Процессы и аппараты очистки газов

 

3. Очистка газов  в агломерационном производстве

 

Газоочистные сооружения являются замыкающим звеном в технологической  схеме агломерации и предназначена  для обеспечения нормативов протекания технологий, улучшений условий труда, обслуживающего персонала и защиты воздушного бассейна от выбросов.

Обеспыливание газов агломерационных  машин на отечественных аглофабриках осуществляют в батарейных и одиночных циклонах, мокрых пылеуловителях и электрофильтрах.

Очистка состоит из двух ступеней:

1 ступень   –   грубая очистка аглогазов от пыли (осадительные камеры, циклоны)

2 ступень  – тонкая очистка (электрофильтры, рукавные фильтры и мокрые пылеуловители)

 

4. Грубая очистка. 

Грубая очистка роизводится в батарейном циклоне.

На некоторых аглофабриках вместо батарейных установлены одиночные циклоны большого диаметра. Уменьшая возможность забивания пылью и неравномерного распределения газа по элементам, одиночные циклоны в то же время не обеспечивают высокой степени очистки вследствие больших размеров и уменьшения величины центробежных сил. В результате эксплуатационная степень очистки, как в батарейных, так и в одиночных циклонах низка и не превышает 70—85 %; запыленность очищенного газа 0,4—0,5 г/м³. Такая концентрация пыли в газе недопустима, во-первых, по санитарным соображениям вследствие большого выброса пыли в воздушный бассейн и, во-вторых, из-за резкого сокращения срока службы эксгаустера (до 3—4 мес.) вследствие эрозионного износа.

Как известно, увеличение диаметра циклона приводит к снижению его эффективности, вследствие чего циклоны типа ЦН диаметром более 1 м применять не рекомендуется, что сильно ограничивает пропускную способность установки. Для объединения в группы обычные циклоны плохо приспособлены. Поэтому групповая компоновка их ограниченна и конструктивно весьма несовершенна. Даже при создании группы из восьми циклонов типа ЦН-15 ее пропускная способность не превысит 50000 м3/ч. В связи с этим возникла необходимость в простых циклонных элементах небольшого диаметра, т. е. имеющих высокую степень очистки и приспособленных для объединения в большие группы с высокой пропускной способностью.

Применяют циклонные элементы с  диаметром цилиндрической части  корпуса 100, 150, 250 мм. В целях удобства объединения и компактности установки придание газовому потоку вращения достигается обычно не тангенциальным подводом газа, а размещением внутри циклонного элемента специального устройства, представляющего собой либо двухлопастной винт, либо розетку, состоящую из лопаток, установленных к оси под углом α=25—30°. 

Розетки работают эффективнее, однако они чувствительнее к засорению, и поэтому их не рекомендуется  использовать при чрезмерно высокой  запыленности газа и слипающейся  пыли. В некоторых типах батарейных циклонов применяют улиточный и полуулиточный подвод газа.

Циклонные элементы компонуют в  батареи, где они работают параллельно. Очищаемые газы вводятся через входной  патрубок в общую распределительную  камеру, откуда распределяются по отдельным элементам. Далее из сборной камеры очищенный газ через выходной патрубок, направленный в сторону, выводится из аппарата.

                                                                                                                                 Рис. 4.7.   Элементы батарейных                              

                                                                                                                                 циклонов: 1 — корпус элемента;

                                                                                                                                2 — выхлопная труба; 3 — винт;

                                                                                                                                4 — розетка

 

Во избежание абразивного износа наружной поверхности на выхлопных трубах первых рядов укрепляют специальные защитные щитки, выполненные из половинок труб несколько большего диаметра.

Пыль, осаждающаяся в циклонных  элементах, ссыпается в общий  для всех элементов бункер. Пространство между циклонными элементами засыпается шлаком. Большое число циклонных элементов, объединенных общим пылевым бункером, требует равномерного распределения газа по циклонным элементам. Последние должны быть строго одинаковых размеров, смонтированы с одинаковыми допусками и одинаковым гидравлическим сопротивлением.

Число циклонных элементов, объединенных общим пылевым бункером, не должно превышать 8 в ряду по ходу газов  и 12 в ряду, перпендикулярном ему. При  устройстве в бункере поперечной перегородки, ограничивающей перетекание газов, число элементов может быть увеличено до 10 в ряду по ходу газов и до 16 в ряду, перпендикулярном этому ходу.

Неравномерное распределение газа по циклонным элементам приводит к перетеканию газа из одних элементов  в другие через общий пылевой бункер. Подсос в слабозагруженные элементы газа из бункера резко ухудшает процесс осаждения в них пыли. Кроме того, неравномерное распределение газа по элементам создает предпосылки для забивания пылью завихривающих устройств.

Преимущества батарейных циклонов перед одиночными состоят в том, что батарейные циклоны могут быть рассчитаны на с расход газов, который слишком велик для группы одиночных циклонов; кроме того, при одном и том же расходе газа батарейный циклон значительно компактнее группы одиночных циклонов.

По сравнению с одиночными батарейные циклоны имеют следующие недостатки: повышенную металлоемкость, составляющую 200—500 кг металла на очистку 1000 м3/ч  газа, т. е. примерно вдвое большую, чем  одиночные циклоны; меньшую надежность в эксплуатации из-за возможности неравномерного распределения газа между циклонными элементами и подсоса воздуха через общий бункер; возможность засорения завихривающего устройства при начальной запыленности газа более 100 г/м3.

Опыт эксплуатации показывает, что эффективность батарейного циклона на 10—20 % ниже эффективности отдельного его элемента.

Наиболее частыми причинами  нарушения нормальной работы батарейных циклонов являются: засорение завихривающих  устройств отдельных циклонных  элементов, а также прохождение газов мимо циклонных элементов вследствие износа выхлопных труб или нарушения герметичности опорных решеток. И та, и другая причины вызывают изменение сопротивления циклона, за которым нужно тщательно следить в процессе эксплуатации.

Наибольшее распространение в практике получили батарейные циклоны типа БЦ-2 и ПБЦ, а также ЦБР, предназначенные для улавливания неволокнистой и неслипающейся пыли.

 

 

5. Тонкая очистка

Тонкую очистку производят в  рукавном фильтре ФРО с обратной продувкой.

Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукавный фильтр.  Рукавные фильтры ФРО с обратной продувкой предназначены для высокоэффективной очистки от пыли аспирационных и технологических газов с температурой не более 130°С. Изготавливаются с площадью поверхности фильтрования – 2500 и 6300 м.

Фильтры имеют прямоугольный корпус и бункера пирамидальной формы.

Отличительной особенностью этих фильтров является использование рукавов  большого диаметра и длины, подвешенных  на цепях, с обслуживани ем их через  проходы внутри корпуса. Для переключения секций на регене рацию используются клапаны тарельчатого типа с приводом  от  пневмоцилиндров.

Фильтры ФРО представляют собой  многосекционные аппараты с бескаркасными  рукавами, подвешенными в верхней  части к опорным рамам и закрепленными внизу своими открытыми концами в перегородке. Диаметр рукавов 200 и 300 мм, высота соответственно 8 и 10 м. Газ подается в нижнюю часть фильтра, проходит во внутреннюю часть рукава и фильтруется изнутри наружу рукава. Регенерация осуществляется посекционной обратной продувкой. Переключение газовых потоков в фильтре производится с помощью тарельчатых клапанов с пневмоприводом по заданной программе.

Температура очищаемого газа при использовании рукавов из лавсановой ткани — до 130°С, при использовании стеклоткани — до 230°С.

 

Фильтровальные материалы.

По структуре фильтровальные материалы  подразделяют на тканые и нетканые. Тканые материалы представляют собой  переплетение нитей диаметром до 300—700 мкм. Продольные нити называют основой, а поперечные утком. Характер переплетения может быть различным. В случае специальной обработки — ворсования на поверхности ткани образуется ворс из спутанных между собой волокон.

К нетканым материалам относятся фильтровальные войлоки и фетры.

В условиях работы фильтров на металлургических предприятиях к тканям предъявляют следующие требования:

1)термостойкость, достаточная для  работы в условиях температур  отходящих газов металлургических  агрегатов;

2)химическая стойкость по отношению  к агрессивным компонентам, присутствующим в отходящих газах;

3)механическая прочность по  отношению к истиранию и многократным  изгибам во время регенерации  тканей, а также стабильность  размеров при рабочих условиях;

4)высокая пылеемкость при фильтрации  и способность удерживать при регенерации часть пыли, что обеспечивает достаточно высокую эффективность после регенерации;

5)сохранение максимальной воздухопроницаемости  в запыленном состоянии;

6)минимальное влагопоглощение  и способность к легкому удалению  накопленной влаги;

7)умеренная стоимость.

В настоящее время материалы  из натуральных волокон все чаще заменяют синтетическими. Наиболее распространены нитрон и лавсан, обладающие повышенной термостойкостью, достаточной химической стойкостью и механической прочностью наряду с хорошей фильтрующей способностью. Срок службы рукавов из этих тканей 6—12 мес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Грубая очистка. Батарейный циклон.

 

Задача:

 

Выбрать батарейный циклон для очистки  газов агломерационной машины, определить его гидравлическое сопротивление Dp и эффективность h

Исходные  данные:

расход газа при нормальных условиях V₀ = 120 тыс.м³/ч;

плотность газа r₀ = 1,3 кг/м³,

температура газа Т_г = 120 ⁰С (коэффициент  динамической вязкости газа m = 25,3* 10^-6 Па·с ),

барометрическое давление Р_бар = 101,3 кПа,

разрежение в циклоне р_г =  8 кПа,

 начальная концентрация пыли  в газе z₁ =15 г/м³,

плотность частиц пыли r_п = 3900 кг/м³.

Дисперсный состав пыли характеризуется  величинами d_m = 50 мкм; lgs_n = 0,53.

 

Решение:

 

1. Плотность газа при рабочих  условиях:

;

=0,83 кг/м³.

2. Расход газа при рабочих  условиях:

V_г = ;

V_г = = 52,21 м³/с.

3. Выбираем циклонный элемент  диаметром D= 250 мм и розеткой с углом наклона a = 30⁰, расход газа через который, при оптимальной скорости w_опт = 4,5 м/с,  равен:

V₁= ,

V₁ = = 0,22 м³/с.

4. Необходимое число циклонных  элементов:

n = V_г/V₁;

n = 52,21/0,22 = 237.

 

5. Примем компоновку  из четырёх групп по 64 элемента каждая, с расположением по восемь элементов в каждом ряду.

Выбираем батарейный циклон типа ЦБР-250р-400

Скорость газа в циклонном  элементе при такой компоновке:

w_ц= V_г/ 0,785D²n,

w_ц = 52,21/(0,785·0,25²·4·64) = 4,16 м/с ,

 

т.е. значение скорости не выходит из рекомендуемых пределов.

 

6. Гидравлическое сопротивление  батарейного циклона:

Dp = /2;

где x - коэффициент сопротивления батарейного циклона,  который можно                     принимать равным:

x = 65 для розеточных завихрителей с a = 30^о,

 

Dр = 65·4,16²·0,83/2 = 467 Па.

 

7. Размер частиц d₅₀, улавливаемых в циклонном элементе при рабочих условиях с эффективностью 50 %:

d₅₀= ;

d₅₀ = 5 = 4,04 мкм,

где  D_Т=0,250 м, r_nТ=2200 кг/м³, m_Т =23,7·10^-6 Па·с, w_Т=4,5 м/с – значения параметров, соответствующие условиям, при которых получена величина = 5 мкм;

D, r_n, m, w_г – значения параметров, соответствующие рабочим условиям циклона.                                                                                                                                   

 

8. Вспомогательная величина x равна:

x = ;

x  = = 1,557.

 

9. Степень очистки газов в  единичном циклонном элементе, определяемая исходя из значения аргумента x =2,379 по таблице значений нормальной функции распределения, составляет: