Экология металлургического производства
ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Контрольная работа № 1
1. Перечислить
экологические проблемы
Особенностью отечественного металлургического
производства является негативное воздействие
на все составляющие окружающей среды.
Это загрязнение почв по причине
массового складирования
Так, например, для металлургических
предприятий актуальна проблема
переработки техногенных
Металлургия использует 25% от всей потребляемой
российской промышленностью воды. При
этом в большинстве случаев, после
промышленного использования
Установлено, что предприятия черной
металлургии выбрасывают в
В Мурманской области, где расположены
несколько крупных
Следует отметить, что в последние
годы предприятиями
В настоящее время вопросы
2. Описать системы пылеулавливания, применяемых в металлургии.
В металлургической промышленности основными пылевыделяющими агрегатами являются вращающиеся печи, сушильные барабаны и пересыпные устройства для транспортировки материалов и пыли. При выборе системы пылеулавливания эти установки можно разбить на две группы с характерными параметрами выбросов.
К первой группе относятся пылевыделяющие агрегаты, где происходит термическая обработка сырьевых материалов (печи, сушильные барабаны и др.). При выборе системы пылеулавливания для агрегатов первой группы необходимо учитывать влияние температуры газов, температуру точки росы, дисперсный состав пыли и другие факторы. Однако выбор метода пылеулавливания (механический или электрический) определяет также производительность технологического агрегата. До последнего времени для обеспыливания дымовых газов агрегатов небольшой производительности (до 50·103 м3/ч) применялись механические пылеуловители.
Парк аппаратов этого типа в производстве огнеупоров достаточно разнообразен – циклоны типов ЦН, СИОТ, ЦП-2; центробежные скрубберы СЦВБ, СЦВП; полые скрубберы СП; насадочные скрубберы СДК; скрубберы Вентури типов ГВПВ, СВ-Кк, СВТ. Широкое распространение получили рукавные фильтры типа ФРМ, с комбинированным способом регенерации (механический в сочетании с аэродинамическим), рукавные фильтры типов УРФМ и ФРМК, со струйной продувкой типа РФСП, общепромышленного назначения типа ФРО и специального назначения ФР, ФРОКТ, ФРОС, ФРКН, ФЭИ, ФРИ и ФРЦИ [2].
В настоящее время, несмотря
на увеличение капитальных затрат,
чаще применяют электрофильтры, которые
при правильном выборе аэродинамических
условий эксплуатации обеспечивают
гарантированную высокую
Ко второй группе относятся пылевыделяющие агрегаты и системы транспорта пылевидных материалов в холодном состоянии. Здесь, в основном, применяются циклонные или тканевые пылеуловители. При этом иногда предусматриваются такие схемы пылеулавливания, в которых одни аппараты обеспечивают преимущественно коагуляцию, другие – осаждение.
В качестве аппаратов, способных
выполнять функции
На целесообразность такого
пути развития систем пылеулавливания,
обеспечивающего переход к
3. Пояснить понятия “адсорбция” и “абсорбция”.
«Адсорбция»
Повышение концентрации компонента в поверхностном слое вещества (на границе раздела фаз) по сравнению с ее значением в каждой объемной фазе.
Следует отличать адсорбцию
от абсорбции, при которой вещество
диффундирует в объем жидкости или твердого тела и образует раствор или гель. Термин сорбция объединяет
оба понятия. Вещество, на поверхности
которого происходит адсорбция, называется
адсорбентом, а поглощаемое — адсорбатом.
В зависимости от характера взаимодействия
между молекулой адсорбата и адсорбентом
адсорбцию принято подразделять на физическую адсорбцию (слабые взаимодействия) и хемосорбцию
Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и состав системы).
На практике адсорбция широко используется для концентрирования веществ, очистки газов и жидкостей от примесей. Адсорбционные методы анализа применяются для определения удельной поверхности твердых веществ, оценки размера А нанесенных частиц (в том числе наноразмерных) на поверхности носителя и т. п.
«Абсорбция»
Поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.
В технике и химической технологии
чаще всего встречается абсорбция
(поглощение, растворение) газов жидкостями.
Но известны и процессы абсорбции
газов и жидкостей
Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (набухание), а также изменение его физических характеристик – вплоть до агрегатного состояния.
На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.
Обычно в случае физической абсорбции абсорбировавшиеся вещества могут быть вновь извлечены из абсорбента посредством его нагревания, разбавления неабсорбирущей жидкостью или иными подходящими способами. Регенерация химически абсорбированных веществ также иногда возможна. Она может быть основана на химическом или термическом разложении продуктов химической абсорбции с высвобождением всех или некоторых из абсорбированных веществ. Но во многих случаях регенерация химически абсорбированных веществ и химических абсорбентов бывает невозможной или технологически/экономически нецелесообразной.
Явления абсорбции широко распространены не только в промышленности, но и в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они могут приносить как пользу, так и вред (например, физическая абсорбция атмосферной влаги приводит к набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).
Следует отличать абсорбцию (поглощение в объёме) от адсорбции (поглощения в поверхностном слое). Из-за схожести написания и произношения, а также близости обозначаемых понятий эти термины часто путают.
4. Рассчитать к.п.д. пылеуловителя.
Работу очистных устройств можно оценить двумя методами:
- Первый способ учитывает абсолютное значение остаточного содержания пыли в очищенном газе г/м3, его ещё называют прямым способом;
- Второй способ показывает какая доля пыли задержалась в данном пылеуловителе из того количества, которое вошло в него с газами (например, за один час). Эту величину называют коэффициент полезного действия (КПД) пылеуловителя, а сам способ – относительный;
При невозможности достигнуть
ПДК очисткой иногда применяют многократное
разбавление токсичных веществ
или выброс газов через высокие
дымовые трубы для рассеивания
примесей в верхних слоях атмосферы.
Теоретическое определение
Существует несколько способов для определения КПД, в зависимости от исходных данных:
η=
η=
η=
если n устройств, то η=1-(1- η1)· (1- η2) …(1- ηn)
Определим КПД пылеочистки:
Для класса до 20мкм : = 0,99 или 99%
Для класса более 20 мкм: : или 66,7%
5. Объяснить принцип работы пылевых камер и газоходов.
Многочисленные конструкции аппаратов пылеулавливания, применяемых в настоящее время, покоится на нескольких основных физических принципах, излагаемых далее.
Осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные пылеуловители. Устройства такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более .
Осаждение под действием центробежной силы. Эта сила может быть значительно больше силы тяжести. В пылеуловителях, основанных на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при тангенциальном вводе его в аппараты круглого сечения (в плане), называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5-10 мкм и более.
Фильтрация запыленного газа через ткань – надежный способ улавливания очень тонких пылей.
Электростатистическое осаждение используют в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенным к нему постоянным током высокого напряжения (50-90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в циклонах, пылей, включая ультратонкие (порядка 0,1 мкм).
Промыватели. Частицы задерживают на каплях и пленках промывающих жидкостей. Как и фильтры, они эффективны при улавливании очень тонких пылей.
Перечисленные принципы позволяют
разделить способы
Процесс очистки газов от аэрозолей, независимо от способа улавливания, характеризуется несколькими основными параметрами: степень очистки, гидравлическое сопротивление аппарата, расход электроэнергии, стоимость аппарата и стоимость очистки.
Степень очистки η в единичном аппарате:
где С вх и Свых – массовые концентрации примиссей в газе соответственно до и после пылеуловителя.
Если очистку ведут
в системе последовательно
η В = 1-(1- η1)(1- η2)...(1- ηn),
где η1 ,η2, ...ηn – степень очистки первого, второго, ... n- го аппаратов.
Различают общую и фракционную степени очистки газов, которые относят соответственно ко всей массе частиц и к каждой фракции отдельно.
Гидравлическое сопротивление аппарата – разность давлений газового потока на входе и выходе из пылеуловителя.
Расход электроэнергии, стоимость аппарата (капитальные затраты) и очистки относят обычно на 1000 м3 очищенного газа.
6. Объяснить принцип работы одиночного циклонного пылеуловителя.
Принцип действия циклона
основан на использовании центробежной
силы, возникающей при вращательно-
С целью снижения габаритов
и гидравлического
Циклоны относятся к аппаратам так называемой сухой инерционной очистки, широкое применение они получили для очистки дымовых технологических газов от установок промышленной теплотехники. Циклоны можно использовать для очистки газа при высоких температурах и давлениях.
Циклон являются наиболее распространенным газоочистным оборудованием.
Циклон производит очистку
газов в самых различных
При небольших капитальных
затратах и эксплуатационных расходах,
циклон в зависимости от характеристик
улавливаемой пыли, типа и режима работы
циклона обеспечивают эффективность
очистки газов и
Циклон необходим для первичной очистки. Он может работать автономно, но при сильной запыленности для повышения эффективности очистки также используются рукавные фильтры. В этом случае циклон монтируют перед фильтром в качестве начальной стадии пылеулавливания. Существует поняти "групповой циклон", например циклон ЦН-15-500х4УП (установка из четырех циклонов ЦН-15-500 в комплекте с пирамидальным бункером), циклон СЦН-40-700х4 и т.п. Такая установка обусловлена расходом газа, а также эффективностью, которой необходимо добиться. Диаметр циклона напрямую зависит от производительности (м3/час), соответственно тип циклона подбирается исходя из параметров улавливаемой пыли.
Основная необходимость
в процессе работы циклона - герметичность,
отсутствие доступа воздуха в
корпус циклона. Экспериментальные
исследования показали, что 1% подсоса
воздуха снижает эффективность
газоочистки на величину от 1 до 4%, поэтому
подсос должен быть сведен к минимуму.
Анализ запросов на поставку циклонов
НИИОГАЗ, таких как ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У,
ЦН-24, СДК-ЦН-33, СЦН-40, СК-ЦН-34, показал, что
из всех перечисленных циклонов НИИОГАЗ
спросом пользуются только циклоны
средней эффективности ЦН-15 и
высокоэффективные циклоны СЦН-
Практика эксплуатации циклона ЦН-15 показала, что стойкость к абразивному износу у циклонов ЦН-15 сравнительно невелика. Другим недостатком этого циклона является сложность изготовления винтовой крышки корпуса. С целью устранения выше указанных недостатков в ОАО «СФ НИИОГАЗ» был разработан циклон с плоской крышкой СЦН-50 более стойкий к абразивному износу. Срок службы СЦН-50 превышает срок службы циклона ЦН-15 в несколько раз, а эффективность очистки газов на 2-4 % выше. Циклоны СЦН-50 более просты по конструкции, несложны в изготовлении. Металлоемкость циклона СЦН-50, по сравнению с циклоном ЦН-15 снижена на 15%.
В настоящее время разработана конструкция циклона, сочетающая в себе положительные свойства противоточного и прямоточного циклонов, названная авторами вертикальным прямоточным циклоном (ВПЦ).
7. Пояснить принцип работы и изобразить схему батарейного циклона.
Наиболее распространенным аппаратом, улавливающим пыль из отходящих газов, являются батарейные циклоны.
Схема циклона (рис. 1), принцип действия которого заключается в том, что тангенциально к цилиндрическому корпусу подводится с высокой скоростью (порядка 20 м/сек) запыленный газ. Твердая частица золы, двигаясь по инерции прямо, прижимается к корпусу циклона и вместе с газовым потоком спускается по конической части циклона вниз. От этого спирального вихревого движения образуется пониженное давление в центре циклона, вследствие чего поток газов в нижней части конуса меняет свое направление и идет в центре циклона вверх, направляясь в выходную трубу. Зола будет осаждаться внизу, откуда ее периодически или непрерывно следует удалять, одновременно смачивая водой, чтобы избежать пыления.
Газ к циклону обычно подводится прямоугольным патрубком, и чем уже этот патрубок, тем лучше работает циклон, больше улавливается золы, выше его к. п. д. Уменьшение ширины щели подводящего патрубка укорачивает путь движения твердой частицы до момента соприкосновения с цилиндрической стенкой, вследствие чего эффективнее получается работа циклона. Уменьшением диаметра цилиндрической части циклона достигается повышение угловой скорости вращения вихревогопотока, что также способствует лучшему золоулавливанию.
На основании этих соображений и были предложены батарейные золоуловители, при конструировании которых группу мелких циклонов собирают в один общий кожух, и все они работают параллельно.
- Входной патрубок
- Распределительная камера
- Циклонные элементы
- Выхлопные трубы
- Направляющие аппараты
- Пылеотводящие отверстия
- Сборный бункер
- Камера очищенного газа
- Опорные решетки
- Опорный пояс
Рис. 1 Батарейный циклон
8. Объяснить принцип работы рукавного фильтра с механическим встряхиванием и обратной продувкой ткани.
Рукавные фильтры — широко распространенные и эффективные аппараты пылеулавливания. Их применяют для отделения пыли от газов и воздуха (в том числе аспирационного) в различных отраслях промышленности: в черной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, в текстильной, пищевой промышленности и т, д.
Рукавные фильтры представляют собой аппараты с корпусами прямоугольной или круглой формы. Внутри корпусов подвешены рукава диаметром от 100 до 300 мм, высотой от 0,5 до 10м. 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. После того как на фильтрующей поверхности накопится слой пыли, гидравлическое сопротивление которого составляет предельно допустимую величину, производят регенерацию рукавов.
Механическое встряхивание это основной способы регенерации фильтровального материала. Он основан на сотрясении рукавов в вертикальном и или горизонтальном направлении. Достоинствами фильтров с механическим встряхиванием является стабильность удаления осадка пыли. В качестве основных недостатков следует отметить сложность встряхивающего механизма, который требует постоянного внимания обслуживающего персонала, истирание и изломы рукавов в одних и тех же местах, чувствительность системы к усадке и вытяжке рукавов, необходимость отключения фильтра или отдельной секции на время проведения регенерации.
Эффективный метод
регенерации фильтровального
Рис.2 Рукавной фильтр с механическим встряхиванием и обратной продувкой ткани
1,9 - вентилятор; 2 - входной газоход; 3 – камеры; 4 - распределительная решетка; 5 – рукав; 6,8 - дроссельные клапаны; 7 - выхлопные трубы; 10 – встряхивающий механизм; 11 – рама; 12 – шнек; 13- шлюзовый затвор
9. Пояснить принцип
работы фильтра непрерывного
действия с движущимся слоем
зернистого фильтрующего
Имеются зернистые фильтры, регенерируемые путем ворошения или вибрационной встряски зернистого слоя внутри аппарата, а также фильтры с движущейся средой (рисунок 4). Материал перемещается между сетками или жалюзийными решетками.
Регенерацию материала от пыли проводят в отдельном аппарате - путем грохочения или промывки. Если фильтрующая среда состоит из того же материала, что и пыль, то загрязненные гранулы выводят из системы и используют в технологическом процессе.
Рис. 3 Фильтр с движущимися слоями зернистого материала
1 - короб для подачи свежего зернистого материала: 2 - питатели; 3 -фильтрующие слои; 4 - затворы; 5 - короб для вывода зернистого материала.
Зернистые жесткие фильтры. В этих фильтрах зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Фильтры устойчивы к высокой температуре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов. Недостатки таких фильтров: высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и трудности регенерации, которую проводят четырьмя способами: 1) продуванием воздухом в обратном направлении; 2) пропусканием жидких растворов в обратном направлении; 3) пропусканием горячего пара; 4) простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами.
11. Перечислить
преимущества и недостатки
Для очистки воздуха применяют
рукавные фильтры и циклоны различных
типов, как одиночные, так и групповые.
Другие виды пылеулавливающего оборудования
в настоящее время на масложировых
предприятиях не используются. Почти
исключительно применяется
Пылеулавливающее оборудование во многих случаях установлено на нагнетательной линии вентилятора, несмотря на все недостатки этой схемы (износ вентиляторов, пожароопасность и т. д.). Применение такой схемы очистки объясняется в основном тем, что запыленный воздух подается на очистку вентиляторными установками, скомпонованными с технологическим оборудованием. Применение схемы с расположением пылеуловителей на всасывающей линии требует дополнительной установки вентиляторов.