Расчет аппаратаов

             СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)

ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНОГО  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

«МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»

                                                           факультет ММТ

                                                                кафедра ММ 

Курсовая  работа

По дисциплине:

Математическое  моделирование и оптимизация процессов очистка газов от пыли в агломерационном производстве

Вариант-1.15 
 

                                                                       Выполнила : студентка группы изс-07-1д

Мхоян Лианна

Проверил: Бондарев Н.И. 
 
 
 

Старый Оскол

2010 год

Содержание  

Исходные данные……………………………………………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………………………………………….5

1 Техника агломерационного производства…………………………………………………….6

2 Технологический расчет аппаратов………………………………………………………………12

2.1 Выбор аппаратов……………………………………………………………………………………….12

2.2 Технологический расчет скруббера Вентури…………………………………………….13

2.3 Графики зависимости скруббера Вентури…………………………………………………26

2.4 Выводы по графикам зависимости скруббера Вентури……………………………27

2.5 Технологический расчет пластинчатого электрофильтра и определение электрических параметров его работы…………………………………………………………40

2.6 Графики зависимости  пластинчатого электрофильтра……………………………41

2.7 Выводы по графикам  зависимости пластинчатого электрофильтра………43

3   Расчёт технико-экономических показателей газоочистных сооружений..50

3.1 Расчёт технико-экономических показателей скруббера Вентури…………..56

3.2 Расчёт технико-экономических показателей пластинчатого…………………..62 электрофильтра

4.Сводная характеристика капитальных вложений аппаратов СВ и ЭГВ……….63

Заключение………………………………………………………………………………………………………65

Список литературы 
 

    Исходные  данные.

     Вариант № 1.15: Пыль, выделяющаяся при помоле известняка в шахтной мельнице на аглофабрике металлургического завода. Проба отобрана из бункера батарейного циклона (h=90%). 

    Морфология  частиц пыли. Крупные частицы зернистой формы, мелкие пластинчатой и волокнистой; грани частиц острые. В проходящем свете частицы бесцветные или светло—серые, встречаются желтовато—бурые частицы размером 10—30 мкм (d₅₀=25 мкм; s=2,0; S_уд=2350 см²/г). 

    Дисперсный  состав (ротационная сепарация в лабораторных условиях): 

 

    Механические  свойства пыли: g_м=2706 кг/м³; g_н.у=924 кг/м³;

g_у=1208 кг/м³; a_ст=67 °; a_д=50 °; P=178 Па; K_а=0,66^.10^—11 м²/кг. 

    УЭС слоя пыли при различных  температурах: 

 

    Химический  состав пыли (рН водной вытяжки 7,2): 

 
 

Продолжение 

 

    Равновесная влажность пыли j_п при различной относительной влажности воздуха j_в (смачиваемость 87,5 %): 

 

    Характеристика  газа—носителя: t=60 °С; z=100 г/м³; содержание в газе, % (объёмн.): 0,2 CO₂; 19¸20 O₂; 5¸6 H₂O; остальное N₂. 

 

Введение

Индустриально развитые страны достигли в настоящее время  значительных успехов в области  защиты окружающей среды от техногенных  загрязнений. В Российской Федерации, как и странах СНГ, данный процесс  не получил должного развития. На слуху  очень много шума о необходимости  этой самой защиты, о том, что должны разрабатываться и внедряться природосберегающие технологии и т.д. Но основные технологические  операции остались прежними. Незначительные, иногда чисто косметические, нововведения в технологию производства не могут повлиять на уровень решения экологических проблем. Защита атмосферы – социальная и экономическая проблема, неразрывно связанная с задачей создания комфортных условий для жизни и работы человека. Большинство технологических процессов в металлургии ,энергетике ,промышленности строительных материалов , машиностроении ,химии ,и нефтехимии ,агропроме и другие сопровождается пылегазовыми выбросами . Попадая в атмосферный воздух , пыль и вредные газы изменяют его состав ,уменьшая количество кислорода , необходимого для жизнедеятельности всего живого . Запыленный воздух снижает устойчивость организма человека к инфекционным заболеваниям , уменьшает его работоспособность.  Поэтому очистка и обезвреживание промышленных выбросов имеют санитарное и экономическое значение .Защита атмосферы от промышленных выбросов – комплексная проблема , предусматривающая разработку организационных  и технических мероприятий по внедрению эффективных методов улавливания и обезвреживания  выбросов от пыли. Поговорить на эту тему желающих достаточно, особенно среди чиновников, а нести расходы, желающих нет совсем. Всё дело в том, что затраты на защиту окружающей среды – это непроизводительные затраты. И ничего кроме увеличения себестоимости продукции или снижения прибыли не приносят.  Поэтому экология в России находиться в некотором эмбриональном состоянии. Таким образом, существуют предпосылки к тому, что и России в ближайшее время решение экологических проблем станет важным делом в функционировании предприятий. Главной целью развития металлургического комплекса России на период до 2015 года является создание условий для развития экономики России на основе инновационного обновления отрасли, обеспечивающего повышение ее экономической эффективности, экологической безопасности . 

1Техника агломерационного производства

Изобретение агломерационного процесса связывают с именами  Геберлейна и Гунтингтона ,не менее важной датой в истории агломерации является и 1911 г. - дата пуска первой ленточной агломерационной машины Дуайт-Ллойда в Бердаборо (США). В дальнейшем процесс агломерации железных руд получил значительное распространение, и к 1963 г. мировое производство агломерата достигло 190 млн. т в год .Цель агломерации состоит в окусковании пылеватых руд, колошниковой пыли и отчасти концентратов обогащения руд. 

Рисунок №1

 

При загрузке этих видов  сырья в доменную печь без предварительного окускования значительная часть  пылеватых материалов выносится  из печи газами. В ходе агломерации из шихты могут быть удалены многие вредные примеси, в том числе и сера. Эта сторона процесса может в отдельных случаях считаться наиболее важной, так как переработка сернистой руды в доменной печи связана с ухудшением технико-экономических показателей плавки. Оказывается выгодным дробить кусковатую сернистую руду и вновь подвергать ее окускованию путем агломерации, удаляя при этом из руды большую часть серы. Наибольшее количество выбросов приходится на долю агломерационной фабрики и ТЭЦ (при работе на доменном газе и твердом топливе ). Значительные количества трудноулавливаемой  мелкодисперсной пыли  выделяют конвертерные и мартеновские цехи (при продувке ванны кислородом ) . При сжигании сернистого топлива большие количества сернистого газа выделяют энергетические установки . Валовые показатели суточных выбросов (до очистки) на 1 млн. т. стали составляют : 350 т. пыли, 200  т. SO2 и 400 т. СО.  Удельный выход доменного газа~420 м3/т кокса . 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 другие.

Рисунок №2 

Кроме  того , пылегазовыделения поступает в окружающую среду из внешних источников , к которым относятся погрузочно-разгрузочные устройства исходных материалов . Удельный выход газов от агломерационной машины зависит от газопроницаемости шихты , содержания  в ней топлива и может составлять 2500-4800 м3 на 1т. агломерата , или 3000-4000 м3/ч на 1м2 активной площади англоленты. В настоящее время серийно изготовляются агломашины с площадью спекания , м2 : 50 (К-75); 62,5 (К-62,5 реконструктивная) 75 (К-75). Средняя температура агломерационных газов в коллекторе зон спекания 150 0С , в коллекторе зон охлаждения 250-300 0С.  Выбросы пыли с агломерационными газами зависят от количества мелких фракций в шихте , ее влажности и степени подготовки могут колебаться в пределах 5-20 кг/т агломерата . Запыленность газов обычно составляют 2-6 г/м3. Содержание  газообразных компонентов зависит от состава руды и может колебаться  в широких пределах : 4-10% СО2; 12-17% О2; 0,3-3 % СО. Химический  состав агломерационной пыли колеблется в зависимости от состава руды . Обычно пыль содержит 40-50% железа и его оксидов , 9-15 % оксида кремния, 7-12% оксида кальция, 5-6% углерода, 2-8% глинозема, 0,5-1,5% оксида магния.  Плотность пыли 3,8-4,0 г/см3. На некоторых старых фабриках агломашины работают без охлаждения агломерата. Новые агломашины снабжены охладителями преимущественно линейного типа, на некоторых спекшийся агломерат охлаждается путем просасывания через него воздуха. Для зон спекания dm=50мкм и δч=5,9, а для зон охлаждения dm=65 мкм и δч=3,6. Для обжига известняка на аглофабриках устанавливают обжиговые машины типа ПОР, ОПР и другие. Выброс газов от одной машины составляют 30-35тыс.м3/ч при запыленности 2,7-5,0 г/м3. Отсасываемые от охладителей агломерата и обжиговых машин газы в большинстве случаев обеспечивается в батарейные циклонах или пылеуловителях мокрого типа. Процесс спекания агломерата на ленте агломерационной машины сопровождается  значительными выделениями газа. Из всех расположенных по длине агломерационной машины вакуум-камер , в которых для преодоления сопротивления спекающийся в агломерат шихты поддердивается разрежение 10-11 кПа, газы собираются в общий коллектор , размещенный сбоку от  агломашины параллельно ее оси. На ответвлениях от вакуум-камер к коллектору стоят s-образные инерционные устройства или специальные ловушки К-9, в которых за счет сил инерции , возникающих при поворотах, происходит отделение только самой крупной пыли . Собираясь    коллекторе, запыленные газы с небольшой скоростью (до 10 м/с) движутся к головной части машины. При этом крупные частицы пыли под действием собственного веса выпадают из потока и собираются в расположенных  под коллектором пылевых бункерах, откуда удаляются обычно с помощью гидросмыва.  Эффективность работы коллектора обычно не превышает 50-60% ,учитывая  что выбросы с высокой концентрацией пыли поступают в коллектор лишь из первых и последних камер , целесообразнее применять схемы сброса и отвода агломерационного газов.

Рисунок №3 

Обеспыливание газов агломерационных машин на отечественных аглофабриках осуществляют в батарейных и одиночных циклонах, мокрых пылеуловителях и электофильтрах. Первоначально типовым проектным решением являлась установка батарейных циклонов , количество элементов в которых достигало на крупных машинах 1000-2000 шт.,. Однако  практика эксплуатации выявила крупные недостатки этого вида газоочисток , основными из которых являются : неравномерное распределение газа при большом количестве циклонных элементов , приводящее к перераспределению потоков газа между элементами; интенсивный и неравномерный износ и забивание пылью направляющих аппаратов циклонных элементов; разрушение агломерационной пыли, представляющей собой агрегаты из разнородных частиц, в центробежном поле циклона, что существенно снижает степень очистки газа. На некоторых аглофабрриках вместо 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 вследствии 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 недопустима в газе, во-первых  ,по санитарным соображениям вследствие большого выброса пыли в воздушный бассейн и, во-вторых , из-за резкого сокращения срока службы эксгаустера(до 3-4мес.) вследствие эрозионного износа. Стоимость замены ротора одного эксгаустера типа 6500 составляют  около 20000руб. Простой англомашины при замене эксгаустера около 5ч..  Некоторым шагом вперед явилось применение для очистки газов агломашины мокрых пылеуловителей как в качестве второй ступени очистки, так и в качестве самостоятельных аппаратов. На одной из аглофабрик после батарейных циклонов установлены центробежные скрубберы типа МП-ВТИ ,что позволило снизить запыленность очищенного газа  до 150-200 мг/м3 и тем самым увеличить срок службы эксгаустеров. Однако к оставшимся недостатакам батарейных циклонов добавились недостатки мокрых аппаратов , вследствие  чего эксплуатация осложнилась, а надежность снизилась, поэтому как типовую такую схему рекомендовать нельзя. 
 
 
 
 
 

2 Технологический  расчет аппаратов

                                      2.1 Выбор аппаратов

На  аглофабриках в качестве единственного мокрого аппарата  применяют низконапорные скрубберы Вентури.  Вследствие того что они включаются в газоотводящий тракт агломашины, возможный для использования перепада давлений ограничен 0,2-0,3 кПа, что соответствует скоростям газа в горловине труб Вентури 60-75 м/с. При таких условиях высокой степени очистки получить нельзя и остаточная запыленность газа обычно составляет 120-160 мг/м3. Попытки использовать другие аппараты мокрого типа успеха не умели. В последнее время на  аглофабриках начинают применять сухие пластинчатые электрофильтры . Эти аппараты лишены недостатков , свойственных батарейным циклонам и мокрым пылеуловителям  , и имеют высокую эффективность . При установке электрофильтров вполне реальна очистка газа до содержания пыли 100-120 мг/м3 и даже  менее. В случае высокой начальной запыленности газа перед электрофильтрами устанавливают группу циклонов. Следует иметь в виду, что вследствие больших расходов газов электрофильтры должны быть  высокую производительность , а из-за больших разрежений , создаваемых эксгаустерами , усиленную конструкцию и газоплотность корпуса. Установка электрофильтров значительно снижает выбросы в воздушный бассейн и повышает срок службы эксгаустеров  до 2-3 лет и более.