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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63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
24、尘将250左右的煤气降到50以下，损失能量达30%以上8，且除尘后的煤气含水含尘较高，煤气品质下降，使煤气的物理有效能(温度和压力)下降。同时产生的大量污泥难以清理和利用。湿法除尘是通过洗涤塔与文氏管来进行除尘的。该方法可将出口煤气含尘量降至10 mg/m3以下，除尘效率为94%98%，但煤气流速与用水情况直接影响文氏管的工作效率。当高炉生产波动或水量不稳定时，文氏管的工作效率将明显下降。图2.2 高炉煤气湿法除尘净化工艺流程2.5.2 高炉煤气的干法除尘高炉煤气的干法除尘几乎不用水，不会带来水污染和污泥的处理，干的粉尘可直接返回烧结作为原料使用，除尘过程中煤气的压力损失小，配TRT煤气压差发
25、电，发电量可达50kwh/吨铁9。除尘效果好，对环境污染少，且煤气的应用领域扩大。高炉煤气的干法除尘包括电除尘技方式和袋式除尘方式。图2.3为高炉煤气的干法袋式除尘工艺流程图。高炉荒煤气经重力除尘器后进入袋式除尘器，在袋式除尘器内利用滤袋本身的织孔和滤袋外表面的粉尘层对含尘煤气进行过滤，达到净化煤气的目的，经袋式除尘器除尘后的煤气经调压阀组或TRT煤气压差发电机后，入煤气管网到用户。图2.3 高炉煤气的干法除尘工艺流程2.5.3 高炉煤气干法布袋除尘的优点1) 高炉煤气采用干法布袋除尘比传统的湿法除尘可以多回收和利用煤气显热。高炉煤气温度按180计，每吨铁可回收煤气约30万kJ的显热，相当于多
26、回收了10 kg的标准煤。2) 高炉煤气采用干法布袋除尘比传统湿法除尘可以提高煤气的热值。采用干法净化后的煤气不含机械水，因而煤气热值可提高126209 kJ/m3，煤气显热可使理论燃烧温度提高90120，热风炉或锅炉的效率提高2%3%。3) 高炉煤气采用干法布袋除尘比传统的湿法除尘可以节约水、电。据测量，对于大型高炉，高炉煤气采用干法布袋除尘可以节约工业循环水约6 m3/吨铁。4）干法除尘比湿法除尘效率高。大型高炉干式布袋除尘后净煤气含尘量一般在3 mg/m3以下，平均不超过1 mg/m3，而湿式除尘后净煤气含尘量一般在510 mg/m3，有的甚至会超过10 mg/m3。干法除尘净煤气质量的
27、提高有利于高炉净煤气用户的生产和使用10。第三章 除尘器3.1 各种除尘器原理除尘技术就是利用两相流动的气固或液固分离原理(包括重力分离、惯性力分离、离心力分离、库仑力分离、水膜除尘和过滤) 捕集气体中的固态或液态颗粒物。常用的除尘装置有机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器和袋式除尘器。机械式除尘器是利用重力、惯性力和离心力作用使粉尘与气流分离沉降的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。重力沉降室和惯性除尘器属于低效除尘器,旋风除尘器属于中等效率除尘器。湿式除尘器是利用液滴或液膜洗涤含尘气流使粉尘与气流分离沉降的装置。湿式除尘器有水膜除尘器、喷淋塔、文丘里洗涤器冲击式除
28、尘器和旋流板塔等。其原理为利用水形成液网、液膜或液滴与尘粒发生惯性碰撞、扩散效应、黏附、扩散漂移与热漂移、凝聚等作用，达到捕集、分离尘粒，并兼备吸收气态污染物的目的；可以处理高温废气、黏性颗粒和液滴，除尘效率较高。静电除尘器是利用高压电场使颗粒荷电，在库仑力作用下使颗粒与气流分离沉降的装置。静电除尘器几乎可以捕集一切细微粉尘及雾状液滴，其捕集粒径范围在001100 um，粉尘粒径 02um 时，除尘效率可高达99 %以上；由于静电除尘器利用库仑力捕集粉尘，流经除尘器的阻力很小，约98294 Pa ；并可处理从低温、低压到高温、高压的含尘气流。3.2 各种除尘器性能比较静电除尘器、湿式文丘里除尘
29、器和袋式除尘器是目前国内外应用较广的3 种高效除尘器；重力沉降室和惯性除尘器属于低效除尘器；旋风除尘器和除文丘里以外的湿式除尘器属于中等效率除尘器。各种除尘器基本性能如表3.1所示。表3.1 各种除尘器基本性能3.3 袋式除尘器的过滤机理袋式除尘器从19世纪中叶开始用于工业生产以来，不断发展，特别是20世纪50年代,脉冲喷吹的清灰方式以及合成纤维滤料的应用，为袋式除尘器的进一步发展提供了有利条件。目前在各种高效除尘器中，袋式除尘器是最有竞争力的一种。袋式除尘是采用过滤技术将空气中的固体颗粒物进行分离的过程，袋式除尘器是采用过滤技术进行气固分离的设备11。气体过滤技术目前主要有纤维过滤、膜过滤和
30、颗粒过滤。尽管这三种方式都能达到将气体中固体颗粒分离出来的目的，但它们的机理是不一样的，袋式除尘为纤维过滤，膜过滤或膜过滤与颗粒过滤的组合。袋式除尘器的滤料是由大量纤维疏松地充填在一起组成的过滤介质，纤维的取向与空气流方向垂直，粒子大多数沉积在介质内部，布袋除尘属于所谓“障碍物形式”捕集方式。3.4 滤料的特性和种类滤料是袋式除尘器重要部件滤袋的缝制材料。袋式除尘器的性能在很大程度上取决于滤料的性能，如过滤效率、设备阻力等，这些都与滤料材质、结构和后处理有关。根据袋式除尘器的除尘原理和粉尘特性，对滤料提出了如下要求：（1）清灰后能保留一定的永久性容尘，以保持较高的过滤效率；（2）在均匀容尘状态
31、下透气好，压力损失小；（3）抗皱折、耐磨、机械强度高；（4）耐温、耐腐蚀性好；（5）吸湿性小，易清灰；（6）使用寿命长，成本低；这些要求，有些取决于纤维的理化性质，有些取决于滤料的结构和后处理。一般滤料很难同时满足上述全部要求，要根据具体条件来选择合适的滤料，正确地选择滤料对设计和应用袋式除尘器有着重要的意义。3.4.1 滤料的特性由于要求净化的工业烟气及粉尘具有不同的性质，因而对滤料也提出各方面的要求，滤料具有的特性应尽可能满足所提出的要求，与过滤粉尘有关的滤料特性有以下几项。1）过滤效率滤料的过滤效率()一方面与滤料结构有关,另一方面也取决于在滤料上所形成的粉尘层。从滤料结构看，短纤维的过
32、滤效率比长纤维高，毛毡滤料比织物滤料高。从粉尘层的形成来看，对于薄滤料，清灰后，粉尘层被破坏，效率降低很多，而厚滤料清灰后还可保留一部分粉尘在滤料中，避免过度清灰。一般说来，在滤料不破裂的情况下，均可达到很高的效率（99.9）。2）容尘量容尘量指达到给定阻力值时单位面积滤料上积存的粉尘量。滤料的容尘量影响滤料的阻力和清灰周期。为了避免频繁地清灰、延长滤料寿命，要求滤料的容尘量大。容尘量与滤料的孔隙率、透气率有关，毛毡滤料比织物滤料的容尘量大。3）透气率及阻力透气率是指在一定的压差下，通过单位面积滤料上的气体量。滤料的阻力直接与透气率有关。透气率取决于纤维细度、纤维的种类和编织方法等。透气率降低
33、，除尘效率提高，但阻力却大为增加。4）耐温性工业烟气的温度有时很高，为了适应高温烟气的净化，滤料需具有耐高温的性能。耐温性是选择滤料的重要因素。除了考虑长期工作温度外，还要考虑发生短期高温的可能性。在考虑耐温时，还要注意到有的滤料能耐干热，但对湿热的抵抗很差，耐温滤料的造价较高，因此需同时对采用降温方式进行技术经济比较，以确定取舍。5）吸湿性纤维吸湿性也是评价滤料性能的指标之一。当处理的气体中含有一定量的蒸汽时，如果滤料的吸湿性高，会造成粉尘黏结，滤料堵塞，阻力上升，恶化除尘性能。6）机械性能滤料的机械性能主要指抗拉强度、抗弯折强度及耐磨性。抗拉强度是因滤袋吊挂时要承受滤料自重及灰重，同时还要
34、经受清灰时的振动，滤袋愈长，要求的抗拉强度也愈高，但当滤袋内部有支撑架时，对抗拉强度的要求就不很突出。耐磨性是评价滤料的重要指标，许多滤袋的破裂都是因为磨损造成的。耐磨性包括粉尘与滤料之间或纤维之间或滤料与支撑骨架之间的磨损。3.4.2 滤料的种类3.4.2.1棉、毛滤料棉是一种纤维素质纤维，纤维素是交键的天然聚合物，与其他天然纤维一样，它是不耐高温的，工作温度为7585，棉布耐酸很差，特别是在高于60和稀酸中易于遭到破坏，棉布耐碱性能较好，棉纤维是非弹性的，因此可以认为其尺寸是比较稳定的。在正常温度下，吸湿率较高达2427，耐磨性为中等。棉布滤料的过滤性能好，造价最低，油平纹、斜纹或缎纹，也
35、可做成绒布。由于棉布滤料抗化学侵蚀性差、耐温性差、吸湿性强及可燃性等，其使用受到局限。毛织滤料通常用羊毛造成。毛纤维比棉要细，织成的滤布较厚。透气性好，阻力小，容尘量大，过滤效率高，易于清灰12。3.4.2.2无机纤维滤料为了使滤袋能耐高温，近年来无机纤维滤袋有很大发展。玻璃纤维滤料用于高温过滤已经有多年历史，由于不断改进，目前应用仍比较广泛。近年来，有的国家开始采用金属纤维滤料。此外，还有碳素纤维、矿渣纤维、硅酸盐纤维、陶瓷纤维等用作滤料的研究也正在进行。3.5 袋式除尘器的分类3.5.1 按清灰方式分类1）机械清灰：包括人工振打、机械振打、高频振荡等。这是一种最老和最简单的方式，曾经在工业
36、中广泛应用。清灰时，振打方式可以使滤袋在水平方向运动，或在垂直方向运动，或用快速振动器使布袋快速振动。采用垂直方向振打，清灰效果好，但对滤袋的损害较大。在高温气体净化中，所用滤料抗弯折强度较差时，可以考虑采用这种方式。2）逆气流清灰：逆气流清灰是采用室外或循环空气以与含尘气流相反的方向通过滤袋，使其上的尘块脱落，掉入灰斗中。在这种清灰方式中，一方面是由于反方向的清灰气流直接冲击尘块，另一方面，由于气流方向的改变，滤袋产生胀缩振动，也有助于尘块的脱落。逆气流可以是用正压将气流吹入滤袋，也可以是以负压将气流吸出滤袋。清灰气流可以由主风机供给，也可以单独设反吹风风机。3）脉冲喷吹清灰：这是借助于压缩
37、空气通过文氏管诱导周围的空气在极短的时间内喷入滤袋，使滤袋产生脉冲膨胀振动，同时在逆气流的作用下，滤袋上的粉尘被剥落掉入灰斗。这种方式的清灰强度大，可以在过滤工作状态下进行清灰，允许的过滤风速也高。脉冲喷吹清灰是20世纪60年代发展起来的技术。由于它具有许多优点，因而近年来发展很快，成为袋式除尘器的一种主要清灰方式。4）声波清灰：声波清灰是采用声波发生器使滤料产生附加的振动而进行清灰的。声波发生器使尘块由滤料上振落下来，这种方法有时用作反吹风或反吸风清灰的补充。声波通常可用板振动、汽笛、谐振警报器等发生，后两者采用压缩空气，有效声强需155dB以上。3.5.2 按除尘器内的压力分类1）负压式除
38、尘器：在通常的除尘系统中，风机置于除尘器的后面，使除尘器处于负压，将含尘气流吸入除尘器进行净化。这种方式的特点是进入风机的气流是已经净化的气流，可以防止风机被磨损。如图3.1中a图所示。2）正压式除尘器：考虑到袋式除尘器除尘效率高，含尘气流净化后有时可直接排入室内大气，因而将风机设于除尘器前，除尘器在正压下工作。这种方式的管道布置紧凑，对外壳结构的强度要求不高。但风机易磨损，不适用于浓度高、粗颗粒、硬度大、磨损性强的粉尘。如图3.1中b图所示。图3.1 负压式和正压式除尘器a负压式；b正压式3.5.3 按滤袋形状分类1）圆袋：通常的袋式除尘器的滤袋都采用圆袋图3.2中(b)(e)。圆袋结构简单
39、，便于清灰。滤袋的直径一般为100300mm。最大不超过600mm。直径太小时有堵灰的可能，直径太大，则有效空间的利用较少，袋长为212 m，脉冲喷吹袋式除尘器袋长较小，而反吹风袋式除尘器袋长可大一些，袋长时，滤袋直径也相应要求长。2）扁袋：扁袋图3.2(a)除尘器是由一系列扁长滤袋所组成，滤袋的厚度以及滤袋之间的间隙2550 mm，因此在单位体积内所布置的过滤面积要大很多。扁袋高度一般为6001200 mm，深300500 mm。扁袋内部用骨架（或弹簧）支撑，尽管扁袋除尘器在节约占地面积方面有着明显的优点，但是目前在工业中的使用量仍大大少于圆袋除尘器，其主要原因是扁袋的结构和清灰较复杂，换袋
40、困难及滤袋与骨架的磨损较大。3.5.4 按含尘气流进入滤袋的方向分类1)内滤式图3.2(c)、（e）：含尘气流首先进入滤袋内部，由内向外过滤，粉尘积于滤袋内表面。内滤式的滤袋外部为干净气体侧，便于检查和换袋。当过滤气体没有毒性，温度又不高时，甚至可以在过滤状态下进入除尘器内。内滤式一般适用于机械清灰和逆气流清灰的袋式除尘器。2）外滤式图3.2(b)、(d)：含尘气流由滤袋外部通过滤料进入滤袋内，净化后排出。为了便于过滤，滤袋内要设支撑骨架（袋笼）。外滤式适用于脉冲喷吹袋式除尘器、高压气流反吹袋式除尘器、扁袋除尘器等。3.5.5 按进气口的位置分类1）下进风：含尘气流由除尘器下部、灰斗部分进入除
41、尘器内图3.2(b)、(c)。2）上进风：含尘气流由除尘器上部进入除尘器图3.2(d)、(e)。当采用下进风时，除尘器结构较简单，但由于气流的方向与粉尘下落的方向相反，容易使部分下落的微细粉尘还未落到灰斗就又重新返回到滤袋表面上从而降低了清灰效果，使设备阻力增加13。 平板式向上，向下或水平流动(a)圆筒式向上流动外侧过滤内侧过滤（b）(c)(d)(e)向下流动图3.2 袋式除尘器滤袋形状3.6 高炉煤气袋式除尘系统从高炉炉顶出来的煤气沿下降管进入重力除尘器,重力除尘器利用灰尘颗粒的重力沉降作用除掉一部分灰尘,这就是所谓的粗除尘。从重力除尘器出来的荒煤气进入除尘箱体内，为了防止荒煤气温度过高而
42、烧坏布袋，增加了一个热交换器。从布袋除尘箱体出来的煤气是经过除尘的净煤气。当滤袋表面积尘达到一定厚度时，由清灰控制装置(差压反吹或定时反吹方式)按设定程序关闭提升阀，控制当前单元离线，并打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后，利用输灰系统送出。布袋除尘装置位于炼铁高炉旁，风吹日晒，温度高、灰尘重，要求现场安装的控制设备具有较高的环境适应性。3.6.1 高炉煤气布袋除尘的机理布袋除尘能将高炉煤气中的粉尘捕集，是由煤气中尘粒和过滤介质综合作用的结果。高炉煤气中的粉尘是由超细微粒到粗粒的各粒径分布的14。当含尘气流流过清洁的滤料时，比滤布空隙大的微粒，由于重力作用沉降
43、或因惯性力作用被纤维挡住；比滤布空隙小的微粒和滤布的纤维发生碰撞后或经过时被纤维钩附在滤袋表面，由分子间的布朗运动留在滤布的表面和空隙中，最微小的粒子则可能随气流一起流经滤布跑掉了。随着滤料上捕集的粉尘不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分附着在表面，在织孔和滤袋表面形成灰膜。灰膜又成为滤膜，煤气通过布袋和滤膜达到良好的净化除尘的目的。当灰膜增厚，阻力增大到一定程度时，再进行清灰，去掉大部分灰膜，使阻力减小到最小，再恢复正常过滤。高炉煤气布袋除尘中，灰膜起着比滤料更重要的作用，使捕集尘的效率显著提高。积灰的滤料比清灰后滤料除尘效率高，清洁滤料除尘效率最低。因此清灰时应保留部分粉尘，以保证高
44、的除尘效率，过度清灰会引起除尘效率下降，加快滤袋破损。3.6.2 除尘系统的控制流程高炉煤气经重力除尘器粗除尘后，温度在80300范围内，进入布袋除尘箱体进行过滤净化。如果温度低于80，或高于300，则由热交换器调节温度。本设计提供了按压差反吹方式，即若荒、净煤气压力差超过预先设定的差压值，就对箱体实施反吹清灰过程。为了防止故障时不能自动运行，还有手动方式，只要选择任何一个箱体，对其进、出口阀门进行开关，就可以实现手动反吹。除尘箱体过滤后的灰尘，由螺旋输送机输出，再经过斗提机到高位灰仓，然后经粉尘加湿机加湿，由汽车运出厂区。本除尘系统采用5个除尘箱体，每个箱体都由过滤室、灰仓、进气管、排气管、
45、反吹管、切换阀门等组成。当荒、净煤气压力差达到6KPa时，依次对5个箱体布袋进行反吹清灰。3.6.3 清灰控制最古老的清灰是由人来控制的，随后采用定时器控制。随着电子技术的发展，脉冲控制系统应用于袋式除尘器清灰控制，现有开环控制和闭环控制模式。采用脉冲控制仪，利用其输出信号直接控制电磁阀，为开环控制模式；按时间或除尘器的压力损失来控制清灰，即闭环控制。后者可减少用于清灰的气体量以及反吹风机的能耗，延长脉冲阀和滤袋的寿命。随着计算机的广泛应用，大部分清灰控制系统应用计算机定压差或定时闭环控制，并且有检测、控制、报警等功能。清灰控制为两种控制方式：当荒、净煤气总管压差达到6KPa（设定值）时，进行
46、反吹。由PLC程序设定定时反吹时间，到时间自动进行反吹。布袋除尘器反吹方式有在线反吹和离线反吹两种。在线反吹：即当荒、净煤气总管压差达到6KPa（或到达规定的反吹时间）时，不关闭箱体的进出口蝶阀，同时进行反吹。离线反吹：即当荒、净煤气总管压差达到6KPa（或到达规定的反吹时间）时，关闭箱体进出口阀门，然后进行反吹，反吹后立即打开净煤气进出口阀，使箱体恢复正常工作状态，然后进行下一个箱体的反吹。3.6.4 卸、输灰系统图3.3为储灰、卸灰系统的工作原理图。滤袋喷吹后的粉尘沉积在每一个箱体的下锥部，达到一定积量时，经上卸灰球阀进入中间灰斗存放、冷却。卸灰时，打开下卸灰球阀，通过叶轮给料机送入密封输灰链槽中。1123451- 仓壁振动器；