Машиностроение и механика

Article Index
Проектирование и эксплуатация газо- и водоочистки: продолжение
ОЧИСТКА КОНВЕРТОРНЫХ ГАЗОВ
Трубы-распылители с высоким сопротивлением движе­ния
Трубы-распылители с небольшим сопротивлением дви­жению
Сухая очистка
Тканевые фильтры
Оборотные циклы газоочистки
Очистка сточных вод конверторного производства
Очистка сточных вод прокатного производства
Борьба с пылью в прокатном производстве
Обеспыливание выбросов машин огневой зачистки
Очистка сточных вод прокатных станов отстаиванием
Очистка сточных вод прокатного и трубопрокатного производства
Прокатные и трубопрокатные цехи
Первичные отстойники
Вторичные отстойники
Применение гидроциклонов для очистки сточных вод от прокатных и трубопрокатных станов
Охлаждение оборотной воды
Методы очистки сточных вод на промышленных предприятиях
Регенерация отработанных СОЖ
Технология очистки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей
Утилизация осадков сточных вод и активного ила
Обработка и очистка травильных сточных вод
Купоросная установка
All Pages

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. 5. 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. 5 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. 6.

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. 6 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) [60]

Рис. 7. 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.