Выбор и расчет оборудования для охлаждения и очистки доменного газа

Концентрация  пыли в воздухе подбункерных помещений  составляет около 500 мг/м³, в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон-весов приходится герметизировать. При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.

Валовые выбросы  в подбункерных помещениях, кг/т  чугуна, для печей различных объемов V_п, м³, приведены ниже:

Скиповая подача (V_п < 2000)                 0,8—1,2

Транспортерная  подача (V_п > 2000)  . . .  0,09

Дисперсный  состав пыли в подбункерном помещении  приведен ниже:

Размер частиц, мкм              <13     13—52    >52

Содержание, % (объемы.)     .   .     86 13 1

Для очистки  выбросов аспирационных систем применяют  в большинстве случаев мокрые пылеуловители.

В мокрых аппаратах  очистка газов осуществляется при  контакте газопылевого потока с жидкостью, в результате чего частицы пыли смачиваются, утяжеляются и выводятся из газопылевого потока под действием гравитационных и центробежных сил или захватываются жидкостью и удаляются из аппарата в виде шлама.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего применяется вода; при совместном решении вопросов пылеулавливания  и химической очистки газов выбор  орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции. Мокрые пылеуловители подразделяют на группы в зависимости от поверхности контакта или по способу действия: полые газопромыватели (оросительные устройства; промывные камеры; полые форсуночные скрубберы); насадочные скрубберы; тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты); газопромыватели с подвижной насадкой; мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны); мокрые аппараты центробежного действия; механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические скрубберы); скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы).

 

3.3 Очистка аспирационного воздуха литейных цехов

На литейном дворе пыль и газы выделяются в  основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400—700 г пыли, 0,7—1,15 кг СО, 120—170 SО2. Пыль и газы удаляются частично через фонари здания, частично с помощью аспирационных систем с очисткой от пыли перед выбросом в атмосферу, преимущественно в батарейных циклонах.

При разливке чугуна в помещении разливочных машин  выделяются пыль и окись углерода. Аспирация и очистка обычно  не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяются в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.

В последнее время все выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединять и направлять их для очистки в электрофильтры

(рисунок 3.2). Общее количество отсасываемого  газа у крупных печей достигает 1 млн. м3/ч. Чтобы его уменьшить, все системы снабжают дроссельными клапанами (ДК), позволяющими по мере надобности включать дистанционно необходимое в данный момент укрытие (зонт).

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема вытяжной вентиляции литейного  двора   доменной    печи: 1 - литейный двор, 2 - отсос от летки; 3 - укрытие разливочного ковша; 4 - сухой электрофильтр, 5 - дымосос; 6 - дымовая труба; 7 - отсос от головного барабана подачи шихты на колошнике, 8 - дроссельные клапаны; 9 - направляющие аппараты.[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Техническое решение поставленной задачи

4.1 Выбор  системы охлаждения и очистки  доменного газа

Проанализировав существующие методы очистки доменного газа перспективной является следующая схема очистки доменного газа (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 Схема очистки доменного газа.

1 – доменная печь, 2 – колошник, 3 – газопровод, 4 – сухой пылеуловитель, 5 – полый скруббер, 6 – труба Вентуре, 7 -  инерционный пыле- и брызгоуловитель, 8 - дроссельная группа, 9 - центробежный скруббер, 10 - коллектор чистого газа.

В зависимости  от способа диспергирования пылеулавливающие аппараты с промывкой газа жидкостью делят на три группы:

а) форсуночные скрубберы, где диспергирование жидкости осуществляется с помощью форсунок, за счет энергии насоса;

б) скрубберы Вентури, в которых дробление жидкости осуществляется за счет энергии турбулентного потока;

в) динамические газопромыватели, где разбрызгивание жидкости осуществляется за счет механической энергии вращающегося ротора.

Для выполнения данного курсового проекта будем рассматривать форсуночный скруббер. В форсуночных скрубберах достаточно эффективно улавливаются частицы пыли размером более 10—15 мкм. Скрубберы получили широкое распространение в металлургии, преимущественно для охлаждения и увлажнения газа, необходимых для последующей тонкой очистки газа (рисунок 4.2). В верхней части скруббера размещено несколько поясов орошения с большим числом форсунок, создающих равномерный поток мелко диспергированных капель, движущихся под действием силы тяжести вниз. Нижняя часть скруббера, оканчивающаяся конусом, заполнена водой, уровень которой поддерживается постоянным. Подводимый запыленный газ направляют на зеркало воды для осаждения наиболее крупных частиц пыли, после чего, распределяясь по всему сечению скруббера, газ движется вверх навстречу потоку капель воды. В процессе промывки капли жидкости захватывают частицы пыли и коагулируют.

Рисунок 4.2 Полый форсуночный скруббер для охлаждения и увлажнения газа: 1 – клапан с контргрузом; 2 – смывной патрубок; 3 – сливной канал; 4 – гидрозатвор; 5 – люк; 6 – регулирующие задвижки; 7 – подвод воды к зонам орошения;  8 – свеча; 9-12 – зоны орошения; 13 – промывочные задвижки

Образовавшийся  шлам собирается в нижней части скруббера, откуда непрерывно удаляется промывочной водой.

Параллельно с  очисткой газ, проходящий через скруббер, охлаждается чаще всего до 40—50 °С и увлажняется обычно до состояния насыщения. Скорость газа в скруббере принимают равной 0,8— 1,5 м/с. При больших скоростях начинается капельный унос влаги, что способствует образованию отложений на выходном патрубке скруббера и в газопроводах.

Удельный расход воды на скруббер обычно составляет 3— 6 дм³/м³ газа. Гидравлическое сопротивление полых скрубберов не превышает 250 Па.

Рисунок 4.3 Узлы конструкции скруббера: 1 — клапан, 2 — присоединительная трубка; 3 — поплавковая камера; 4 — система рычагов, 5 — сливная труба, 6 — дроссельный клапан, 7 — поплавок; 8 – задвижка форсунки, 9 —продувки форсунки, 10 — промывки коллектора, 11 — форсунка.

Поддержание постоянного  уровня воды в скруббере нормального давления осуществляют с помощью гидрозатвора. При повышенном давлении газа уровень воды в скруббере регулируют с помощью поплавковых регуляторов. Изменение положения поплавка влияет на степень открытия дроссельного клапана, в результате чего уровень воды автоматически поддерживается постоянным.

 

4.2 Расчет  очистного оборудования

Требуется запроектировать  и рассчитать оборудование, предназначенное для охлаждения и очистки доменного газа. Расход газа, поступающего в скруббер, содержащего влаги у = 50 г/м³, составляет V₀ = 4350 м³/мин при избыточном давлении Р = 15 Н/см² и температуре T₁ = 300 ⁰C. Начальная концентрация пыли в газе z₁ = 6 г/м³ при плотности пыли ρ_п = 3000 кг/м³.

Дисперсный  состав пыли перед скруббером

d, мкм                                 10    10-20    20-60    60-100    100

Доля, % (по массе)            15        25         35         20          5

Решение

1. Объемный расход сухих газов в скруббере при нормальных условиях, м³/с:

м³/с

2. Температура мокрого термометра, до которой можно охладить газ в скруббере Т_м = T₂ =  60 ⁰C
3. Начальная и конечная энтальпии водяных паров, содержащихся в газах, Дж/кг:

Дж/кг

Дж/кг

4. Количество тепла, отнимаемое от газов в скруббере, кВт:

где с = 1,3 – теплоемкость сухого газа, кДж/м³

           у = 0,050 – содержание водяных паров в насыщенной влагой газе, кг/м³

5. Средняя разность температур между газом и водой в скруббере, ⁰C:

⁰C

где Т_н = 20 ⁰C – начальная температура воды

      Т_к = 55⁰C – конечная температура воды (принимается на 5- 10 ⁰C ниже температуры мокрого термометра)

6. Объемный коэффициент теплопередачи в скруббере по эмсперическим данным находится в пределах 60 -240 Вт/(м^{3 0}C) принимаем

К₀ = 140 Вт/(м^{3 0}C)

7. Необходимый рабочий объем скруббера, м³:

_с м³

8. Расход воды на скруббер, кг/с:

кг/с

где φ – коэффициент  испарения (φ = 0,5)

        i_п – энтальпия насыщенного пара при температуре Т_м = 60 ⁰C,

 i_п = 2676 кДж/кг

        i_н – энтальпия воды при Т = 20 ⁰C, i_н = 84 кДж/кг

        i_к – энтальпия воды при Т = 55 ⁰C, i_к = 230 кДж/кг

9. Влагосодержание газа на выходе из скруббера

10. Расход газа на выходе из скруббера при рабочих условиях, м³/с:

 м³/с

11. Принимая скорость газа в скруббере w₂ = 1,5 м/с, во избежание уноса капель, определим необходимый диаметр скруббера, м:

 м

12. Необходимая активная высота скруббера, м:

 м

13. Соотношение высоты и диаметра скруббера

 

 

_.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе данной курсовой работы была изучена характеристика доменного производства, проведена  оценка воздействия его на окружающую среду, был произведен выбор и  расчет оборудования для охлаждения и очистки доменного газа.

Технический прогресс в доменном производстве состоит  в увеличении размеров доменных печей (высота домны — 36 м, а диаметр —12 м). Современные доменные печи имеют полезный объем 2000...5000 м³. Домны с полезным объемом 5000 м³ производят 11 000 т чугуна в сутки и более.

Доменную печь относят к печам шахтного типа.

Основными показателями доменной плавки являются:

а) производительность печи;

б) интенсивность  плавки;

в) удельный расход топлива и других материалов;

г) себестоимость  чугуна.

Основным продуктом  доменной плавки является чугун, а побочными- шлак и доменный (колошниковый) газ.

Температура доменного  газа на выходе из печи составляет обычно 300-350 градусов цельсия.

Кроме колошникового  устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литеный дворы.

На рудном дворе  пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную  эстакаду и т. п.

Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы (достигает 500 мг/м куб.

Доменное производство является одним из крупнейших потребителей воды. Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. На 1000 м3 очищаемого газа образуется 4-6 м3 сточных вод.

Запыленность очищенного доменного газа должна быть не более 10 мг/м^3. Для ограничения количества влаги в газе, подаваемом потребителю температура доменного газа после очистки должна быть 35—40 °С. При отсутствии в газе влаги в капельном состоянии снижает теплоту сгорания его, является причиной отложения пыли на стенках аппаратов и газопроводов и способствует их коррозии. Перед подачей очищенного доменного газа в ГУБТ его подогревают до 120-140 °С.

Для очистки доменного газа от пыли применяет как мокрые, так и сухие способы. Использование дроссельной группы в качестве газоочистного аппарата позволяет при работе с повышенным давлением газа под колошником резко упростить и удешевить систему газоочистки. Однако в связи с широким внедрением на предприятиях черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), применение дроссельных групп для тонкой очистки газа становится нерентабельным. Экономически целесообразнее использовать весь возможный перепад давления в ГУБТ, а для тонкой очистки газа применять аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр типа ДМ (для тонкой очистки доменного газа). Дроссельную группу сохраняют лишь на случай выхода из строя ГУБТ. Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ на отечественных предприятиях применяют различные схемы очистки доменного газа.