Экология металлургического производства

 

если n устройств, то η=1-(1- η₁)· (1- η₂) …(1- η_n)

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 пылеулавливания  на сухие и мокрые (сухие и мокрые пылеулавливатели).

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 соединенных  аппаратов, то общая степень очистки                          

 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-поступательном движении газового потока: центробежная сила отбрасывает частицы пыли к  стенкам циклона, и они попадают в бункер, а чистый воздух удаляется  через выходной патрубок, либо направляется на следующую ступень очистки, например в рукавный фильтр. Долгое время  отсутствовала единая теория расчета  параметров циклонов, что привело  к созданию нескольких типов, пока не остановились всего на двух типах  – цилиндрических и конических, которые могут использовать как  “правое”, так и “левое” вращение газовых потоков (по часовой стрелке и против часовой стрелки соответственно).

С целью снижения габаритов  и гидравлического сопротивления  были разработаны прямоточные циклоны. Несколько соединенных параллельно  обычных и прямоточных циклонов могут быть соединены в единый пылеулавливающий аппарат – батарейный циклон.

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 отраслях промышленности: в черной и цветной  металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике и др.

При небольших капитальных  затратах и эксплуатационных расходах, циклон в зависимости от характеристик  улавливаемой пыли, типа и режима работы циклона обеспечивают эффективность  очистки газов и пылеулавливания 80-95%.

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-40.

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.

1. Входной патрубок
2. Распределительная камера
3. Циклонные элементы
4. Выхлопные трубы
5. Направляющие аппараты
6. Пылеотводящие отверстия
7. Сборный бункер
8. Камера очищенного газа
9. Опорные решетки
10. 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 материала  путем обратной продувки очищенным  газом или напорным воздухом. Обратная продувка, как правило, применяется  в сочетании с другими способами: механическим встряхиванием, перекручиванием, вибрацией, покачиванием рукавов и  др. Такие фильтры(фильтры ФРО) довольно эффективны, удобны в эксплуатации и обслуживании. Однако производительность их несколько снижена за счет подсоса воздуха в период регенерации фильтровального материала. Обратная продувка обычно сопровождается плавной деформацией фильтровального материала, которая не действует так отрицательно на волокна как, например, механическое встряхивание.

 

 

 

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 материала.

 

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 применения  циклонов разных типов на предприятии.

 

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 одноступенчатая  схема очистки воздуха.

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.