高炉炉顶煤气压力。对煤气调节阀组的基本要求是调节灵敏度高，气流通过阀组的压力降小。
煤气调节阀组一般由四个蝶形阀和一根常通管组成，如下图6.1。其中直径
图中1—Φ250常通阀；2—Φ750调解阀；3—Φ400调解阀；4—给水环管；5—冲洗阀板给水支管
图6.1
为Φ250mm的常通管的作用是为了防止其他四个蝶形阀因故关闭时，保证煤气仍可流通而不被切断。三个直径为Φ750mm蝶形阀为电动操纵，直径为Φ400mm的碟形阀为自动控制的，当三个Φ750mm蝶形阀逐次关闭后，高炉进入高压操作，Φ400mm的自动控制阀则通过不同开启程度来维持炉顶压力在规定水平。
在调节阀组的每个阀前均设有中心喷水装置，当煤气高速流动时，水气扰动，起着煤气防尘作用。这里必须指出的是，为了适应煤气余压透平机工作，在采用透平机的煤气除尘系统中，煤气调节阀组前不能再设置喷水嘴，以避免增加净煤气的温度，防止透平机被灰尘粘结。我国部分煤气调节阀组的特性，见表6.3。
表6.3 部分煤气调节阀组的特性
为了把高炉煤气除尘系统与煤气管网隔开，在精除尘设备后的净煤气管道上设置叶形煤气切断阀，即叶形插板。叶形插板一端为通孔板．另一端为无孔板，开通时用通孔端将两侧煤气管道接通，煤气顺利通过；需要切断煤气时，则用无孔端板将两侧煤气管道切断。插板处于切断状态时，煤气只能漏入大气而不能进入对面管道内。叶形插板的夹紧机构形式，有机械夹紧式和热力夹紧式，国内高炉的叶形插板一般采用前者。机械夹紧式叶形插板是依靠人力经机械传动，将插板的两个法兰分开或压紧；热力夹紧式叶形插板则是借助蒸汽管道的热膨胀，将插板的两个法兰分开，依靠管内通水冷却，使管道产生收缩将两个法兰压紧。在煤气管道切断处，均需安装叶形插板。[23]
4.1.4 粗煤气管道
高炉煤气系统的粗煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管和煤气下将管等。对于煤气导出管，小型高炉设置两根，大中型高炉设置四根，并均与炉喉圆周对称布置。
为了使炉喉煤气能均匀分布，在设计煤气导出管、上升管和下降管的布置时应尽量使其各通路系统中的气流阻力损失相等或接近。
为了减少炉尘吹损，煤气导出管的煤气流速不宜太大，常为3～4m/s。煤气导出口处的总截面积不应小于炉喉截面积的40％。导出管中心水平倾角一般为500～ 530以使灰尘不致沉积堵塞而返回炉内。
上升管内的煤气流速为6～8 m/s，上升管总截面积为炉喉截面积的25～35％。上升管的高度应保证下降管有足够大的坡度。
为了防止煤气灰尘在下降管道内沉积堵塞管道，下降管内的煤气流速应大于上升管内的煤气流速。下降管内的煤气流速为6～9m/s，或按下降管总截面积为上升管总截面积的80％考虑。下降管的中心线倾斜角应大于450。以使灰尘能流入重力除尘器。
为避免煤气管道被磨损，在煤气导出管内应砌筑一层耐火砖，在其余部分的粗煤气管道内焊接灰尘托板，利用沉积在托板上的灰尘垫保护钢壳。[22]
4.2 煤气清灰搅拌机
煤气清灰搅拌机设置在重力除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器箱体等干式煤气除尘设备的下灰斗下面，用以排出集灰斗内的集灰。常用的两种规格的煤气清灰搅拌机性能，见表6.4。
表6.4 煤气清灰搅拌机性能
第五章 灰斗及卸灰装置
5.1 灰斗及卸灰装置的选用原则
卸输灰指将布袋反吹下来的灰有箱体灰斗中卸出来，经中间灰斗送至输灰设备，再由输灰设备将灰运至灰场或综合利用。对卸灰的要求是顺畅且不漏气。一般来说，只要控制好箱体工作温度，加强保温并选择合理的卸灰设备，煤气温度较高时卸灰就会顺畅。
除尘器的灰斗及卸灰装置必须能顺利排出粉尘，并且保持较好的透气性，以免漏风导致净化率降低。
（1） 选择卸灰装置时需要了解排出粉尘的状态，卸灰制度，粉尘性质，
排尘量和除尘器排尘口处的压力状况等。
（2） 为保证卸灰顺畅，灰斗斜面倾角应不小于50°，现选择为60°。
（3） 卸灰装置的上方需有一定高度的水柱或灰柱，以形成水封或灰封，
保证除尘器排尘口处的气密性。
5.2 卸灰系统及操作步骤
1）卸灰系统的工艺流程为：
除尘器下灰斗→气动卸灰球阀→电动钟形卸灰阀→气动卸灰球阀→输灰管道→大灰仓→气动卸灰球阀→电动叶轮给料机→加湿装置→运灰罐车
2） 操作步骤：
卸输灰系统的操作:输灰时首先打开的煤气球阀(或氮气球阀) 向输灰管道中输入输灰介质，然后依次打开气动球阀X 、钟形卸灰阀、气动球阀Y 、仓壁振动器，当下锥体下部热电偶检测温度开始升高并接近上部热电偶检测的温度时，可断定本箱体的灰已卸完，依次关闭仓壁振动器、气动球阀Y 、钟形卸灰阀、气动球阀X ，本箱体的卸输灰已完成。
按同样的操作顺序对每个箱体进行卸灰。
大灰仓中的灰位由安装在大灰仓上的三个射频导纳料位计测定，灰位(时间) 到一定值时，通过气动卸灰球阀、电动叶轮给料机、加湿装置，由专用运灰罐车运出厂区。
气动卸输灰在布袋反吹后进行。正常输灰采用高压净煤气，事故情况采用氮气输送。用净煤气输灰时经过滤后的煤气送至低压净煤气管网，回收利用。用氮气输灰时过滤后的气体也送至低压净煤气管网，因为在每个箱休卸灰后期氮气中也会含一部分煤气。
5.3 炉尘的综合利用
现在布袋除尘的捕集灰尘若不综合治理，同样也会污染环境，并且严重形象除尘系统的正常运行。有的企业从捕集灰尘中提取金属，有的用作水泥，但由于每家钢铁企业的入炉原料均不同，故捕集灰尘中的金属成分也不同，到目前为止并未找到利用布袋除尘的号出路除了少数几家钢铁企业会综合利用提取灰份中的Bi 和Zn 外，大多数企业将其弃置废渣场，这样既浪费又污染环境。但无论如何，捕集的灰尘和中和利用和治理均是急待解决和研究的问题之一。
第六章 除尘器中的自动控制系统
6.1 温度自动控制
在不同的温度条件下，煤气换热系统采取不同的工作状态：
1．当高炉炉况正常，炉顶上升管荒煤气温度低于300℃时，荒煤气走旁通管道而不经过换热器，布袋易可正常工作。
2．当炉顶上升管荒煤气温度高于300℃，出现高炉炉况不稳时，就必须采取用管式换热器通以冷却水冷却，以保证将布袋除尘器的煤气温度控制在300℃以下。
6.2 定压差电控仪
由于除尘器入口含尘浓度、过滤风速、喷吹压力、气体温度及湿度等因素都随时间而产生波动。因此，当采用固定喷吹周期时，实际运行中的压力值往往不同于设计时的压力值。实际压力值高于设计值时，过滤风量会降低，从而影响除尘效果；当实际压力值低于设计值时，会造成过多的高压脉冲清灰频率，压缩空气的消耗量增加，从而滤袋的损耗也相应增加。
为了是布袋除尘器的实际压力值能很好地与设计值相符合，本设计采用了冶金部安全技术研究所研制的AL-3型电控仪，采用定工作点的自动控制方式，使喷吹周期变为可调的，从而保证阻力损失为固定值。该控制方式称为定压控制方式。
当除尘器阻力达到预定工作点时光电转换器发出信号，使振荡器工作，于是脉冲分配器送出信号，按顺序触发可控硅电路，使电磁阀开启进行喷吹。各阀轮流开启喷吹一次后，脉冲分配器送出信号，使振荡器停止工作，当阻力值再次达到预定工作点时，再重复上述过程。这种电控仪的自动控制性能好，节约能源，能保证除尘器正常工作和稳定运行。
6.3 脉冲控制仪
为了能准确的控制脉冲阀发出的脉冲信号，设计中采用了脉冲控制仪，通过脉冲控制仪可以准确的调节脉冲周期与脉冲宽度。因此脉冲空控制仪是脉冲喷吹袋式除尘器的关键设备，它直接影响到除尘器的清灰效果和正常工作。目前常用的脉冲控制仪主要有以下几种：
1． 无触点电动脉冲控制仪
2． 气动脉冲控制仪
3． 机械控制仪
根据实际情况，本设计采用鞍山耐焦设计院研制的WHK 型无触点脉冲电动仪。这种控制仪由晶体管分离元件和集成组件组成，其主要技术性能如下：
1．脉冲宽度可调节范围为0.03～0.3s ；
2. 脉冲间隔可调节范围为1～180s ；
3．控制仪可在-20～50℃和相对湿度85%（28℃时）以下时正常工作；
4．允许交流电压波动范围为20V±10%；
5．总能耗约为40W 。
这种控制仪体积小，寿命长，工作稳定，并且具有脉冲周期和脉冲宽度可根据要求进行调解的性能，自动化水平较高，可远距离控制的优点。
6.4 灰位自动控制
箱体灰斗因在卸灰时不停止工作而不能准确控制灰斗中灰面的位置，卸灰时往往卸空才关闭阀门而造成漏气。设计采用灰斗留灰操作的方法，已达到自身锁气的作用。
6.5 箱体自动检漏
滤袋在生产运行中因受诸多因素的影响而发生破损，如不能及时发现，就会造成对净煤气含尘量的增加，从而降低除尘效率。检漏方法可分为两种：一种检漏是根据含尘量的变化，当对布袋一个一个清灰时，总管出口煤气含尘量增高，而只对一个布袋除尘器清灰时，含尘量较低，据此就可以判断此除尘器的布袋有无损漏；另一种检漏是利用自动监测仪检漏。
自动监测仪工作原理：在流动粉体中，颗粒与颗粒，颗粒与布袋之间因摩擦碰撞产生静电荷，其电荷量的大小即反映粉尘含量的变化，检漏仪就是测量电荷量大小的变化，来判断布袋除尘系统是否有破损的。
当出现下列情况之一时，就可判断该箱体布袋有无破损：⑴该箱体出口的自动监测仪发出布袋破损声光报警信号；⑵该箱体出口的流量显示值明显超出常值。
操作人员必须认真详细记录检漏情况和时间，如果发现布袋有破损，应立即通知相关人员，停止该箱体运行。对大型的袋式除尘器，箱体自动检漏及除尘器自动化程度的提高，工人的劳动强度和工作环境得到很大的改善，且设备的运行管理费用降低了。其社会效益是那些不采取任何控制系统所无法比拟的。
第七章 余压发电与调压阀组
7.1 余压发电
7.1.1 余压发电发展现状及趋势
煤气透平发电是利用专门设计的将煤气压力能转化为电能的一种装置，简称TRT 。
1962年原苏联第一套工业性6000KW 装置在马格尼托哥尔斯克厂投产，至70年代已由TY 型6000KW/8000KW和12000KW 三种。
1969年法国索弗莱尔公司在温德尔勒厂建了一套300KW 湿式半净煤气系统，日本川崎重工业公司引进此项专利并加以发展，成为川崎——索弗莱尔法，并建成世界上第一套工业性湿式半净系统的透平装置，于1974年11月在川崎水岛2号高炉投产，能力为8000KW 。此后，索弗莱尔型透平余压装置又在法国提翁维尔厂1号高炉（3000KW ）和西德鲁尔区6号高炉（5700KW ）投产，日本也于1974年后在大型高炉上普遍推广使用，并在透平机结构和控制上不断改进和提高。我国首钢2号高炉（1327m 3） 于1983年由日本引进了余压发电装置，发电机装机容量5700KW ，宝钢1号和2号高炉分别于1986年和1991年由日本引进，装机容量达17400KW 和18260KW ，干式运转达27000KW 。武钢3200m 3
配套干湿两用型余压装置，也由日本引进，装机容量为24630KW 。梅山冶金公司1250m 3高炉1985年采用上海汽轮机厂制造国产第一台余压发电装置，发电装机容量3200KW 。此后，陕西鼓风机厂为武钢和酒钢制造了第二套，又为重钢1200m 3高炉制造了第三套，装机容量均为4500KW ，逐步扩大了国产化。
自1962年第一套轴流冲击式透平投产以来，其发展趋势为：透平装置从冲击式发展到反动式，煤气调节从调速阀到静叶自调。随着煤气净化从湿式到干式，余压透平亦从
湿式发展到干湿两用型。
一座4000m 3的高炉装设煤起头平发电机组可回收13000KW 以上的电能，而且通过透平的煤气还可以照常使用。利用高炉煤气压力发电与火力发电相比，不仅降低了单价，而且节约投资，不必像火力发电那样，建设锅炉和烟囱，也不必建设储运燃料的场地，同时又不像火力发电污染环境，是属于没有公害的发电。据估计，煤气透平发电装置安装后，不到两年就可回收投资，其经济效益是显著的。
大型高炉上是应用布袋除尘系统为余压发电创造了极为有利的条件，国外操作规定，当余压发电正常工作时采用干式，但压力或流量减少使TRT 不再发电时转为湿式，休风复风亦需及时转换。正是这种操作方针避免了高压后布袋除尘器的超负载运行，部分或全部煤气从湿式通过。国内则是采用“全干式”操作方针，其思想是不设湿法系统，就像小高炉布袋除尘器的做法，但是高压操作是忽略了压力变化的影响，给生产造成一定困难的原因，当然还有设备故障、风机泄漏等各种事故的原因。
本设计炉顶压力不太高（不超过0.2MPa ），且在生产过程中严格把关，经常保养，及时检修，因此未设湿式除尘系统。
7.1.2 余压发电系统特点
干式煤气压力能回收系统有以下特点：
1．为防止因煤气绝热膨胀引起温度下降而产生粘结作用，故要求进入透平的煤气温度必须达到150℃以上。
2．设有煤气燃烧装置和煤气换热器，当煤气达不到150℃时，可利用该装置燃烧部分煤气，但产生的废气混入煤气流，是煤气发热值降低，产生不利作用；当煤气温度高于280℃时要损伤滤袋，此时需将煤气通入换热器，温度降到280℃以内再进入除尘器。
3．由于透平机中不设喷水装置，从而减少了污染，简化了流程。
4．从能源方面说，由于透平机入口煤气温度干式较湿式可提高10℃，透平压力提
高3%，相应炉顶余压发电的经济效益提高40%。因此，目前国外正在推广干式煤气压力能回收系统。
5．由于湿式和干式透平设施均并联在半精细和精细除尘装置之后，透平机因定期检修或其他原因停产时，只要关闭其入口和出口处的相关切断阀，对高炉的生产不会产生任何影响。
7.1.3 余压发电系统工作原理
煤气透平发电机是利用高炉炉顶煤气余压，把煤气导入透平机中膨胀做功，以驱动发电机发电的一种装置。按其结构类型的不同可分为向心式和轴流式两大类：
1．向心式透平发电机的工作原理：如图9.1所示，其工作过程是离心压缩机的逆向过程，气体以压力P 2沿径向流入透平的动叶，推送叶轮转动，然后带动发电机发电。其
特点是：结构简单，运行可靠，但效率较低。
2．轴流式透平机的工作原理：轴流式透平机的结构是有一系列净叶叶栅和装有动叶叶栅的工作叶轮彼此串联而成。气体（压力P 2）流经动叶时，其动量发生变化而产生一
个气动力F ，推动叶轮转动，气体压力能转化为机械能，出口压力P 1小于压力P 2。若轴
流式透平的动叶流道的通流面积做成不变的（如图9.2—a 所示），称为冲动式透平；冬夜通道的通流面积是逐渐收缩的（如图9.2—b 所示），称为反动式透平。其特点是：结构上便于做成多级形式，允许流过大量的煤气，效率高。
本设计采用反动式轴流透平发电设备，入图9.3所示：
图9.3 宝钢高炉煤气系统图
7.1.4 余压发电系统的附属设备
宝钢TRT 附属系统有：大口径煤气阀门，除尘器及波纹管补偿器，双重轴封系统，冲洗水系统，润滑油系统，控制油系统，吹扫和盘车装置。TRT 的透平机与发电机安装在一定高度的平台上，平台上有隔音防雨罩等装置。
发电机选择：比较东芝和明电舍的性能，如表9.1：
表9.1 东芝和明电舍发电机的性能
厂名
容量
电压
频率
功率因数
极数
相数
转速
旋转整流器元件
电压调整范围
电压调整精度
功率因数调整范围 东芝 95KV A 80V 100Hz 0.9 4 3 3000r/min 明电舍 130KV A 200V 100Hz 0.9 4 3 3000r/min 可控硅1S ³4P ³6A3相全波可控硅1S ³4P ³6A3相全波整流（85KW ） 90～110 ±1 滞后0. 8～1.0超前0.9 整流（90KW ） 90～110 ±2 滞后0.7超前0.7
通过以上比较本设计选用东芝的无电刷励磁方式发电机。
7.1.5 余压透平装置的控制
控制系统包括透平机运转控制和高炉炉顶压力控制两部分，用透平机第一级静叶可变机构（改变静叶角度）与高炉侧的调压阀组共同协调控制炉顶压力，控制装置由电子调速器及液压伺服机构驱动第一级静叶可变装置构成。控制装置设有以下五种控制方式：①静叶开度限制方式；②转速控制方式；③负荷控制方式；④最大负荷限制方式；⑤前压控制方式。上述控制方式的切换是由低位选择器等进行自动切换的。
7.1.6 TRT 设施的检修
进行TRT 设施的检修工作，除考虑检修场地外，还在透平机的隔音防雨罩内设置单
轨电动葫芦，在大型阀门处设置悬臂中吊，透平机与发电机采用坦克吊。
7.1.7 煤气透平发电设施的节能与经济效益
设置TRT 的目的就是大力利用高炉煤气的物理性能——压力能和热能，进行能源回收。
高炉车间设置TRT 后，回收的电能完全能满足车间自身需电量（鼓风机耗电除外）。 若全国1000m 3以上级高炉装备TRT 的话，全年可发电5～7亿度。
大型高炉装备TRT ，以宝钢为例，年发电量1.42亿度，中型高炉装备TRT ，以梅山铁厂为例，年发电量约为1200万度，折合标准煤可节约5000吨。
参考武钢TRT 设备，本设计选择TRT 参数如表9.2所示：
表9.2 TRT 参数表
7.1.8 高炉煤气透平发电的技术评估与推广
1．TRT 设施的技术评估： ①TRT 设施在喷水方面应提高煤气清洗质量；
②控制高炉炉顶压力，除采用减压阀组外，还采用调整阀配合控制，若取消调
整阀，阻力损失减少，提高透平效率，可以增加约2%的发电量。
③透平机的密封。高炉煤气是有毒气体，透平机的密封质量很重要。透平机除用机械密封外，还设有双重轴封系统，其密封介质可以是氮气、油或水，也由用蒸汽的。
④TRT 排水系统的比较：由于TRT 各处排水点的煤气压力不同，有多罐式和单罐式两种。多罐式排水方式设备多，维修工作量大；单罐式排水方式设备少，维修工作量小。
⑤透平机紧急停车时与减压阀组的配合：TRT 运转时，如与设备发生故障或电网跳闸等事故，必须紧急切断煤气，透平机紧急停车。此时，为了防止高炉炉顶超压，必须将减压阀组的紧急开放阀打开，以稳定高炉炉顶压力。
2．推广TRT 的建议：
发展我国的TRT 技术，应借鉴国外先进的技术经验，再结合国内的实际情况。今后研究干式TRT 是发展方向，也是必然趋势，在这一点上，我国还是比较有经验的。
7.2 调压阀组
7.2.1 调压阀组的选择
煤气压力调节阀组适用于高压操作的高炉炉顶调节煤气压力的一种装置。高压操作的高炉，从鼓风机开始到除尘装置，全程处于高压状态。因此，在通入煤气总管之前应设置减压装置，即在布袋除尘后设压力调节阀组，其作用一是调压，二是除尘。本设计选择通用的调压阀组，其结构是由5根支管组成，当中的三根Φ750mm 是设有手动控制的电动蝶形阀，一根Φ400mm 设有自动控制的蝶形阀，另一根是Φ200mm 管道是常通管。当三根Φ750mm 的阀逐次关闭后，高炉进入高压操作，自动控制阀则不断变动其开启程度，维护稳定的炉顶压力。Φ400mm 阀门用于调细，Φ750mm 阀门用于粗调或分档调解，Φ200mm 常通管起安全保护作用。调节阀组的煤气压降高达19612Pa 以上，而且每个阀门前都设有喷水装置，对除尘器具有显著的效果。
7.2.2 阀组附属设备及其性能
1．缓冲式消音器：缓冲式消音器是利用气体在放散管口突然放散，经扩张管口的气体将大大降低它的内压，再经缓冲装置徐缓放散，能降低高压气体自由放散时的器叫声。缓冲消音器内部装有矿渣棉絮或玻璃丝棉絮做减压阻尼材料。这种消音器可降低噪声强度20dB 以上。长期使用后因被高压气体吹掉阻尼材料而影响消音效果。
2．微孔阻尼式消音器：这种消音器多数用在炉顶放散阀和冷风放风阀上，消声孔板在扩散管中共设四层，在高压气流经过四层孔板后将降压进入放散管，放散管管壁也是由孔板、铁丝网、玻璃丝布、玻璃纤维、孔板壳等数层组成。玻璃纤维层的厚度约为50mm 以上，它是放散管上主要起消音减震和减压阻尼的材料。为了防止扩张关外可发生震动与共鸣，它的管壁上也涂有两层填料隔层，从而降低了噪音的强度，提高了消音效果。孔板的半后为2mm ，孔径为3mm 。
3．简易微孔消音器：简易微孔消音器是直接连接在D600～1400mm 放散阀的放风口上，消音效果不佳。
4．卧式微孔阻尼式消音器：该消音器也叫隔板式消音器，常用在高压阀组的后部，从而消除高压阀组的噪声。这种消音器在扩张管内有4组消音隔板，当高炉煤气通过4组消音隔板时，蒋逐级减低煤气压力，起到消音阻尼作用。消音隔板由多孔板、玻璃布、吸引材料等组成。这种隔板消音器，还可以起到煤气过滤、脱水作用，在消音器下部设有排水孔。高压阀组应采用该种消音器进行消声。
据上所述，本设计在高炉炉顶煤气放散阀处采用微孔阻尼式消声器，在调压阀组后采用卧式微孔阻尼消声器。
5．因TRT 允许工作最高温度为200℃，为防止TRT 运行前进入的煤气温度过高影响正常工作，故在阀组后设两级喷水装置，采用ON-Off 双为控制，雾化蒸汽阀门。
第八章 结论
结论
布袋除尘的优点：
1、干法除尘不用水洗和冷却，根据包钢的实践，每吨铁节约水0.2~0.3m3/t，并省掉了湿法除尘建设大型的水洗塔和沉淀池等投资和占地，杜绝大量污泥、污水的产生及时环境的污染，建筑费用较低。
2、干法除尘用电0.25—0.45KWh/吨铁，较湿法节电80~90%。
3、干法除尘系统的除尘效果较湿法除尘效果好，对环境又好。
4、干法除尘工艺在运行中通过脉冲反吹布袋除尘技术，能实现连续除尘，显著减少粉尘外排量:干的粉尘可充分利用。如包钢750m 3高炉，每年回收干粉尘5000吨以上，目前这些粉尘用于烧结。
5、干法系统排出的煤气，压力损失小，温度高，大多为140~220℃，比湿法高100~170℃。因此，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，应用领域扩大。
用于热风炉，可提高热风温度40~90℃，相应降低炼铁焦比8~16kg/t铁。配TRT 发电，发电量可达50kWh/吨铁，较湿法增加发电量30%以上，用于IGCC(煤气化燃气/蒸汽联合循环) 或CCPP ，发电效率将显著增加。
6、干法投资省、占地少、建设周期短、运行成本低。
高炉煤气湿式除尘，因喷水除尘，不仅消耗大量水和造成大量洗涤废水，洗涤水中含悬浮物达1000~4000mg/L和大量酚、氛等有毒物，必须加药处理，该系统庞大、繁琐，处理难度大。而且将250℃左右的煤气降到50℃以下，损失能量达30%以上，且煤气含尘、含水高，煤气品质严重下降; 产生的大量污泥难以清量和利用等等。
布袋除尘工艺虽然还存在着一些不足之处，但是，随着技术的进步和各种检测手段如：箱体自动检漏、温度自动控制、灰位自动控制等措施的采用，布袋除尘工艺在高炉煤气除尘已越来越显示出它的优势所在，在大型高炉上应用布袋除尘工艺的前景是极为广阔的。
综上所述，全干法除尘可显著改善高炉煤气质量，扩大高炉煤气的应用，大幅度提高TRT 发电量，大幅度除低能耗，节约水资源，杜绝污水、粉尘等对环境污染。如果在大中型高炉上推广应用，将很大程度上解决钢铁工业耗水大、污染大、能耗高的难题，显著提高我国钢铁工业的竞争力和可持续发展的能力。淘汰湿法改建全干法除尘系统对任何冶金企业都是非常有魅力的投资项目，它的综合收益和回收期是一般项目无法比拟的。
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致 谢
本次设计得到了王永斌老师的悉心教导，在王老师的严格要求下得以顺利完成，感谢王老师在百忙之中给予的关怀和指导，在此表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时也感谢王永斌老师在炼铁厂设计原理课程中传授的知识，还有罗果萍、王艺慈、闫永旺、张芳等多位老师的指正与宝贵意见，以及资料室张学锋老师对我的帮助，感谢各位老师的关怀和教导。
第一章 炉型计算及参数选择
1.1 定容积
选定高炉座数为1座，高炉利用系数为ηv =2.0t/(m3 ²d), 高炉容积V u =2800m3
1.2 确定年工作日和日产量
年工作日为365³95%=347天, 日产量P 总=Vu ²ηv =5600t
1.3 炉缸尺寸
（1）炉缸直径
选定冶金强度I=0.95t（m 3²d ）；燃烧强度i 燃=1.05t/(m2²h) 则： d= 0.23
IVu
i 燃
=11.58 取11.6m
校核V u /A=
2800
=26.51.一般大型高炉在22~28之间，计算合理。 π2
d 4
（2）炉缸高度 h z =π
4bP d Nc
2
=1.65m 取1.7m
1. 40. 56
h f =h z =
k
=2.94m 取3.0m
风口数目：n=2(d+2)=2³(10.9+2)=27.2 取27。 风口结构尺寸：a=0.5 h 1= hf +a=3.5m
1.4 死铁层厚度
h 0=1.5m
1.5 炉腰直径、炉腰角、炉腹高度
选取D/d=1.13
D=1.13³d=1.13³11.6=13.11m 取13m 选取炉腹角α=80°30′ h 2=
D -d 2
tan 80︒30'=4.19m
2h 2D -d
取4.2m
校核： tan α==6.0 α=80°32′
1.6 炉喉直径、炉喉高度
选取 d 1/D=0.7
d 1=0.7D=9.1m 取9.1m
选取 h 5=2.5m
1.7 炉身角、炉身高度、炉腰高度
选取β=83°30′
h 4=
D -d 1
tan 83︒30'=11.66m 取12.0m 2
2h 4D -d 1
校核：tan β==6.15 β=83°32′1″
选取H u /D=2.3
H u =2.3³12=29.9m 取30m h 3= Hu -( h1+ h2+ h4+ h5)=7.8m
1.8 有效容积校核
V 1= πh 1d 2=369.64m3
4
V 2=πh 2(D2+Dd+d2)=499.34 m3
12
π4
V 3=h 3 D 2=1034.79 m3
2
V 4=πh 4((D2+Dd1+d1)=1162.15 m3
12
2V 5=πh 5 d 1=162.51 m3
4
V u = V1+V2+V3+V4+V5=3228.43 m3 误差ΔU=
3228. 43-2800
³100%=0.84%＜1%
2800
所以，设计合理。
表3.1高炉内型参数
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
项目 有效容积V u /m 3 炉缸直径d /mm 炉腰直径D /mm 炉喉直径d 1/mm 死铁层深度h 0/mm 炉缸高度h 1/mm 炉腹高度h 2/mm 炉腰高度h 3/mm 炉身高度h 4/mm 炉喉高度h 5/mm 有效高度H u /mm
炉腹角α 炉身角β Hu /D 铁口数/个 风口数/个
数值 3228.43 11600 13000 9100 1500 3500 4200 7800 12000 2500 30000 80°30′ 83°30′
2.3 2 26
第二章 重力除尘器设计
2.1 高炉日铁产量，高炉煤气发生量与高炉煤气含尘量
边计算得知，高炉煤气含氮量越55.27％，煤气正常温度约200°C~250°C 左右，炉顶正常压力为0.2MPa (包钢) ，高炉利用系数2.0t/m3.d , 煤气含尘量为55.93kg/t-p. 吨铁煤气量Vg =1813.899m 3.
则高炉日铁产量：M=Vu×ηv=2500×2.0=5000t
/h 高炉煤气发生量：Q=(M×Vg)/24=(5000×1813.899)/24=377895.625 m³高炉煤气含尘量：C=（55.93×1000）/Vg=（55.93×1000）/1813.899=30.83 选取高炉喉口直径8.4m ，则炉喉截面积S 1=3.14×（8.4/2）2=55.39m2。
2.2 煤气管道设计
2.2.1 导出管设计计算
为了减少炉尘吹损，煤气导出管的煤气流速不宜太大，常为3~4 m/s。煤气导出口处的总截面积不应小于炉喉截面积的40%。煤气导出管中心水平倾角一般为50°~53°，以使灰尘不致沉积堵塞而返回炉内。
设计的煤气导出管为四根，取煤气在煤气导出管内的流速ν导=3.5m/s，已知除尘器每小时过滤煤气总流量Q=377895.625 m³/h。
则煤气导出管总截面积S 导=Q/﹙ν导×3600﹚=29.99 m2，取30 m2。 则一根煤气导出管截面积S=30/4=7.5 m2
根据圆形面积公式可知煤气导出管直径D 导=3090 mm。 S 导/S=30/55.39 ×100%=54.16%，满足设计要求。
煤气导出管中心水平倾角为53° 参考2500m 3高炉重力除尘器的设计。 2.2.2 上升管设计计算
煤气上升管内的流速为6~8m/s，上升管总截面积为炉喉面积的25%~35%，上升管的高度应保证煤气下降管有足够大的坡度。设计的煤气上升管为两根，取煤气上升管内的煤气流速ν上=7m/s。
则煤气上升管总截面积S 上=377895.625/﹙7×3600﹚=14.995m2，取15 m2。 则有S 上/S1=15/55.39=27.07%，符合设计要求。 即有一根煤气上升管的截面积S=15/2=7.5 m2。
因此可知煤气上升管的直径D 上为：
2⨯π⨯(
D 上升管
2
) 2=
Q 则
V 上⨯3600
D 上升管=3091mm
上升管高度取h 2=8900mm
下降管上管口中心线到上升管管顶距离取h 3= 2400mm
2.2.3 下降管设计计算
为了防止煤气灰尘在煤气下降管道内沉积堵塞管道，煤气下降管内的煤气流速应大于煤气上升管内的煤气流速。煤气下降管内的流速为6~9m/s，煤气下降管的中心线倾角应大于45°，以使灰尘能流入重力除尘器。
设计的煤气下降管为两根，取煤气下降管总截面积为煤气上升管总截面积的80%，煤气下降管的中心线倾角取45°。
煤气下降管总截面积S 下=S上×80%=15×80%=12 m2。
则下降管中的煤气流速ν下=Q/﹙S 下×3600﹚=8.75m/s，满足设计要求。 则一根煤气下降管的直径D 下为
2³π⨯(
D 下降管
2
) 2=
Q
则
V 下⨯3600
D 下降管=2764 mm
2.3 高炉炉顶管道设计参数
表4.1 煤气流速表
煤气管道 炉顶煤气导出管 炉顶煤气上升管 炉顶煤气下降管
煤气流速（标态）m/s 3~4 6~8 6~9
设计取值m/s V 1=3.5 V 2=7 V 3=8.75
表4.2 炉顶管道参数表
煤气导出管 煤气上升管 煤气下降管 煤气放散管
内径D （mm ） 3090 3091 2764 644.444
根数 4 2 2 2
45︒
夹角
53︒
2.4 重力除尘器的设计
2.4.1 重力除尘器的设计要求
① 除尘器直径必须保证煤气在标准状况下的流速不超过0.6~1.0m/s。 ② 除尘器直筒部分的高度，要求能保证煤气停留时间不小于12~15s。
③ 除尘器下部圆锥面与水平面的夹角应做成≥50︒。
④ 除尘器内喇叭口以下的积灰体积应能具有足够的富余量（一般应满足三天的积灰量）。
⑤ 除尘器下降管直径按煤气流速10m/s左右设计，一般为7~11m/s。 ⑥ 除尘器阻力一般为150~390Pa 2.4.2 重力除尘器部分设计参数选择
① 所设计的重力除尘器要求除尘效率为80%。 ② 重力除尘器直筒直径必须保证煤气流速为0.8 m/s。 ③ 煤气能在沉降室停留时间为15s 。 2.4.3 重力除尘器设备尺寸计算
(1) 每秒煤气量q ：q/3600= 377895.625/3600=104.971m3/s
(2) 选择重力除尘器煤气入口管道直径为d ，且煤气入口流速v 0=10m/s，则由此可得：
d =3657 mm
(3)由煤气在沉降室的停留时间为45s ，煤气流速v 1=0.5m/s，则重力除尘器直筒段的截面积： S 重=Q/v1=209.942 m2
根据圆形面积公式可知重力除尘器内径：
D =2=16757 mm
(4) 除尘器直筒部分高度取H 直筒=12000 mm (5) 直筒部分体积V 直=qt=104.971×15=1574.565 m3
(6) 经参考1080m³高炉重力除尘器，知重力除尘器内径D 重=11280mm,煤气出口管直径D 出=2520mm，中心管直径D 中=3500 mm。
因此，设计的重力除尘器的煤气出管口
D
出
=﹙2520/11280﹚×16757=3743.59mm，也就是说半净煤气管道的直径为
3743.59mm 。
中心管直径D 中=﹙3500/11280﹚×16757=5199.4mm，取5200 mm。 中心管长度L 中=13500 mm
上锥体高度H 上锥=﹙16757-5200﹚×0.5×tan50°=6886.55 mm 下锥体高度H 下锥=﹙16757-900﹚×0.5×tan50°=9448.82 mm 除尘器的容积V=Q×t=377895.625÷3600×45=4723.69 m³ 式中：V ——除尘器容积，m³；
Q ——处理气体量，m³/s；
t ——气体在除尘器内停留时间，s ，一般取30~60s，本次取45 s。 除尘器的长度L=V/S=4723.69/209.942=22.5m 式中：L ——除尘器长度，m ； V——除尘器容积，m³； S——除尘器截面积，m³。
(7)除尘器出口煤气流速V 2，且煤气密度为 g ，则
V 2=9.8m/s
2.4.4 积灰量及灰斗设计
由前面工艺设计得知，吨铁产生的炉尘量55.93kg ，高炉日产量5000t ，则高炉每天产生炉尘量为55.93×5000=279.65 t，设计重力除尘器除尘效率为80%，则重力除尘器除去的灰量为279.65×80%=223.72 t 。炉尘的堆密度约为1.5t/m³，则炉尘体积 V =223.72/1.5=148.8m³。
根据要求，设计灰斗满足容纳三天的积灰量，故灰斗容积应大于3×148.8=446.4m³。 最小灰斗高度满足4π·(D/2)2·h/3=3202 mm
体积
取排灰口直径径D 排=900 mm 2.4.5 压力损失
由重力除尘器压力损失计算公式得： △P=77.76Pa 2.4.6 出口含尘浓度
C =C 初⨯（1-η）=41.68⨯(1-80%)=8.3 g/m3
2.4.7 重力除尘器参数列
表2.3 重力除尘器参数表
除尘器直径D 直径部分高度h 5 除尘器入口管径d 除尘器出口管径g 灰斗下口口径f 灰斗倾角γ 灰斗容积V 灰斗 储灰能力Z 出口含尘浓度C 除尘器压力损失∆P 除尘器除尘效率η 灰斗高度h 4
除尘器上截锥体高度h 6
16757 mm 12000 mm 3657 mm 3743.59 mm 900 mm 50° ＞446.4 m3 3 天 8.3 g/m3 77.76 Pa 80% 9448.82 mm 6886.55 mm
第三章 布袋除尘器设计
3.1 滤袋及滤袋箱体的设计
3.1.1 漏风率
漏风率的含义是：漏入或漏出布袋除尘器本体的风量与入口风量的比率。除尘器产生漏风的根本原因在除尘运行的情况下，设备内外气体有压差；另一原因是除尘器本体及其配件不严密给漏风创造了条件。
漏风率是反映除尘器性能好坏的重要指标，漏风率小不仅有助于保证系统风量，节约能源，而且有助于设备稳定运行，减少事故。
袋式除尘器处于负压工作状态工作时的大量泄漏，会导致压力损失过大，不仅增加风机负荷、浪费大量能源，而且还会影响清灰效果，致使滤袋堵塞，降低除尘效率。 在本设计中，要求对除尘器箱体采取各方面措施，如采用焊缝渗漏检验，起台阶法兰，严密性好的阀门和检修门，本体密封性检验等，以保证除尘器的漏风率控制在2%以下的国际水平。
3.1.2 过滤风速
过滤风速是衡量布袋除尘器先进性的重要技术指标之一，它与粉尘性质，含尘气
体的初始浓度，滤料种类，以及除尘器的清灰方式有密切关系。在进行除尘器设计时，首先必须选择合适的过滤风速，然后才能在此基础上进行其他部分的设计。
一般来说，含尘浓度较高，灰尘粒度较小，净化困难时过滤风速就应取小些，反之，则应取大些。实际中，应根据具体情况来选择合适的过滤风速，过滤速度过大会加重过滤负荷，增加过滤阻力，从而导致滤袋使用寿命缩短，除尘效率降低；而过滤速度过小，将会增加除尘器过滤面积，导致除尘器过于庞大。
过滤风速的选择，对保证除尘效率，确定除尘器规格及占地面积，乃至系统的总
投资，具有关键性作用。正确选择过滤风速的关键，首先在于弄清粉尘及含尘气体的性质，其次要正确理解和认识过滤风速和除尘效率的，过滤阻力，清灰性能三者之间的关系。
3.1.3 滤料的选择
本设计要求滤袋应具有良好的耐高温、耐腐蚀及耐磨能力，通过对各种滤料的对比，选用了氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）滤袋。氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）滤袋式一种复合新型材料，用微细玻璃纤维与耐高温化学纤维P84复合，利用特殊工艺制得的新型奶高温型集尘袋用过滤毡，并采用了PTFE （聚四氟乙烯）微孔覆膜的处理工艺。这种滤料具有耐高温耐磨的特性，并能降低运行阻力，提高过滤风速。对于采用PTFE 微孔覆膜滤料，因其基布表面所覆的薄膜代替了粉尘初层且孔隙率较高，所以过滤时，粉尘捕集在薄膜表面而不进入基布内部，其过滤效率和阻力决定了薄膜的特性，过滤效率高；又由于膜的憎水性，可使清灰变得容易，覆膜滤料清灰是借助粉尘的自重和清灰功能使粉尘很容易从滤袋表面脱落，即粉尘剥离率高，系统运行阻力较低且较稳定，所以使用覆膜滤料可使袋式除尘器过滤机理由深层过滤进展到真正的表面过滤。氟美斯复合针刺毡纤维（FMS-9806）性能见表5.1
项目
厚度，mm
单位质量，g/m
推荐过滤风速，m/min
耐温，℃
透气性，dm 3/（m 2²s ）
特点
应用 性能参数 1.8 ≥800 1.2～1.5 80～280 90 耐高温型，P84，玻纤 黑炭、钢铁行业
表5.1 FMS-9806产品性能
滤料的差别决定了过滤风速(或过滤负荷) 的选取。玻璃纤维滤布一般用于低滤速布袋除尘，高炉煤气净化也是如此。设计选用低滤风速的原因有两个，一是有关资料介绍当过滤速度超过1m/min时有灰尘穿透现象，也就是说除尘效率下降; 二是低滤速可延长滤布寿命。
对灰尘穿透问题曾做过观察，发现很多高炉布袋除尘滤速超过1m/min时未见效率下降，煤气质量依然很好。这是因为，一是高炉用滤布结构较厚，纹路紧密，纤维不易滑移，因此不易穿透; 二是高炉灰有其特性，它很容易在滤布表面形成一层致密的灰层，加强了过滤效果。同一种滤布用于其它烟气净化，效率很可能不同，净化气体含尘量不是5~10mg/m3而是80-100mg/m3，甚至更高，对一般粉尘浓度只要小于150mg/m3即可符合排放标准。这一事实说明，高炉煤气灰适于过滤，甚至高滤速时也没有透滤问题。
主要原因还是低滤速可以减少反吹次数，延长滤布寿命。玻璃纤维布性脆，不能反复折叠和搓揉，否则很容易破碎，因此要求反吹次数越少越好。这种滤布的长处是抗拉强度高，若想拉断决非易事，风事大时也涨不破。故根据这个特性设计了低滤速、高阻损、长周期的反吹制度。现场规定，阻力损失为4000~6000Pa时反吹，反吹间隔为1.5~2h，每天反吹次数约12一18次，这样寿命自然比频繁反吹要高。
经过多年的研究，滤布的“整体寿命”已超过一年，达到预期的指标。也就是说，一年之内滤布不坏，使用一定时间就可全部同时更换。我国玻璃纤维滤布性能己达到国外同类型产品水平，这是建材研究和生产部门多年努力的结果。
合成纤维滤布由于强度高，韧性好，允许频繁反吹，所以可以提高滤速。大高炉BDC 过滤风速在工况条件下已达 1.5m/min，几乎是小高炉的两倍，反吹周期为10~30/min. 不过按滤速分类仍属于中低风速反吹风型的大滤袋。此类滤布也适用于高滤速布袋除尘
器。
过滤风速还与煤气压力有关。这里所指的是标准状态下滤速与煤气压力的关系，当工况滤速一定时，煤气压力越大，换算为标准状态下的滤速愈大，因此这也是提高滤速的途径之一。一般的说，滤布材质和反吹方式决定工况滤速的选取，当工况滤速一定时，压力又决定了标准状态下的滤速(假定温度一定) 。比如目前中小高炉工况滤速为 0.8~0.9m/min，折合成标准状态下滤速约0.5m/min左右，大高炉工况滤速约 1.5m/min，折合成标态滤速为 2.3~2.4m/min。工况滤速相差约一倍, 而标况滤速则差4~5倍，主要原因是压力不同所致。
由此可见，压力越高，煤气体积越小，滤布面积相对越小，因此就越经济，煤气压力高低取决于炼铁工艺设计，除尘设备无法改变，能够做到的是选择滤料和反吹方式以提高滤速。只要工况滤速提高，标况滤速也随之提高，而且压力越大，标况滤速也越高。
由此可见，布袋除尘应高压操作而不是降压操作，减压阀组(或旁通阀) 只能 设在布袋除尘器之后净煤气总管上。国外BDC 配TRT 就是这样设置的。
箱体设有外保温，保温材料采用隔热性能良好的超细玻璃棉毡，外包镀锌铁皮。箱体下部灰斗还设有蒸汽盘管，防止结露。
3.1.4 除尘效率
除尘效率一方面与布袋除尘器箱体内部工艺结构和滤袋材质有关，另一方面也与清灰方式有关。
对于相同的进气截面积，荒煤气在外滤式布袋箱体中垂直运动速度仅为内滤式的1/3由于上升速度小，使一部分粉尘颗粒沉降下来，这样，外滤式布袋除尘器的箱体本身也就相当于一个重力除尘器，降低了布袋表面的含尘量，也就提高了布袋的过滤负荷，提高了滤袋的除尘效率。
外滤式布袋反吹是脉冲反吹清灰，由于反吹时间短，压力大，气流速度快，布袋得
到充分抖动，反吹网眼内粉尘，使布袋迅速恢复了透气性，提高了过滤负荷，因此除尘率高。
一般来讲，布袋除尘属于高效除尘，在滤料不破损情况下，其效率均可达99.5%以上。本设计采用氟美斯复合针刺毡滤料，其除尘效率很高，可以达到99.9%以上，本设计选择为99.9%。[16]
3.1.5 滤袋尺寸
为防止滤袋在外侧气流压力下被压瘪，内滤袋内侧装有金属骨架，在设计中，如果滤袋直径过大，则会使滤袋抽吸过快，猛击滤袋笼骨，这样会加速滤袋的磨损，使滤袋过早的发生漏洞。一般滤袋的直径以能紧塞入笼骨架为好；如果滤袋较长，相同的过滤面积所需的布袋箱体个数减少，从而使设备投资减少，并且较长的滤袋容易自行收缩，利于滤袋的清灰，但如果滤袋过长，滤袋低端将容易出现磨损的孔洞。
综合以上设计特点，本设计选择滤袋尺寸大小为：
L ）=Φ（500×10000）mm Φ（d×
3.1.6 过滤面积
过滤面积可以根据处理煤气量与煤气过滤风速来求得，即：
A =q v (5-1) i
式中A ——除尘器总的布带面积，m 2；
q v ——除尘器过滤煤气总流量，m 3/h
i ——布袋允许的过滤负荷，高炉煤气除尘，过滤负荷一般为30~35m3/(m2⋅h) 。本次设计煤气量大，取过滤负荷35m 3/(m2⋅h) 。
A=10797.02m2
3.1.7 滤袋及箱体个数
滤袋数量可由除尘器总过滤面积与单个滤袋的过滤面积求得
N=A/π×d×L=687.71（条）
选择每个箱体布置滤袋条数为10³10=100条，则需箱体个数n 为：
n=N/100=687.71/100=6.87（个），取7个。
由于布袋属于易损件，寿命一般为1.5年到2年，所以当某一布袋箱体内滤袋破损出现故障需要检修时，为了保证一个箱体的检修不至于过大地影响其它箱体正常工作，需要在布袋箱体进出口管上增设切断阀；并且在设备投资允许的条件下，应留两个布袋除尘器作备用，一个清灰，另一个检修。现选择箱体个数n=9个，然后验算布袋总条数N 为：
N=100×n=100×9=900 (条)
这样，除尘器就有足够的能力保证在箱体检修时仍然能正常工作。
3.1.8 除尘器平面布置
（1）除尘器的边长计算
袋式除尘器有几个矩形箱体构成，当每个布袋箱体的布袋较多时，应分成几组布置，个组之间流出400mm 的通道以便检修，边缘的空间为300mm 。采用正方形布置。
本设计的除尘器箱体为正方形，每个箱体分为4组，每组的布袋个数为25个，横纵各为5个，则箱体边长L 为：
L =(n -1) ⨯a ⨯N +(N -1) ⨯S +2⨯m （5-2）
式中：n ——每组每列滤袋个数 （条）
a——滤袋间的中心距 a=d+2d mm 5
N——沿各方向滤袋的组数 （组）
S ——每相邻两组滤袋最边上滤袋的中心距 S=d+400 mm
m——靠箱边滤袋中心至箱体内壁距离 m=d/2+300 mm
根据以上公式，具体布置参数为：
n=5条
N=2组
2 a=d+d =300+120=420 mm 5
S=d+400=300+400=700 mm
m=d/2+300=300/2+300=450 mm
则除尘室每个箱体边长
L=（5-1）×4200×2+（2-1）×700+2×450=4960 mm
（2）除尘器的总高度
H=L1+H1+H2+H3 (5-3)
式中L 1——滤袋层高度 mm
H 1——气体分配层高度 mm
H 2——灰斗高度 mm
H 3——灰斗排尘孔距地坪高度 mm
参考包钢5号高炉箱体高度18000mm ，取本设计的箱体高度为H=19000mm。
（3）箱体布置
由于本设计共有14个箱体，箱体单排布置采用单排一列式（实际中应更多的考虑现场的实际情况，若现场有一方形地带，则尽可能布置为并列式。）为了适应今后高炉扩容和提高冶炼强度的需要，还应留有今后增加箱体的空间。[17]
3.1.9 总除尘效率
η总＝C 入-C 出41.682-0.0083＝⨯100099.98％ C 入41.682
3.2 除尘器的选择设计
为确保高炉的正常运行和煤气净化系统的高效运转，充分体现净化装置的优越性、本着可靠、先进适用的原则，以及达到同级高炉国内一流水平的要求，对于一些关键性的但是目前国内制造水平还达不到要求的设备，按重要性程度从国外引进，其余设备国内配套。在干法布袋式除尘、湿法塔文系统除尘和高炉煤气环缝洗涤系统三种除尘方式中选择适合2500时高炉的高炉煤气净化方案。而在前文中以确定选择干法布袋除尘，示意图如下
图5.1高炉煤气除尘系统流程图
高炉煤气经重力除尘器及旋风除尘器粗除尘后，进入布袋除尘器进行精除尘，净化后的煤气经煤气主管、调压阀组(或TRT ) 高节稳压后，送往厂区净煤气总管。
3.2.1 进气口位置
进气口位置分为上进气与下进气，下进气除尘器结构简单，只有下部一块板；粗粒可直接沉降于灰斗中，只有3μm以下的细尘接触滤袋，滤袋磨损小。下进气是使用最多
的进气方式。
3.2.2 过滤方式分类
过滤方式分为内滤式和外滤式，内滤式系含尘气体由滤袋内向滤袋外流动，粉尘被分离在滤袋内；外滤式系含尘气体由滤袋外向滤袋内流动，粉尘被分离在滤袋外，由于外滤式含尘气体由滤袋外向滤袋内流动，因此滤袋内必须设置骨架，以防止布袋被吹瘪。由于外滤式气流上升截面大，气流速度小，可以使一部分粉尘颗粒沉降下来，这样，外滤式布袋除尘器的箱体本身也局相当于一个重力除尘器，降低了布袋便面荒煤气的含尘量，也就提高了布袋的过滤负荷与除尘效率。
在经过不断研究学习之后，滤袋过滤方式采用外滤式，滤袋内衬有笼形骨架，以防被气流压扁，滤袋口上方相应设置与布袋排遣数相等的喷吹管。在过滤状态时，荒煤气进口气动蝶阀及净煤气出口气动蝶阀均打开，随煤气气流的流过，布袋外壁上积灰逐渐增多，过滤阻力不断增大。当阻力增大(或时间) 到一定值时，电磁脉冲阀启动，布置在各箱体体布袋上方的喷吹管实施周期性的动态脉冲氮气反吹，将沉积在滤袋外表面的灰膜吹落，使其落入下部灰斗中。在隔一箱体进行反吹时，也可以将这一箱体出口阀关闭。清灰后应及时启动气动卸输灰系统，输灰气体可采用净高炉煤气，也可采用氮气，将灰输入大灰仓，然后用密闭罐车通过吸引装置将灰运走。
3.2.3 动力装置分类
动力装置分为正压式和负压式两大类，动力装置布置在袋式除尘器前端采用鼓入含尘气体的事正压袋式除尘器；而动力装置布置在布袋除尘器后面采用吸出易被净化的气体的事负压式布袋除尘器。
3.2.4 滤袋的形状
滤袋形状可分为圆袋与扁袋，圆袋型滤袋应用广泛，受力均匀，链接简单，成批量
的换袋容易。扁袋与圆袋相比，在相同体积内可多布置20％到40％过滤面积的布袋，因此，在滤料中粉尘负荷相同的条件下，扁袋占地面积较小。
3.2.5 袋式除尘器的选择
结合以上分析及各方面考虑，本设计中除尘器选择正压外滤式脉冲清灰除尘器，具体采用低压，外滤式，脉冲喷吹，下进气，圆形滤袋式。
布袋除尘器平面布置图如下所示
3.3 反吹清灰设计
3.3.1 清灰方式的选择
脉冲喷吹清灰方式的主要特点在于它是短期性的喷吹过程以及它年产生施加于滤袋内侧的相对较高的剩余压力。脉冲喷吹的持续时间极短，一般只有0.02~0.3s，低压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.1~0.3MPa；而高压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.5~0.7MPa。所以脉冲喷吹清灰可以在极短的时间内喷入大量的清灰气体。
脉冲反吹清灰属于高能清灰，由于反吹时间极短，压力大，以及气流的高速运动，使布袋充分的抖动，将网眼内粉尘迅速、有效地清落，从而恢复了布袋的透气性，因此，清灰效果好。[18]
3.3.2 压力损失
在本设计中，选择除尘器平均阻力为1200Pa 左右。
布袋除尘器的压力损失与除尘器的结构设计、滤料性质、粉尘浓度、过滤速度、粉尘层特征、清灰方式、煤气温度与湿度等诸多因素有关。
一般布袋除尘器的压力损失△P 是由其结构阻力△Pc ，清洁滤布阻力△Po 以及清灰后滤布表面堆积粉尘层的阻力△Pd 三部分组成。结构阻力与气流量和气体密度有关，滤袋层阻力与含尘气体性质、滤材性质、清灰方式及强度有关。如果滤袋除尘器在超越最佳阻力条件下运行，将导致动力设备电能耗费超量，而且会加重滤材磨损，降低气体的净化效率；若是在负压下运行，还由于密封性不足而形成环境空气大量吸入。
△P=△P c ＋△P o ＋△P d
△P —袋式除尘器设备阻力，Pa ；
△P c —除尘器结构阻力，Pa ；
△P o —清洁滤料的阻力，Pa ；
△P d —滤料上附着粉尘的阻力，Pa 。
在本设计中要求阻力损失在3～6KPa 。
清灰压差是干法滤袋除尘阻力的标志。干法滤袋除尘器阻力主要取决于瓦斯会在滤袋表面的厚度。高炉煤气干法布袋除尘器在系统工作一段时间后，由于滤袋内侧的瓦斯灰膜增厚，除尘器阻力增加，到荒煤气入口压力与净煤气出口压力之差达到一定压力值时，就应对除尘器进行清灰操作。
本设计选择定压反吹即开始进行除尘器清灰操作的最大压力差为5000Pa ，即当除尘器的箱体内外压力差超过5000Pa 时，便对除尘器进行清灰，但是也应注意：如果压力差始终达不到5000Pa ，那么也要每两小时反吹一次。[19]
3.3.3 喷吹气体及参数的选择 1) 喷吹气体
脉冲喷吹常用的气体有空气和高压氮气，但由于除尘器内煤气温度较高（约为200℃）而且钢铁厂中均有制氧设备这样在得到氧气的同时也分离出了大量的氮气，所以脉冲喷吹气体最好不采用空气喷吹而应采用喷吹高压氮气，以防随空气喷入的氧在高温下与煤气反应而发生爆炸。
因此本设计所使用的喷吹气体为：高压N 2。 2) 喷吹压力
喷吹压力既不能过高，也不能过低，过高易吹烂布袋，过低则吹不掉灰尘。低压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.1~0.3MPa；而高压脉冲喷吹的喷吹压力一般为0.5~0.7MPa。喷吹气流自上而下作快速运动，其冲击强度也迅速衰减，所以滤袋的长度受到一定的限制。由于本设计选择的滤袋较长（10m ），所以为保证喷吹气体与有足够的喷吹动量，并节省喷吹气体，设计采用高压喷吹方式。
因此本设计高压喷吹的压力选择为：0.65Mpa 。 3) 清灰周期
本设计要设计的除尘器已知过滤风速为35m/h，入口含尘浓度为8.3g/ m3，故可选择喷吹
清灰周期T=120s，由于设计采用了定压差电控仪，使喷吹周期变为可调的，所以，实际的喷吹周期会在120s 附近波动
4) 喷吹时间
由于本设计采用高压氮气脉冲清灰方式，滤袋长度为10m ，故选择喷吹持续时间为0.3s 较为合适。实际操作中可以在0.1~0.3s调整。
5) 脉冲阀
一般来说，在大型外滤式脉冲布袋除尘器中，除尘器在进行脉冲反吹操作时，采取分排脉冲反吹，由一个脉冲阀控制10~12个滤袋。结合本设计的实际情况，选择每10个滤袋共用一个脉冲阀，则脉冲阀总数量K=N/10=1000/10=100（个）。
6) 压缩氮气消耗量
压缩氮气的消耗量与上述参数的选择有关，其计算公式为：
Q =
α⨯K ⨯q (m3/min) (5-4)
T
式中Q ——每台袋式除尘器每分钟压缩氮气消耗量m 3 K——脉冲阀总数量 （个） T ——脉冲周期 min α——附加系数 α=1.2
q ——每个脉冲阀每次压缩氮气消耗量m 3/阀次 各种参数选择为： K=100 T=2 min q=0.02 m3 α=1.2
则压缩氮气的总消耗量为： Q=1.2×100×0.02/2=1.2 m3/min
3.4 除尘器的优化
3.4.1 影响除尘效率因素
5.4.1.1滤袋材质
内滤式布袋材质大多为无碱纤维滤布，这种纤维布的一般厚度为0.55±0.05mm ，织纹为二重纹，最大透气率约为350m 3/m2²s 。其主要是靠布袋灰粘在布袋上形成灰膜后才能达到最佳除尘效果。在布袋尚未形成足够厚的灰膜前，其除尘效率最差。
本设计外滤式滤袋采用氟美斯复合纤维针刺毡滤料。
复合纤维针刺毡的外表面经过起绒，其表面凸凹不平，单个纤维向外突出，形成了疏松多孔的表面，每根单纤维都是一个过滤单元，这样的表面积较平面面积大得多。
针刺的单纤维呈三维空间自由分布，具有多孔性，孔隙率高达80%，透气性好，最大透气率约为800d m 3/m2²s ，因为复合纤维针刺毡滤料具有很好的透气性和很高的过滤负荷，所以其除尘效率很高。
5.4.1.2清灰方式
内滤式布袋主要为反吹清灰。它的缺点是反吹压力小，动能不够，布袋网眼致密层粉尘不易吹落。另外，反吹气流易从灰膜层较薄的地方通过滤袋，而布袋的其他部分网眼内粉尘未能有效地脱落。这样反吹不均匀，只恢复了布袋某一部分的透气性，特别是在荒煤气温度低于100℃时，布袋帽口易堵塞，造成清灰效果很不好，影响过滤负荷，降低了除尘效率。
本设计采用的外滤式布袋除尘器为高压氮气脉冲反吹清灰。由于反吹时间短，压力大，气流速度快，是布袋得到充分的抖动，反吹掉网眼内的粉尘，是布袋迅速恢复透气性，提高了过滤负荷，从而具有很高的除尘效率。
5.4.2反吹方式
在线反吹方式为滤袋工作时进行反吹；离线反吹是关闭箱体进出口蝶阀，滤袋停止工作时进行反吹。本设计高炉煤气布袋除尘器除尘方式选择了离线反吹方式。
在线反吹方式不降低布袋的过滤负荷，但由于滤袋在对煤气进行过滤工作时，需要更大的氮气反吹压力，另外，还存在灰尘再附现象，即灰尘脱落后来不及掉至灰斗又重新吸附到布袋上，反吹后除尘器进出口压力值由5KPa 下降到2.5KPa 左右，个个箱体分别进行，通常每天只需反吹2～3次。
离线反吹方式节约了氮气消耗，同时减少了反吹次数，并相应降低了氮气的反吹压力，避免反吹频繁及反吹压力过高而对滤袋造成破损，并可有效避免灰尘再附。
5.4.3延长布袋寿命的措施 （1）认真执行反吹操作制度
当布袋箱体内煤气压差达到5KPa 时，就必须按规程对箱体进行反吹操作，若在2小时内箱体中的煤气压力始终达不到5KPa ，那么也应进行反吹清灰操作。 （2）控制进入箱体的煤气温度
滤袋对煤气的温度要求较高，煤气温度低于80℃时，吸附在滤袋上的灰尘易结露，是滤袋表面板结，透气性差；当煤气温度一旦接近滤袋的允许工作温度（280℃）时，就应该迅速采取有效措施，启动煤气温度控制系统，使煤气温度控制在滤袋的允许温度以下，以保证滤袋及整个除尘系统的安全运行。 （3）严格执行吊挂制度
因吊挂结构不合理或安装不当也会影响布袋寿命造成一定质量的布袋破损。为了延
长布袋使用寿命必须严格执行布袋的吊挂制度。
（4）注意开箱时机
由于布袋灰含有易燃烧的低熔点物质，当箱体温度高开箱时空气混入箱体，易造成箱体内部着火而烧坏布袋，所以开箱时必须要注意。 （5）严格检漏及更换布袋
当查出某个箱体内有漏灰时，必须及时进行更换。[20]
3.5 优化布袋除尘技术措施
3.5.1 改进滤袋安装结构
南钢一号高炉布袋除尘使用初期，出现过布袋脱落何布袋骨架变形使滤袋破裂的现象，造成煤气含尘量超标。经调查分析后，查知固定滤袋的卡箍长期受热膨胀，卡不紧，使滤袋脱落，布袋骨架变形则是当初设计选用的材料强度偏小且箍环间距大（如图5.1A ）。因此，逐步把紧箍布袋物件由卡箍式改为弹簧胀圈式，对骨架进行改造与加固，箍间环距由200mm 改为100mm （如图5.1B ），箍环由原来的9个增加到17个，加大了骨架的强度，改进后很好地解决了问题。
图5.1 南钢一号高炉布袋骨架结构
3.5.2 荒煤气均匀分布技术改进
南钢一号高炉投产一段时间后，发现进气口处的滤袋破损较多，原因是气流分布不均，气流速度高处令布袋过滤速度过高而造成滤袋破损。为此，在荒煤气进气口处安装了导管（如图5.2）以均匀煤气流。导管下部有三条槽孔，进入导流管的荒煤气从下部三条槽孔排出进入筒体，一股气流分解成了三股，实现了高炉煤气的均匀分布，降低了荒煤气流对布袋的冲刷，布袋过滤负荷均匀。
图5.2 高炉煤气布袋除尘导流管示意图
3.5.3 增设煤气降温装置
由于氟美斯复合针刺毡滤袋的工作温度≤280℃，高炉正常时煤气温度一般在200℃以下，满足布袋除尘器的工作条件，布袋除尘系统可以正常运行。但是，当高炉炉况不顺行出现异常情况时，煤气温度可达400℃～600℃，这样就超出了滤袋的工作温度，会烧坏滤袋，因此应在布袋除尘器前设置煤气降温装置。
韶钢750立方米及高炉的煤气降温装置采用了煤气换热器。煤气换热器的主要参数如下：
处理煤气量：165900m 3/h 煤气含尘量：6g/m3～12g/m3 入口煤气温度：300℃～600℃
出口煤气温度： 250℃ 换热面积：1430m 3 冷却水量：100m 3/h～240m 3/h
降温系统由4个换热器组成，每个换热器设DN150mm ，长10mm 的无缝钢管76根。使用频率：1～2月一次，一般30分钟每次。[21,22]
第四章 除尘系统附属设备
4.1 阀门与粗煤气管道
高炉煤气除尘系统的阀门主要有遮断阀、煤气放散阀、高压调节阀组及叶形插板阀等。粗煤气管道是指高炉至重力除尘器之间的煤气管道。
4.1.1 煤气遮断阀
煤气遮断阀设置在重力除尘器顶部，高炉与重力除尘器之间的荒煤气管道上，为常通阀，只有在高炉休风时落下关闭，将高炉与煤气除尘系统隔开。遮断阀关闭时必须密封严密，开启时煤气通过的压力降要小。一些常用规格的遮断阀参数如表6.1
表6.1 除尘系统煤气遮断阀的系列特性
4.1.2 煤气放散阀
煤气放散阀设置在高炉炉顶煤气上升管顶部或煤气除尘系统的煤气放散管的顶部，开启时将系统内的煤气放入大气中。放散阀为常闭阀。对煤气放散阀的要求是关闭时密封性能好，工作可靠，放散时噪音小。
煤气放散阀的结构形式较多，主要有揭盖式、内开式、外开式、垂直开启式及外开
双重密封式等。目前国内高炉使用最广的是垂直开启式放散阀。高压高炉采用内开式煤气放散阀，它的主要特点是阀盖的开启方向与煤气流动的方向相反，阀盖不会因炉内煤气的压力过大而被顶开，是一种强迫开启的放散阀。国内新建的大型高炉，一般采用的是直径为Φ650mm、吹氮气清扫的外开双重密封式炉顶放散阀。由于采取双重密封，密封性能良好，工作可靠。
煤气放散阀的阀盘与阀座接触面处的密封处理，一般设有硬、软两级密封。硬密封是镶焊硬质合金的圆锥面，软密封是硅橡胶的平面密封。煤气除尘系统放散阀结构类型与均压放散阀大体相同。
煤气放散阀的密封压力，是靠平衡重来压紧的。放散阀的启闭，大中型高炉采取电动或卷扬机驱动，小型高炉为手动。煤气放散阀特性见表6.2
表6.2 煤气放散阀特性
阀口通经，mm 型式 Φ250 Φ400 Φ600 Φ650 Φ800
揭盖式 垂直开启式 垂直开启式 垂直开启式 垂直开启式
开启度 300 900 900 900 900
工作压力，Pa 工作温度，℃ 160000 120000 250000 130000
300～400 300 200～300 400
4.1.3 煤气调节阀组
煤气调节阀组设置在高炉煤气除尘系统精除尘后面的净煤气管道上，用以调节高炉炉顶煤气压力。对煤气调节阀组的基本要求是调节灵敏度高，气流通过阀组的压力降小。
煤气调节阀组一般由四个蝶形阀和一根常通管组成，如下图6.1。其中直径
图中1—Φ250常通阀；2—Φ750调解阀；3—Φ400调解阀；4—给水环管；5—冲洗阀板给水支管
图6.1
为Φ250mm的常通管的作用是为了防止其他四个蝶形阀因故关闭时，保证煤气仍可流通而不被切断。三个直径为Φ750mm蝶形阀为电动操纵，直径为Φ400mm的碟形阀为自动控制的，当三个Φ750mm蝶形阀逐次关闭后，高炉进入高压操作，Φ400mm的自动控制阀则通过不同开启程度来维持炉顶压力在规定水平。
在调节阀组的每个阀前均设有中心喷水装置，当煤气高速流动时，水气扰动，起着煤气防尘作用。这里必须指出的是，为了适应煤气余压透平机工作，在采用透平机的煤气除尘系统中，煤气调节阀组前不能再设置喷水嘴，以避免增加净煤气的温度，防止透平机被灰尘粘结。我国部分煤气调节阀组的特性，见表6.3。
表6.3 部分煤气调节阀组的特性
为了把高炉煤气除尘系统与煤气管网隔开，在精除尘设备后的净煤气管道上设置叶形煤气切断阀，即叶形插板。叶形插板一端为通孔板．另一端为无孔板，开通时用通孔端将两侧煤气管道接通，煤气顺利通过；需要切断煤气时，则用无孔端板将两侧煤气管道切断。插板处于切断状态时，煤气只能漏入大气而不能进入对面管道内。叶形插板的夹紧机构形式，有机械夹紧式和热力夹紧式，国内高炉的叶形插板一般采用前者。机械夹紧式叶形插板是依靠人力经机械传动，将插板的两个法兰分开或压紧；热力夹紧式叶形插板则是借助蒸汽管道的热膨胀，将插板的两个法兰分开，依靠管内通水冷却，使管道产生收缩将两个法兰压紧。在煤气管道切断处，均需安装叶形插板。[23]
4.1.4 粗煤气管道
高炉煤气系统的粗煤气管道包括煤气导出管、煤气上升管和煤气下将管等。对于煤气导出管，小型高炉设置两根，大中型高炉设置四根，并均与炉喉圆周对称布置。
为了使炉喉煤气能均匀分布，在设计煤气导出管、上升管和下降管的布置时应尽量使其各通路系统中的气流阻力损失相等或接近。
为了减少炉尘吹损，煤气导出管的煤气流速不宜太大，常为3～4m/s。煤气导出口处的总截面积不应小于炉喉截面积的40％。导出管中心水平倾角一般为500～ 530以使灰尘不致沉积堵塞而返回炉内。
上升管内的煤气流速为6～8 m/s，上升管总截面积为炉喉截面积的25～35％。上升管的高度应保证下降管有足够大的坡度。
为了防止煤气灰尘在下降管道内沉积堵塞管道，下降管内的煤气流速应大于上升管内的煤气流速。下降管内的煤气流速为6～9m/s，或按下降管总截面积为上升管总截面积的80％考虑。下降管的中心线倾斜角应大于450。以使灰尘能流入重力除尘器。
为避免煤气管道被磨损，在煤气导出管内应砌筑一层耐火砖，在其余部分的粗煤气管道内焊接灰尘托板，利用沉积在托板上的灰尘垫保护钢壳。[22]
4.2 煤气清灰搅拌机
煤气清灰搅拌机设置在重力除尘器、旋风除尘器、布袋除尘器箱体等干式煤气除尘设备的下灰斗下面，用以排出集灰斗内的集灰。常用的两种规格的煤气清灰搅拌机性能，见表6.4。
表6.4 煤气清灰搅拌机性能
第五章 灰斗及卸灰装置
5.1 灰斗及卸灰装置的选用原则
卸输灰指将布袋反吹下来的灰有箱体灰斗中卸出来，经中间灰斗送至输灰设备，再由输灰设备将灰运至灰场或综合利用。对卸灰的要求是顺畅且不漏气。一般来说，只要控制好箱体工作温度，加强保温并选择合理的卸灰设备，煤气温度较高时卸灰就会顺畅。
除尘器的灰斗及卸灰装置必须能顺利排出粉尘，并且保持较好的透气性，以免漏风导致净化率降低。
（1） 选择卸灰装置时需要了解排出粉尘的状态，卸灰制度，粉尘性质，
排尘量和除尘器排尘口处的压力状况等。
（2） 为保证卸灰顺畅，灰斗斜面倾角应不小于50°，现选择为60°。
（3） 卸灰装置的上方需有一定高度的水柱或灰柱，以形成水封或灰封，
保证除尘器排尘口处的气密性。
5.2 卸灰系统及操作步骤
1）卸灰系统的工艺流程为：
除尘器下灰斗→气动卸灰球阀→电动钟形卸灰阀→气动卸灰球阀→输灰管道→大灰仓→气动卸灰球阀→电动叶轮给料机→加湿装置→运灰罐车
2） 操作步骤：
卸输灰系统的操作:输灰时首先打开的煤气球阀(或氮气球阀) 向输灰管道中输入输灰介质，然后依次打开气动球阀X 、钟形卸灰阀、气动球阀Y 、仓壁振动器，当下锥体下部热电偶检测温度开始升高并接近上部热电偶检测的温度时，可断定本箱体的灰已卸完，依次关闭仓壁振动器、气动球阀Y 、钟形卸灰阀、气动球阀X ，本箱体的卸输灰已完成。
按同样的操作顺序对每个箱体进行卸灰。
大灰仓中的灰位由安装在大灰仓上的三个射频导纳料位计测定，灰位(时间) 到一定值时，通过气动卸灰球阀、电动叶轮给料机、加湿装置，由专用运灰罐车运出厂区。
气动卸输灰在布袋反吹后进行。正常输灰采用高压净煤气，事故情况采用氮气输送。用净煤气输灰时经过滤后的煤气送至低压净煤气管网，回收利用。用氮气输灰时过滤后的气体也送至低压净煤气管网，因为在每个箱休卸灰后期氮气中也会含一部分煤气。
5.3 炉尘的综合利用
现在布袋除尘的捕集灰尘若不综合治理，同样也会污染环境，并且严重形象除尘系统的正常运行。有的企业从捕集灰尘中提取金属，有的用作水泥，但由于每家钢铁企业的入炉原料均不同，故捕集灰尘中的金属成分也不同，到目前为止并未找到利用布袋除尘的号出路除了少数几家钢铁企业会综合利用提取灰份中的Bi 和Zn 外，大多数企业将其弃置废渣场，这样既浪费又污染环境。但无论如何，捕集的灰尘和中和利用和治理均是急待解决和研究的问题之一。
第六章 除尘器中的自动控制系统
6.1 温度自动控制
在不同的温度条件下，煤气换热系统采取不同的工作状态：
1．当高炉炉况正常，炉顶上升管荒煤气温度低于300℃时，荒煤气走旁通管道而不经过换热器，布袋易可正常工作。
2．当炉顶上升管荒煤气温度高于300℃，出现高炉炉况不稳时，就必须采取用管式换热器通以冷却水冷却，以保证将布袋除尘器的煤气温度控制在300℃以下。
6.2 定压差电控仪
由于除尘器入口含尘浓度、过滤风速、喷吹压力、气体温度及湿度等因素都随时间而产生波动。因此，当采用固定喷吹周期时，实际运行中的压力值往往不同于设计时的压力值。实际压力值高于设计值时，过滤风量会降低，从而影响除尘效果；当实际压力值低于设计值时，会造成过多的高压脉冲清灰频率，压缩空气的消耗量增加，从而滤袋的损耗也相应增加。
为了是布袋除尘器的实际压力值能很好地与设计值相符合，本设计采用了冶金部安全技术研究所研制的AL-3型电控仪，采用定工作点的自动控制方式，使喷吹周期变为可调的，从而保证阻力损失为固定值。该控制方式称为定压控制方式。
当除尘器阻力达到预定工作点时光电转换器发出信号，使振荡器工作，于是脉冲分配器送出信号，按顺序触发可控硅电路，使电磁阀开启进行喷吹。各阀轮流开启喷吹一次后，脉冲分配器送出信号，使振荡器停止工作，当阻力值再次达到预定工作点时，再重复上述过程。这种电控仪的自动控制性能好，节约能源，能保证除尘器正常工作和稳定运行。
6.3 脉冲控制仪
为了能准确的控制脉冲阀发出的脉冲信号，设计中采用了脉冲控制仪，通过脉冲控制仪可以准确的调节脉冲周期与脉冲宽度。因此脉冲空控制仪是脉冲喷吹袋式除尘器的关键设备，它直接影响到除尘器的清灰效果和正常工作。目前常用的脉冲控制仪主要有以下几种：
1． 无触点电动脉冲控制仪
2． 气动脉冲控制仪
3． 机械控制仪
根据实际情况，本设计采用鞍山耐焦设计院研制的WHK 型无触点脉冲电动仪。这种控制仪由晶体管分离元件和集成组件组成，其主要技术性能如下：
1．脉冲宽度可调节范围为0.03～0.3s ；
2. 脉冲间隔可调节范围为1～180s ；
3．控制仪可在-20～50℃和相对湿度85%（28℃时）以下时正常工作；
4．允许交流电压波动范围为20V±10%；
5．总能耗约为40W 。
这种控制仪体积小，寿命长，工作稳定，并且具有脉冲周期和脉冲宽度可根据要求进行调解的性能，自动化水平较高，可远距离控制的优点。
6.4 灰位自动控制
箱体灰斗因在卸灰时不停止工作而不能准确控制灰斗中灰面的位置，卸灰时往往卸空才关闭阀门而造成漏气。设计采用灰斗留灰操作的方法，已达到自身锁气的作用。
6.5 箱体自动检漏
滤袋在生产运行中因受诸多因素的影响而发生破损，如不能及时发现，就会造成对净煤气含尘量的增加，从而降低除尘效率。检漏方法可分为两种：一种检漏是根据含尘量的变化，当对布袋一个一个清灰时，总管出口煤气含尘量增高，而只对一个布袋除尘器清灰时，含尘量较低，据此就可以判断此除尘器的布袋有无损漏；另一种检漏是利用自动监测仪检漏。
自动监测仪工作原理：在流动粉体中，颗粒与颗粒，颗粒与布袋之间因摩擦碰撞产生静电荷，其电荷量的大小即反映粉尘含量的变化，检漏仪就是测量电荷量大小的变化，来判断布袋除尘系统是否有破损的。
当出现下列情况之一时，就可判断该箱体布袋有无破损：⑴该箱体出口的自动监测仪发出布袋破损声光报警信号；⑵该箱体出口的流量显示值明显超出常值。
操作人员必须认真详细记录检漏情况和时间，如果发现布袋有破损，应立即通知相关人员，停止该箱体运行。对大型的袋式除尘器，箱体自动检漏及除尘器自动化程度的提高，工人的劳动强度和工作环境得到很大的改善，且设备的运行管理费用降低了。其社会效益是那些不采取任何控制系统所无法比拟的。
第七章 余压发电与调压阀组
7.1 余压发电
7.1.1 余压发电发展现状及趋势
煤气透平发电是利用专门设计的将煤气压力能转化为电能的一种装置，简称TRT 。
1962年原苏联第一套工业性6000KW 装置在马格尼托哥尔斯克厂投产，至70年代已由TY 型6000KW/8000KW和12000KW 三种。
1969年法国索弗莱尔公司在温德尔勒厂建了一套300KW 湿式半净煤气系统，日本川崎重工业公司引进此项专利并加以发展，成为川崎——索弗莱尔法，并建成世界上第一套工业性湿式半净系统的透平装置，于1974年11月在川崎水岛2号高炉投产，能力为8000KW 。此后，索弗莱尔型透平余压装置又在法国提翁维尔厂1号高炉（3000KW ）和西德鲁尔区6号高炉（5700KW ）投产，日本也于1974年后在大型高炉上普遍推广使用，并在透平机结构和控制上不断改进和提高。我国首钢2号高炉（1327m 3） 于1983年由日本引进了余压发电装置，发电机装机容量5700KW ，宝钢1号和2号高炉分别于1986年和1991年由日本引进，装机容量达17400KW 和18260KW ，干式运转达27000KW 。武钢3200m 3
配套干湿两用型余压装置，也由日本引进，装机容量为24630KW 。梅山冶金公司1250m 3高炉1985年采用上海汽轮机厂制造国产第一台余压发电装置，发电装机容量3200KW 。此后，陕西鼓风机厂为武钢和酒钢制造了第二套，又为重钢1200m 3高炉制造了第三套，装机容量均为4500KW ，逐步扩大了国产化。
自1962年第一套轴流冲击式透平投产以来，其发展趋势为：透平装置从冲击式发展到反动式，煤气调节从调速阀到静叶自调。随着煤气净化从湿式到干式，余压透平亦从
湿式发展到干湿两用型。
一座4000m 3的高炉装设煤起头平发电机组可回收13000KW 以上的电能，而且通过透平的煤气还可以照常使用。利用高炉煤气压力发电与火力发电相比，不仅降低了单价，而且节约投资，不必像火力发电那样，建设锅炉和烟囱，也不必建设储运燃料的场地，同时又不像火力发电污染环境，是属于没有公害的发电。据估计，煤气透平发电装置安装后，不到两年就可回收投资，其经济效益是显著的。
大型高炉上是应用布袋除尘系统为余压发电创造了极为有利的条件，国外操作规定，当余压发电正常工作时采用干式，但压力或流量减少使TRT 不再发电时转为湿式，休风复风亦需及时转换。正是这种操作方针避免了高压后布袋除尘器的超负载运行，部分或全部煤气从湿式通过。国内则是采用“全干式”操作方针，其思想是不设湿法系统，就像小高炉布袋除尘器的做法，但是高压操作是忽略了压力变化的影响，给生产造成一定困难的原因，当然还有设备故障、风机泄漏等各种事故的原因。
本设计炉顶压力不太高（不超过0.2MPa ），且在生产过程中严格把关，经常保养，及时检修，因此未设湿式除尘系统。
7.1.2 余压发电系统特点
干式煤气压力能回收系统有以下特点：
1．为防止因煤气绝热膨胀引起温度下降而产生粘结作用，故要求进入透平的煤气温度必须达到150℃以上。
2．设有煤气燃烧装置和煤气换热器，当煤气达不到150℃时，可利用该装置燃烧部分煤气，但产生的废气混入煤气流，是煤气发热值降低，产生不利作用；当煤气温度高于280℃时要损伤滤袋，此时需将煤气通入换热器，温度降到280℃以内再进入除尘器。
3．由于透平机中不设喷水装置，从而减少了污染，简化了流程。
4．从能源方面说，由于透平机入口煤气温度干式较湿式可提高10℃，透平压力提
高3%，相应炉顶余压发电的经济效益提高40%。因此，目前国外正在推广干式煤气压力能回收系统。
5．由于湿式和干式透平设施均并联在半精细和精细除尘装置之后，透平机因定期检修或其他原因停产时，只要关闭其入口和出口处的相关切断阀，对高炉的生产不会产生任何影响。
7.1.3 余压发电系统工作原理
煤气透平发电机是利用高炉炉顶煤气余压，把煤气导入透平机中膨胀做功，以驱动发电机发电的一种装置。按其结构类型的不同可分为向心式和轴流式两大类：
1．向心式透平发电机的工作原理：如图9.1所示，其工作过程是离心压缩机的逆向过程，气体以压力P 2沿径向流入透平的动叶，推送叶轮转动，然后带动发电机发电。其
特点是：结构简单，运行可靠，但效率较低。
2．轴流式透平机的工作原理：轴流式透平机的结构是有一系列净叶叶栅和装有动叶叶栅的工作叶轮彼此串联而成。气体（压力P 2）流经动叶时，其动量发生变化而产生一
个气动力F ，推动叶轮转动，气体压力能转化为机械能，出口压力P 1小于压力P 2。若轴
流式透平的动叶流道的通流面积做成不变的（如图9.2—a 所示），称为冲动式透平；冬夜通道的通流面积是逐渐收缩的（如图9.2—b 所示），称为反动式透平。其特点是：结构上便于做成多级形式，允许流过大量的煤气，效率高。
本设计采用反动式轴流透平发电设备，入图9.3所示：
图9.3 宝钢高炉煤气系统图
7.1.4 余压发电系统的附属设备
宝钢TRT 附属系统有：大口径煤气阀门，除尘器及波纹管补偿器，双重轴封系统，冲洗水系统，润滑油系统，控制油系统，吹扫和盘车装置。TRT 的透平机与发电机安装在一定高度的平台上，平台上有隔音防雨罩等装置。
发电机选择：比较东芝和明电舍的性能，如表9.1：
表9.1 东芝和明电舍发电机的性能
厂名
容量
电压
频率
功率因数
极数
相数
转速
旋转整流器元件
电压调整范围
电压调整精度
功率因数调整范围 东芝 95KV A 80V 100Hz 0.9 4 3 3000r/min 明电舍 130KV A 200V 100Hz 0.9 4 3 3000r/min 可控硅1S ³4P ³6A3相全波可控硅1S ³4P ³6A3相全波整流（85KW ） 90～110 ±1 滞后0. 8～1.0超前0.9 整流（90KW ） 90～110 ±2 滞后0.7超前0.7
通过以上比较本设计选用东芝的无电刷励磁方式发电机。
7.1.5 余压透平装置的控制
控制系统包括透平机运转控制和高炉炉顶压力控制两部分，用透平机第一级静叶可变机构（改变静叶角度）与高炉侧的调压阀组共同协调控制炉顶压力，控制装置由电子调速器及液压伺服机构驱动第一级静叶可变装置构成。控制装置设有以下五种控制方式：①静叶开度限制方式；②转速控制方式；③负荷控制方式；④最大负荷限制方式；⑤前压控制方式。上述控制方式的切换是由低位选择器等进行自动切换的。
7.1.6 TRT 设施的检修
进行TRT 设施的检修工作，除考虑检修场地外，还在透平机的隔音防雨罩内设置单
轨电动葫芦，在大型阀门处设置悬臂中吊，透平机与发电机采用坦克吊。
7.1.7 煤气透平发电设施的节能与经济效益
设置TRT 的目的就是大力利用高炉煤气的物理性能——压力能和热能，进行能源回收。
高炉车间设置TRT 后，回收的电能完全能满足车间自身需电量（鼓风机耗电除外）。 若全国1000m 3以上级高炉装备TRT 的话，全年可发电5～7亿度。
大型高炉装备TRT ，以宝钢为例，年发电量1.42亿度，中型高炉装备TRT ，以梅山铁厂为例，年发电量约为1200万度，折合标准煤可节约5000吨。
参考武钢TRT 设备，本设计选择TRT 参数如表9.2所示：
表9.2 TRT 参数表
7.1.8 高炉煤气透平发电的技术评估与推广
1．TRT 设施的技术评估： ①TRT 设施在喷水方面应提高煤气清洗质量；
②控制高炉炉顶压力，除采用减压阀组外，还采用调整阀配合控制，若取消调
整阀，阻力损失减少，提高透平效率，可以增加约2%的发电量。
③透平机的密封。高炉煤气是有毒气体，透平机的密封质量很重要。透平机除用机械密封外，还设有双重轴封系统，其密封介质可以是氮气、油或水，也由用蒸汽的。
④TRT 排水系统的比较：由于TRT 各处排水点的煤气压力不同，有多罐式和单罐式两种。多罐式排水方式设备多，维修工作量大；单罐式排水方式设备少，维修工作量小。
⑤透平机紧急停车时与减压阀组的配合：TRT 运转时，如与设备发生故障或电网跳闸等事故，必须紧急切断煤气，透平机紧急停车。此时，为了防止高炉炉顶超压，必须将减压阀组的紧急开放阀打开，以稳定高炉炉顶压力。
2．推广TRT 的建议：
发展我国的TRT 技术，应借鉴国外先进的技术经验，再结合国内的实际情况。今后研究干式TRT 是发展方向，也是必然趋势，在这一点上，我国还是比较有经验的。
7.2 调压阀组
7.2.1 调压阀组的选择
煤气压力调节阀组适用于高压操作的高炉炉顶调节煤气压力的一种装置。高压操作的高炉，从鼓风机开始到除尘装置，全程处于高压状态。因此，在通入煤气总管之前应设置减压装置，即在布袋除尘后设压力调节阀组，其作用一是调压，二是除尘。本设计选择通用的调压阀组，其结构是由5根支管组成，当中的三根Φ750mm 是设有手动控制的电动蝶形阀，一根Φ400mm 设有自动控制的蝶形阀，另一根是Φ200mm 管道是常通管。当三根Φ750mm 的阀逐次关闭后，高炉进入高压操作，自动控制阀则不断变动其开启程度，维护稳定的炉顶压力。Φ400mm 阀门用于调细，Φ750mm 阀门用于粗调或分档调解，Φ200mm 常通管起安全保护作用。调节阀组的煤气压降高达19612Pa 以上，而且每个阀门前都设有喷水装置，对除尘器具有显著的效果。
7.2.2 阀组附属设备及其性能
1．缓冲式消音器：缓冲式消音器是利用气体在放散管口突然放散，经扩张管口的气体将大大降低它的内压，再经缓冲装置徐缓放散，能降低高压气体自由放散时的器叫声。缓冲消音器内部装有矿渣棉絮或玻璃丝棉絮做减压阻尼材料。这种消音器可降低噪声强度20dB 以上。长期使用后因被高压气体吹掉阻尼材料而影响消音效果。
2．微孔阻尼式消音器：这种消音器多数用在炉顶放散阀和冷风放风阀上，消声孔板在扩散管中共设四层，在高压气流经过四层孔板后将降压进入放散管，放散管管壁也是由孔板、铁丝网、玻璃丝布、玻璃纤维、孔板壳等数层组成。玻璃纤维层的厚度约为50mm 以上，它是放散管上主要起消音减震和减压阻尼的材料。为了防止扩张关外可发生震动与共鸣，它的管壁上也涂有两层填料隔层，从而降低了噪音的强度，提高了消音效果。孔板的半后为2mm ，孔径为3mm 。
3．简易微孔消音器：简易微孔消音器是直接连接在D600～1400mm 放散阀的放风口上，消音效果不佳。
4．卧式微孔阻尼式消音器：该消音器也叫隔板式消音器，常用在高压阀组的后部，从而消除高压阀组的噪声。这种消音器在扩张管内有4组消音隔板，当高炉煤气通过4组消音隔板时，蒋逐级减低煤气压力，起到消音阻尼作用。消音隔板由多孔板、玻璃布、吸引材料等组成。这种隔板消音器，还可以起到煤气过滤、脱水作用，在消音器下部设有排水孔。高压阀组应采用该种消音器进行消声。
据上所述，本设计在高炉炉顶煤气放散阀处采用微孔阻尼式消声器，在调压阀组后采用卧式微孔阻尼消声器。
5．因TRT 允许工作最高温度为200℃，为防止TRT 运行前进入的煤气温度过高影响正常工作，故在阀组后设两级喷水装置，采用ON-Off 双为控制，雾化蒸汽阀门。
第八章 结论
结论
布袋除尘的优点：
1、干法除尘不用水洗和冷却，根据包钢的实践，每吨铁节约水0.2~0.3m3/t，并省掉了湿法除尘建设大型的水洗塔和沉淀池等投资和占地，杜绝大量污泥、污水的产生及时环境的污染，建筑费用较低。
2、干法除尘用电0.25—0.45KWh/吨铁，较湿法节电80~90%。
3、干法除尘系统的除尘效果较湿法除尘效果好，对环境又好。
4、干法除尘工艺在运行中通过脉冲反吹布袋除尘技术，能实现连续除尘，显著减少粉尘外排量:干的粉尘可充分利用。如包钢750m 3高炉，每年回收干粉尘5000吨以上，目前这些粉尘用于烧结。
5、干法系统排出的煤气，压力损失小，温度高，大多为140~220℃，比湿法高100~170℃。因此，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，应用领域扩大。
用于热风炉，可提高热风温度40~90℃，相应降低炼铁焦比8~16kg/t铁。配TRT 发电，发电量可达50kWh/吨铁，较湿法增加发电量30%以上，用于IGCC(煤气化燃气/蒸汽联合循环) 或CCPP ，发电效率将显著增加。
6、干法投资省、占地少、建设周期短、运行成本低。
高炉煤气湿式除尘，因喷水除尘，不仅消耗大量水和造成大量洗涤废水，洗涤水中含悬浮物达1000~4000mg/L和大量酚、氛等有毒物，必须加药处理，该系统庞大、繁琐，处理难度大。而且将250℃左右的煤气降到50℃以下，损失能量达30%以上，且煤气含尘、含水高，煤气品质严重下降; 产生的大量污泥难以清量和利用等等。
布袋除尘工艺虽然还存在着一些不足之处，但是，随着技术的进步和各种检测手段如：箱体自动检漏、温度自动控制、灰位自动控制等措施的采用，布袋除尘工艺在高炉煤气除尘已越来越显示出它的优势所在，在大型高炉上应用布袋除尘工艺的前景是极为广阔的。
综上所述，全干法除尘可显著改善高炉煤气质量，扩大高炉煤气的应用，大幅度提高TRT 发电量，大幅度除低能耗，节约水资源，杜绝污水、粉尘等对环境污染。如果在大中型高炉上推广应用，将很大程度上解决钢铁工业耗水大、污染大、能耗高的难题，显著提高我国钢铁工业的竞争力和可持续发展的能力。淘汰湿法改建全干法除尘系统对任何冶金企业都是非常有魅力的投资项目，它的综合收益和回收期是一般项目无法比拟的。
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致 谢
本次设计得到了王永斌老师的悉心教导，在王老师的严格要求下得以顺利完成，感谢王老师在百忙之中给予的关怀和指导，在此表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时也感谢王永斌老师在炼铁厂设计原理课程中传授的知识，还有罗果萍、王艺慈、闫永旺、张芳等多位老师的指正与宝贵意见，以及资料室张学锋老师对我的帮助，感谢各位老师的关怀和教导。