Очистка конвертерных газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка конвертерных газов



Содержание

Введение

1. Очистка конверторных газов

1.1 Мокрая очистка

1.2 Сухая очистка

1.3 Оборотные циклы газоочистки



Введение

газ газоочистка вентури конверторный

Эффективность работы газоочисток, определяемая конструкцией аппаратов очистки, мощностью оборудования, качеством подаваемой воды, достигается при гидравлическом сопротивлении высоконапорных труб Вентури более 13 кПа и удельном расходе воды не менее 0,8 л/м³.

Анализ результатов работы газоочисток конвертеров на предприятиях Украины показывает, что только на металлургическом комбинате им. Дзержинского конечное пылесодержание находится на уровне санитарных норм - 80 мг/м³.

Газоочистки конвертеров на заводе им. Петровского, в ККЦ-2 на комбинате "Криворожсталь" и конвертера №3 на комбинате им. Ильича, введенные в эксплуатацию около 20 лет назад, морально и физически устарели и имеют наихудшие показатели по выбросам. В качестве второй ступени очистки применен блок нерегулируемых труб Вентури с неэффективной системой орошения, что не позволяет оптимизировать режим отвода и очистки газа.

Загрузка газоочисток конвертеров на комбинатах "Азовсталь" и им. Дзержинского составляет 70 % установленной мощности нагнетателей и даже при та ком запасе по мощности на комбинате "Азовсталь" не обеспечивается конечная запыленность газов менее 100 мг/м³.

Требует совершенствования режим охлаждения газа. Расход воды на газоочистку с учетом различной начальной температуры газа 400 - 1000 °С и условий охлаждения составляет 1,7-7 л/м³. Поэтому большое значение имеют снижение начальной температуры газа перед газоочисткой путем установки дополнительных поверхностей нагрева в ОКГ и оптимизация расходов воды на очистку даже при существующих конструкциях ОКГ. На газоочистках конвертеров на комбинате "Азовсталь" замена неэффективного пленочного орошения на форсуночное позволит снизить расходы воды на 20 %.

При работе оборотных циклов водоснабжения не достигаются требуемые показатели очистки сточных вод - в газоочистку вода поступает с повышенным содержанием взвешенных частиц и соли. Особенно неэффективно работают оборотные циклы на металлургических комбинатах "Криворожсталь" (ККЦ-2) и им. Ильича, что приводит к зарастанию подводящих трубопроводов, аппаратов очистки и образованию отложений на роторах нагнетателей.

Проведен анализ работы газоочисток по использованию мощности установленного тягодутьевого оборудования. Отношение выбросов пыли к потребляемой мощности колеблется от 1,75 (г/с)/МВт на комбинате им. Дзержинского до 11,9 (г/с)/МВт на заводе им. Петровского. При одинаковой садке конвертера 160 т на комбинатах Енакиевском и им. Ильича (конвертер № 3) этот показатель равен соответственно 6,2 и 10,2 (г/с)/МВт, то есть на комбинате им. Ильича почти в 2 раза выше затраты энергии.

На металлургических предприятиях Украины проводятся работы по сокращению расхода воды и потребляемой мощности нагнетателей. На комбинате "Криворожсталь" рациональным является перевод работы нагнетателей на меньшее число оборотов (с 1480 до 750 об/мин) в межпродувочный период, а также сокращение расхода воды на газоочистку и котел-охладитель при остановке конвертера более 2 ч.

Режимы с частичным дожиганием СО характеризуются выбросами СО в начальный и конечный периоды плавки, когда факел на "свече" не зажигается; при продолжительности плавки до 16 мин факел горит 6-8 мин.

Для повышения эффективности пылеулавливания и сокращения выбросов пыли разработаны технические решения для газоотводящих трактов конвертеров.

Большое внимание уделяется совершенствованию режимов охлаждения газов, максимального использования аппаратов для охлаждения, проработаны варианты по снижению температуры газов перед газоочисткой. Оптимизация режимов охлаждения позволит снизить расход воды на газоочистку при соответствующей экономии электроэнергии.

Разработана новая конструкция прямоугольно регулируемой трубы Вентури, предназначенной дл тонкой очистки газов. Многочисленные испытания н стендах и в промышленных условиях показали, что большое значение для эффективной очистки газа пр наименьших энергозатратах имеют система орошении и форма регулировочных лопаток. При внедрении не вой конструкции регулируемой трубы Вентури и конвертере №3 в ККЦ-1 на комбинате "Криворог сталь" установлено, что при расходе газов в труба Вентури 220 - 230 тыс. м³/ч, удельном расходе вод 0,9 л/м³ и гидравлическом сопротивлении 13,5 кЕ конечное пылесодержание снижено со 130-180 д 30-50 мг/м³.

Только путем замены блока круглых нерегулируемых труб Вентури и круглых кольцевых на прямо угольные регулируемые новой конструкции можно добиться оптимизации скорости газа в горловине удельного расхода воды и при соответствующем ги; равлическом сопротивлении снизить выбросы пыли.

Из-за недостаточного улавливания капельной влаги повышаются выбросы пыли при ее налипании на ротор, снижается эксплуатационная надежность нагнетателя. Новая конструкция каплеуловитель с лопастным завихрителем позволяет уменьшить габариты оборудования, снизить гидравлическое сопротивление и значительно повысить эффективное! улавливания "капельной" влаги.



1. Очистка конверторных газов

Запыленность конверторных газов в сильной степени зависит от показателей кислородной продувки, а также от схемы подачи и качества (гранулометрического состава, влажности) извести и других сыпучих, вводимых в конвертор против потока газов и уносимых последним; содержание пыли в газе достигает 250 г/м³ Многочисленные замеры показывают, что повышение интенсивности кислородной продувки не дает существенного повышения запыленности газов; на некоторых установках суммарный вынос пыли даже уменьшается (в процентах к массе садки). При этом вследствие интенсификации всегда возрастает количество пыли, проносимой газами в единицу времени, через Газоотводящий тракт, в результате чего возрастает нагрузка на газоочистную установку.

Способ отвода газов от конверторов (с доступом или без доступа воздуха в газовый поток), а также способ охлаждения газов (поверхностный или впрыскиваемой водой) определяют количество и состав газов и их продуктов сгорания, входящих в газоочистительный аппарат, % также гранулометрический состав пыли, содержание пыли на 1 м³ газов, степень насыщения влагой, состав газов.

Газоочистная установка должна обеспечивать очистку газов от пыли до санитарных норм при любом способе отвода и охлаждения газов. Санитарные нормы запыленности газов, выбрасываемых в атмосферу, из года в год ужесточаются. Содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, не должно превышать 100 мг/м³ (в среднем за период кислородной продувки). В ближайшие годы следует ожидать, что с ростом интенсивности работы основных технологических агрегатов металлургических предприятий величина остаточной запыленности будет снижена, по крайней мере, до 80 мг/м³.

Изложенные условия определяют величину коэффициента улавливания пыли в системах газоочистки, т. е. по мере снижения допустимой остаточной запыленности должен повышаться коэффициент улавливания пыли в газоочистке.

В табл. 1 приведены примерные величины запыленности газов перед газоочисткой в зависимости от способа отвода газов при их поверхностном охлаждении и коэффициенты улавливания, которые должны быть обеспечены системой газоочистки.

Таблица 1

Качество газов, входящих в систему газоочистки, и коэффициенты улавливания аппаратов

Показатели	Способ отвода конверторных газов
	Полное сжигание	Недожег	Частичное сжигание	Без дожигания
Количество пыли перед газоочисткой,	25 - 60	35 - 70	50 - 125	150 - 250
Доля частиц, %, размером мкм: 40 40-30 30-20 20-10 10	20 13 39 16 12	- - - - -	- - - - -	31 12 29 20 6
Коэффициенты улавливания пыли, %, при остаточной запыленности, 150 100 80	99,5 99,6 99,7	99,6 99,7 99,75	99,7 99,8 99,85	99,8 99,85 99,9

Коэффициент улавливания определяли, как отношение массы уловленной пыли к массе пыли, вносимой в газоочистку.

Запыленность газов, их состав, требуемая степень очистки в аппаратах указывают, что при переходе от системы отвода с полным сжиганием газов к системам без дожигания запыленность газа, входящего в газоочистку, возрастает. В то же время при верхней кислородной продувке пыль более крупная, легче отделяется, при донном дутье - более мелкая, и ее отделение усложняется.

Все многочисленные способы очистки газов можно разделить на две основные группы: мокрую и сухую очистку. Для мокрой очистки используют скрубберы, различной конструкции, дезинтеграторы, трубы Вентури (именуемые также трубами-распылителями) различных модификаций, размеров и конструкций. К этому же классу относят и мокрые электрофильтры.

Принципиально для всех аппаратов мокрой очистки характерны смачивание газа и следовательно, находящейся в нем пыли, коагулирование частиц пыли и удаление их из потока газов. Поэтому в аппаратах мокрой очистки устанавливают, как правило, сепараторы, влаго-отделители, циклоны или ловушки различных конструкций, назначение которых улавливать выносимые из основного потока смоченные и скоагулированные частицы пыли. Неотъемлемой частью мокрых газоочисток является водное хозяйство. Весьма часто качество очистки определяется не собственно конструкцией аппаратов, а качеством воды (содержанием твердых частиц, водородным показателем и др.), поступающей на газоочистку. По соображениям охраны окружающей среды не допускаются работа мокрых очисток по разомкнутому циклу, и даже эпизодический сброс воды из оборотных циклов в водоемы.

Для аппаратов сухой очистки характерно удаление пыли без смачивания, например коагуляция частиц в электрофильтрах вследствие зарядки их частиц в электрическом поле в результате адсорбции ионов поверхностью частиц в поле коронного разряда, в активной зоне рукавных фильтров за счет статического электричества, а на самой ткани в результате автофильтрации.

Один и тот же газоочистной аппарат работает на разных предприятиях даже за одинаковыми технологическими агрегатами, в разных условиях: различны запыленность газа, состав, температура и др. Результаты расчета аппаратов очистки газа большей частью не подтверждаются достигаемыми на практике результатами. Поэтому наиболее правильным подходом при определении габаритов и выборе типа аппаратов для очистки газов от пыли является аналогия с действующей или моделирование на экспериментальной установке с внесением коррективов, основанных на опыте ее эксплуатации, особенностях технологии и новых исследованиях.

Многочисленные технико-экономические расчеты показывают, что в принципе нельзя отдать предпочтение сухой электростатической или мокрой очистке газа. Вместе с тем следует отметить, что в отдельных конкретных условиях в зависимости от эксплуатационных показателей (заработной платы, стоимости электроэнергии, наличия водных ресурсов, возможности использования шлама, стоимости оборудования), а также способа отвода и охлаждения газов может оказаться целесообразным применять либо мокрый, либо сухой способ очистки газов.

Сухие газоочистки имеют следующие преимущества:

не требуется в большом количестве вода, что позволяет обойтись без сопутствующих хозяйств - грязного оборотного цикла, установок по стабилизации воды, устройств для дегазации воды (от окиси углерода) и т. д.;

сокращается неизбежный выброс окиси углерода в атмосферу, так как зажигание свечи при сухом газе с температурой 150-200 ^СС обеспечивается уже при 12-18% СО, тогда как газы, насыщенные влагой и имеющие температуру 40-50 °С, загораются только при 22-30% СО;

увеличивается период использования газа как топлива;

значительно сокращается расход электроэнергии на отсос газов.

Несмотря на эти преимущества сухих фильтров, при современном уровне конверторного производства не исключены технологические неполадки, при которых может образоваться взрывоопасная смесь. Электрофильтр является запалом для такой смеси. Тканевые же фильтры сложны, громоздки и не обеспечивают необходимой газоплотности. Именно по этим причинам в настоящее время отдают предпочтение мокрой очистке. В мировой практике большее распространение получили мокрые системы очистки (80%) и только в США при отводе газов с а>1 сухие электростатические (примерно половина газоочисток). Тканевых газоочисток на конец 1978 г. работало только семь.

1.1 Мокрая очистка

В мокрых газоочистках основным элементом являются трубы-распылители (трубы Вентури); работает несколько установок и с мокрыми электрофильтрами. Газоочистки, включающие трубы-распылители, можно подразделить на две группы, отличающиеся принципом работы: трубы-распылители с высоким гидравлическим сопротивлением и с низким гидравлическим сопротивлением и использованием эффекта конденсации.

Условно будем считать, что сопротивление газоочистки менее 5000 Па является низким, а более 8000 - 10 000 Па высоким. Температура газов, входящих в трубы-распылители с высоким сопротивлением, не превышает 300 - 400 °С, а в трубы, использующие эффект конденсации, равна температуре насыщения (70 - 90 °С). Поэтому в зависимости от температуры газов после охладителя перед трубами-распылителями размещают скруббер или другие устройства, в которых происходит охлаждение газов до указанных температур. Вслед за трубами-распылителями в тракт включаются сепараторы (циклоны или другие влагоотделители). Таким образом, мокрая газоочистка является многоступенчатой: как минимум двухступенчатой (труба-распылитель и влагоотделитель); большей частью - трехступенчатой (циклон, труба-распылитель и влагоотделитель); иногда пятиступенчатой (труба-распылитель большого размера с малой скоростью газа, сепаратор, труба-распылитель с высокой скоростью газа, сепаратор, влагоотделитель). Ведутся эксперименты по созданию более простых и эффективных газоочисток.

Трубы-распылители с высоким сопротивлением движения. На рис. 1 показаны принципиальные схемы подвода потоков газа и воды в трубу-распылитель. Как видно, поток газов проходит вдоль трубы, а поток воды подводится через центральное сопло (а), через отверстия в горловине трубы (б) или стекает по всей внутренней плоскости конфузора - суживающей части (в). В зависимости от схемы отвода газов, в которой работают трубы - изменением положения диска. При этом сечение трубы может быть круглым или прямоугольным. Малые трубы-распылители с круглым сечением горловины (рис. 2). Трубы-распылители с центральным соплом 2, распыливающим воду, состоят из группы малых труб.

Рис. 1 Принципиальные, схемы труб-распылителей: а - подвод воды в горловину; б - подвод воды через сопло; в - подвод воды по периметру конфузора; г - труба с изменением сечения горловины поворотными заслонками; о - труба с изменением сечения горловины передвижным конусом; е - труба с изменением сечения передвижным диском

Рис. 2 Компоновка малых труб-распылителей

Вода подводится к соплу по оси 3 и тангенциально 4. Все сочленения и арматура выполняются из нержавеющей, коррозионностойкой стали или медными. Трубы-распылители чугунные или из нержавеющего металла.

Весьма часто конфузоры труб выполняют съемными и заменяемыми. Чтобы исключить забивание сопел, вода, поступающая к ним, не должна содержать взвешенных твердых веществ более 50 мг/кг. Сопла тщательно устанавливаются по оси трубы, создавая по периметру равномерный веер разбрызгиваемой воды.

Опыт эксплуатации показывает, что малые трубы-распылители предъявляют повышенные требования к величине водородного показателя (рН) воды оборотного цикла газоочистки. При рН = 89 трубы обычно чистые; при рН около 10 появляются отложения в горловине, которые очень быстро нарастают при рН>12. Практически при рН11 за 16 плавок толщина отложений в горловине труб Вентури достигла 10 мм. Отложения представляют собой чередующиеся слои: белые (известь) и коричневые (конверторная пыль). Радикальной мерой, исключающей такие отложения, являются стабилизация состава воды и поддержание водородного показателя в пределах 8 - 9.

Часто применяются малые трубы с диаметром горловины 90 мм. Степень улавливания пыли в таких трубах-распылителях в зависимости от их сопротивления, по данным Симона, приведена ниже:

Гидравлическое сопротивление, Па	1000	5000	7000	9000
Степень улавливания, %	99,48	99,44	99,74	99,83

Через каждую трубу диаметром 90 мм проходит примерно 2000 м³/ч продуктов сгорания; расход воды 1,0 л/м³ газов. Скорость газов в горловине около 90 м/с. На рис. 3 показана конструкция газоочистке “Гипрогазоочистка” состоящая из скруббера 7, труб-распылителей 2 (64 шт. диаметром 90 мм) и циклонного влагоотделителя 3. О высоком качестве очистки говорит отсутствие влаги в газах перед дымососом. В таблице приведены результаты замеров запыленности газов после такой газоочистки. Расход воды на скруббер 1800 м³/ч на сопла труб-распылителей 120 м³/ч. Количество продуктов сгорания за газоочисткой 100000 м³/ч. Интенсивность орошения в скруббере около 18 кг воды 1 м³ газов; удельный расход воды в трубах-распылителях 1,2 л/м³, сопротивление труб 10 000 Па. Содержание пыли после газоочистки показано в табл. 2.

В малых трубах-распылителях с подводом воды через сопло, расположенное по оси, поток газов пересекает водяной веер дважды: перед входом в трубу, а затем, когда поток воды отразился от стенок конфузора, при входе в наиболее узкую часть - горловину. В последнем случае скорость газов максимальна. Этим достигается хорошая смачиваемость всех частиц пыли - вода как бы их обволакивает, пыль коагулируется и выводится из потока при резких поворотах после труб или в сепараторах-влагоотделителях, завихрителях и других устройствах.

Приведенные данные подтверждают высокую степень улавливания в таких трубах.

Рис. 3 Общий вид газоочистки с малыми трубами: 1 - скруббер; 2 - трубы-распылители; 3 - влагоотделитель

Недостатком этих конструкций является большое количество труб и сопел, подлежащих надзору. В новых установках малые трубы Вентури не применяются.

Большие трубы-распылители. Более простыми являются газоочистки, состоящие из труб-распылителей большого диаметра, так как их количество невелико (одна-две) и в них часто отсутствуют сопла, а вода подается через отверстия по периметру горловины.

В трубах, у которых вода подводится по периметру или подается поперек горловины, переливается через стенки конфузора или направляется по диску, газ встречается с потоком воды один раз, поэтому он должен обладать более высокой энергией и скоростью, чтобы раздробить поток воды и увлажнить все частицы. Для обеспечения высокой эффективности гидравлический перепад на больших трубах обычно принимается равным 12 000 Па по сравнению с 9000 Па на малых трубах. Скорости газов в горловине больших труб 120 - 180 м/с, а в горловине малых труб 80 - 100 м/с; удельные расходы электроэнергии соответственно 5 - 12 и 10 кВт-ч на 1000 м³ продуктов сгорания.

Сопоставлена эффективность очистки газов в малых трубах Вентури и в средних по величине (соответственно с диаметрами горловин 90 и 300 мм). Показано, что малые трубы более, эффективны и в них легко достижима очистка до 60 мг/м³.

Газоочистки, состоящие из малых труб-распылителей, применяют в настоящее время редко из-за их большого числа и повышенных эксплуатационных расходов; кроме того, при засорении одного - двух сопел очистка газов резко ухудшается. Большие трубы-распылители (в том числе и прямоугольные) без сопел все большое распространение.

Рис. 4 Газоочистка, состоящая из двух последовательных труб-распылителей большого (/) и малого (2) диаметров и влагоотделителя (3). Газоочистка фирмы «Баумко» из двух последовательных труб-распылителей (/) и (2) и угловых сепараторов (3) после каждой трубы

Газоочистки, состоящие из труб как малых, так и больших сечений, обеспечивают равномерное распределение газа по трубам и при чистых соплах в трубах они весьма надежны в эксплуатации. Равномерное распределение газа по трубам определяется тем, что сопротивление тракта до труб несоизмеримо мало по сравнению с сопротивлением труб. Трубы-распылители с горловиной больших сечений применяются во всех схемах отвода конверторных газов.

В зависимости от способа отвода конверторных газов применяются трубы с регулируемым или нерегулируемым сечением горловины. Регулирование горловины осуществляют подвижным конусом, передвижными или, поворотными створами, передвижением одной из стен трубы-распылителя.

Сочетание труб-распылителей большого диаметра» выполняющих функцию скруббера, и аппарата тонкой очистки применяется в газоочистках еще с раннего периода развития кислородно-конверторного способа. Фирма «Баумко» дополнила эту схему сепараторами влаги и пыли, устанавливаемыми после каждой ступени трубы Вентури.

Прямоугольные регулируемые трубы широко применяются. Практически все конверторы емкостью 300 т и более в отечественных кислородно-конверторных цехах оборудуются такими трубами, выполняемыми с регулируемыми створками; положение створок соответствует давлению над конвертором и, следовательно, количеству газов, выходящих из него. Прямоугольные трубы применяются в регулируемых системах отвода газов без дожигания.

Схема газоочистки - конверторов емкостью 300 т с прямоугольными трубами-распылителями показана на рис. 5. Газы, выходящие из конвертора 7, пройдя котел - охладитель 2 при температуре 1000 - 800 °С, поступаю; в орошаемый газоход газоочистки 3. Вода к орошаемому газоходу поступает из оборотного цикла по трубам 11. Впрыскиваемая вода охлаждает газы до 250 - 300 °С. К бункеру орошаемого газохода 4 примыкают две трубы Вентури 5, затем в бункере первой ступени 6 газ делает поворот и, пройдя по газоходу 7, поступает во вторую регулируемую трубу Вентури 8, затем после бункера 9 направляется во влагоотделитель 10 и к эксгаустеру 14. Отвод шлама из элементов газоочистки осуществляется через гидрозатвор 12 по отводящим линиям 13.

Рис. 5 Схема газоочистки за конверторами емкостью 300 т с трубами Вентури

Газоочистка рассчитана на пропускную способность газов из конвертора при подаче на продувку 1500 м³/мин кислорода. Регулируемые трубы обладают рядом преимуществ по сравнению с нерегулируемыми трубами, так как обеспечивают: а) эффективную очистку отходящих газов независимо от колебаний их расхода и запыленности; б) поддержание необходимого давления-разрежения над конвертором; в) использование при пленочном орошении воды с повышенной концентрацией взвешенных веществ.

В горловине вертикальной прямоугольной регулируемой трубы Вентури размещены две плоские поворотные лопасти с горизонтальными осями вращения. Изменяя зазор между лопастями, меняют количество газа, пропускаемого через трубу.

Трубы-распылители (трубы Вентури) применяют, как уже указывалось, не только как основной аппарат газоочистки, но и как аппарат для предварительного охлаждения газов. Подаваемая вода обеспечивает полное насыщение газов парами. В этих условиях трубы-распылители выполняют функции скруббера.

Остаточная запыленность очищенного газа, выходящего из газоочисток с большим сопротивлением потоку, зависит от суммарного сопротивления аппаратов газоочистки.

В установках, работающих по проектам Гипрогазоочистки, такая же остаточная запыленности достигается при более низком сопротивлении (10 - 11 кПа).

Трубы-распылители с небольшим сопротивлением движению, использующие эффект конденсации.

В трубах-распылителях с высоким сопротивлением движению потоки газа и воды перекрещиваются; прю этом частицы пыли и воды соударяются, дробятся, пылинки смачиваются и при движении по диффузору трубы коагулируются. В трубах-распылителях с небольшим сопротивлением движению имеет место адиабатическое расширение, вызывающее состояние перенасыщения водяного пара. Такое состояние достигается быстро; затем происходит относительно медленная конденсация перенасыщенного водяного пара в многочисленных центрах конденсации, которыми являются пылевые частицы.

Использование эффекта конденсации для системы* очистки разрабатывалось многими советскими инженерами. Конденсация паров влаги при определенных условиях может привести к значительному снижению остаточной концентрации пыли. Образование вокруг частиц пыли тонкой водяной-оболочки создает благоприятные условия для их коагуляции. Минимальное содержание пыли при прочих; равных условиях достигается после аппарата при температуре газов в нем, близкой к точке

Представлены результаты исследований, из которых видно, что минимальная запыленность соответствует точке росы (70°С). Количество конденсируемой влаги Q (г/м³), при которой максимально используется конденсационный эффект, можно определить по формуле

Где - концентрация пыли по массе на входе в трубу Вентури, г/м³; - плотность частиц, кг/м³; - коэффициент, учитывающий количество влаги, образующейся в результате спонтанной конденсации; - оптимальная толщина пленки, равная 0,5 мм; - средний диаметр частиц.

До сих пор нет единого мнения о том, как получить и поддержать чисто конденсационный эффект паров, влаги, а. газоочистке и о ее влиянии на качество очистки.

Рис. 6 Схема конденсационной газоочистки конверторов емкостью 250 т: 1 - скруббер; 2 - вращающиеся разбрызгиватели воды; 3 - стационарные разбрызгиватели; 4 - трубы-распылители; 5 - мульти-влагоотделители; 6 - вход газов; 7 - выход газов; 8 - насос повторного использования воды

На рис. 6 приведена схема газоочистки, работающая на принципе конденсации паров влаги. Температура воды после скруббера - около 70 °С, эффект конденсации используется при охлаждении газов до 40 °С. В качестве газоочистки использованы трубы Вентури небольшой длины с малой горловиной. Скорость газа в трубах до 40 м/с. Тонкораспыленная вода подается в газоочистку между каждыми двумя ярусами труб Вентури. Сопротивление всех ярусов системы газоочистки с трубами Вентури (приостаточной запыленности газа до 200 мг/м³) равна 1800 Па. Удельный расход электроэнергии на 1000 м³ газа составляет 2-2,5 кВт-ч.

После труб-распылителей необходим сепаратор для удаления из потока скоагулировавшеися пыли. Трубы-распылители, использующие эффект конденсации, по мнению автора, в отличие от труб-распылителей с высоким сопротивлением движению предъявляют более жесткие требования к работе в рамках расчетных режимов, и это обстоятельство ограничивает их применение, особенно в системах регулируемого отвода газов без дожигания. При отклонении от расчетных режимов по количеству газов и по тепловой нагрузке скорость и температура газа в газоочистке снижаются, ухудшается эффект конденсации. Так, на конверторах с отводом газов без дожигания по регулируемой схеме такие системы с конденсационным эффектом не обеспечивают необходимой очистки в кратковременные периоды (при а>1) в начале и конце продувки. Недостаток таких систем - большое количество труб малого диаметра и сложность эксплуатации, поэтому в последнее время их не устанавливают.

Скрубберы широко применяют в системах очистки газов при их температуре перед аппаратами выше 600 - 200°, однако эта температура весьма часто достигает 1200 - 1400 °С. Скрубберы предназначены в основном для охлаждения газов, но в них происходит и отделение наиболее крупных фракций пыли. По принципу работы скрубберы делятся на водяные и испарительные. В первые подается большое количество воды, которая охлаждает газ и при этом нагревается не выше температуры мокрого термометра, во вторых,- впрыскиваемая вода практически полностью испаряется и охлаждает газы до температуры 70 - 250 °С. После скруббера газы поступают в сухой электрофильтр, трубы распылители или другие системы газоочистки.

Скрубберы (имеются в виду только водяные безнасадочные) представляют собой полые цилиндры с бункером в нижней части. По высоте скруббера размещено несколько рядов сопел, обеспечивающих распыление воды, полностью перекрывающей все сечение.

Скруббер, представленный на рис. 53,а, футерован с внутренней стороны. Вода подается вверх через форсунки, смонтированные в три ряда. Газ входит в нижнюю часть скруббера, поднимается вверх а на своем пути движения встречается с охлаждающей водой.

Скруббер, представленный на рис. 53,6, не имеет футеровки. Сопловые аппараты размещены равномерно на высоте. Разбрызгивание воды происходит интенсивно по всему сечению, при этом интенсивнее происходит и охлаждение металлических стенок. Над бункером в скруббере размещаются решетки (с ячейкой 100х100 мм или других размеров). В пределах скруббера газ отмывается от известковой пыли, осаждающие крупные частицы шлака и металла; в последующие элементы газоочистки (трубы-распылители и другие) поступают газы, содержащие только плавильную пыль. Скорость газа (отнесенная к его выходным параметрам) в скруббере 1,2 - 2 м/с. Некоторые авторы рекомендуют принимать более высокие скорости.

Коэффициент улавливания при интенсивности орошения 15-20 равен примерно 80% (расход воды около 1500 м³/ч; количество конверторных газов 70 000-100 000 м³/ч). В водяных противоточных скрубберах температура выходящей воды часто выше температуры охлажденного газа.

Прямоточные водяные скрубберы нашли применение и в газоотводящих трактах. В таких скрубберах температура выходящей воды ниже температуры газов, покидающих аппарат. Время пребывания газов в параллельно-прямоточных скрубберах может достигать 1,5 - 2,5 с при скорости 12-20 м/с; при этом газы охлаждаются с 800-900 до 60-80 °С. При интенсивности орошения больше 5-8 следует считаться с возможностью значительного выноса влаги из скруббера.

В нижней части скрубберов как противоточных, так и прямоточных накапливается большое количество пыли, поэтому для защиты шламоотводных труб от забивания над бункерами размещаются решетки (ячейками 100х100 мм и меньше). Удаление шлама над решеткой представляет трудную операцию. При конструировании аппарата и выполнении проекта его установки этой проблеме необходимо уделять соответствующее внимание.

Для облегчения работы при эксплуатации конверторного цеха Карагандинского металлургического комбината увеличили объем бункера, одна сторона которого выполнена в виде двери с электроприводом. Под бункер подается думпкар. При открывании двери содержимое бункера сползает в думпкар и отвозится.

П.И. Вернигора, обобщив работу 14 скрубберов, провел исследования скруббера диаметром 7,0 м, высотой 25,75 м, объемом 962 м³ и установил, что значение объемного коэффициента теплопередачи К зависит от плотности орошения и с увеличением последней также возрастает.

Величину К рекомендуется определять по уравнению , где - плотность орошения, м³/м².

В другой работе утверждается, что на заводах успешно работают безнасадочные скрубберы, но их геометрические размеры завышены. Рекомендуется следующая зависимость между объемным коэффициентом теплопередачи [Вт/(м²·°С)], массовой скоростью газа [кг/(м²·с)] и плотностью орошения: К=1,163х(14,7 + 96,7lg).

Осмотр работающих скрубберов показал, что на многих предприятиях расчетный расход воды значительно выше требуемого, что обусловлено завышением расчетных параметров газа. Авторы указывают, что эффективное орошение происходит в том случае, если давление воды перед брызгалами не менее 0,15 МПа. Испарительные скрубберы применяются большей частью как стабилизаторы перед сухими электрофильтрами. Чисто испарительные скрубберы в условиях конверторных цехов имеют тот недостаток, что на стенках скруббера могут появляться настыли.

Тепло (Вт), отводимое в испарительном скруббере от газа, определяется по формуле

где V_о - объем газа на входе в скруббер, м³/ч; - начальная и конечная температура газов,°С; - соответственно начальная и конечная теплоемкость газа и пара, кДж/(м³·°С); - начальное и конечное влагосодержание газа, м³/м³.

Объемный коэффициент теплопередачи в скруббере где V - активный объем скруббера, м³; - среднелогарифмическая разность температур газов и жидкости, °С:

Рис. 7

Величина К колеблется от 400 до 1600 кДж/(м³-^оС). Дисковые распылители. Последние годы во многих отечественных цехах и в различных странах применяют дисковые распылители в качестве газоочистного аппарата для газов кислородных конверторов, отводимых в системах с полным дожиганием и без дожигания. Вся газоочистка состоит из трех - пяти элементов: дискового распылителя, сепаратора, влагоотделителя; иногда применяют два последовательно установленных дисковых аппарата с сепаратором между ними.

На рис. 7 представлена схема дискового распылителя. Газы движутся сверху вниз; по пути встречают неподвижный диск 1, отражаются, делают резкий поворот и с высокой скоростью проходят через кольцевую щель 2 между наружным корпусом и внутренним диском. Вода под обычным давлением подается по трубе 3, встречает диск, растекается по нему и стекает веером по периметру, пересекаясь с газом, движущимся в щели с большой скоростью. При этом происходят дробление частиц воды, смачивание пыли и ее коагуляция.

Диск размещен в конусообразной части газохода; он не вращается, но при регулируемых системах отвода газов перемещается вниз и вверх;, при этом меняются ширина и площадь сечения щели, скорость потока, а следовательно, изменяется степень дробления и смачивания частиц. Смоченная и скоагулированная пыль выводится из газового потока в сепараторе 4 и влаго-отделителе 5. Напор воды при подходе к дисковому распылителю должен быть достаточен для подъема воды, прохода по диску и истечения с напором, обеспечивающим распыление (0,15-0,2 МПа).

Требования к качеству воды, подводимой к дисковому распылителю значительно ниже, чем к качеству воды, направляемой к трубам-распылителям. Дисковые распылители могут работать при содержании взвешенных частиц в воде 200 - 300 мг/кг и более.

Установки с дисковым распылителем смонтированы на многих заводах в схеме отвода газов без дожигания и с полным дожиганием. Дисковый распылитель имеет ряд преимуществ перед трубами-распылителями: он меньше забивается даже при очень плохом качестве воды, не имеет сопел и требует небольших эксплуатационных затрат. Работа дискового распылителя определяется в основном работой влагоотделителя, т. е. тем, в какой мере последний обеспечивает улавливание скоагулировавшейся пыли.

Сепараторы, циклоны, влагоотделители.

Для вывода из потока газов смоченных и скоагули-ровавшихся частиц служат различные аппараты: сепараторы, циклоны, пенные решетки и др. На рис. 56 изображены принципиальные схемы таких аппаратов: а) сепаратор угловой; б) циклон или центробежный сепаратор; в) пенная решетка. Принцип работы сепаратора и циклона ясен из приведенного рисунка.

По проекту Гипрогазоочистки пенные решетки устанавливают после труб Вентури. Опыт газоочистки конверторов показал, что пенные решетки являются хорошим влагоотделителем при скорости газов 3,5 м/с и потере напора 500 Па. При скорости газов в 2 м/с пенная решетка работает неудовлетворительно. Во влагоотделителях целесообразно использовать принцип малых скоростей движения газов после труб-распылителей (до 1 - 1,5 м/с).

Мокрые электрофильтры.

Мокрые электрофильтры включают в газоотводящий тракт после котлов-утилизаторов и скрубберов. Через электрофильтр отводят продукты сгорания конверторных газов.

Среди современных установок выделяется газоотводящий тракт с мокрым электрофильтром на заводе в Хукингене (ФРГ).

Рис. 8 Схемы влагоотделителей: а - сепаратор Элбоу; б - циклон; в - пенная решетка; / - ввод запыленного газа; 2 - корпус; 3 - направляющий лист; 4 - кольцо для сбора шлама; 6 - выход очищенного газа; 6 - отвод шлама: 7 - отвод пыли; 8 - решетка; 9 - приемная коробка; 10 - порог; 11 - сливная коробка; 12 - подвод вод»

После котла-охладителя газы с температурой 1100 °С разделяются и поступают в два параллельных скруббера (слегка наклоненных к горизонту) и затем при 77 °С в вертикальный трубчатый электрофильтр. Фильтр состоит - из 1000 труб. Трубы являются осадительными электродами; внутри каждой трубы имеется коронирующий электрод; рабочее напряжение электрофильтра составляет 40 кВ.

Шлам, осевший на внутренних поверхностях трубы, смывается водой, проходит циклон и оседает в отстойнике, а затем насосами подается непосредственно в барабанную мельницу аглофабрики. Система работает с коэффициентом избытка воздуха не ниже 0,75 (газ негорючий), т. е. практически по схеме с недожогом в пределах взрывобезопасности. Из двух работающих систем за конверторами емкостью 200 т с максимальной скоростью обезуглероживания 0,55% С/мин и выходом газов 100 000 м³/ч (продувка 18-20, плавка 40 мин) одна работает с дымососом, другая - на естественной тяге.

1.2 Сухая очистка

Наибольшее распространение получила сухая очистка в электростатических фильтрах при отводе газов с полным дожиганием.

Сухие электрофильтры в системах с >0,75.

На рис. 9 представлен общий вид электростатического сухого фильтра Семибратского завода газоочистного оборудования. Электрофильтры - многопольные односекционные аппараты прямоугольной формы со стальным корпусом. Осадительные электроды изготовлены в виде С-образных свободно подвешенных пластинчатых элементов, нижние концы которых закреплены при помощи направляющих. Расстояние между плоскостями электродов 265 мм. Коронирующие электроды - ленты с выштампованными иголками, натянутые на трубчатые рамы.

Рис. 9 Сухой электростатический унифицированный горизонтальный фильтр типа УГ

Электрофильтры подразделяют на три габаритные группы: УГ-1, УГ-2 и УГ-3. Каждая из этих групп включает несколько типоразмеров. Условное обозначение типоразмера электрофильтра: У - унифицированный, Г - с горизонтальным ходом газа. Цифра после букв обозначает порядковый номер габаритной группы; следующая цифра - число электрических полей; последние цифры - площадь активного сечения, м².

В зависимости от насыпной массы уловленной пыли и принятой схемы пылеулавливания корпус электрофильтра может быть изготовлен в различном исполнении, различающемся типом бункера (табл. 2).

Таблица 2

Типы корпусов электрофильтров

Исполнение	Тип бункера	Номер габарита	Насыпная масса пыли,
1 2 3	Пирамидальный - Щелевидный	1, 2, 3 1, 2, 3 1, 2	<1,5 1,5 <1,5

Электрофильтры первого и второго габаритов можно устанавливать вне здания с устройством шатра над:крышкой и механизмами встряхивания электродов. Шатер опирается на корпус электрофильтра. Электрофильтры третьего габарита устанавливают вне здания без шатра.

Электрофильтры Семибратского завода получили большое распространение. Температура очищаемых газов до 250 °С, сопротивление фильтра около 150 Па, потребляемая энергия 0,3 кВт-ч/1000 м³, коэффициент улавливания пыли 99,8%.

На заводе в Консетте с конверторами емкостью 100 т работает трехпольный горизонтальный электрофильтр. Для удаления пыли, осаждаемой на осадительных электродах, используют принцип магнитного импульса; кроме того, на подвесной раме укреплены ударные молоточки, которые сбивают пыль. Коронирующие электроды очищают от пыли электромагнитным вибратором. Эффективность очистки фильтров зависит от качества работы молоточков и вибраторов.

Сухие электрофильтры работают устойчиво при определенной температуре и влажности входящего газа. Для обеспечения этих условий перед сухим электрофильтром устанавливается стабилизатор-башня высотой до 20 м, диаметром 4-5 м, оборудованная соплами для тонкого распыления воды. Количество впрыскиваемой воды регулируется автоматически по температуре газов на выходе из сухого фильтра, равной 140 - 160 °С.

Ниже приведены рекомендуемые параметры при работе сухих электрофильтров:

Таблица 3

Скорость газа, м/с Удельная поверхность осадительных электродов на 1000 , Удельная мощность короны, на 1000 , Вт Потребляемая энергия, кВт·ч/1000 Сопротивление, Па фильтра стабилизатора Число полей Давление воды перед стабилизатором, МПа Коэффициент улавливания пыли, %	0,8 - 4,0 2 - 5 30 - 300 0,5 - 1 20 - 100 <1000 1 - 5 <1,5 95 - 99,9

Корпуса электрофильтров рассчитываются на работу под разрежением от 3000 до 15 000 Па при заполнении бункеров с насыпной массой от 1500 до 3500 кг/м³.

Такие электростатические фильтры работают в системах отвода газов из конверторов при >0,75, т. е в системах с полным дожиганием и недожогом в пределах взрывоопасности.

Сухие электрофильтры в системах 0<<0,75.

В 1979 г. в системах отвода газов 0<<0,75 работали восемь электрофильтров [63, 64]. Первые фильтры были, введены в эксплуатацию на заводе «Зальцгиттер» в 1969 и 1972 гг. Характеристика трактов с сухими электрофильтрами представлена в табл. 14 (на начало 1980 г.).

Практически в крупных промышленных газоотводящих трактах не может быть осуществлено идеальное тампонное течение. Еще до того, как содержание кислорода в газах с началом продувки в течение первой минуты снизится с 21 до 0%, в газоотводящем тракте уже появляется и окись углерода.

Таблица 4

Однако при быстрой скорости обезуглероживания снижение содержания кислорода с 21 до 0% может происходить не за одну минуту, а за несколько секунд. В отходящих газах при этом может присутствовать и кислород, и окись углерода. Чем быстрее меняется скорость обезуглероживания в начале продувки, тем больше продолжительность совместного наличия в газах и СО.

При прохождении последовательно через пылеулавливающие устройства кислородсодержащих продуктов сгорания и газов, содержащих окись углерода, в связи с наличием мертвых зон, неравномерностью выхода газов из конвертора, неравномерностью потока и другими факторами может образоваться взрывоопасная газовая смесь. Поэтому обычный сухой прямоугольный фильтр с пылевыми бункерами не удовлетворяет условиям техники безопасности (много мертвых зон). Более приемлемыми оказались трубчатые электрофильтры. В круглом газоходе газы проходят через систему последовательно и при этом предотвращается смешивание газов различного состава.

Созданию промышленной установки предшествовали лабораторные исследования. Были изучены условия, исключающие застойные зоны, условия прочности при возможных хлопках, а также условия достижения требуемой очистки.

Опыт эксплуатации трактов показывает, что независимо от применяемых способов очистки (сухих или мокрых) в аварийных случаях нельзя исключить хлопки. В связи с этим в описываемых сухих электрофильтрах расчетный перепад давления принят 0,2 МПа; дополнительно на корпусе фильтра предусмотрены предохранительные клапаны. Площадь предохранительных клапанов (м²) определяют по формуле

где - разгрузочное сечение промышленной установки; , - объем и сечение сосуда лабораторной установки; - объем сосуда промышленной установки.

При хлопке, чем больше емкость сосуда, тем меньше давление взрыва. Это следует из результатов лабораторных опытов (рис. 10).

В табл. 5 приведена характеристика условий опытов.

Таблица 5

Зависимость давления взрыва от емкости сосуда

Кривая	Емкость сосуда	Абсолютное давление, МПа	Изменение давления, МПа/с
А В С	20 1 1 л	0,7 0,7 0,7	2,7 8,6 72

Исследования проводились на газовой смеси, содержащей 70% метана и 30% водорода. Результаты исследований показали, что при больших объемах повышение давления от хлопков происходит медленнее и имеется достаточно времени для снижения давления.

Несущими элементами электрофильтра круглой формы являются (см. рис. 58) кольца /, между которыми помещены обечайки 2, патрубки входа 3 и выхода газов 4, сочлененные с коническими днищами 5. Отделенная пыль через отверстия 6 в днище корпуса поступает на лотковый цепной транспортер. Предохранительные пружинные клапаны 7 размещены на днищах. Электрофильтр разделен на три последовательные зоны очистки.

Очистка коронирующих и осадительных электродов происходит с помощью обстукивающих устройств. Каждая зона имеет преобразовательную установку постоянного тока высокого напряжения. Высокое напряжение 45 - 60 кВ, плотность тока 0,3-0,5 мА/м² площади осаждения.

Эффективность электрофильтров по отделению пыли определяют по формуле ;

где v - скорость газа; w- скорость перемещения газа в электрическом поле.

Высокому к. п. д. фильтра (.99,9%) сопутствует увлажнение газов перед фильтром. Для быстрого увлажнения при относительно низких температура газов в отдельных случаях вдувают пар. Удельный расход; электроэнергии 1,85 кВт-ч на 1 т жидкой стали; расход: воды 0,08 т на 1 т стали.

Рис. 10 Общий вид сухого электростатического фильтра работающего в схемах с 0<а<0,75.

Уловленную пыль используют главным образом на аглофабрике. Пыль собирают в башне, емкость которой равна суточному выходу. Затем в сухом виде или с небольшой добавкой воды транспортируют в смесительно-окомковательные установки.

Сухие электрофильтры веретенообразной формы намечено установить на заводе «Ньювес-Майсонс» (Франция). Взрывоопасная смесь исключается продувкой тракта газовым тампоном. Авторы отмечают, что по мере роста стоимости энергии и ужесточении требований к охране атмосферы эффективность сухих фильтров будет возрастать. При сухой очистке отсутствует сложное водное а шламовое хозяйство. Сопротивление сухих электрофильтров невелико, поэтому некоторые заводы отдают предпочтение сухой очистке. Однако сухие электрофильтры имеют более сложное оборудование, чем при мокрой очистке, и требуют большей квалификации и внимания эксплуатационного персонала.

Рис. 11 Общий вид газоотводящего тракта с тканевыми фильтрами: 1 - конвертор; 2 - охлаждаемый камин; 3 - аккумулятор; 4 - скруббер; 5 -* тканевый фильтр; 6-дымосос; 7 - дымовая труба; 5, 9 - клапаны; 10 - вентилятор

Тканевые фильтры. Фильтры этого типа находят широкое применение в черной металлургии. Известно несколько установок (рис. 60), используемых для очистки конверторных газов. Фильтрацияв этом случае требует тщательного подбора фильтрующей ткани. Конверторная пыль, неоднородная по химическому составу, образует на ткани слой, через поры которого проникает только газ. Этот слой способствует дальнейшей коагуляции частиц. При отсутствии такого слоя частицы будут проходить через ткань, поры которой в 50- 100 раз больше размера частиц, поэтому газы не будут очищаться.

Обычные ткани имеют много недостатков (короткие волокна, закрывающие поры и др.), поэтому ткани из естественных волокон уступают тканям из искусственных, которые находят все большее применение в качестве фильтровальных. Температура газов перед рукавными тканевыми фильтрами должна поддерживаться с минимальными отклонениями в интервале 100-110°С. Имеются волокна (стекловолокно с содержанием силикона или графита), допускающие более высокую температуру газов (275-300°С). Ведутся разработки кремнеглиноземистых волокон, которые могут работать при-800-900 °С. Различают ткани с остроконечным ворсом и гладкие, типа фетра.

В тканевых фильтрах конверторного производства применяют тергаль. Для поддержания требуемой температуры газов перед тканевым фильтром их пропускают через испарительный скруббер или подключают термостаты, регулирующие подачу подогретого дополнительного воздуха. На одной из установок имеете» три термостата; два из них включают подсос воздуха при температурах 125 и 135 °С. При достижении предельной температуры для ткани 145 °С третий термостат подает сигнал на подъем фурмы. Содержание пыли после тканевого фильтра (50-т конвертора на заводе в Эль-Ходжар в Алжире) составляет 20 мг/м³. Очистка тканевых фильтров осуществляется встряхиванием. При работе в системах с полным сжиганием газов встряхивание и переключение секций происходит автоматически в любой момент продувки; в схемах с <1 эти операции осуществляют после завершения продувки. Содержание пыли в газах после тканевых: фильтров составляет менее 10 мг/м³. Недостаток этих фильтров - высокий расход электроэнергии; 30 кВт-ч на 1 т жидкой стали.

Текущий ремонт фильтров представляет собой трудоемкую операцию. Одно из направлений упрощения* этой операции - применение крупномасштабных рукавов диаметром 250-300 мм и высотой 6-10 м, поверхность одного элемента которых составляет 6,5-10 м². Тканевые фильтры компонуют также в виде панелей,, блоков, кассет, замена которых может быть выполнена очень быстро.

1.3 Оборотные циклы газоочистки

При проектировании оборотных циклов прежде всего необходимо решить следующие задачи: 1) определить минимальное количество циркулирующей воды при заданной интенсивности продувки конвертора; 2) установить подачу такого качества воды, при котором обеспечивается длительная бесперебойная работа аппаратов газоочистки.

Минимальное количество циркулирующей воды возможно при максимальном ее подогреве в период наибольшего обезуглероживания. Между кислородными продувками подачу воды в систему газоочистки сокращают или полностью ее отключают. Для этого прикрывают задвижки или периодически отключают насосы. Максимальный подогрев воды в оборотном цикле можно рассчитать по формуле

где Qmax - максимальное количество тепла, отдаваемого газами в системе газоочистки, кДж; G_ц - количество воды, циркулирующей в системе газоочистки, т/ч; t" _в - температура воды на входе в газоочистку и выходе из нее, °С; t"_в - нагрев воды в газоочистке, °С; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг°С).

В течение кислородной продувки вода после мокрой газоочистки выходит с переменной температурой; большей частью эта температура ниже максимально расчетной. В периоды между продувками вода не нагревается. Даже в периоды максимальных тепловых нагрузок вода после газоочистки смешивается с более холодной водой в системе и поступает к охладителям с температурой значительно ниже максимальной.

При емкости системы G_c, температуре воды в ней t_c и количестве циркулирующей воды О_ц температуры перед охладителями (градирнями и другими устройствами) рассчитывают по формуле (без учета потерь системой)