Министерство  образования и науки РФ

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(филиал)

ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МИСИС»

(СТИ  НИТУ МИСИС)

Кафедра металлургии и металловедения 
 

Курсовой  проект

по дисциплине: «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

на тему: «Проект системы очистки отходящих газов дуговой печи емкостью 100т электросталеплавильного производства» 
 
 

                                                        Выполнил:

                                                         Проверил:

                                                                                проф. Петров В.И. 
 
 
 

Старый  Оскол,

2011 
 

Оглавление

1.Вредные выбросы в электросталеплавильном производстве. 3

1.1 Характеристики и методы отвода газов дуговых электросалеплавильных печей. 3

1.2.Способы отвода газа от электропечи. 4

1.3 Способы очистки газов электросталеплавильных печей. 7

1.4. Выбор схем систем очистки газов литейного производства. 11

1.4.1. Схема № 1. 11

1.4.2. Схема № 2. 12

1.4.3. Схема № 3. 12

1.4.4. Обоснование выбора схем. 12

1.5. Описание аппаратов для очистки газов. 13

1.5.1. Тканевые фильтры. 13

1.5.2. Скоростные (турбулентные) пылеуловители 15

1.5.3. Электрофильтры 16

2. Исходные данные: 18

3.Расчет выбранных систем  аппаратов для очистки газов. 21

3.1. Расчет рукавного фильтра. 21

3.2. Расчет скоростных пылеуловителей с трубами Вентури. 24

3.3. Расчет пластинчатого электрофильтра. 30

3.4. Технические характеристики выбранных по расчетам типов стандартных аппаратов для очистки газов по данным каталогов на газоочистное оборудование: 37

3.4.1. Рукавный фильтр типа Фр-6 37

3.4.2. Скоростной пылеуловитель с трубами Вентури типа КЦТ-2400 37

3.4.3. Электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2 37

3.5. Обоснование возможности использования рассчитанных аппаратов. 38

4. Расчёт технико-экономических показателей работы газоочистных сооружений 39

4.1. Расчёт капитальных затрат 39

4.2. Расчёт эксплуатационных расходов 41

4.3. Расчёт технико-экономических показателей 47

5. Расчёт высоты дымовой трубы 49

6. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта 55

6.1. Выбор дымососа 59

Список литературы 60

Приложение А 61

Приложение Б 64

  1.Вредные выбросы в электросталеплавильном производстве.

1.1 Характеристики и методы отвода газов дуговых электросталеплавильных печей.

     Процесс выплавки стали в электропечах проходит за счет тепла электрической дуги, возникающей между электродами. Образующиеся в процессе плавки насыщенные пылью газы повышают давление в печи и через неплотности в ее конструкции вьщеляются в производственные помещения, загрязняя их. Основное количество газа выделяется через неплотности у электродов и рабочего окна. Газы выделяются из электропечей не только в процессе плавки, но и во время загрузки печи и слива готовой стали в ковш.

     Количество  и физико-химические свойства пылегазовых  выбросов электропечей зависят от их емкости, состава шихты, марок выплавляемых сталей и сплавов, ведения технологического процесса. 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): до 68 % СО; до 30 % СO₂; до 21 % O₂; 30—79 % H₂. Кроме того, в газе содержится до 10 мг/м³ окислов серы. Температура газа на выходе из печи составляет около 1600 °С. Ввиду наличия в газе СО он взрывоопасен и поэтому перед направлением на очистку окись углерода дожигают в специальном устройстве.

     Газы, вьщеляюшиеся из печи, содержат пыль в  количестве 50—60 г/м³. Пыль состоит из окислов железа, кремния, алюминия, марганца, кальция и др. Плотность пыли 4—4,2 г/см³, насыпная плотность 1,2 г/см³; угол естественного откоса 20-25°. Дисперсный состав пыли при выплавке среднеуглеродистых и хромистых сталей характеризуется следующими данными: 

1.2.Способы отвода газа от электропечи.

     Количество  газа, поступающего на очистку, зависит  от способа его отвода от электропечи. Для улавливания и отвода газов, вьщеляющихся от электропечей, применяют:

1. Фонари или вытяжные шахты в крыше цеха, через которые попавший в цех газ удаляется естественным путем. В некоторых случаях для улучшения общеобменной вентиляции в шахтах или в крыше печных пролетов устанавливают вентиляторы. При таком методе отвода газ сначала попадает в цех, загрязняет его атмосферу, а затем удаляется из цеха в неочищенном от пыли виде. Большая часть крупной пыли оседает в производственных помещениях. По санитарным условиям и технике безопасности такой метод отвода газа неприемлем.
2. Установку над электропечью зонта (рис. XXII. 1, а) полностью перекрывающего в плане свод печи, В конструкции зонта 9 предусмотрен специальный колпак 8 над загрузочным окном печи, предназначенный  для улавливания газа, вьщеляющегося при загрузке и в процессе работ печи. В верхней части зонта имеются отверстия для пропускания электродов. Во время выпуска стали из печи зонт отводят в сторону. В процессе работы печи в живом сечении зонта при помощи дымососа создается разрежение, позволяющее улавливать вьщеляющийся из печи газ. Вместе с газом в зонт из цеха подсасывается воздух, в результате чего объем газ поступающего на газоочистку, резко возрастает. Поэтому устройство зонта над электропечью требует установки газоочистки и дымососов большой производительности. При отсосе через зонт не все количество выделяющегося из печи газа попадает в зонт. Часть запыленного газа проникает в здание цеха, загрязняя его, а затем при выходе через фонарь вызывает загрязнение атмосферы.

     3. Секционный отсос (рис, XXII. 1, б) представляет собой усовершенствованное укрытие. Оно состоит из нескольких секций, присоединенных

к вытяжному  газопроводу посредством двухшарнирного телескопического патрубка 7. Газ, выходящий через зазоры между электродами и сводом печи, удаляется через отсосы 2 и 3. Кольцевой отсос 6 с укрытием 4 служит для улавливания газа, выбивающегося через неплотности в месте соединения свода и корпуса печи. Над желобом печи устроен зонт 5. Все эти отсосы объединены сборником газа 1, присоединенным к патрубку 7. При отсосе газа через рабочее сечение зонта со скоростью не менее 2 м/с или через секционный отсос производительность газоочистки и дымососа принимают в зависимости от емкости печи:

     При применении кислорода объем отсасываемого  газа увеличивается примерно на 60 %. На практике применяют зонты и  отсосы разных конструкций. Однако все они не обеспечивают полного улавливания и отвода газа, выделяющегося из электропечи, особенно во время подачи в ванну кислорода, и часть газа проникает в цех. Вследствие большого количества отсасываемого газа и громоздкости зонтов и отсосов их устанавливают на электропечах емкостью до 12 т. При подсосе воздуха в зонт или секционный отсос имеющаяся в газе окись углерода полностью или в большей часта сгорает.

     4.Отход газа непосредственно из свода печи (рис.ХХII.1, в). В своде 
печи делают специальное отверстие, через которое при помощи водоохлаждаемого патрубка 10, соединенного шарнирно с газоотводящим газопроводом, отсасывают газ, образующийся в процессе плавки стали. При 
этом под сводом печи создают разрежение 4,5—13 Па, которое исключает 
выбивание газа через неплотности печи. В некоторых случаях в печи создают небольшое избыточное давление 5—30 Па, при котором создается 
восстановительная атмосфера. При разрежении в печи подсасываемый воздух окисляет закись железа до высших окислов, которые не воспламеняются. Избыточное давление в печи исключает подсос воздуха и возможность взрывов газа и хлопков в ее рабочем пространстве.

     Количество  удаляемого газа регулируют специальной  задвижкой 11, соединенной с датчиком автоматического регулирования 12, работающим в зависимости от изменения температуры в печи. Газоотводящий патрубок обычно устанавливают около загрузочного окна. При таком расположении патрубка подсасываемый воздух не распространяется по всему объему печи и оказывает небольшое влияние на охлаждение металла. В большегрузных печах иногда выполняют два - три сводовых патрубка.

     При таком методе отвода газа перед подачей  его на газоочистку СО дожигают в специальной камере. Для предотвращения выбивания газа из печи через отверстия для электродов зазоры между электродами и сводом печи закрывают специальными уплотнителями.

     5.Отвод газа из свода печи через патрубок с разрывом (рис. ХХII.1, г). 
При этом газоотводящий патрубок 13 располагают на расстоянии 
20—50 мм от стационарно установленной приемной воронки 14 или приемного патрубка. Выходящая из печи струя газа подсасывает, окружающий воздух, в результате чего объем смеси увеличивается примерно в шесть раз. Содержащуюся в газе окись углерода дожигают, в специальной камере в атмосфере подсасываемого воздуха, после чего газ направляется в систему газоочистки. Такой метод отвода газа безопасен и удобен, так как шарнирное соединение 15 трубопровода дает возможность отводить воронку перед наклоном электропечи.

     В цехах с большегрузными дуговыми электропечами улавливают, подвергают очистке газ, проникающий в здание цеха. Для этого устанавливают зонты, в которых с помощью дымососа создают разрежение, способствующее захвату газа.

1.3 Способы очистки газов электросталеплавильных печей.

      Электропечи небольшой емкости применяют  в основном в сталелитейных цехах. Для улавливания запыленных газов над электропечью устанавливают зонты или используют бортовые отсосы. В электросталеплавильн цехах металлургических заводов действуют в основном большегрузочные печи (25 т и более). От них запыленный газ удаляют через патрубок и свод печи. Кроме того, в новых цехах улавливают и подвергают очистке так называемые неорганизованные выбросы, т.е. газы, которые попали в цех в период заливки чугуна, завалки шихты и выпуска стали.

     В СССР очистку газов от электросталеплавильных печей осуществляют мокрым способом в скоростных пылеуловителях с высоконапорными трубами Вентури и сухим способом в пластинчатых многопольных электрофильтрах или тканевых рукавных фильтрах. Предпочтение отдают очистке газов в электрофильтре как наиболее эффективному способу с наименьшими эксплуатационными расходами.

     По  схемам, приведенным на рис.XXII.2—XXII.4, построены газоочистки 100- и 200-т электропечей на ряде заводов. Газ отводят от печи 1 через водоохлаждаемый патрубок, расположенный в своде печи. Между патрубком 2 и газоотводящим трубопроводом имеется воздушный зазор, дающий возможность регулировать количество отсасываемого газа и наклонять печь.

     Рис. XXII.3. Схема совмещенной очистки  газов, отводимых от электропечи  и через зонт под фонарем цеха, в сухом пластинчатом электрофильтре

Величину  этого зазора регулируют муфтой 5, которая  может перемещаться с помощью электропривода. После дожигания окись углерода в камере 3 газ охлаждают в устройстве 4. Дожигание и охлаждение газа осуществляют атмосферным воздухом, который поступает в камеру дожигания через клапан б, а в камеру охлаждения через клапан 7. Далее газ отводят в систему газоочистки по газопроводу, снабженному клапаном 10, которым регулируют количество газа. В кровле под фонарем установлен зонт 8, через который удаляют неорганизованные выбросы. Количество отсасываемого газа регулируют с помощю клапана 9. Схемы очистки газов, удаляемых непосредственно из печи через подфонарный зонт, могут быть раздельными или совмещенным.

     На  Донецком металлургическом заводе для очистки газов, отводимых от 100-т электропечи, используется мокрая газоочистка с труба Вентури, а неорганизованные выбросы очищаются в трехпольных сухих электрофильтрах типа УГ (рис. ХХII.2). Газ, отводимый от печи пропускают через прямоугольную трубу Вентури 12 с регулируемым сечением горловины, где пыль коагулирует. Укрупненная пыль очищается в инерционном пыле- и брызгоуловителе 13, а затем в центробежном скруббере 14. Очищенный газ с помощью дымососа 15 выбрасывается дымовую трубу. Таким образом удаляются неорганизованные выбросы после очистки в сухом пластинчатом электрофильтре 11.

     На  Кузнецком металлургическом комбинате применяют совмещенную схему очистки технологических и неорганизованных выбросов в сух пластинчатом электрофильтре (рис. ХХII.3). На Узбекском металлургическом заводе по совмещенной схеме газ очищают в рукавном фильтре 16 (рис. ХХII.4). В период заправки, загрузки печи и слива металла ковш, когда электропечь отключена, производят очистку только неорганизованных выбросов, удаляемых через зонт. Эксплуатационные параметры этих газоочисток приведены в табл. XXII.1. Мокрые скорости пылеуловители с трубами Вентури и электрофильтры работают удовлетворительно. В фильтрах типа СМЦ-101-Ш, установленных на Узбекском металлургическом заводе, рукава сделаны из лавсановой ткани. Как показала практика, они непрочны и быстро выходят из строя. Кроме тог вызывает большие затруднения борьба с подсосом воздуха через неплотности в конструкции фильтра. В зарубежной практике для рукавных фильтров используют ткани из синтетических полиэфирных, полиамидных, полиакрилнитрильных и других материалов.

     В связи со значительным разбавлением газов, достигающих крыши входное отверстие вытяжного зонта стремятся устанавливать как можно ближе к печи. Однако возможность уменьшения расстояния между зонтом и печью ограничена необходимостью пространства для хода крана, снятия свода, наклона печи и т.д. Удельные объемы отсасываемых газов, а также размеры и формы зонтов зависят от емкости и числа печей, геометрических размеров пролетов. Необходимо, чтобы в рабочем сечении зонтов скорость всасывания газа была больше, чем скорости подъема запыленности газов. Обычно она должна составлять 0,5—1 м/с. Форму зонта выбирают с учетом профиля крыши и расчетом, чтобы восходящий поток не отрикался от его внутренней поверхности. Фланец треугольного сечения, расположенный по периметру кромки зонта, создает наиболее благоприятные аэродинамические условия для эффективного захвата газов Яронтом; кроме того, на нем не образуется отложений пыли. Угол раскрытия зонта желателен 60°.

     Для повышения эффективности улавливания  газов зонтами в электросталеплавильных цехах стремятся свести к минимуму воздействие поперечных потоков воздуха, что в отдельных случаях достигается установкой между печным и разливочным пролетами экранов, опускающихся ниже уровня хода крана, а также уменьшением проемов для рельсового транспорта в боковых стенах здания. При строительстве новых цехов предусматривают систему приточной вентиляции, обеспечивающую равномерный по периметру здания подвод воздуха, а профиль крыши выполняют в соответствии с формой вытяжных зонтов. В зарубежной практике иногда электропечи заключают в вентилируемые кожухи.

     Пропускную  способность системы зонтов под  крышей рассчитывают с учетом емкости  печи и исходя из условия отвода газов в количестве примерно 7-12 тыс.м³/ч на 1 т стали в слитках. 

1.4. Выбор схем систем очистки газов литейного производства.

     1.4.1. Схема № 1.

     Схема системы очистки газов с использованием пластинчатого  электрофильтра:

     1-дуговая сталеплавильная печь; 2 –пластинчатый электрофильтр; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

     1.4.2. Схема № 2.

     Схема системы очистки газов с использованием скруббера Вентури:

     1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –скруббер Вентури; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

     1.4.3. Схема № 3.

     Схема системы очистки газов с использованием рукавного фильтра:

     1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –рукавный фильтр; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба. 

     1.4.4. Обоснование выбора схем.

     Для очистки ваграночных газов более эффективны скоростные пылеуловители с трубами Вентури, электрофильтры и тканевые фильтры. Они обеспечивают необходимую степень очистки. При их использовании газы предварительно охлаждают за счет подсоса в газовый тракт атмосферного воздуха, орошения их мелко распыленной водой в газоходе или в полом скруббере.

1.5. Описание аппаратов для очистки газов.

     1.5.1. Тканевые фильтры.

      Тканевый  фильтр (рис. 4) 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. В секциях прямыми рядами или в шахматном порядке размещаются рукава; отношение длины рукава к диаметру — от 15 до 40.

      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 и поступает внутрь рукавов. 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 внутренней 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.

      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 внутренней 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.

      Рис. 4 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

     1.5.2. Скоростные (турбулентные) пылеуловители

    Скоростные  пылеуловители (СПУ) начали широко применять в цветной металлургии с 1950 г. Этому способствовало несложное малогабаритное их оборудование и простота обслуживания.

    Принцип действия СПУ заключается в следующем. Вода, вводимая в поток запыленных газов, движущихся с высокой скоростью (обычно 70—100 и более м/с), дробится на мелкие капли. Необходимая для дробления жидкости энергия заимствуется в основном у газового потока. Высокая степень турбулентности газового потока способствует дроблению жидкости и столкновениям частиц с каплями жидкости. Относительно крупные капли жидкости вместе с частицами пыли легко улавливаются затем в простейших пылеуловителях (например, в мокрых циклонах).

    Для разгона газового потока в газопровод встраивают конфузор, переходящий в небольшой участок цилиндрической формы (горловину), где газы движутся с наибольшей скоростью. Затем газы расширяются в диффузоре и их скорость снижается. Конфузор, горловина и диффузор образуют скоростной (турбулентный) распылитель. Вид распылителя круглого сечения (применяют также распылители прямоугольного сечения); скоростной распылитель и циклон составляют СПУ, а на рис. 5 показана установка пылеуловителя с трубой Вентури.