3.2 Очистка газов в производстве соды

3.2.1 Очистка газов из известково-обжигательных печей

В производстве кальцинированной соды по аммиачному способу для карбонизации аммонизированного рассола используются газы с высоким содержанием двуокиси углерода (35--42 % СО₂).

Двуокись углерода для процесса карбонизации получают обычно путем обжига известняка или мела в непрерывно-действующих вращающихся печах в присутствии пылевидного кокса или угля, вдуваемого в печь при 900--1200 °С. На обжиг расходуется 7--10 % кокса или угля от веса загружаемого известняка.

Обычно газы после печей имеют температуру 100--200 °С и содержат 1--2 г/м³ пыли (при н. у.). Для передачи газов в цех кальцинации центробежными компрессорами, которые очень чувствительны к пыли, необходима тонкая очистка газов до конечного содержания пыли около 5 мг/м³ (при н. у.).

Очистку газов, отходящих из известково-обжигательных печей, проводят в комбинированных аппаратах -- скрубберах-электрофильтрах типа CMC.

В нижней скрубберной части этих аппаратов газы охлаждаются из частично отмываются от пыли. В верхней части аппарата, состоящей имокрого трубчатого электрофильтра с периодической промывкой электродов водой, газы подвергаются окончательной очистке.

3.2.2 Очистка газов, отходящих из вращающих печей (тамбуров)

В производстве соды на основе природного сернокислого натрия газы, отходящие из вращающихся печей (тамбуров), уносят, большое количество пыли (до 45--60 г на 1 м³ газов при н. у.) примерно следующего состава (в %): Na₂CO₃ -- 75; F₂O₃ -- 24; Nad--1,0.

Температура газов при выходе из печей составляет 400 -- 500 °С. Очистку этих газов производят по следующей схеме. Они проходят через зигзагообразные газоходы и пылеосадительные камеры, откуда при температуре 300--350 °С и запыленности около 12--15 г/м³ (при н. у.) поступают в горизонтальные трехпольные пластинчатые электрофильтры. При нормальном режиме сжигания в топках тамбуров и отсутствии в газах значительного количества сажи степень очистки газов в электрофильтрах при скорости 0,8 м/сек достигает 98 %; остаточное содержание пыли в газах не превышает 0,2 г/м³. Наличие сажи в газах заметно снижает эффективность очистки, поэтому для нормальной работы электрофильтров необходимо поддерживать топочный режим, обеспечивающий полное сгорание топлива. Более целесообразна схема очистки газов с охлаждением их по выходе из тамбуров до 200 °С в полых скрубберах, орошаемых слабым содовым раствором. После этого газы направляются в электрофильтры, а затем в эксгаустеры, откуда выбрасываются в атмосферу.

Увлажнение газов способствует улучшению очистки в электрофильтрах, так как улавливаемая пыль становится более электропроводной; одновременно укрепляется содовый раствор за счет упаривания в скруббере, что также представляет интерес для производства.

3.3 Очистка отходящих газов при производстве минеральных

Отходящие газы из сушильных барабанов в производстве минеральных удобрений (фосфоритного концентрата, фосфоритной муки и др.) уносят значительное количество пыли.

Например, при сушке нефелинового концентрата во вращающихся барабанных сушилках (снабженных топками, сжигающими мазут) на апатито-нефелиновой фабрике с отходящими газами уносится 10--20 % продукции.

Очистку этих газов обычно проводят в две ступени -- в групповых циклонах НИИОгаз или в батарейных циклонах и горизонтальных двухпольных или трехпольных электрофильтрах типа Ц.

Электрофильтры типа Ц представляют собой горизонтальные односекционные или двухсекционные аппараты с двумя или тремя электрическими полями в каждой секции; корпуса электрофильтров -- стальные или из железобетона. Для выравнивания газового потока в диффузорах установлены газораспределительные решетки, снабженные механизмами встряхивания. Осадительные электроды -- пластинчатые из листовой волнистой стали или из пластин, составленных из стальных прутков.

Переток газов через бункерную часть электрофильтра предотвращается газоотсекателями, которые располагаются в нижней части осадительных электродов, перпендикулярно к ним.

Коронирующие электроды выполнены в виде прямоугольных рам из труб, внутри которых на крючках натянуты спирали из нихромовой проволоки диаметром 2 мм. Они укреплены при помощи кронштейнов к рамам, подвешенным к высоковольтным опорно-проходным изоляторам; изоляторы установлены на крышке электрофильтра в изоляторных коробках, утопленных внутрькорпуса для обогрева их горячими газами. Предусмотрена также возможность обогрева изоляторов с помощью электрических нагревательных элементов.

Электроды встряхиваются ударно-молотковыми механизмами с электроприводами, которые могут работать непрерывно или периодически. Уловленная пыль выгружается непрерывно через герметичные затворы.

При выборе пылеуловителя для первой ступени очистки следует иметь в виду, что по сравнению с батарейными циклонами на изготовление групповых циклонов расходуется меньше металла, они проще в изготовлении, несколько эффективнее в работе и менее склонны к образованию пылевых отложений. Одна-ко для улавливания абразивной пыли (например, апатита) следует применять батарейные циклоны как более стойкие к истиранию пылью и, следовательно, более надежные и долговечные.

3.4 Очистка газов на сажевых заводах

Сажу получают в процессе сжигания нефтепродуктов или горючих газов при недостатке воздуха (в коптящем пламени).

Особенность сажи -- высокая дисперсность частиц (размером 0,01--5,5 мкм) и их низкое удельное электрическое сопротивление. Плотность сажи 1750--2000 кг/м³, насыпная масса 40--300 кг/ м³. Отходящие газы сажевого производства взрывоопасны и горючи; теплотворная их способность около 3,34 Мдж/кг (800 ккал/кг). После очистки отходящие газы сажевых производств обычно выбрасывались в атмосферу. В последнее время на заводах начинают применять установки для дожигания отходящих газов в целях использования их тепловой энергии и обезвреживания выбросов в атмосферу. В зависимости от способа производства сажи и ее сорта применяют разные схемы сажеулавливания.

3.4.1 Очистка газов в производстве ламповой сажи

Ламповую сажу получают путем сжигания зеленого масла или других нефтепродуктов коптящим пламенем в чашах или распылением нефтепродуктов в реакторах при недостатке воздуха.

Температура отходящих газов на выходе из реакторов 1150--1200 °С. Перед поступлением в улавливающую установку они проходят через полые скрубберы, где увлажняются водой, распыляемой форсунками и полностью испаряющейся; для усиления эффекта охлаждения газов скрубберы снабжены водяными рубашками. В скрубберах газы охлаждаются до 220-- 250 °С.

Для очистки газов после холодильников-скрубберов устанавливают горизонтальные односекционные трехпольные электрофильтры типа СГ. Такой электрофильтр имеет стальной корпус и снабжен взрывными клапанами для снятия пиковых давлений при возникновении "хлопков" в системе.

Осадительные электроды электрофильтра -- пластинчатые, составленные из стальных прутков диаметром 8 мм с шагом 11 мм. Коронирующие электроды выполнены из нихромовой проволоки диаметром 2,2 мм. В верхней части коронирующие электроды каждого электрического поля подвешены к раме, а в нижней расположена рама для фиксации положения электродов; электроды натянуты при помощи подвешенных к их нижним концам чугунных грузов.

Коронирующая система висит на опорно-проходных фарфоровых изоляторах типа ПО-1, установленных в изоляторных коробках; для защиты изоляторов от загрязнения сажей в изоляторных коробках создается противодавление за счет подачи воздуха, подогретого до температуры выше точки росы (0,028--0,036 м³/сек на одну коробку).

Встряхивание осадительных и коронирующих электродов производится автоматически ударно-молотковыми механизмами. Электрофильтры СГ работают, во избежание подсоса воздуха и образования взрывоопасной смеси, под избыточным давлением 50--100 н/м². В газах, поступающих в электрофильтры, допускается содержание кислорода до 1,3 объемн. %. В газах, находящихся в электрофильтрах и выходящих из них, содержание кислорода не должно превышать 2 объемн. %. При содержании сажи 120--140 г/м³ и скорости газов в электрофильтрах СГ 0,4--0,5 м/сек степень их очистки от сажи достигает 98--99 %.

При повышении скорости газов в электрофильтрах, когда форсируется производительность сажевых реакторов, степень очистки значительно снижается.

Температура газов, поступающих в электрофильтры, должна составлять 220--250 °С. Работа электрофильтров при более высокой температуре нежелательна, так как снижается их электрическая прочность, ухудшается очистка газов и увеличиваетсявозможность загораний саже-газовой смеси, что может привести к деформации внутренних металлоконструкций. При более низкой температуре электроды замазываются сажей и в электрофильтре выпадает влага, что приводит к коррозии металлических частей.

3.4.2 Очистка газов в производстве печной газовой сажи

Печную газовую сажу получают при сжигании в печи-реакторе природного газа, предварительно очищенного от механических примесей, воды, нефти и сероводорода, в смеси с воз духом (около 50 % от количества, необходимого для полного сжигания углеводородов, содержащихся в сырье).

Газы выходят из реактора при 1150--1100 °С, проходят через испарительные скрубберы-холодильники, где охлаждаются до 200--230 °С, и поступают в установки улавливания сажи.

Влажность газов составляет 40--50 объемн. %; содержание в них сажи--12--15 г/м³ (при н. у.); удельная поверхность сажи равна 30--40 м²/г.

Для повышения эффективности улавливания сажи на некоторых сажевых заводах после электрофильтров установили циклоны. Однако из-за забивания печной газовой сажей (несмотря на устройство теплоизоляции и обогрева паром) циклоны оказались неэффективными. В газах, поступающих в электрофильтры при производстве печной полуактивной и активной сажи, допускается содержание кислорода до 0,7 объемн. %, а в газах, находящихся в электрофильтрах и выходящих из них, -- до 2 объемн. %.

3.5 Применение электрофильтров в черной металлургии

3.5.1 Очистка доменного газа

Доменный газ является горючим газом и используется в качестве топлива для нагрева кауперов (воздухонагревателей), в мартеновских и коксовых печах, в котельных; возможно использование доменного газа в газовых турбинах.

Содержание пыли в газе, отходящем из доменной печи, зависит от содержания пыли в руде, агломерате и коксе, количества подаваемого в доменную печь воздуха, давления газа, марки выплавляемого чугуна и состояния печи и колеблется от 15 до 100 г/м³; концентрация пыли в газе перед скрубберами составляет 6--30 г/м³. Во всех случаях использования доменного газа требуется предварительная его очистка от пыли; при этом степень очистки определяется назначением газа. При использовании газа, например, в коксовых печах содержание пыли в очищенном газе не должно превышать 10 мг/ м³, при транспортировке газа по газопроводам большой протяженности и сжигании его в нагревательных, мартеновских печах и воздухонагревателях -- 15 мг м³/, а при сжигании в топках котлов в смеси с угольной пылью -- до 1 г м³/.

Надежность работы установок для очистки доменного газа и снижение их габаритов и стоимости достигаются заменой громоздких полых скрубберов, охлаждающих и увлажняющих газ перед электрофильтрами, турбулентными промывателями типа трубы Вентури и применением коронирующих электродов больших сечений для исключения их обрыва, что происходит при использовании проволочных электродов.

Очистку газа, отходящего из одной доменной печи, работающей под повышенным давлением, предусмотрено проводить на установке, состоящей из одного скруббера, двух труб Вентури, одного электрофильтра и одной дроссельной группы.

Второй электрофильтр -- резервный и включается в работу при переводе одной из доменных печей на работу в течение длительного времени при низком давлении или при ремонте одного из электрофильтров.

4. Расчет и выбор электрофильтра

Необходимо выбрать электрофильтр для очистки дымовых газов объемом V₀ = 80 000 м³/ч; плотность газов = 1,27 кг/ м³; температура газов t_r = 130 ; атмосферное давление В = 101,3 кПа ; разрежение в системе Р = - 3 кПа; рабочее напряжение U_p = 70 кВ. Состав газов близок к атмосферному воздуху; средний размер пылевых частиц d_ср = 0,9 мкм.

Рассчитываем плотность газов при рабочих условиях

(1)

Определяем расход газов при рабочих условиях

(2)

Находим необходимую площадь сечения электрофильтра

(3)

где V_г - скорость потока газов в электрофильтре; выбирается в пределах 0,3- 2 м/с. При наличии в газе тонких пылей V_г = 0,3 - 0,5 м/с, а в трубчатых аппаратах (вертикальных электрофильтрах) V_г принимается до 1 м/с. Для условий нашего примера примем V_г = 0,85 м/с, тогда

(4)

Принимаем электрофильтр типа УВ-2х24 с площадью активного сечения фильтра Fф = 48 м². Радиус коронирующего электрода R₁= 0,001 м. Характеристика и условия применения электрофильтров представлены в таблице 2.

Унифицированные, вертикальные сухие электрофильтры предназначены в основном для очистки газов аспирационных систем с температурой до 250 °С. Они работают при невысоких запыленностях газа, отсутствии в нем мелких частиц, со скоростью газа до 1 м/с. Электрофильтр имеет одно поле длиной 7,4 м, через которое движется газ в вертикальном направлении. Он может состоять из одной, двух или трех параллельно работающих секций. Активное сечение одной секции 10; 16 или 24 мІ. Секции сечением 10 и 16 мІ набираются из электродов шириной 4 м, а секция сечением 24 мІ -- из электродов шириной 6 м. Осадительные электроды -- пластинчатые из элементов открытого профиля, коронирующие -- рамные с верхним подвесом. Расстояние между плоскостями одноименных элементов 260 мм. Встряхивание в обоих случаях ударно-молотковое. Основные конструктивные узлы унифицированы в соответствии с конструктивными узлами электрофильтров серии ЭГА.

Таблица 2 - Характеристика и условия применения электрофильтров

Определяем фактическую скорость потока газов в электрофильтре

(5)

Определяем относительную плотность газов при стандартных условиях (В_ст = 101,3 кПа, t_ст = 200 °С)

(6)

Рассчитываем критическую напряженность электрического поля

(7)

Находим величину средней напряженности электрического поля

(8)

где d = 13,7 · 10^-2 - расстояние между плоскостями осадительных и коронирующих электродов, м.

Методом интерполяции по таблице 3 находим динамическую вязкость газов при заданной температуре t_r = 130 °С

(9)

Таблица 3 - Значения температуры „мокрого термометра" для различных значений температур и влажности газов

Рассчитываем скорость дрейфа для частиц пыли мельче 1 мкм

(10)

Находим удельную площадь осаждения фильтра, учитывая, что общая площадь осаждения F₀ для фильтра УВ-2х24 составляет 2600 м²

(11)

Определяем фактический коэффициент эффективности пылеочистки

(12)

Заключение

В итоге можно сказать, что среди известных способов очистки газов электрический является наиболее эффективным, а электрофильтр -- наиболее универсальным аппаратом из всех известных аппаратов, созданных для извлечения измельченных веществ из воздуха и газов.

При выборе метода и аппарата очистки газов необходимо установить происхождение газовых взвесей, так как возможность разделения газовой неоднородной системы определяется главным образом размерами взвешенных частиц, а они зависят от условий образования.

Список использованных источников

1. Левитов, В.И. Дымовые электрофильтры / В. И. Левитова . - М. : Энергия, 1980. - 448 с.

2. Ужов, В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами / В.Н Ужов. - М.: Химия, 1967. - 344 с.

3. Левитов, В.И. Дымовые электрофильтры / В. И. Левитова . - М. : Энергия, 1980. - 448 с.

4. Белов, С. В. Охрана окружающей среды / С.В. Белов, Ф.А. Барбенов, А.Ф. Козьяков, Г.П. Павлихин, В.П. Сивков, А.С. Терехин. - М.: Высш.шк., 1983. - 264 с.

5. Коростовенко, В.В. Процессы и аппараты защиты атмосферы / В. В. Коростовенко. - Красноярск: СФУ, 2008. - 88 с.

6. Ветошкин, А. Г. Процессы и аппараты пылеочистки / А.Г. Ветошкин. - Пенза: ПГУ, 2005. - 201 с.

7. Ужов. В.Н. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н Ужов. А.Ю Вальдберг, Б.И. Мягков, И.К. Решидов. - М.: Химия, 1981. - 315 с.

8 Духин, С. С. Очистка технологических газов / C.С. Духин. - М.: Стройиздат, 1987. - 143 с.

Размещено на Allbest.ru