Очистка газов от дуговой электросталеплавильной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

Салихова Э.И., Очистка газов от дуговой электросталеплавильной печи - Челябинск: ЮУрГУ, ЕТ_334, 2018, 32 с., 7 ил., библиогр. список - 10 наим.

В курсовом проекте была проведена работа по составлению характеристики объекта воздухоотведения, выбрана схема газоочистки, а также фильтровальный материал, был произведен расчёт газоотводящего тракта и выбор дымососа_вентилятора.



ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ОТХОДЫ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1 Электросталеплавильное производство

1.2 Состав отходящих газов

1.3 Газоотводящие тракты

1.4 Очистка газов

1.4.1 Скруббер

1.4.2 Электрофильтры

1.4.3 Рукавные фильтры

1.4.4 Фильтровальные материалы рукавного фильтра

2. РАСЧЕТ

2.1 Исходные данные проекта

2.3 Расчет рукавного фильтра

2.4 Гидравлический расчет газоотводящего тракта

2.5 Расчет дымососа-вентилятора

2.6 Расчет дымовой трубы

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК



1. ГАЗОПЫЛЕВЫЕ ОТХОДЫ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1 Электросталеплавильное производство

Одним из распространенных способов получения качественной стали, отвечающим всем требованиям современного высокотехнологического производства и экологии, является электросталеплавильное производство. Доля электростали в мировом объеме выплавки стали с каждым годом увеличивается.

В современных условиях мировой экономики, а также требований предъявляемых к продукции, одним из самых современных способов получения высококачественной стали, в рамках сталеплавильного производства, является технологическая цепь: плавка в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), внепечная обработка и непрерывная разливка на установках непрерывного литья заготовок.

Не последним звеном в этой цепи является скраповозная тележка, которая обеспечивает доставку лома для последующей его завалки в печь. Непрерывная разливка стали на специальных машинах впервые была применена в металлургии в начале 60-х годов ХХ века. В настоящее время этот метод освоен более чем в 90 странах мира. В производстве в настоящее время эксплуатируется более 1800 МНЛЗ и УНРС, что позволяет, разливать на них до 90 % всей производимой стали.

Сталеплавильное производство в основном представлено цехами 3-х типов: мартеновскими, бессемеровскими и электросталеплавильными. Очень часто в одном цехе совмещены разные плавильные агрегаты, например, мартеновские и электроплавильные печи [1].

На современном этапе существует большое разнообразие технологий получения стали с использованием электрической энергии. К ним относятся и производство стали в дуговых печах переменного и постоянного тока, индукционных и плазменных печах, а также печах спецэлектрометаллургии. Наиболее распространенным способом получения стали, в настоящее время, является ее производство в дуговых сталеплавильных печах переменного тока. На заводах черной металлургии эксплуатируются дуговые сталеплавильные печи емкостью от нескольких десятков тонн до 300-350 тонн с основной футеровкой для производства сталей различного химического состава.

Электросталеплавильные цехи функционируют в основном в структуре мини-заводов. Между тем некоторая часть дуговых сталеплавильных печей эксплуатируется в структуре крупных металлургических комбинатов.

Сложившаяся структура производства стали по способам ее выплавки в каждой стране определяется ресурсами лома, включая лом, приобретаемый в других странах, так как они определяют средний удельный расход лома в сталеплавильном производстве (Руд, кг/т). Здесь, однако, не учитывается сталь, используемая для литья. Следует отметить, что экономически развитые страны за редким исключением обеспечиваются собственным ломом. Из крупных производителей стали единственным исключением является Италия, входящая в состав Европейского Экономического Союза (ЕЭС), где торговля ломом осуществляется только между его членами и ассоциированными с ними странами и строго регламентирована [2].

Вторичные черные металлы, используемые в качестве сырья на предприятиях черной металлургии, делятся на две основные категории: товарный лом, поступающий со стороны, и собственные или оборотные отходы. Собственные отходы черной металлургии образуются по всему технологическому циклу производства готовой продукции и практически полностью используются в сфере своего производства. Это относится и к отходам линейных цехов. В настоящее время в сталеплавильном производстве большинства экономически развитых стран 40-60 % шихты приходится на товарный лом и оборотные отходы и 60-40 % на чугун [2].

Суммарный расход электродов на плавку в электросталеплавильном производстве обычно определяют по трем статьям:

1) расход рабочих концов электрода или эрозия торцов электродов (испарение графита в зоне горения дуги и растворение графита в шлаке);

2) расход боковой электродной поверхности (окисление графита с боковой поверхности электродов);

3) промежуточный расход электродов (потери в виде неиспользуемых огарков и следствие поломок электродов).

Проведенными исследованиями установлено, что расход рабочих концов электродов во время плавки зависит от величины тока, проходящего через электроды.

Поскольку большие значения токов характерны для работы с короткими дугами, то можно считать, что износ рабочих торцов заметно усиливается при уменьшении длины дуги. По-видимому, в таком случае усиливается процесс испарения графита в зоне дуги вследствие большого количества заряженных частиц; усиливается процесс растворения графита в шлаке вследствие большей вероятности и большей продолжительности контакта электрод-шлак. Существенное снижение расхода электродов путем уменьшения эрозии торца может быть получено при работе с длинными дугами, т. е. при работе на повышенном вторичном напряжении. Появление и широкое использование водоохлаждаемых панелей в футеровке сверхмощных печей дает возможность эффективно работать на длинных дугах в течение всей плавки и соответственно уменьшить развитие процесса эрозии рабочих торцов электродов. Снижению эрозии торцов электродов также может способствовать снижение длительности плавки под током [3].

В электросталеплавильном производстве особенно эффективно используется кислород при выплавке нержавеющих и высоколегированных сталей, что позволяет достичь более высоких температур и ускоряет процесс окисления углерода.



1.2 Состав отходящих газов

Работа сверхмощных электродуговых печей приводит к выделению газа, содержащего огромное количество пыли и дыма: продукты выгорания электродов, испарения, железа, кремнезема, глинозема и других веществ, содержащихся в металле.

Основное количество газа выделяется через неплотности у электродов и рабочего окна.

В процессе плавки стали в электропечи количество газа изменяется и достигает максимального значения в период кипения.

В среднем газ, выделяющийся из печи, имеет следующий химический состав (по объему):

- от 15-25 % до 68 % СО;

- от 5-11 % до 30 % СO2;

- от 3,5-10 % до 21 % O2;

- от 0,5-3,5 % до 30-79 % H2;

- 61-72 % азота.

Ввиду наличия в газе СО он взрывоопасен и поэтому перед направлением на очистку окись углерода дожигают в специальном устройстве.

Концентрация пыли в газе может изменяться в широких пределах: от 2 до 10 г/м3 без продувки кислородом и при продувке - от 14 до 100 г/м3. Плотность пыли 4-4,2 г/см3, насыпная плотность 1,2 г/см3; угол естественного откоса 20-25°.

Основная масса пыли (?42 %) мелкодисперсная. Она образуется в результате испарения металла в зоне действия электрических дуг и кислородной продувки и последующей конденсации в печном пространстве. Шлакообразующие и молотые добавки дают более крупные фракции. При продувке кислородом количество возгоняемой пыли резко увеличивается.

Приведем ряд данных с разных заводов: на одном - средний размер частиц пыли был равен 0,06 мкм, в другом случае пыль содержала 85% частиц с фракцией меньше 4 мкм, в третьем случае свыше 95% пыли имели размер меньше 0,5 мкм.

Пыль, выбрасываемая электросталеплавильными печами, состоит преимущественно из оксидов железа. В период расплавления суммарное количество оксидов железа составляет около 80 %, в период кипения (при продувке кислородом) 62 %, в период доводки - 53 %. В период расплавления в пыли появляются оксиды марганца (примерно 11 %), в период доводки - оксиды кальция (6 %) и магния (9 %).

Таблица 1 - Допустимое содержание пыли в воздухе, выбрасываемом в атмосферу (С1/С2)

Объем удаляемого воздуха, м3/ч	С1/С2, мг/м3, при ПДК, мг/м3
	?2	2-4	4-6	?6
2500	45	90	120	150
5000	42	84	112	140
7500	39	78	104	130
10 000	36	72	96	120
12 500	33	66	88	110
?15 000	30	60	80	100

Первичные выбросы происходят в периоды плавления и рафинирования. Вторичные (неорганизованные) выбросы происходят во время завалки, выпуска, скачивания шлака, а также через отверстия электродов в своде печи. Образующийся дым содержит в основном оксиды железа (хорошо видимые красно-серого цвета) с высоким содержанием частиц размером <2 мкм. Вследствие малого размера частиц даже при малой запыленности (50 мг/м3) дым будет видимым. Наличие пыли в дыме делает необходимым выбор высокоэффективного газоочистного оборудования, если к установке предъявляются требования невидимости выбросов в атмосферу.

Содержание пыли в первичном дыме может составлять 7,5-20 кг на 1 т выплавляемой стали. Интенсивность пылевыделения зависит от таких факторов, как чистота скрапа, потребление кислорода, качество извести, уровень подводимой мощности и способ подачи шихты. Во вторичном дыме удельный выброс частиц составляет 0,5-3,5 кг пыли на 1 т выплавляемой стали и зависит от качества скрапа, числа подвалок, адекватности системы дымоудаления, продолжительности выпуска, количества ковшевых добавок и т. д. Требования высокого уровня дымоудаления привели к созданию системы с отсосом дыма через специальное (четвертое) отверстие в своде печи (СДОС), причем печь в этом случае находится под разряжением.

Для обеспечения высоких экологических требований современных печей используют системы отвода и очистки газов, отличающиеся большими объемами очищаемых газов, при этом энергозатраты только на транспортирование газов могут достигать 40-60 кВт·ч/т, что составляет 15-20 % и более от общих расходов энергии на выплавку стали в печи.

1.3 Газоотводящие тракты

Требования, предъявляемые к газоотводящему тракту, определяются условиями технологии производства.

Газ, образующийся в электросталеплавильных печах при плавке и рафинировании стали, должен полностью улавливаться, охлаждаться, очищаться от пыли, а затем поступать в дымосос. Непосредственное улавливание газов из печи осложнено тем, что в процессе плавки осуществляется дополнительная загрузка скрапа в печь. Повышенное выделение газов имеет место при наклоне печи и выгрузке стали. Поэтому после электросталеплавильных печей часто конструируют два газоотводящих тракта. Основной - для отвода газов от печи в процессе плавки, дополнительный - для отвода так называемых аспирационных выбросов.

При конструировании газоотводящих трактов с особой тщательностью следует выполнять соединения отдельных участков, так как потери давления в переходных элементах (местные потери) составляют основную долю суммарных потерь давления в сети.

Повторим, что особое значение в повышении экономичности работы газоотводящего тракта имеет его герметичность. В большинстве газоочистных сооружений дымососы устанавливают в конце газоотводящего тракта, перед дымовой трубой. Следовательно, весь газоотводящий тракт находится под разряжением и в малейшие неплотности засасывается атмосферный воздух. В результате снижается количество газов, отсасываемых из технологического агрегата, ухудшается их очистка, характеристика сети становится более пологой и поэтому суммарное количество смеси технологического газа и присосанного воздуха возрастает. Это приводит к увеличению мощности дымососа и количества израсходованной энергии. Таким образом, предотвращение присосов воздуха при монтаже установок несмотря на большую сложность имеет очень большое значение для повышения качества работы газоочистного сооружения и снижения расхода электроэнергии.

Длина газоходов должна быть минимальной.

В газоходе не должно быть неоправданных изгибов и колен. В коленах для уменьшения их сопротивления рекомендуется устанавливать направляющие лопатки. При правильном выборе конструкции и числа направляющих лопаток для каждого колена гидравлические потери в колене снижаются в 2,1 раза.

Рисунок 1 - Установка направляющих лопаток при повороте потока

На рабочих лопатках и в проточной части не должны образовываться слипшееся в плотную массу отложения мелкодисперсной пыли [4].

Электродуговые печи в основном предназначены для изготовления легированных сталей, но дымосос должен обеспечивать производство и конструкционных сталей. Поэтому он должен быть рассчитан на достаточно широкий диапазон производительности, а система газоотводящий тракт - дымосос проверена на устойчивость. Дымососы газоотводящих трактов электросталеплавильных печей так же, как дымососы газоотводящих трактов конвертерного производства, должны быть уплотнены для снижения их взрывоопасности, отличаться коррозионной стойкостью, их конструкцией должна быть предусмотрена возможность наличия отложения пыли на лопатках рабочего колеса при необходимости обеспечения длительной безотказной работы дымососа.

Для экономии электроэнергии на привод дымососа характеристика его должна быть пологой и падающей.

Скорость газа в газоотводящем патрубке не превышает 8 м/с.

Ранее применяемые системы непосредственного улавливания пыли включали циклоны, высоконапорные мокрые очистки с трубами Вентури или электрофильтры. В настоящее время лучшим способом очистки газов, отводимых от сталеплавильных печей, считают способ, основанный на использовании тканевых фильтров, характеризующихся высокой эффективностью пылеулавливания, оптимальным сочетанием расходов на их изготовление и эксплуатационных расходов, включая и меньшие затраты энергии на привод дымососов по сравнению с мокрыми газоочистками, оборудованными высоконапорными трубами Вентури [5].

Для предотвращения возникновения статического заряда в рукавный фильтр вводят металлические нити или осуществляют поверхностную обработку ткани с целью создания хорошей электропроводимости материала.



1.4 Очистка газов

1.4.1 Скрубберы

Скрубберы - аппараты для мокрой очистки газов. Применяются для тонкой очистки газов водой или другой жидкостью. Удаляемые компоненты могут быть в твердом (пылевидном), жидком (капельном) или газовом состоянии.

Внутри аппарата располагаются различные контактные элементы. На них происходит взаимодействие очищаемых газов с жидкостью. В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода; при комплексном проведении процессов пылеулавливания и химической очистке газа выбор орошающей жидкости (абсорбента) обуславливается процессом абсорбции [6]. Орошение происходит с помощью форсунки, установленной в камере неочищенного газа. Камера неочищенного газа отделяется от камеры очищенного газа каплеотбойной решеткой. Шламовый раствор выводится из аппарата на регенерацию через гидрозатвор.

Смачивание и дальнейшее удаление твердых частиц осуществляется во время соприкосновения воды с твердыми частицами и стекания водяной пленки по стенкам агрегата, динамического контакта в завихрениях и комбинированным методом. Предварительная очистка загрязненных газов выполняется в полых или с насадкой скрубберах. К преимуществам устройства относятся следующие эксплуатационные характеристики:

Высокая степень очистки воздуха. Некоторые скрубберы Вентури могут улавливать твердые частицы Ш = 0,1 мкм. Такие показатели полностью отвечают существующим нормативным требованиям по очистке промышленных газовых выбросов в атмосферу.

Относительно низкая стоимость. За счет этого уменьшается себестоимость продукции, увеличивается прибыльность предприятий.

Универсальность применения. Скрубберы Вентури могут не только очищать воздух, но и охлаждать или увлажнять его.

При очистке газа в мокрых пылеуловителях он одновременно охлаждается.

Процесс очистки газов от взвешенных частиц в современных конструкциях мокрых пылеуловителях разделяется на четыре основные стадии:

подготовка газов путем их орошения на входе в аппарат;

улавливание (смачивание) частиц пыли жидкостью;

выделение уловленных частиц пыли в виде шлама из газового потока;

удаление выделенной пыли из аппарата.

Различают три принципиальные схемы работы мокрых пылеуловителей.

Первая схема характеризуется пропуском запыленного потока, движущегося прямолинейно, через заслон разбрызгиваемой жидкости, в результате чего частицы пыли смачиваются, вес их значительно увеличивается и по этой причине они выпадают вместе с жидкостью из потока под действием силы тяжести.

Вторая схема характеризуется тем, что газовоздушный поток при движении через аппарат резко изменяет направление, в результате чего частицы пыли движутся под действием сил инерции по первоначальному направлению и, встречая на своем пути пленку жидкости, стекающую по стенкам пылеуловителя, захватываются ею и удаляются в виде шлама, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

Третья схема работы пылеулавливающих аппаратов аналогична первой схеме, но отличается тем, что в этих аппаратах струя газовоздушного потока вводится в аппарат с большой скоростью по касательной к внутренней его поверхности, по которой стекает тонкая пленка жидкости, при этом под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам пылеуловителя и уносятся стекающей жидкостью вниз.

Инерционное осаждение пыли происходит в случае, если масса частиц или скорость ее движения настолько значительны, что она не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей препятствие, и, стремясь продолжить по инерции свое движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нем. При криволинейном движении газового потока в скруббере, а также при обтекании препятствия возникают и развиваются центробежные силы, под действием которых взвешенные частицы сталкиваются с каплями или пленкой жидкости на поверхности препятствий и стенок аппарата.

Мелкие частицы испытывают непрерывное воздействие молекул газа, находящихся в движении, обусловленное различными причинами (броуновское движение, конвективные токи, стефановское движение и др.). В результате захвата мелких частиц этим движением увеличивается вероятность столкновения и осаждения их на поверхности обтекаемых тел (капель, препятствий) и стенок аппарата. Влияние диффузионного эффекта на пылеулавливание резко возрастает в турбулентном потоке газов. Эффект касания (зацепления) наблюдается, когда расстояние от центра частицы, движущейся с газовым потоком, до поверхности обтекаемого тела равно или меньше ее радиуса [6].

Также на мелких частицах образуется пленка газа, которая препятствует их смачиванию. Для улучшения смачиваемости мелких частиц создают условия для разрушения газовой пленки вокруг частиц. В частности, запыленному газовому потоку придают высокую турбулентность или в жидкость, орошающую аппараты, вводят поверхностно-активные добавки. В этих условиях пленка газа разрушается, частицы пыли смачиваются, укрупняются и могут улавливаться мокрыми инерционными аппаратами.

При очистке газов с высоким влагосодержанием и подаче в аппарат холодной жидкости на частицах пыли и каплях жидкости конденсируются водяные пары. Интенсивная конденсация водяных паров происходит также при вдувании пара в холодный поток запыленного газа. При этом увеличивается размер и масса частиц пыли вследствие как конденсации на их поверхности водяных паров, так и контакта с водяными парами и каплями жидкости. Процесс конденсации пара жидкости, содержащегося в газах при их охлаждении, способствует повышению эффективности очистки газов в мокрых пылеуловителях.

Таким образом, взвешенные в газе частицы пыли выводятся из газового потока под действием гравитационных сил, сил инерции, в том числе центробежных сил, либо захватываются жидкостью и удаляются в виде шлама [6]. Каждый из перечисленных механизмов осаждения наиболее характерен для частиц определенного размера, однако при соответствующих условиях возможно их совокупное влияние на процесс улавливания некоторых фракций пыли [6].

При интенсификации процесса смачивания пыли отдельные мокрые пылеуловители могут быть применены для глубокой очистки газов или воздуха от частиц пыли размером до 0,1 мкм.

Каплеуловители служат для удаления из газового потока капель воды и смоченных частиц пыли. Традиционно ввод газа в каплеуловитель осуществляется тангенциально. При помощи завихрителя создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама [7]. Каплеуловители изготавливаются различного типоразмера с производительностью по очищаемому газу от 0,5 до 100 тыс. м3/ч.

Изготовляются следующие виды скрубберов:

- центробежные (прямоточные, противоточные, с поперечным подводом жидкости, все три представлены на рисунке 2) прямоугольного или круглого сечения;

- скрубберы Вентури - используются для очистки газов от мелкодисперсной пыли с последующим отделением от газового потока смоченных коагулированных частиц;

- башни с насадкой (насадочные скрубберы).

Рисунок 2 - принципиальные схемы центробежных скрубберов:

а - с поперечным подводом жидкости, б - прямоточный, в - противоточный.

Мокрые пылеуловители применяют в тех случаях, когда уловленная из газа пыль не используется, может быть использована в мокром виде или после обезвоживания, а также когда необходимо охладить газ независимо от его очистки [6]. Мокрые пылеуловители могут успешно применяться вместо таких высокоэффективных пылеуловителей, как рукавные фильтры, особенно в тех случаях, когда применение последних невозможно (например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгораний и взрывов очищаемых газов или улавливаемой пыли). Процесс очистки газов от взвешенных частиц в мокрых пылеуловителях сопровождается обычно процессами абсорбции и охлаждения газов, поэтому все типы мокрых газоочистных аппаратов могут применяться для очистки газов не только от пыли и капель жидкости. Аппараты мокрой очистки одновременно со взвешенными частицами пыли могут улавливать парообразные и газообразные компоненты вредных примесей (окислы серы, азота, углерода и т. п.) [6].



1.4.2 Электрофильтры

В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд, и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока. Общий вид электрофильтра приведен на рисунке 3.

Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий:

пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд;

заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком;

осаждаются на этих электродах;

удаляется пыль, осевшая на электродах.

Рисунок 3 - Электрофильтр:

1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 - рама; 4 - высоковольтный изолятор; 5 - встряхивающее устройство; 6 - верхняя камера; 7 - сборник пыли.

Зарядка частиц - первый основной шаг процесса электростатического осаждения. Большинство частиц, с которыми приходится иметь дело при промышленной газоочистке, сами по себе несут некоторый заряд, приобретенный в процессе их образования, однако эти заряды слишком малы, чтобы обеспечить эффективное осаждение. На практике зарядка частиц достигается пропусканием частиц через корону постоянного тока между электродами электрофильтра. Можно использовать и положительную и отрицательную корону. Для промышленной газоочистки предпочтительнее отрицательная корона из-за большей стабильности и возможности применения больших рабочих значений напряжения и тока, но при очистке воздуха используют только положительную корону, так как она дает меньше озона.

Рисунок 4 - Конструктивная схема электродов:

а - электрофильтр с трубчатыми электродами; б - электрофильтр с пластинчатыми электродами; 1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды.

Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку, натянутую в трубке или между пластинами, второй - представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод. Схема представлена на рисунке 4.

Коронный разряд характерен для неоднородных электрических полей. Для их создания в электрофильтрах применяют системы электродов типа точка (острие) - плоскость, линия (острая кромка, тонкая проволока) - плоскость или цилиндр. В поле короны электрофильтра реализуются два различных механизма зарядки частиц. Наиболее важна зарядка ионами, которые движутся к частицам под действием внешнего электрического поля. Вторичный процесс зарядки обусловлен диффузией ионов, скорость которой зависит от энергии теплового движения ионов, но не от электрического поля. Зарядка в поле преобладает для частиц диаметром более 0,5 мкм, а диффузионная - для частиц мельче 0,2 мкм; в промежуточном диапазоне (0,2…0,5 мкм) важны оба механизма.

Аппараты для очистки газов этим методом называют электрофильтрами. Основными элементами электрофильтров являются: газоплотный корпус с размещенными в нем коронирующими электродами, к которым подводится выпрямленный ток высокого напряжения, и осадительными заземленными электродами, изоляторы электродов, устройства для равномерного распределения потока по сечению электрофильтра, бункера для сбора уловленных частиц, системы регенерации электродов и электропитания.

Конструктивно электрофильтры могут быть с корпусом прямоугольной или цилиндрической формы. Внутри корпусов смонтированы осадительные и коронирующие электроды, а также механизмы встряхивания электродов, изоляторные узлы, газораспределительные устройства. Часть электрофильтра, в которой размещены электроды, называют активной зоной (реже - активным объемом). В зависимости от числа активных зон известны электрофильтры однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах коронирующие и осадительные электроды в пространственном отношении, конструктивно не разделены. В двухзонных электрофильтрах имеется четкое разделение. Для санитарной очистки запыленных выбросов используют однозонные конструкции с размещением коронирующих и осадительных электродов в одном рабочем объеме. Двухзонные электрофильтры с раздельными зонами для ионизации и осаждения взвешенных частиц применяют в основном при очистке приточного воздуха.

В зависимости от направления движения газа электрофильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные аппараты занимают в плане значительно меньше места, но при прочих равных условиях коэффициенты очистки в них ниже. Активная длина поля вертикального электрофильтра совпадает с активной высотой его электродов.

По мере осаждения пыли на электродах понижается эффективность пылеулавливания. Во избежание этого явления и поддержания оптимальной эффективности электрофильтров электроды периодически очищают от пыли встряхиванием или промывкой. Соответственно электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые. К мокрым относят аппараты, улавливающие жидкие или значительно увлажненные твердые частицы, а также электрофильтры, электроды которых очищаются самотеком (конденсатом уловленного жидкого аэрозоля) или посредством смывки осевших частиц жидкостью. Все мокрые электрофильтры, нашедшие применение в промышленности, имеют вертикальную компоновку. К сухим относят электрофильтры, улавливающие сухие твердые частицы, которые удаляют с электродов посредством встряхивания через определенные промежутки времени. Сухие аппараты могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Преимущественное применение среди сухих электрофильтров имеют аппараты с горизонтальным ходом газа - горизонтальные многопольные аппараты, в которых очищаемый газ проходит последовательно через несколько электрических полей.

В зависимости от формы осадительных электродов известны электрофильтры трубчатые и пластинчатые, оба варианта представлены на рисунке 5. Трубчатые электрофильтры состоят из большого числа элементов, имеющих круглое или сотообразное сечение. По оси трубчатого элемента расположен коронирующий электрод. В пластинчатом электрофильтре имеется большое количество параллельных пластин. Между ними находятся натянутые коронирующие электроды.



Рисунок 5 - Схема трубчатых (а) и пластинчатых (б) электродов:

1 - пластины, 2 - коронирующие провода, 3- силовые линии

Формы осадительных и коронирующих электродов могут быть самыми разнообразными. Коронирующие электроды могут набираться из тонких круглых или толстых шестигранных стержней, стальных пилообразных полос, профилированных лент с игольчатой выштамповкой. Иногда применяются и другие формы. Осадительные электроды сухих фильтров выполняют в виде профилированных пластин, желобов, реже - коробок с круглыми или сложными вырезами для лучшего удержания осажденной пыли от вторичного уноса. В мокрых электрофильтрах проблема вторичного уноса несущественна, поэтому электроды выполняют в виде наборов прутков и гладких пластин, что позволяет легко смывать осадок.

Электроды сухих фильтров встряхивают соударением или при помощи специальных ударно-молотковых механизмов. Соударения применяют в основном для встряхивания коробчатых электродов. Остальные типы коронирующих и осадительных электродов встряхивают ударами вращающихся молотковых механизмов по наковальням, прикрепленным к этим электродам. Промывка электродов в мокрых электрофильтрах может производиться периодически или непрерывно. Для периодической промывки подают большое количество воды или другой промывной жидкости на электроды (в активную зону) при отключенном напряжении. На время промывки секции подачу газа прекращают.

Скорость очищаемого газа в активной зоне является одной из основных характеристик электрофильтра. Наибольшую величину электрического заряда частицы размером до 1 мкм получают за время нахождения в электрическом поле около 1 с. Скорость принимают в зависимости от конструкции электрофильтра. Так, в сухих электрофильтрах ее значение находится обычно в пределах 0,8…1,7 м/с. Должно быть обеспечено равномерное распределение скорости очищаемого газа по сечению аппарата. Для выравнивания скоростного поля в электрофильтре устанавливают решетки, направляющие лопатки, перфорированные пластины [8].

1.4.3 Рукавные фильтры

Рукавные фильтры - широко распространенные и эффективные аппараты пылеулавливания.

Рисунок 6 - Общий вид рукавного фильтра:

1 - вход пылегазового потока; 2 - газораспределительное устройство; 3 - бункер; 4 - рукава, 5 - воздушные сопла; 6 - коллектор сжатого воздуха; 7 - воздуховоды; 8 - выход чистого газа



Тканевый фильтр, пример которого представлен на рисунке 6, состоит из корпуса цилиндрической или прямоугольной формы, выполненного из листовой стали, в котором размещены все узлы фильтра. Существенным элементом корпуса является бункер, имеющий коническую или пирамидальную форму, угол наклона стенок которого должен быть больше угла естественного откоса улавливаемой пыли. В нижней части бункера устанавливаются шнековый или скребковый транспортер и шлюзовой затвор, предназначенные для выгрузки уловленной пыли. Бункер и корпус разделены горизонтальной решеткой, в которой сделаны отверстия с патрубками для крепления рукавов. Корпус вертикальными стенками разделяется на секции с целью уменьшения перегрузки фильтровального материала и более эффективной регенерации. Внутри корпусов по секциям прямыми рядами или в шахматном порядке подвешены рукава диаметром от 100 до 300 мм, высотой от 0,5 до 10 м. Рекомендуемое отношение длины рукава к диаметру - от 15 до 40.

Фильтрация воздуха или газа осуществляется пропусканием запыленной среды через ткань рукава. Допустимая запыленность газа в технических характеристиках приведена при нормальных условиях. В рукавных фильтрах разной конструкции газ может перемещаться в направлении изнутри рукава наружу или наоборот [9].

На корпусе находятся механизм управления регенерацией, клапанная коробка переключения секций на продувку с калорифером для подачи в фильтр (во избежание залипания фильтровального материала) подогретого продувочного воздуха, а также коллекторы, через которые запыленный газ и продувочный воздух подводятся к фильтру, а очищенный воздух отводится от него.

Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый выпускной клапан поступает в газопровод чистого газа. Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается. Когда оно достигнет некоторого предельного (по условиям тяги) значения, фильтр переводится на режим регенерации, т. е. рукава освобождаются от осевшей на них пыли.

Для фильтрующих элементов используются современные нетканые иглопробивные материалы из синтетических волокон. Обработка материала (антистатичность, абразивостойкость и т. д.) подбирается в зависимости от задачи и условий эксплуатации.

Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Продувочный воздух от специального вентилятора направляют внутрь камеры через открытый продувочный клапан (выпускной клапан закрыт). Фильтруясь через рукав в обратном направлении, воздух разрушает образовавшийся на поверхности рукава слой пыли, которая падает в бункер, откуда удаляется при помощи шнека или другого устройства. Отработавший продувочный воздух через подводящий газ патрубок поступает в газопровод неочищенного газа. В целях повышения эффективности регенерации одновременно с обратной продувкой осуществляется встряхивание рукавов, для этого используется специальный встряхивающий механизм, перемещающий вверх и вниз крышку, к которой крепится рукав. Камеры фильтра переводят на регенерацию по очереди, и, следовательно, фильтр в составе п-1 камера все время находится в работе.

Рукавные фильтры долговечны, не требуют постоянного обслуживания. Рукавные фильтры характеризуются высокой производительностью при относительно небольших размерах. Это возможно благодаря «сотовому» расположению рукавов в корпусе фильтра.



1.4.4 Фильтровальные материалы рукавного фильтра

В тканевых фильтрах применяются тканые или валяные материалы, выполняющие роль подложки для фильтрующей среды, которой является первичный слой уловленной пыли. Ткани для фильтров изготавливают из натуральных или синтетических волокон диаметром 10…30 мкм, скручиваемых в нити диаметром около 0,5 мм. Размеры пор между нитями обычно составляют 100…200 мкм. Сетка образуется нитями основы и утка и дополнительно переплетается ворсинками. Наличие ворса повышает эффективность фильтрации. Эффективность очистки воздуха (газов) в рукавных пылеуловителях в основном зависит от свойств фильтровальной ткани, из которой изготовлены рукава аппарата, а также от того, в какой мере эти свойства соответствуют свойствам очищаемой среды и взвешенных в ней частиц. электросталеплавильный газ дымосос скруббер

При прохождении запыленного воздуха (газа) через ткань пылевые частицы задерживаются между нитями и ворсом. Ворс должен быть обращен навстречу запыленному потоку. При движении запыленного потока воздух прижимает ворсинки к ткани. При обратной продувке происходит выпучивание ворсинок, и накопившиеся пылевые частицы удаляются (рисунок 7). Если же ворс будет направлен в противоположную сторону, то количество задержанной пыли уменьшается, поскольку происходит выпучивание ворсинок. Затрудняется и регенерация, так как ворсинки прижимаются к нитям и препятствуют отделению пыли от ткани.



Рисунок 7 - Положение ворса фильтрованной ткани при различных режимах работы:

а - рабочее положение ворса: 1 - нить ткани, 2 - нить ворса, 3 - частицы пыли; б - пылевой пробой ткани; в - обратная продувка

Чистая ткань не обеспечивает необходимую эффективность очистки. После регенерации на ткани остается некоторый слой пыли. После нескольких циклов (запыление - регенерация и т. д.) ткань приобретает рабочее состояние. В ней создается остаточный слой пыли, который вместе с тканью образует фильтрующий слой. В процессе фильтрования этот слой увеличивается. После очередной регенерации он уменьшается до остаточной величины. Обычно после нескольких циклов запыления и регенерации сопротивление ткани стабилизируется. Однако в некоторых случаях сопротивление ткани непрерывно растет. Это происходит при застревании в волокнах ткани пылевых частиц, а также при конденсации влаги на поверхности, замасливании ткани и т. д., в результате чего уменьшается сечение пор.

Фильтровальные ткани должны обладать рядом положительных свойств: обеспечивать эффективную очистку, допускать достаточную воздушную нагрузку, обладать необходимой пылеемкостью, способностью к регенерации, высокой долговечностью, стойкостью к истиранию и другим механическим воздействиям, низкой гигроскопичностью, невысокой стоимостью. К ткани могут быть предъявлены дополнительные требования, обусловленные свойствами очищаемой среды: стойкость к определенным химическим веществам и высокой температуре.

Наибольшее распространение получили фильтры с гибкими фильтрующими перегородками.

В фильтровальных тканях применяются следующие виды волокон: естественные волокна животного и растительного происхождения (шерстяные, льняные, хлопчатобумажные, шелковые); искусственные органические (лавсан, нитрон, капрон, хлорин и др.); естественные минеральные (асбест); искусственные неорганические (стеклоткань, металлоткань). В основе выбора материала фильтрующей перегородки лежат следующие показатели: термостойкость, химическая стойкость, воздухопроницаемость, разрывная нагрузка, изгибоустойчивость, а также возможная степень очистки.

Хлопковое волокно на 94…95 % состоит из целлюлозы, оно гигроскопично. При нагревании до 120…130 ? заметных последствий не наблюдается, при более высокой температуре происходит разрушение волокна [10].

В шерстяных волокнах содержится 90 % каротина. При нагревании свыше 170 ? они разрушаются [8]. При воздействии воздуха температурой 80 ? шерсть становится жесткой и ломкой. Механическая прочность шерстяного волокна ниже, чем хлопкового, однако шерстяные волокна больше пригодны для изготовления фильтровальных тканей благодаря большей упругости.

Значительными преимуществами обладают фильтровальные ткани из нитрона и лавсана. Нитроновое волокно характеризуется прочностью, эластичностью, малой гигроскопичностью. Нитрон неограниченно долго без заметных последствий выдерживает температуру 120…130 ? и ограниченное время 180 ?. Ткань из нитрона не подвергается усадке.

Лавсановое волокно обладает прочностью, устойчивостью к истиранию и температуре примерно такими же, как нитроновое волокно, однако более устойчиво к химическим реагентам.

Основное достоинство волокон асбеста: обладают высокой термостойкостью, не загнивают, стойки по отношению к растворам щелочей и кислот. Прочность невелика.

Стеклянное волокно обладает высокой термостойкостью, химической стойкостью, выдерживает значительные разрывные нагрузки. Стеклоткани стойки при температуре до 150…300 ?. Фильтровальные стеклоткани обычно изготовляют из волокон диаметром 6…8 мкм. Стеклоткани аппретируют - покрывают кремнийорганическим соединением - силиконом и графитируют. Благодаря этому срок службы стеклоткани увеличивается.

Фильтровальные материалы могут быть ткаными и неткаными, а в зависимости от состояния поверхности - ворсованными и гладкими. При изготовлении нетканых материалов из синтетических волокон сцепление этих волокон усиливают, пробивая слой волокон специальными иглами и получая, таким образом, иглопробивные материалы. Для этих же целей используют склеивающие добавки и др.

Срок службы фильтровальных тканей в зависимости от условий эксплуатации (вид пыли, ее концентрация, температура, уровень эксплуатации и др.) может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет.



2. РАСЧЕТ

2.1 Исходные данные проекта

Цех с расположенной в нем электросталеплавильной печью. Запыленный воздух отводится из укрытия печи по газоотводящему тракту и направляется на очистку в рукавный фильтр. Очищенный газ отводится через дымовую трубу в атмосферу.

Характеристики газопылевого потока:

плотность газа с0 = 1,29 кг/м3;

динамическая вязкость м0= 17,8 • 10-6 Па;

среднемедианный диаметр dm= 5 мкм;

количество отходящих газов V0 = 1602 нм3/ч;

температура газов t = 1050 ?;

начальная запыленность газов z0 = 48 г/нм3.

2.2 Охлаждение газов перед очисткой

1. Необходимо снизить температуру с 1050 ? до 800 ? подкачкой воздуха, в дальнейшем нужно будет использовать поверхностные теплообменники, так как это наиболее рациональный метод охлаждения, и охладить с 800 ? до 220 ?. Самым оптимальным выбором будет котёл утилизатор КУ-125. Возьмем фильтровальный материал стеклоткань (температура до 220 ?).

Подсчитаем количество газов после подсоса воздуха

2. Расчитаем расход газа, идущего на фильтрование, при рабочих условиях, с учётом разрежения в газоходе 0,3 кПа.

2.3 Расчет рукавного фильтра

При проведении расчета фильтра определяют необходимую поверхность фильтрования, гидравлическое сопротивление фильтра и продолжительность работы фильтра между двумя регенерациями.

Основной величиной при выборе необходимой поверхности фильтра является газовая нагрузка dф, м3/(м2•мин), или эквивалентная ей скорость фильтрования щф, м/мин. С достаточной для практики точностью эта величина может быть определена из выражения

где

qн - нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и её склонности к агломерации (для возгонов черных и цветных металлов, активированного угля qн=1,2 м3/(м2•мин);

С1 - коэффициент, учитывающий способ регенерации (для нетканных материалов С1=1,1);

С2 - коэффициент, учитывающий начальную запыленность газов, равный 0,96;

С3 - коэффициент, учитывающий дисперсный состав пыли, равный 0,9;

С4 - коэффициент, учитывающий, влияние температуры газа, равный 0,7;

С5 - коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки газа, оценивается по концентрации пыли в очищенном газе (при концентрации 10 мг/м3 и ниже С5=0,95).

Находим скорость фильтрования газа при wф проходящего через фильтровальную поверхность по формуле

Плотность газа при рабочих условиях

Гидравлическое сопротивление корпуса определяется величиной местных сопротивлений при входе и выходе газа из аппарата и при распределении потока по фильтровальным элементам:

где величина коэффициента сопротивления о, отнесенного к скорости во входном патрубке фильтра щвх (обычно щвх=5-15 м/с), для правильно сконструированного фильтра равна 1,5-2,5.

Коэффициент динамической вязкости при рабочих условиях:



где

С - постоянная Сазерленда, равная для воздуха 124.

Полное гидравлическое сопротивление ДР1 фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся на ней после регенерации:

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки ДРф может быть представлено суммой двух слагаемых:

Полное гидравлическое сопротивление рукавного фильтра ДР, Па, складывается из сопротивления корпуса аппарата ДРк и сопротивления фильтровальной перегородки ДРф

Начальная запыленность газа при рабочих условиях:

При заданной величине оптимального перепада давления на фильтровальной перегородке ДРопт можно найти необходимую продолжительность периода между регенерациями tф

В - коэффициент, м/кг, который для пыли с dm=5 мкм равен 80•109.

Количество регенераций в течение одного часа:

tp - время отключения секции на обратную продувку (обычно в пределах одной минуты).

Объемный расход воздуха, подаваемого на обратную продувку и подмешивающегося к очищаемому газу:

Необходимую фильтрующую поверхность аппарата F'ф предварительно определяют из выражения:

Будем использовать фильтр ФРО-1250-1.

2.4 Гидравлический расчет газоотводящего тракта

Для начала определим расход Vг и плотность pг идущего из печи до подкачки воздуха при рабочих условиях



После определим Vг и плотность pг идущего из печи после подкачки воздуха при рабочих условиях

По формуле вычисляем диаметр газохода до, и после подкачки воздуха

Диаметр газохода после котла-утилизатора

Сопротивление газоходов ДРсопр определяется следующим образом.

Потери на местные сопротивления ДРмест (изменения диаметров газоходов за счет устройства диффузоров и конфузоров, повороты газоходов) определяются по формуле:

где

щ - скорость газа за местным сопротивлением, в пределах 15-25 м/с (при меньшей скорости пыль оседает, при большей - растет сопротивление);

сг - плотность газа при рабочих условиях;

о - коэффициент местного сопротивления.

Значение коэффициента о можно принять равным:

1. При плавном повороте газопровода эквивалентного диаметра на 90° с радиусом закругления R по таблице 1:

Таблица 1 - Значение коэффициента о при плавном повороте газохода

R/dэкв	1	2	3	4	5
о	0,29	0,15	0,12	0,10	0,08

Принимаем о при повороте трубы равной 0,08.

При плавном расширении сечения газохода с F1 до F2 с углом б (диффузор):

при б?8°

;

при 8°<б<30°

при б=8

при б=30

при б=30

3. При плавном сужении сечения газохода с F1 до F2 с углом б (конфузор) по таблице 2.

Таблица 2 - Значение коэффициента о при плавном сужении трубы

б, °	90	60	30	?10
ок	0,37	0,32	0,24	0,16

Потери на местных сопротивлениях:

1. Поворот на 90° 2 раза

2. Поворот на 90° 2 раза

3. Диффузор после подкачки воздуха

3. Диффузор перед котлом-утилизатором

4. Диффузор перед фильтром

5. Конфузор после котла-утилизатора

6. Конфузор после фильтра

Общие потери на местных сопротивлениях:

Сопротивление на преодоление динамического напора при входе газов в газовый тракт и выходе из него:

1. Вход в тракт:

2. Гидравлическое сопротивление на выходе рассчитывается как свободный выход из прямой трубы при равномерном распределении скоростей:

Потери на трение:

где

л - коэффициент трения (принимается в пределах 0,02-0,03);

l - длина участка газохода, м;

dэкв - эквивалентный диаметр.

Потери на трение до подсоса воздуха:

Потери на трение после подсоса воздуха:

Потери на трение после котла утилизатора:

Потери на трение после фильтра:

При движении нагретых газов учитываются потери на самотягу ДРс:

Па

Па

где

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

H - расстояние по вертикали между центрами рассматриваемых сечений;

св - плотность воздуха, кг/м3.

Общая величина самотяги:

Полное сопротивление газоотводящего тракта представляет собой сумму сопротивлений включенного в него оборудования ДРоб (представляет собой сопротивление фильтра ДРоб=ДРф), сопротивление самих газоходов ДРсопр, в том числе и сопротивление дымовой трубы, а также сумму сопротивлений на преодоление динамического напора при входе газов в газовый тракт и выходе из него ДРд, а также разряжение на выходе из технологического агрегата ДРт:

2.5 Расчет дымососа-вентилятора

Производительность дымососа Vд примем с запасом 10% от расчетного количества газов Vp у дымососа с учетом присосов воздуха без учета температуры и с поправкой на барометрическое давление Рбар:

Для данной производительности выбираем дымосос марки ДН-15Х-1500.

Коэффициент пересчета:

где

Тг - температура газа у дымососа, ?;

Ткат - температура, к которой отнесены каталожные данные.

Создаваемое дымососом давление (разряжение), приведенное к условиям каталога, по которому выбирается дымосос, принимается:

Потребляемая дымососом мощность определяется из условия

где

Nкат - каталожное значение мощности.

2.6 Расчет дымовой трубы

Конечная запыленность газа при степени очистки рукавного фильтра 99%:

.

Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу:

Разность температур газовоздушной смеси и окружающего воздуха:

где

Тв - температура окружающего воздуха, по СНиП 23.01.99 для Урала Тв=21?.

Для определение предварительного значения высоты Н используется формула:

Где

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для Урала севернее 52° с. ш равен 160;

F - коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % равен 2;

з - коэффициент рельефа местности, для ровной или слабопересеченной местности з=1;

V1 - объем газовоздушной смеси, поступающей в атмосферу, м3/с;

Сm - максимальная приземная концентрация, принята равной 0,1 ПДК пыли, ПДКмр=0,5 мг/м3.

Примем высоту трубы 30 м.

Диаметр устья трубы можно определить по формуле:

где

щ0 - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Принимаем диаметр трубы равным 1,2 м.

Выбираем металлические нефутерованные каркасные трубы диаметром 1,2 м, высотой 30 м.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Калмыков, В.А. Электрометаллургия стали: учебное пособие. - В.А. Калмыков, В.П. Карасев. - СПб: СПбГТУ, 2009. - 292 с.

2. Штокман, Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности: учебное пособие / Е.А. Штокман, В.А. Шилов, Е.Е. Новгородский и др. - 2-е изд. доп. - М.: ACB, 2017. - 632 с.

3. Бракович, И.С. Расчет рукавного фильтра. - И.С. Бракович, В.Д. Сизов, В.Н. Короткий. - Минск: Изд-во БНТУ, 2011. - 27 с.

4. Ветошкин, А.Г. Основы процессов инженерной экологии. Теория, примеры, задачи: учебное пособие / А.Г. Ветошкин. - СПб: Лань, 2014. - 512 с.

5. Экология металлургического производства: курс лекций. - Новотроицк: Изд-во НФ НИТУ «МИСиС», 2012. - 155 с.

6. Калюкова, Е.Н. Инженерная защита компонентов окружающей среды. Атмосфера: учебное пособие / Е.Н. Калюкова. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2015. - 222 с.

7. Зиганшин, М.Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки: учебное пособие / М.Г. Зиганшин, А.А. Колесник, А.М. Зиганшин. - СПб: Лань, 2014. - 544 с.

8. Ветошкин, А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки: учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2015. - с. 210

9. Таранцева, К.Р. Инженерные методы защиты атмосферы: учебное пособие / К.Р. Таранцева. - Пенза: ПензГТУ, 2012. - 314 с.

10. Кузнецова, А.В. Проект очистных сооружений участка подготовки форм литейного производства Новосибирского электровозоремонтного завода - Томск: Изд-во ТПУ, 2016. - 40 с.

Размещено на Allbest.ru