Процессы и аппараты очистки газов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

________________________________________________________________________________________________________________________

 

Институт Экотехнологий  и Инжиниринга

 

Кафедра  Теплофизики  и Экологии Металлургического Производства

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 по курсу: «Процессы и аппараты очистки газов»

 

Очистка газов  в агломерационном производстве

 

 

 

                                                                    Выполнила: Попова Лилия

                                                     Группа:  ЭО-08-01    

                                                                          Проверил: доц. Тюшкова Н.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва   2011 г.

 

Содержание

 

 

Введение………………………………………………………………………..…..3

1. Агломерационное производство……………………………………………….4

2. Вредные выбросы агломерационного производства и загрязнение атмосфер…………………………………………………………………………….7

3. Очистка газов в агломерационном производстве………………

4. Грубая очистка……………………………………………………

5. Тонкая очистка…………………………………………………………………

Заключение……………………………...………………………………………….12

Список использованной литературы………………………………………...……1

 

Введение

 

Защита окружающей среды от вредных выбросов является одной из острейших проблем современности. Загрязнение атмосферы и мирового океана уже сейчас угрожает существованию растительной и животной жизни. Неизбежный рост промышленного производства и, следовательно, дальнейшее увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу могут повлечь за собой самые серьезные последствия, которые в настоящее время трудно предвидеть.

Черная и цветная металлургия  относится к самым загрязняющим природную среду отраслям. На долю металлургии приходится около 40% общероссийских валовых выбросов вредных веществ, из них по газообразным веществам — около 34%. по твердым — около 26%.

В среднем на 1 млн т годовой  производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сут, сернистого ангидрида—200, оксида углерода—400, оксидов азота—42 т/сут.

Концентрация вредных веществ  в атмосфере и водной среде  круп- , ных металлургических центров  значительно превышает нормы.

 

Таблица 1. Распределение основных выбросов по видам производств.

	Пыль	SO2	CO	NOх
Агломерационное	31,1	61	77,8	26,0
Коксохимическое	2,0	1	7,8	9,1
Доменное	17,3	0,3	3,5	3,0
Сталеплавильное	19,7	0,02	5,4	6,5
Прокатное	1,2	0,2	—	10,5
Ремонтное	1,0	0,02	4,9	1,5
Огнеупорное и известковое	18,4	0,4	0,4	5,4
Энергетическое	7,4	36,7	—	36,6
Прочие	1,9	0,36	0,2	1,4

 

Крупнейшим источником загрязнения  окружающей среды в черной металлургии  является агломерационное производство. Аглофабрики выбрасывают в атмосферу  около 50% всего количества оксида углерода (СО) и сернистого ангидрида (SO2), более 20% оксидов азота (NOх) и пыли.

В своей работе я рассмотрю агломерационное  производство, его воздействие на окружающую среду, а так же очистку газов в данном производстве.

 

1. Агломерационное производство.

 

Агломерация - в металлургии, термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания с целью придания формы и свойств (химического состава, структуры), необходимых для плавки.

 

Спекание происходит непосредственным слипанием отдельных нагретых частиц шихты при поверхностном их размягчении  либо в результате образования легкоплавких соединений, связывающих частицы  при остывании агломерируемого  продукта. Тепло, необходимое для спекания, получается от горения углеродистого топлива, прибавляемого к агломерируемому материалу, либо от окисления сульфидов, если агломерации подвергаются сернистые рудные концентраты.

На практике агломерация чаще всего  осуществляется на колосниковых решётках, с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь лежащую на решётке шихту. При этом происходит последовательное горение топлива в лежащих один под другим её слоях. Шихта должна быть максимально однородной. Для равномерного окисления горючего в процессе спекания и получения прочного и пористого агломерата соответствующего химического состава требуется, чтобы шихта обладала необходимой газопроницаемостью, что зависит в первую очередь от размера зёрен и степени начального увлажнения.

Основные исходные материалы агломерации: мелкая сырая руда (8—10 мм) и её концентрат, а также топливо (коксовая и антрацитовая мелочь до 3 мм), флюс (известняк и доломит до 3 мм), в отдельных случаях — мелкие отходы (колошниковая пыль, окалина и др.).

Конечный продукт — агломерат (Агломерат в металлургии, спекшаяся в куски мелкая (часто пылевидная) руда размерами 5—100 мм с незначительным содержанием мелочи). Более 95 % агломерата используется в чёрной металлургии; в цветной металлургии агломерат применяется в алюминиевом, никелевом и свинцовом производствах. Промышленное производство агломерата освоено в начале 20 в. (США).

Агломерация включает: подготовку шихты (дозировка отдельных компонентов, смешивание, увлажнение и окомкование), спекание подготовленной шихты на агломерационных машинах, обработку горячего спека (дробление, рассев с удалением кусков до 5-10 мм, охлаждение до 100 °С, сортировка). Процесс спекания тесно связан с работой узлов и агрегатов, обеспечивающих подготовку сырых материалов для А. Поэтому первостепенное значение имеет стабилизация основных входных параметров процесса (усреднение и дозировка материалов, химический состав, влажность и т.д.), которые открывают пути к комплексной автоматизации агломерационного процесса.

 Рис. 1. Технологическая схема агломерационной фабрики:

1 — конвейер для  подачи шихтовых материалов со  склада или из приёмных бункеров; 2 — бункера шихтового отделения; 3 — конвейер; 4 — весы; 5 — смесительный барабан; 6 — бункера шихты спекательного отделения; 7 — бункера топлива; 8 — смеситель-окомкователь; 9 — бункер постели; 10 — распределитель-укладчик шихты; 11 — агломерационная машина; 12 — эксгаустер; 13 — горн; 14 — камера горячего воздуха; 15 — дробилка; 16 — грохот; 17 — охладитель; 18 — приёмные бункера возврата; 19 — дымососы; 20 — мультициклоны; 21 — дымовая труба; Г — газ; ГВ — горячий воздух; П — материал для защиты колосников от действия высокой температуры (постель); В — возврат.

 

На современных агломерационных фабриках приём сырья, дозировка и подготовка шихты, укладка её на агломерационные машины, а также обработка готового агломерата полностью механизированы и в значительной степени автоматизированы.        

 Руда, концентрат, колошниковая  пыль, а также другие добавки, не требующие дробления, подаются в шихтовое отделение из приёмных бункеров или со склада конвейерами. Коксовая мелочь и известняки поступают в отделение измельчения, а затем в шихтовое отделение. Сюда же направляется возврат (мелочь, отсеянная от готового агломерата). Шихтовое отделение оборудовано бункерами, ёмкость которых обеспечивает работу агломерационных машин а течение 8-10 час. Из шихтовых бункеров заданные количества каждого из компонентов шихты дозировочными питателями выдаются на сборный конвейер, который передаёт шихту в барабаны первичного смешивания и затем в бункера шихты агломерационных машин, расположенные в спекательном отделении. Перед загрузкой на агломерационную машину шихта подвергается вторичному смешиванию, увлажнению и частичному окатыванию в окомковательных барабанах.        

 При разгрузке с машины  агломерат дробится и сортируется  с удалением из него мелочи (возврата), вновь используемой в  шихте. Затем агломерат охлаждается  и сортируется. Отходящие газы через газовый тракт и газоочистительное устройство отсасываются эксгаутером и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

 

 

Корпус агломерации  и отделение охлаждения и сортировки для ленточной агломерационной  машины с площадью спекания 252 м²:   1 — окомкователь шихты; 2 — питатели шихты; 3 — зажигательный горн; 4 — арломерационная машина АКМ-252/312; 5 — дробилка; 6 — грохот; 7 — барабан для охлаждения возврата; 8 — охладитель агломерата прямолинейный; 9 — батарейный циклон; 10 — скруббер; 11— эксгаустер.

 

Агломерационные машины являются наиболее производительным  оборудованием  для окусования (спекания) рудной шахты  в цветной и чёрной металлургии.

Ленточная агломерационная  машина представляет собой замкнутую  цепь движущихся спекательных тележек-паллет, перемещающихся по рельсам верхней горизонтальной рабочей ветви машины под действием звездочек 12 привода, а по рельсам нижней наклонной (2—3°) холостой ветви агломашины в перевернутом положении под действием горизонтальной составляющей собственного веса.

Рисунок 1. Схема, иллюстрирующая ход процесса спекания на агломерационной  машине ленточного типа

1 — спекательные тележки-паллеты; 2 — укладчик постели; 3 — челноковый  питатель ленты шихтой; 4 — газовый зажигательный горн; 5 — постель; 6 - зона сырой шихты; 7 — зона сушки и подогрева шихты; 8 — зона горения твердого топлива; 9 — зона готового агломерата; 10 — разгрузочный конец машины; 11 — вакуум-камеры; 12 — ведущая звездочка привода ленты; 13 — сборный газопровод

 

Тележка проходит под питателем, которым  на неё укладывается шихта слоем 250—400 мм, а затем под зажигательным горном, где твёрдое топливо, содержащееся в поверхностной зоне спекаемого слоя, зажигается.

 Эксгаустером через слой сверху вниз просасывается воздух (80—100 м³/мин на 1 м² площади спекания), и зона горения (толщиной 15—20 мм) перемещается вниз по слою со скоростью 20—40 мм/мин.

В зоне горения твёрдого топлива  при t 1200—1500 °С значительная часть шихты плавится. По мере перемещения зоны горения вниз полурасплавленная масса вышележащей части слоя застывает, образуя спекшийся пирог агломерата (спек).

Газы, отходящие из зоны горения, подсушивают  и нагревают нижележащие слои шихты, из которой удаляются гигроскопическая и гидратная вода, углекислый газ и прочие летучие, а также сера, мышьяк и другие вредные примеси.

 

2. Вредные выбросы  агломерационного производства  и загрязнение атмосферы.

 

Агломерационные фабрики загрязняют атмосферу главным образом пылью  и оксидом углерода, а при агломерации сернистых руд — сернистым ангидридом. Источником пылегазовых выделений является технологическое оборудование: агломерационные машины, охладители агломерата и возврата, обжиговые печи, а также многочисленные аспирационные системы от дробилок измельчения, грохотов, транспортеров, бункеров и т.п. кроме того, пылегазовыделения поступают в окружающую среду из внешних источников, к которым относятся погрузочно-разгрузочные устройства исходных материалов и др.

Пылеобразование в агломерационном производстве начинается с момента поступления сырых материалов на завод — при их выгрузке, перегрузках и транспортировке (до спекания шихты с образованием агломерата и возврата). Отсос газов на всем тракте движения материалов и очистка их осуществляются с помощью различных аспирационных систем. Общее количество вентиляционных выбросов значительно и на крупных аглофабриках может достигать 1—2 млн. м3/ч.

Основными источниками неорганизованных выбросов являются рудный двор, отделение  дробления топлива, руды и известняка, шихтовое отделение и спекательный корпус. В последние годы наметилась тенденция объединения ряда аспирационных и технологических выбросов и обеспыливания их в центральной газоочистке, включающей несколько крупных электрофильтров и дымососов, рассчитанных на пропуск газов в количестве 1—2 млн. м3/ч.К неорганизованным выбросам относятся пылегазовыделения при погрузке и разгрузке сырых материалов, а также выходы газов через фонари зданий. Пылеулавливающих устройств для этой группы выбросов обычно не предусматривается.

 

3. Очистка газов  в агломерационном производстве

 

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

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

Очистка состоит из двух ступеней:

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

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

 

4. Грубая очистка. 

Грубая очистка роизводится в батарейном циклоне.

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

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

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

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

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

                                                                                                                                 Рис. 4.7.   Элементы батарейных                              

                                                                                                                                 циклонов: 1 — корпус элемента;

                                                                                                                                2 — выхлопная труба; 3 — винт;

                                                                                                                                4 — розетка

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

 

5. Тонкая очистка

Тонкую очистку производят в  рукавном фильтре ФРО с обратной продувкой.

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

Фильтры имеют прямоугольный корпус и бункера пирамидальной формы.

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

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

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

 

Фильтровальные материалы.

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

К нетканым материалам относятся фильтровальные войлоки и фетры.

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

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

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

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

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

5)сохранение максимальной воздухопроницаемости  в запыленном состоянии;

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

7)умеренная стоимость.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Грубая очистка. Батарейный циклон.

 

Задача:

 

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

Исходные  данные:

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

плотность газа r₀ = 1,3 кг/м³,

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

барометрическое давление Р_бар = 101,3 кПа,

разрежение в циклоне р_г =  8 кПа,

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

плотность частиц пыли r_п = 3900 кг/м³.

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

 

Решение:

 

1. Плотность газа при рабочих  условиях:

;

=0,83 кг/м³.

2. Расход газа при рабочих  условиях:

V_г = ;

V_г = = 52,21 м³/с.

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

V₁= ,

V₁ = = 0,22 м³/с.

4. Необходимое число циклонных  элементов:

n = V_г/V₁;

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

 

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

Выбираем батарейный циклон типа ЦБР-250р-400

Скорость газа в циклонном  элементе при такой компоновке:

w_ц= V_г/ 0,785D²n,

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

 

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

 

6. Гидравлическое сопротивление  батарейного циклона:

Dp = /2;

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

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

 

Dр = 65·4,16²·0,83/2 = 467 Па.

 

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

d₅₀= ;

d₅₀ = 5 = 4,04 мкм,

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

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

 

8. Вспомогательная величина x равна:

x = ;

x  = = 1,557.

 

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