Расчет эффективности электрофильтра

Содержание 

Введение  …………………………………………………………………………..2

1. Характеристика  предприятия ОАО «Кукморский  завод Металлопосуды»…………………………………………………….………….4

2. Проблематика  образования и утилизации отходов  ОАО «Кукморский завод Металлопосуды»……………………………………………………………….. 6

3.  Образование  замасленных окалин………………………………………….7

4. Обзор  существующих методов утилизации  замасленных окалин……….9

5. Технология  утилизации замасленных окалин  на ОАО «Кукморский завод Металлопосуды»………………………………………………………………..11

6. Расчет  эффективности электрофильтра……………………………………18

             6.1. Расчет электрических параметров………………………………18

            6.2. Расчет степени очистки газов…………………………………….21

7. Охрана  труда…………………………………………………………………22

Заключение…………………………………………………………………..…...28

Библиография…………………….…………………………………………….30

Приложения 
 
 
 
 

     Введение 

     Наука и техника начала третьего тысячелетия  развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением  и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Российская Федерация обладает одним из мощнейших во всем мире промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. Несмотря на это, промышленность России, так или иначе, развивается всё более стабильно и целенаправленно. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествию несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор.

     Проблема  утилизации отходов металлургических предприятий и предприятий по изготовлению металлической продукции носит глобальный характер, что и обусловило ее важность.

     Практически любое промышленное изделие "начинается" с сырья, добываемого из недр планеты  или вырастающего на ее поверхности. На пути к промышленным предприятиям сырье что-то теряет, часть его превращается в отходы.

     Подсчитано, что на современном уровне развития технологии 9% исходного сырья в  конечном итоге уходит в отходы. Поэтому и громоздятся горы пустой породы, небо застилают дымы сотен  тысяч труб, вода отравляется промышленными стоками, вырубаются миллионы деревьев.

     Сколько производится в стране черных и цветных  металлов, добывается угля и неметаллических  полезных ископаемых, достаточно хорошо известно. А вот сколько та или  иная отрасль производит при этом отходов - известно чаще всего только специалистам. Вот несколько цифр. При добыче угля ежегодно на поверхность земли из недр поднимают около 1 млрд. м³ пустой породы. Строят из нее бесполезные пирамиды - терриконы. При этом впустую растрачиваются не только тысячи гектаров зачастую плодородных земель. Загрязняется атмосфера, терриконы "горят", ветер поднимает с их бесплодных склонов тучи пыли. 
 

     1. Характеристика

       ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» 

     Основным  направлением деятельности ОАО «Кукморский  завод Металлопосуды» является изготовление металлической посуды и изделий из металла по заказам потребителей. Среднегодовые объемы выпускаемой продукции – 3000 – 3120  тыс. шт. Основная часть производимой продукции - это алюминиевая посуда, качество которой соответствует требованиям ГОСТ Р 51162-98 «Посуда алюминиевая литая. Общие технические условия». Имеются санитарно-эпидемиологические заключения, которые подтверждают соответствие организации технологических процессов на ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» СП 2.2.2.1327-03 «Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту».

     ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» представлено 1 промышленной площадкой, расположенной по адресу: 422110, РТ, п. Кукмор, ул. Ленина.154, Ближайшие жилые строения расположены на расстоянии 75 метров.

     ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» граничит: с северной стороны на расстоянии 75 метров жилые строения, с восточной стороны расположена  нефтебаза (у предприятий общий  забор), с западной стороны - предприятие ОАО «Агроснаб» и пустырь, с южной стороны - жилые строения на расстоянии 650 метров.

     ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» занимает земельный участок общей  площадью 51885 м². Из них 4000 м² - площадь асфальтовых покрытий, 7217 м² - площадь кровли, 38668 м² - площадь газонов, 2000 м² - грунтовых поверхностей.

     На  территории базы расположены:

• административно-бытовой комплекс (столовая, лаборатория, материальный склад);
• литейный цех (при нем же находится сырьевой склад, участок покраски ковшей);
• механический цех (при нем находится токарный участок, участок заклепки хлебных форм, участок деревообработки, участок закалки металла, участок упаковки, механическая мастерская, сварочный пост);
• жестяной цех;
• цех антипригарной посуды (литейный цех 2);
• склад временного хранения (склад готовой продукции);
• проходная;
• котельная;
• гараж;
• открытая и гостевая стоянки автотранспорта.

     Списочная численность работников в 2009 г. составила 600 человек, в том числе административно-управленческого  персонала - 6 человек, производственного персонала -594 человека. Рабочих дней в году - 248 дней в год.

     В настоящее время у ОАО «Кукморский  завод Металлопосуды» имеется действующий  проект НООЛР № Л 07.393.05. от 28.12.07. Необходимость  проведения корректировки проект НООЛР  возникла в связи с изменениями количества образующихся отходов. 

     2. Проблематика образования  и утилизации отходов  ОАО «Кукморский  завод Металлопосуды» 

             В производстве металлических  изделий образуются большие количества замасленной окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители. Примером служит Кукморский завод Металлопосуды,  на котором образуется около 25 тыс.т в год таких отходов. Шламонакопители крупнейших заводов содержат сотни тысяч тонн замасленной окалины.

            Шламы неоднородны по составу и могут содержать от 10 до 95 % окалины, от 10 до 50 % масел и от 3 до 80 % воды. Отходы относятся к IV категории экологической опасности, загрязняют почву, грунтовые воды и атмосферу нефтепродуктами, а также веществами, образующимися в результате солнечного облучения, окисления и т.п. Окалина содержит до 70% железа, что делает ее использование выгодным.

     Утилизация  замасленной окалины вызывает большие  трудности, особенно мелкой (крупность  частиц до 100 мкм) из вторичных отстойников, содержащей до 20-30 % масел. Основные пути ее переработки – химическое и термическое обезжиривание, однако, эти процессы являются дорогостоящими.

       Поэтому создание нового вида  продукции на основе замасленной  окалины и определение технической  и экономической целесообразности ее использования на разных стадиях металлургического передела является актуальной проблемой.

       На сегодняшний день проблема  утилизации замасленной окалины  стоит остро, а решается слабо  или не решается вообще. Поэтому  само направление является новым и перспективным.

     3. Образование замасленной  окалины 

     Окалина прокатная - чешуйчатые частицы различной  толщины, состоящие из окислов железа.Окалина  образуется на поверхности заготовок, слябов, слитков и других изделиях, подвергающихся нагреву. По химическому составу она близка к чистому магнетиту (65-72% Fe), а по гранулометрическому составу представлена в основном фракцией менее 0,2 мм.

          Однако в ней содержится значительное  количество влаги и смазочных  масел (автолы АК-15, АК-10, масло индустриальное 24, 30 и др.), что часто препятствует прямому возврату в производство, например, через фабрики окускования.

     Трудность использования замасленной окалины  в агломерационном производстве заключается в том, что масла  при спекании шихты возгоняются и захватываются отходящими газами.

     При очистке от пыли газы охлаждаются, а  пары масел конденсируются на внутренних поверхностях мультициклонов и бункеров, образуя очаги интенсивного прилипания мелких частиц пыли.

     Это приводит к снижению эффективности очистки газов от пыли, что резко снижает срок службы роторов эксгаустеров. Например, при залипании даже 15% отверстий срок службы ротора уменьшается с 1,5 лет до 20 дней.

     Как правило, в аглошихте используют всю крупную окалину (< 1 мм), которую  собирают в ямах первичной очистки сточных вод.

     Мелкую  окалину из вторичных отстойников  из-за повышенного содержания масел  предварительно обрабатывают или применяют  разные способы их утилизации.

     Одним из таких способов является её использование  для приготовления железофлюсов, которые затем утилизируются в агломерационном или в сталеплавильном производствах. 

     Окалину используют как сырьё для производства железного порошка в процессах  восстановления в кипящем слое, а  также в несмешивающихся слоях  шихты (процесс Хоганес).

     Выход окалины составляет в среднем 1,0 - 3,0% от массы готового проката.

     Разработка  рационального способа использования  железосодержащих отходов в металлургическом производстве диктует необходимость  исследования, в первую очередь, их химического и минералогического составов.

     Многообразие  источников образования отходов - различные  металлургические агрегаты - обусловливает  различие их по физико-химическим свойствам. 

     Рис.1 Отходы литейного цеха

       ОАО «Кукморский завод Металлопосуды»

     4. Обзор существующих  методов утилизации замасленных окалин 

            На металлургических предприятиях  и предприятиях по изготовлению  металлических изделий ежегодно  образуется около 9 млн.т железосодержащих  отходов (шламы, пыль, отсевы агломерата  и окатышей, окалина, варочный  шлак и др.). Общие безвозвратные потери металла составляют примерно 0,9 % в год, в т.ч. от коррозии – 0,5 %, истирания - 0,01 %, неполноты сбора отслужившего металла при его повторном переделе и использования – 0,3 %. В результате от первичного, т.е. выплавленного в каком-либо году из железной руды железа, сохраняется в материальной культуре страны: через 50 лет – 64 %, через 150 лет – 26 %, через 200 лет – 16%. Поэтому и теперь еще продолжает служить около четверти металла, впервые выплавленного еще в начале прошлого века.

       Считается, что отходы производства  – признак несовершенства технологии. Поэтому разработка малоотходных  технологий в черной металлургии  на всех стадиях ее переделов  становится главной целью технической  политики.     

     Существует  два пути утилизации окалины: возврат ее в металлургическое производство или использование ее в других производствах (например, в лакокрасочном).

     Замасленную окалину трудно подготовить к  утилизации из-за повышенного содержания в ней масел, а в прокатных  цехах металлургических предприятий образуются большие количества замасленной окалины, которая находит ограниченное применение и сбрасывается в шламонакопители.

        Проблема утилизации замасленной  окалины в настоящее время  решается в основном в одном  направлении — обезмасливание ее с получением чистой, обезжиренной, легко утилизируемой окалины. Однако и химическое и термическое обезмасливание - дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения. В настоящее время практически все образующиеся мелкодисперсные железосодержащие отходы утилизируют в составе аглошихты.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. Технология утилизации  замасленной окалины  на ОАО «Кукморский  завод Металлопосуды» 

     На  ОАО «Кукморский завод Металлопосуды» используется следующий способ использования  замасленной окалины в аглопроизводстве:

• способ утилизации, когда окалина вторичных отстойников предварительно смешивается с колошниковой пылью и ошлаковывается. Окалина слоем в 10 мм укладывается поверх слоя аглошихты перед зажигательным горном. Температура горения аглошихты 1250-1300^оС. При зажигании масла сгорают (масла сгорают при температуре 900^оС), а продукты горения удаляются вместе с отходящими газами. При этом не происходит понижения газопроницаемости аглошихты и практически все нефтепродукты выгорают в зажигательном горне.

     Использование окалины первичных и вторичных  отстойников при агломерации  приводит к повышению насыпной массы  аглошихты, повышает содержание железа в агломерате.

       Наиболее успешно используется  утилизация окалины путем брикетирования  в металлургическом производстве США, Великобритании, Германии, Польши, Южной Кореи, Японии, Франции. Проявляют интерес к этой проблеме Китай, Индия, Турция. В последние годы и в России брикетирование обрело особую актуальность.

       Фирмой "Искатель" (г.Алчевск Донецкой обл.) разработана технология изготовления брикетов для предприятий изготовляющий металлические изделия. Шихта для изготовления брикетов состояла из чугунной стружки, прокатной окалины, пыли газоочисток металлоплавильного производства с добавкой 1,5-2% связующих материалов, обеспечивающих сохранение прочностных свойств брикетов при нагреве до температуры 1200-1280^оС.

       Разработан рациональный способ  утилизации маслосодержащей окалины  путем ее вдувания в доменную  печь вместе с шреддинг-пылью.  Пыль шреддинг-установок по гранулометрическому составу представляет собой фракцию от долей до 3 миллиметров, т.е. соответствует параметрам опытно-промышленных исследований по вдуванию мелкодисперсных материалов в шахтные печи. Промышленные опыты проводились в 1996 году, в них принимали участие Институт технологии чугуна и стали Технического университета Горной академии Фрайберга, фирма «Eko Stahl GmbH» в Айзенхюттенштадте, фирма «Stein Injection Technology» в Гевельсберге и фирма «Carbofer Verfahrenstechnik» в Меербуше.

        Существуют другие способы утилизации  замасленной окалины, такие как:  вдувание в электродуговую печь; вдувание комбинированного жидкого  топлива из маслоотходов и  замасленной окалины в доменную  печь. Одним из интересных вариантов  переработки замасленной окалины является получение из нее красного железоокисного пигмента. 

     Рис.2 Готовые брикеты 

     В схеме предусматривается утилизация практически всех железосодержащих отходов прокатного производства, в  том числе и тех, которые предлагается улавливать. В литейных, механических и жестяных цехах Кукморского завода выделяются такие отходы как пыль прокатных станков, масло индустриальное отработанное, масло компрессорное отработанное, обтирочный материал загрязненный маслами, лом черных металлов несортированный.

     Технология  предусматривает стадии сгущения, механического  обезвоживания на ленточном фильтре  с намывным слоем фильтровального  материала одноразового использования, технического обезмасливания в барабанной печи, механической активации (смешивание с порошкообразными вяжущими), грануляции на тарельчатом окомкователе, а также цикличный процесс упрочнения окатышей-сырцов в пропарочной камере и разгрузку окатышей в бункера-накопители.

     Рис.3 Схема технологии утилизации замасленной  окалины

     1 – вторичный отстойник; 2 – сгуститель; 3 – ленточный вакуум-фильтр; 4 – печь КС; 5 – бункер обезмасленной окалины; 6 – смеситель; 7 – активатор; 8 – гранулятор; 9 – непрерывный шахтный агрегат для пропарки и сушки окатышей; 10 – бункер-накопитель; 11 – бункер доменного или измельченного ваграночного шлака; 12 – бункер измельченной негашеной извести; 13 – бункер окалины и фильтрующего материала; 14 – бункер измельченного ваграночного шлака; 15 – смесители; 16 – котел-утилизатор; 17 – электрофильтр; 18 – дымосос; 19 – насос; 20 – дымовая труба; 21 – виброувлажнитель конструкции ДонНТУ; 22 – бункер-накопитель. 23 - бункер-накопитель увлажненной пыли. 

     Принципиальная  технологическая схема утилизации (рис. 3) сводится к следующему. Осадок из вторичных отстойников (рис. 4) уплотняется в сгустителях (рис. 5) и фильтруется через слой фильтрующего материала на ленточном вакуум-фильтре (рис. 6). В качестве фильтрующего материала применена смесь из обезмасленной окалины и одного из компонентов вяжущего, т.е фильтрующим материалом служат отдельные составляющие шихты. Количество его составляет 25-30 % от массы фильтруемого осадка при доле шлака в смеси около 20 %. Фильтрат содержит не более 3-5 мг/л взвешенных веществ и масел, отвечает требованиям к технической воде. Обезвоженная смесь замасленной окалины и фильтровального материала подается на обжиг при 700 оС, например, в две печи кипящего слоя. Обожженный осадок, содержащий 80-85 % частиц класса меньше 53 мкм, смешиваются с 4 % извести и 4 % измельченного шлака и окомковывается. Известь также предварительно дробится (до фракции 13-0 мм) и измельчается. Исследованиями установлена равная пригодность доменного и ваграночного шлака, однако ваграночный шлак содержит значительно меньше серы, чем доменный (соответственно 0,20 и 0,80 %), имеет повышенную массовую долю железа металлического (до 5 %) и поэтому более предпочтителен. Упрочнение окатышей осуществляется в две стадии. На первой производится термовлажностная обработка при 70-100^оС (пропарка). Теплоносителем является пар низкого давления (при входе в зону пропарки давление может быть не более 0,3 МПа) в количестве 80-100 кг/т окатышей. Продолжительность пропарки составляет 10 часов, влажность окатышей 2-5%. На второй стадии твердения (сушка) температура поднимается до 200-300оС, а влажность среды снижается менее чем до 70 %. Продолжительность сушки равна 0,5-1 час. Источником пара служит котел-утилизатор, работающий на отходящих газах стадии обжига замасленного шлама. Другая часть обжиговых газов направляется для сушки пропаренных окатышей. Готовая продукция разгружается в бункер-накопитель.

     Рис. 2 Вторичный отстойник 
 

     Рис. 3 Сгуститель 

     Рис. 4 Ленточный вакуум-фильтр 

       Рассмотренная выше технология  ускоренного твердения безобжиговых  окатышей реализуется в шахтном  пропарочно-сушильном агрегате непрерывного действия. Он имеет верхнюю загрузочную горловину, нижнее загрузочное устройство и шахту, конструктивно разделенную на две зоны. В верхней из них выдерживается режим пропарки, а в нижней – сушки.

       Упрочненные окатыши по химическому составу не уступают обожженным металлургическим окатышам для доменного производства. Совокупность их механических (прочность на удар и истирание соответственно более 90 и 5-8 %) и термических (восстановимость 20 %, выход класса больше 10 мм и меньше 0,5 мм на уровне 90 и менее 2 %) характеристик также квалифицируют безобжиговый окускованный продукт как не уступающий по качеству лучшим обжиговым окатышам.

       Кроме того, циклом исследований  показаны и официально признаны  существенные преимущества безобжигового окускования, выразившегося в трех-, пятикратном снижении технологических топливных чисел (суммарных энергетических затрат). В соответствии с этим во столько же раз сокращается загрязнение окружающей среды выбросами пыли и газов.

     Использования этой схемы позволяет полностью утилизировать практически всю пыль, образующуюся в прокатном производстве, масло индустриальное отработанное, масло компрессорное отработанное, обтирочный материал загрязненный маслами, лом черных металлов несортированный, что приводит к увеличению выхода металла, к снижению платы за загрязнение окружающей среды.  
 
 
 

     6. Расчет эффективности  электрофильтра 

     Температура газов t=165 ºС

     Разряжение  в системе р_r=2 кН/м²

     Содержание  пыли в газах z=32 г/нм³

     Фракционный состав:

     Скорость  газов в электрофильтре Ѵ_r=0,8 м/с

     Радиус  коронирующего электрода R=1,25·10^-3

     Расстояние  между коронирующими электродами  в ряду d_к=0,24 м

     Активная  длина коронирующих электродов L_к=5 м

     Количество  осадительных электродов n=4

     Площадь осадительных электродов S=42 м²

     H=0,150 м

     L=4,8 м

     U_ср=46 кВ

     S=7,5 м²

     6.1 Расчет электрических  параметров

     Относительная плотность:

       Критическая напряженность, (В/м):

     Критическое напряжение короны:

     Линейная  плотность тока короны:

     При H/d = 0,15/0,24=0,625, величина  v =7,7·10^-2

                 K = 2,1·10^-4   (м²/(В·с))

     Т.о.   (мА/м)

     Напряженность электрического поля:

     Принимаем:

     Скорость  дрейфа частиц диаметром от 2 до 50 мкм:

     А для частиц диаметром от 0,1 до 2 мкм:

     А=0,815…1,63;  S_м – средняя длина свободного пробега молекулы

     Для газов  =10^-7

     Вязкость  газовая:

     Вязкость  газа определяется как сумма вязкостей: