学士学位论文--低压脉冲袋式除尘系统设计.doc
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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:低压脉冲袋式除尘系统设计学生姓名:黄建丽学 号:200440503212专 业:测控技术与仪器班 级:测控2004-2班指导教师:燕芳 讲师61内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)低压脉冲袋式除尘系统设计摘 要炼铁生产中产生的副产物之一高炉煤气,富含大量的热能、化学能、压力能和粉尘。高炉煤气除尘后,将其能源循环用于钢厂、铁厂、压力加工厂等生产环节,可显著降低企业的能源消耗和生产成本,给企业带来可观的经济效益。 袋式除尘器也称为过滤式除尘器,是一种干式高效除尘器,它利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中的固体颗粒物,属于精细除尘
2、,袋式除尘器可将高炉煤气含尘量降低到10mg/m3以下。本设计采用的是脉冲反吹煤气净化工艺,以微机为上位机,以可编程序逻辑控制器(PLC)为下位机的自动控制结构。上位机通过MCGS组态监控软件制作出整个高炉煤气除尘画面,实现对整个生产过程的监控;下位机主要实现对除尘系统各个执行机构的控制,通过PLC编程实现阀门的关闭、开启,从而控制除尘系统的运行、停止。袋式除尘设备在运行一段时间后的清灰是袋式除尘过程中的核心技术,清灰效果的好坏直接影响袋式除尘设备的效率和使用。设计中采用了离线反吹方式按压差对5个箱体进行依次反吹清灰。关键词: 高炉煤气;袋式除尘;反吹;干法除尘内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕
3、业论文)Design of system for bag dedusting with low pressure pulseAbstractOne of Iron smelting subsidiary outcome-Blast Furnace Gas have a large number of thermal energy,chemical energy,pressure can and dust.After the dust removal,its energy cycle will get for the steel mils,iron works,the pressure proc
4、essing plant and other production sectors,also can significantly reduce energy consumption and production costs,and bring about substantial business economic benefits.Bag Filter is also known as filter-dust collector,it is a dry-efficient dust catcher,which uses fiber preparation of components produ
5、ced by the bag filter to trap dust particles in a gas solid,belong to a meticulous dust.Bag filter can be to reduce the dust of gas blast furnace under 10 mg/m3.The design is based on pulse cleaning gas purification process,it takes the PC to the upper subsystem and a programmable logic controller (
6、PLC) for the lower subsystem of the control structure.The upper subsystem creat the blast furnace gas dust screen though the MCGS,and complete to momnitor the entir process;The lower subsystem mainly achieve to control the actuator of the dust system,it can complete open and customs of the valve thr
7、ough the PLC,so it can control running and stop of the dust system.The dust bag cleaning equipment is the key technology while bag dust removal equipment has operated for some time,cleaning effect of the dust bag have a direct impact on the efficiency and use of equipment.The design uses the offline
8、 cleaning method by pressure on the five boxes to followed cleaning.Key words: Blast Furnace Gas; Bag Filter;The back flushing;Dry-dust 内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 选题背景11.2 设计的总体思想2第二章 高炉炼铁生产工艺42.1 高炉炼铁生产工艺流程42.2 热风炉在高炉炼铁中的作用52.3 高炉煤气对热风炉的影响62.4 高炉煤气的产生及其特性62.4.1 高炉煤气的产生62.4.2 高
9、炉煤气的特性72.5 高炉煤气除尘技术72.5.1 高炉煤气的湿法除尘72.5.2 高炉煤气的干法除尘82.5.3 高炉煤气干法布袋除尘的优点9第三章 除尘器103.1 各种除尘器原理103.2 各种除尘器性能比较103.3 袋式除尘器的过滤机理113.4 滤料的特性和种类123.4.1 滤料的特性123.4.2 滤料的种类143.5 袋式除尘器的分类143.5.1 按清灰方式分类143.5.2 按除尘器内的压力分类153.5.3 按滤袋形状分类163.5.4 按含尘气流进入滤袋的方向分类163.5.5 按进气口的位置分类173.6 高炉煤气袋式除尘系统183.6.1 高炉煤气布袋除尘的机理1
10、83.6.2 除尘系统的控制流程193.6.3 清灰控制193.6.4 卸、输灰系统203.6.5 过程控制要点21第四章 除尘系统上位机设计224.1 工业监控组态软件MCGS224.1.1 MCGS组态软件的系统构成224.1.2 MCGS组态过程244.2 上位机MCGS布袋除尘系统画面设计264.2.1 主画面264.2.2 报警窗口284.2.3 曲线显示314.2.4 通讯设备组态334.2.5 安全机制33第五章 下位机PLC硬件设计385.1 布袋除尘控制系统的硬件选择385.2 可编程控制器的介绍385.2.1 可编程控制器的硬件组成385.2.2 可编程控制器的软件系统与编
11、程语言395.3 SIMATIC S7-300 PLC405.4 可编程控制器在除尘系统中的应用425.5 上、下位机之间的通信连接43结束语45参考文献46附录A MCGS画面反吹程序48附录B PLC反吹程序51附录C 符号表58附录D 主控画面60致 谢61 内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)第一章 绪 论袋式除尘器又称为布袋除尘器,作为一种高效除尘设备,目前已广泛用于各工业部门。近年来,随着国民经济的发展以及越来越严格的环境保护要求,布袋除尘器在产量上有了相当大的增长,品种也日渐增多。随着现代生产工艺的要求,适宜地设计整个除尘系统的自动化控制也变得更加重要,不仅对于控制污染、保护
12、环境有重要作用,而且对于提高设备处理含尘气体的能力,降低人工劳动作业,增加系统的可靠性,也具有重要的经济意义。1.1 选题背景我国钢铁工业是耗能大户,钢铁工业的耗能一直占全国总能耗的10%以上1。传统的钢铁工业是由“资源一产品一污染排放”所构成的物质单向流动经济。循环经济则要求钢铁工业按照自然生态系统的模式,组成一个“资源一产品一资源再生”的物质反复循环流动的过程,要求生产过程中废物的最大化利用。目前高炉炼铁是钢铁生产流程中不可缺少的环节,其能耗最高,占吨钢能耗的5055,平均为465kg/t标准煤(2003年)2,比国际先进水平高约30kg/t。高炉煤气中粉尘含量高,富含一氧化碳气体,剧毒,
13、发热值高,潜含有巨大的能源资源,若直接向环境排放,将会造成区域生态环境的破坏;若将高炉煤气除尘后循环利用,就能降低钢铁生产的能耗,也是钢铁工业实现循环经济的重要途径。而高炉煤气中的显热、含尘量和含水率直接影响高炉煤气的利用。所以研究高炉煤气的除尘技术及在实际中的应用,以最大限度的保住高炉煤气中的显热,减少含尘量及含水率,充分利用高炉煤气能源,减少环境污染,对钢铁工业的良性循环发展具有非常现实的意义。高炉煤气中的粉尘主要来自于高炉入炉原料中的细粉粒,这些细粉粒在高炉炉内、外压力差的作用下,进入高炉煤气。从炉顶排出的大量煤气,其中含有CO、H2、CH4等可燃性气体,可以作为热风炉、焦炉、加热炉等的
14、燃料,但是由高炉炉顶排出的煤气温度为150300,标态含有粉尘约40100mg/m3,如果直接使用,会堵塞管道,并且会引起热风炉和燃烧器等耐火砖衬的侵蚀破坏。因此,高炉煤气必须除尘,将含尘量降低到510 mg/m3以下,温度低于40,才能作为燃料使用3。布袋除尘器是20世纪50年代发展起来的高效除尘设备,随着烟尘排放标准的日趋严格,对除尘器类型的选择逐步由机械除尘器、文丘里水膜除尘器到高效的静电除尘器,再到袋式除尘器。袋式除尘器是一种高效的干式除尘设备。它的除尘机理主要是过滤。它的最大优点是除尘效率高, 在实际应用中能达到99.99,每标准立方米的排气中粉尘浓度可达到10mg以下。1.2 设计
15、的总体思想随着生产工艺的提高,对除尘系统自动化的要求也不断加强。本设计结合实际,把较为先进的控制技术应用到除尘过程中,开拓了一个新的应用领域,节省了人工劳动,提高了系统的运行效率。由高炉出来的荒煤气首先沿下降管经过重力除尘器除掉粗颗粒,再送入换热器进行热交换,其目的是使得高于除尘工艺温度要求的荒煤气降温后再送入除尘箱体,以充分保障除尘布袋的安全稳定运行。在除尘箱体内,荒煤气由悬挂于箱体内部的除尘布袋外壁进入布袋内过滤掉微尘,将高炉煤气含尘量降到要求指标以下,获得的净煤气再通过净煤气总管供热风炉等设备使用。除尘系统所收集的粉尘主要集中在除尘器的灰斗内,由输排灰装置进行贮运,输排灰装置是整个除尘系
16、统的一个重要组成部分。整个高炉煤气布袋除尘系统流程如图1.1所示。当压力检测装置测出进出口荒、净煤气总管的压差达到设定值,通过其设计的若干阀门的启闭实现布袋的反吹清灰,从而达到高炉煤气的除尘净化的目的。布袋除尘器的清灰程序为简单的PLC控制程序, 可分别按荒、净煤气的压差和时间自动控制。图1.1 高炉煤气布袋除尘系统流程图高炉煤气布袋除尘系统采用以微机为上位机,以可编程序逻辑控制器(PLC) 为下位机的结构。通过MCGS这个监控组态软件做出高炉煤气除尘控制系统的整体画面,实现对整个生产过程的实时监控。下位机主要实现对除尘系统各个执行机构的控制,通过PLC编程实现阀门的关闭、开启,执行除尘器的运
17、行、停止等等。整个布袋除尘系统的框架如图1.2所示。图1.2 布袋除尘系统的框架第二章 高炉炼铁生产工艺2.1 高炉炼铁生产工艺流程用于炼钢和机械制作等行业的生铁绝大多数是由高炉生产出来的。高炉是炼铁生产中的主体设备。高炉炼铁生产系统主要由以下几个部分组成:供料系统、渣铁处理系统、送风系统、煤气除尘系统、喷吹系统及高炉本体4。供料系统。包括贮矿槽、贮焦槽、称量、与筛分等一系列设备,其任务是将高炉冶炼所需原燃料通过上料系统装入高炉。送风系统。包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等,其任务是连续可靠地供给高炉冶炼所需的热风。煤气除尘系统。包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等,其任务是
18、将高炉冶炼所产生的煤气,经过一系列的净化使其含尘量降至10mg/m3以下,以满足用户对煤气质量的要求。渣铁处理系统。包括出铁场、开铁口机、堵渣口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等,其任务是及时处理高炉排放出的渣、铁,保证高炉生产正常运行。喷吹系统。包括原煤的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等,其任务是均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉,以煤代焦,降低焦炭消耗。高炉炼铁所用的原料是经过处理后符合化学成分及粒度要求的,由上料系统将原料装入高炉;经冶炼生产出来的主产品生铁,可直接送炼钢厂炼钢或铸成铁块;炉渣可制成水渣用于水泥工业;高炉煤气除去灰尘后可用作燃料。高炉冶炼生产工艺流程如图2.1所示。图
19、2.1 高炉冶炼生产工艺流程1-高炉;2-热风炉;3-除尘器;4-鼓风机;5-渣罐;6-铁水罐;7-布袋除尘器;8-贮油罐;9-贮煤罐;10-烟囱2.2 热风炉在高炉炼铁中的作用高炉炼铁采用热风炉来加热所鼓入高炉的风,可将风温提高到1350。这是高炉炼铁技术进步的重要标志之一,其重要意义在于:可大幅度降低炼铁焦化。风温提高100可提高高炉风口区理论燃烧温度6080,可降低高炉燃料比2030kg/t,可允许多喷吹煤粉15kg/t。可显著地提高高炉生铁产量。因为高炉利用系数=冶炼强度焦化,在焦比降低时利用系数会提高。风温的提高不但可以替代昂贵的焦炭,而且允许喷吹煤粉,进而取得可观的经济效益。热风炉
20、加热是使用高炉的生产过程中所产生的副产品高炉煤气来作为燃料。这样,使高炉炼铁系统成为热效率最高的火法冶金设备。不仅降低了高炉炼铁的生产成本,而且减少了煤气排放,进而保护了环境5。2.3 高炉煤气对热风炉的影响热风炉使用高炉煤气进行燃烧,在炉内蓄热积存足够的热能,然后引入冷风进行热交换,以获得高炉生产所需要的热风。因此,高炉煤气质量的好坏直接影响着热风炉的使用寿命和热风的温度。我国众多的中小型高炉中绝大部分都使用球式热风炉。这种热风炉占地面积小、蓄热能力大、换球方便,但球与球之间的孔隙度小,因此对煤气的要求更严格。纵观很多中小型高炉的生产实践,热风炉使用寿命短的原因主要有两个:其一是耐火球质量差
21、。很多高炉购置的耐火球质量达不到国家标准要求,耐火度低,荷重软化温度低。而热风炉内的温度较高,因此耐火球发生软化变形,使孔隙堵塞。其二是煤气的质量差,煤气中含尘量高。在热风炉烧炉过程中,煤气中大量的粉尘积聚在球床中的空隙间,久而久之,使空隙堵塞,热风炉无法使用。因此,煤气的质量就成为热风炉的寿命和风温使用水平较关键的环节。2.4 高炉煤气的产生及其特性2.4.1 高炉煤气的产生6经热风炉预热后的高温空气进入高炉后,与白热状态的焦炭相遇,鼓风中的氧气,水蒸汽与焦炭发生下列化学反应: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4)鼓风中蒸汽量较少(增湿鼓风时,水蒸汽量相对多一些),由上述反应式可知
22、,生成气体中氢气含量较少;鼓风中的氮气不参加化学反应,仍以氮气状态混在生成气中。生成气体与铁矿石(包括烧结矿,球团矿)中氧化铁起还原反应如下: (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10)随着氧化铁还原反应的进行,气相中的CO及H2逐渐减少,CO2和H2O逐渐增加,在高炉内部气流的作用下,入炉料中的细粉及反应产物粉尘也进入气相,到达炉顶的含尘气体就是高炉煤气。2.4.2 高炉煤气的特性高炉煤气是高炉炼铁的副产品。主要可燃成分是CO约占2030,其余为CO2、N2及少量的H2、微量气体杂质。高炉煤气无色、无味、有剧毒。燃点约为700,低位发热量为3349.6kJ/m3
23、左右。另外由于高炉煤气中含有大量炼铁原、燃料固体颗粒组成的灰粉,使用前须清洗,而清洗方式多采用湿法,故煤气中含水较多,且灰粉有部分残留,一般高炉煤气的含水率在7g/m3以上。2.5 高炉煤气除尘技术2.5.1 高炉煤气的湿法除尘高炉煤气除尘净化的传统工艺为湿法除尘,如图2.2为高炉煤气湿法除尘工艺流程。煤气的湿法除尘是水洗煤气,要耗费大量的水资源。煤气洗涤水中悬浮物达10004000mg/L,并且含有大量的酚、氰化物及其他有机物7,处理这些有毒物要用化学药物或引入水渣池。用化学药物处理的系统庞大,处理难度大;用冲渣水稀释后进行闭路循环,冲渣过程中氰化物会随蒸汽扩散到大气中而污染大气。此外湿法除
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