CC BY
35
В cmammi наведена принципово нова конструкция пиловловлювача, який пропону-еться для впровадження в процес видо-бування коксу з камер коксових батарей. Створена конструкщя пиловловлювача дозволяв тдвищити ефективтсть пилов-ловлення, знизити гiдравлiчний отр, що дав змогу знизити концентрацю пилу до норм ГДК, зменшивши при цьому його енерго - та металоемтсть
Ключовi слова: коксохiмiчне виробницт-во, чорна металургiя, батарея, циклон, пил,
ефективтсть, ГДК, гiдравлiчний отр □-□
В статье приведена принципиально новая конструкция пылеуловителя, которая предлагается для внедрения в процесс выдачи кокса из камер коксовых батарей. Созданная конструкция пылеуловителя позволяет повысить эффективность пылеулавливания, снизить гидравлическое сопротивление, которое дает возможность снизить концентрацию пыли к нормам ПДК, уменьшив при этом его энерго - и металлоемкость
Ключевые слова: коксохимическое производство, черная металлургия, батарея, циклон, пыль, эффективность, ПДК,
гидравлическое сопротивление
□-□
The on principle new construction of pyle-ulovitelya, which is offered for introduction in the process of delivery of coke from the chambers of coke batteries, is resulted in the article. The created construction of pyleulovitelya allows to promote efficiency of pyleulavlivaniya, reduce hydraulic resistance, which enables to reduce the concentration of dust to the norms of PDK, decreasing here him energy - and meta-lloemkost'
Keywords: koksokhimicheskoe production, ferrous metallurgy, battery, cyclone, dust, efficiency, PDK, hydraulic resistance
УДК 621.928.9
ПРИНЦИПОВО НОВЕ В МЕТОДАХ ОЧИСТКИ ПОВ1ТРЯ В1Д ПИЛУ В ПРОЦЕСАХ ВИДОБУВАННЯ КОКСУ З КАМЕР КОКСОВИХ БАТАРЕЙ
1.В. Проскурина
Асистент
Кафедра машин металурпйного комплексу i прикладной'
механки
Донбаавський державний техшчний уыверситет Контактний тел.: 8 (06442) 2-63-92 E-mail: [email protected]
1. Вступ
Якщо подивиться на мапу Украши, то ми побачи-мо, що майже вся територiя нашо1 держави мктить металургшш тдприемства, яю е основною галуззю виробництва в державь
Обсяги забруднень промислових шдприемств з кожним роком збшьшуеться. Так забруднення шдприемств чорно1 металургп складають 33%, енергетики - 30%, вупльно! промисловосп - 10%, хiмiчноi i на-фтохiмiчноi промисловост - 17%. Кожний рж Украша викидае в атмосферу 17 млн. тон шюдливих речовин i iх юльюсть кожний рж збшьшуеться на 12 млн. тон.
Очищуеться в Укра1ш лише 80% викидiв шкщливих речовин, що утворюються, а газоподiбних речовин ути-лiзуeться лише 20%.
Незважаючи на pi3^ зниження розвитку виробництва, еколопчну ситуащю в Укра1ш можна назвати критичною, що також посилюеться складним еконо-мiчним станом нашо1 держави.
Чорна металурпя й особливо ii галузь - коксо-хiмiчне виробництво е одним з найб^ьших джерел забруднення навколишнього середовища. У регiонах, де розташоване коксохiмiчне виробництво, постiйно зберiгаеться еколопчна напруженiсть, причому вона пiддана сезонним коливанням, рiзко погiршуючись у
лига мшящ року. Пояснюеться це тим, що в лiтнi мiсяцi витрати коксового газу на власш потреби коксохiмiч-ного виробництва значно скорочуються, i тому його вивiльненi ресурси просто спалюються на «свiчах» або викидаеться без доспалювання в атмосферу. Крiм того, санiтарно - гтешчш умови працi в цiй галузi досяг-ли найнижчого рiвня. Тому сьогодш конче необхiдно сконцентрувати увагу на виршенш екологiчних проблем в коксохiмiчному виробництвi.
2. Постанова проблеми
Через розматсть технологiчних процеив коксохь мiчне виробництво е одним iз найважчих для вирiшен-ня питань зниження негативного впливу на навколиш-не середовище. Кокс е основним паливом у процес одержання залiза з руди, зокрема, у найважливiшому етат цього процесу - виробництвi чавуну в доменних печах. Майже в« стадп технологiчних процесiв виробництва коксу супроводжуються утворенням пилу, який виноситься технолопчними й вентиляцiйними газами. Особливо небезпечним в цьому вщношенш е дрiбнодисперсний пил.
Кiлькiсть пилу, яка утворюеться, - так званий винос або перехвд металiв у пил - залежить вщ металургш-ного процесу, його iнтенсивностi, конструкцп агрегату, фiзико - хiмiчних характеристик компоненпв шихти (величини, мiцностi, складу легковозгшних металiв i сполук тощо) i багатьох iнших факторiв [1 - 3].
Як правило, возгони мктять частинки розмiром 10 -6м i менше, тому в циклонах i батарейних циклонах навiть найбшьш нових конструкцiй i найменших дiаметрiв не може бути забезпечене досить повне вловлення подiбного пилу (вловлюеться менше 50%), тому потiм необхщно остаточно вловлювати !х в пиловловлювачах, призначе-них для тонкого очищення газiв.
3. Аналiз останнiх дослщжень
У даний час на багатьох коксохiмiчних тдприем-ствах, експлуатуються громiздкi стацiонарнi астра-цiйнi системи централiзованого пилоочищення, якi працюють в безперервному режимь
Найбiльшу небезпеку з точки зору утворення пилу представляють гасильш вагони, яю призначенi для приймання розжареного коксу, який видаеться з печ^ транспортування його в гасильну башту i до коксово! рами. Працюе вш у напруженому режимi - кожш десять хвилин iз коксово! камери корзиною коксонаправно! у тушильний вагон завантажуеться 12,5 тон коксу з температурою 1000 - 1500оС. На две-резнiмальнiй машинi встановлюеться шрамщальна парасолька, у верхнiй частиш яко! е два вiкна квадратного перетину, через яю асшруеться забруднене повiтря, якi стикуються з патрубками колектора, розташованого уздовж коксово! батаре! i безпосеред-ньо шдключеного до скрубера, який обслуговуеться вентилятором з потужним (до 750 кВт) високоволь-тним двигуном. Вся система працюе в безперервно-му режим^ хоча вивантаження коксу тривае всього близько 60 с, а машинний час по операщях для одного повного циклу складае 6 хв.
В кнуючих установках забруднене повиря через вантажний та аеродинамiчний канали поступае за рахунок вихщного потоку у вщцентрово - шерцшш пиловловлювачь У пиловловлювачi iнерцiйного або вiдцентрового типу доменний газ очищаеться вiд великого пилу до кшцевого пиловмiсту 5 - 10 мг/м3. Конструкцiею коксово! батаре! очищення вщ пилу газiв свiч димососа й форкамери не передбачена. Од-нак значне забруднення атмосфери цими викидами (питомi викиди становлять вщповщно 5,7 - 11,5 i 17,6 - 28,8 г/г погашеного коксу) приводить до необхщно-стi розробки заходiв щодо !хнього скорочення. Крiм пилу, викиди свiч батарей мштять значну кiлькiсть оксиду вуглецю (до 5 i 18% вiдповiдно зi свiчi димосо-са й форкамери).
У зв'язку iз цим необхiдно розробити заходи не пльки для боротьби з пиловими викидами, але й з викидами оксиду вуглецю. Впровадження безпилово! видачi коксу на батареях е оптимальним ршенням актуально! проблеми охорони навколишнього середови-ща Система безпилово! видачi коксу дозволяе значно полшшити екологiчну обстановку на коксовiй батаре!, максимально знизити викиди пилу в атмосферу й створити сприятливi умови працi персоналу.
4. Постанова задач
Для забезпечення ефективного очищення запи-леного повиря в даний час застосовуеться двосту-тнчастий сухий спосiб очищення. Як перший сту-пiнь очищення встановлеш циклони, а другий ступiнь - тканинш рукавнi фiльтри як найб^ьш ефективнi пилоочиснi апарати в наш час для даних умов.
Метою роботи е створення такого пиловловлювача, в якому система доочистки повиря вщ дрiбнодисперс-ного пилу забезпечуеться виконанням певним чином в одному апаратi третього ступеня - мокро! очистки, що дозволяе вид^ити з уже очищеного потоку найдрiбнi-шi фракцп i транспортувати !х зверху вниз у напрямку до пиловипускного патрубка i за рахунок цього збшь-шити ефектившсть роботи апарату.
З цiею метою запропонована конструкщя мокро-
го пиловловлювача iз спецiальною формою жалюзi
(рис. 1,2), який працюе наступним чином. Пилоповь тряна сумш через тангенцшний вхiдний патрубок 2 вводиться в просир, утворений корпусом апарата 1 i жалюзiйним вiдокремлювачем 5, де за рахунок дi! вiдцентрових сил шсля його входу в апарат танген-цiйно через патрубок 2 розд^илося на два гвинто-подiбних потоки: перший - вздовж стшки корпуса 1, другий - навколо жалюзшного вiдокремлювача 5. У другому потощ частинки пилу не встигають за рухом повиря, яке круто повертае в шдлини мiж жалюзi
6 вiдокремлювача, через наявнiсть сил шерцп: якi дiють на них, попадають на жалюзi 6, вщбиваються вiд них доти, доки не ввдб'ються до стiнки корпуса апарата 1 i не пiдхопляться першим потоком, що рухаеться до пиловипускного патрубка 4. Крiм того, виконання частини корпуса кошчним запобте по-дальшому змiшуванню видiленого пилу, що рухаеться вздовж стшки корпуса, з потоком, що йде на доочистку в вiдокремлювачi за рахунок зб^ьшення вщсташ мiж ними.
Рис .1. Мокрий пиловловлювач
Б^ьш дрiбнi частинки пилу захоплюються потоком повиря до жалюзiйного вiдокремлювача 5 (рис. 2). По-вiтря проходить шерцшний вiдокремлювач 5 крiзь шд-лини 16, що розмiщенi мiж жалюзi 6 i пастками 14. При цьому повиря робить рiзкий поворот малого радiуса на кут бшьший за 90°, але менший за 180°. Дрiбнi частинки пилу також виконують поворот в напрямку шдлини 13, але, завдяки силi шерцп, радiус повороту в них значно бшьший, нiж у повiтря, за рахунок чого дрiбнi пиловi частинки пролиають мимо шiлини 16, стикаються з жа-люзi 6, вщбиваються вiд них або сповзають по !х поверх-нi (залежно ввд маси i пружностi частинок, мкця !х по-падання на жалюзi та кута, пiд яким ввдбуваеться удар частинки з жалюзi) i попадають у вхiдну шiлину пасток 12. Якщо пилова частинка дуже сильно ввдб'еться вщ жалюзi 6, вона знову попадае до пилоповиряного потоку, що обертаеться навколо жалюзшного вщокремлю-вача, знов вдаряеться об одну з наступних жалюзi доти, доки не попадуть в шдлину пастки 12. Частинки пилу, попавши в пастки через вхвдш шдлини 12, рухаються в них спочатку вздовж каналу пастки 14 вниз, де знов попадають у пиловий потж великодисперсних фракцш пилу, який рухаеться паралельним курсом зверху вниз вздовж стшки корпуса апарата i транспортуеться через пиловипускний патрубок 4 в бункер для збирання пилу (на кресленш не показаний). 1з жалюзiйного ввдокрем-лювача 5 очищене повиря, що пройшло крiзь шiлини 16 через вихлопну трубу 3, викидаеться назовш.
а) б)
Рис. 2. Жалюзшний вiдокремлювач: а) модель; б) перерiз
Очищений вщ великодисперсного пилу потiк, до-очищений додатково в другш ступенi очищення - жа-люзiйному вiдокремлювачi 5, проходить через шдлини 16 мiж жалюзi 6 усередину вiдокремлювача 5 i попадае пiд дiю четверто! ступенi очищення - потоком води, який рухаеться вздовж жалюзi 6 по !! внутрiшнiй сто-рош. Пил, який не вiдбився ввд жалюзi 6 назад у корпус апарата i пролетiв мимо вхщно! шiлини пастки 12, проноситься всередину жалюзшного вщокремлювача 5 i попадае у водяний потiк, який рухаеться вздовж поверхнi жалюзi 6 по каналу 14, утвореному пасткою 13. Вода подаеться через систему водопостачання, яка складаеться з трубопроводу 10 i насоса 11, тсля очищення у фшмр 9 до форсунок для води, розташо-ваних у верхнш частиш жалюзi 6 на рiвнi нижнього краю патрубка для виходу очищеного повиря 3, через яю розпилюеться на жалюзi 6 вiдокремлювача 5. Вода тсля попадання на жалюзi 6 у верхнш !х частинi опускаеться вниз по !! внутрiшнiй поверхнi по вертикальному каналу 14, утвореному пасткою 13 жалюзi 6 i при цьому захоплюе дрiбнодисперснi частинки пилу, яю несуться разом з потоком, i транспортуе !х вниз у кошчне дно 7 - для збору пиловодяно! сумiшi, звщки по трубопроводу 8 - у ф^ьтр 9, де вiдбуваеться вщо-кремлення пилу вiд води. Шсля цього очищена вода по трубопроводу 10 за допомогою насоса 11 подаеться примусово до форсунок для води, розташованих на рiвнi нижнього краю патрубка для виходу очищеного повиря 3.
Перевагою запропонованого пиловловлювача е те, що вш мае третю ступшь очищення - у пастщ 12, тобто пил, який не вщбився жалюзi 6 назад всередину корпуса апарата, проскакуе в шдлину 16 мiж жалюзi i попадае у вхщний отвiр пастки 12 жалюзi 6, звiдки вже самостiйно вибратися не може i опускаеться тд дiею сили ваги зверху вниз по каналу 14 пастки 12, розташованому iз зовнiшньоi вигнуто! сторони жалюзi аж до нижнього краю жалюзшного вщокремлювача 5, де змшуеться з потоком великодисперсних фракцiй пилу, який рухаеться паралельним курсом зверху вниз вздовж стшки корпуса апарата i транспортуеться через пиловипускний патрубок 4 в бункер для збирання пилу (на кресленш не показаний).
Для обгрунтування основних параметрiв сепаратора важливе значення мае аналiз руху пилоповiтряного потоку в циклош. В залежностi вiд фiзико-хiмiчних властивостей потоку та конструктивних особливостей пиловловлювача запилений потiк повiтря може здшс-нювати як ламiнарний так i турбулентний рух. При цьому б^я стiнок мае мiсце явище приповерхневого шару.
Запропонована конструкщя пиловловлювача до-зволяе зберегти постiйними, як швидюсть руху пило-газового потоку в корпуа пиловловлювача, так i при проходженш через щiлини мiж жалюзi вiдокремлюва-ча, а наявнiсть герметичного цилшдрично-кошчного бункера вирiвнюе тиски всередиш корпуса апарата i в бункерь Якщо ж тиск в корпуа i бункерi рiзний, то там, де тиск менший, почнеться тдсмоктування газу i таким чином в апаратi встановиться циркуляцiя пiд-смоктаного газу в очищений газ, що вщразу порушуе рiвномiрнiсть розподiлення швидкостей i тискiв, а це зразу ж знижуе ефектившсть його роботи. Рух пило-повiтрянного потоку в запропонованому пиловловлю-
Ba4i можна розглянути застосовуючи методи матема-тичного моделювання, яке представлене на рис. 3.
Рис. 3. Рух пилопов^рянного потоку у сконструйованому апарал
1стотною перевагою запропонованого пиловлов-лювача е те, що вiн мае четверту ступшь очищення - мокру очистку. Вода подаеться форсунками 9 на кожну жалюзi 6 з ii внутршньо! сторони (сторони, яка повернута до о« апарата) всередину пастки 13 ii i тд дiею сили ваги опускаеться по кожнш жалюзi по каналу 15, утвореному пастками 13 жалюзi зверху вниз в напрямку до пиловипускного патрубка 4, про-ходячи через кошчне дно 7, патрубок 8 до ф^ьтра 9 для очищення води вщ дрiбнодисперсного пилу в бункер ф^ьтра (на кресленнi не показаний), i патрубок 10 за допомогою насоса 11 знов до форсунок для води у верх-ню частину вщокремлювача, тобто в прототип процес очистки повггря вщ пилу вiдбуваеться в два етапи, i той дрiбнодисперсний пил, який проноситься потоком через отвори 16 мiж жалюзi 6 вiдокремлювача 5 вже не вловлюеться i виноситься назовш через патрубок 3 виходу очищеного повiтря.
У запропонованiй конструкцп апарату мокра доо-чистка повиря водою, що рухаеться по внутршнш сто-ронi жалюзi 6 дозволяе видшити з потоку найдрiбнiшi частинки пилу, як е найнебезпечнiшими i звичайно тим самим збiльшити ефектившсть пиловловлення.
На багатьох пiдприемствах Украши вода е у дефь цип, що гальмуе впровадження у виробництво щлого ряду мокрих пиловловлювачiв, тому нами було по-ставлене завдання мiнiмiзувати кiлькiснi втрати води, що i було реалiзоване у запропонованш конструкцii апарата шляхом створення в тШ жалюзi пасток певноi форми, яю не дають розбризкуватися водь Крiм того у наведенiй конструкцп апарата вода необхщна не для насичення пилу водою, а пльки для зволоження дрiбнодисперсного пилу, який попав всередину жалю-
зiйного вщокремлювача не видiлившись у попереднiх трьох ступенях очистки. Крiм того у запропонованш конструкцп система водопостачання е замкнутою, тобто вода зразу ж в системi пиловловлювача очи-щуеться вщ пилу у фшм^ i насосом через систему трубопроводiв знов подаеться у верхню частину жалюзшного вiдокремлювача. Зменшення необхщ-но! кiлькостi води досягаеться за рахунок того, що змочуванню тддаеться пльки та невелика кiлькiсть дрiбнодисперсного пилу, яка у звичайних апаратах ви-кидаеться назовш разом з очищеним повирям, тобто та частина пилу, яка значно впливае на ефектившсть роботи пиловловлювача.
5. Висновок по робой та перспективи подальших дослщжень
Таким чином у наведенш конструкцп вщбуваеться: вирiвнювання потоюв усерединi корпуса апарата, за-спокоення потоку, зниження швидкостi турбулентних вихорiв, зменшення радiусу вторинного вихору, який рухаеться гвинтоподiбно знизу вверх назустрiч руху пилогазово! сумiшi, яка рухаеться зверху донизу i виключаеться тдсос газу в мiсцi стиску корпуса з бункером, а це в свою чергу значно тдвищуе ефектившсть роботи апарата, i знижуе його гiдравлiчний опiр.
При застосуванш запропоновано! установки при спалюванш вiдпрацьовано! емiсiя тотального вугле-цю, оксиду вуглецю, твердого матерiалу, викидiв хло-роводню, фтороводню i двоокису «рки не перевищу-ють граничнодопустимих концентрацш (ГДК), що пояснюеться як принципом дп установки, так i висо-кою температурою спалювання (900 - 1100оС).
Створена конструкцiя пиловловлювача дозволяе тдвищити ефективнiсть пиловловлення в порiвняннi з iснуючим апаратом на 2 - 3%, що дае змогу знизити концентращю пилу до норм ГДК, зменшивши при цьо-му енерго- та металоемносп, а це ввдкривае широк перспективи для його впровадження. У даний час проводиться розробка робочих креслень i виготовлення запропоновано! установки для впровадження в системах очистки повиря вiд пилу технолопчних процесiв при видобуваннi коксу з камер коксових батарей у коксохiмiчному виробництвь
Лiтература
1. Страус В.А. Промышленная очистка газов. / В.А. Страус
- Изд. "Мир", 1981. - 616 с.
2. Батлук В.А. Проскурша 1.В., Романцов У.В. Шелюх Ю.С.
Принципово нов1 перспективы методи очистки пов^ря вщ др1бнодисперсного пилу // Вестник Харьковского Национального автомобильно - дорожного университета. Сборник научных трудов, выпуск 38. Харгав. 2007. С. 212 - 216.
3. Батлук В.А.. Проскурина И.В. Решение современных про-
блем очистки воздуха в коксохимическом производстве // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. Выпуск 24. Алчевськ. 2007. С. 156 - 162.
