Результат интеллектуальной деятельности: ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в системе газоочистки для сухой очистки газа от пыли.

Известна конструкция радиального пылеуловителя гравитационно-инерционного действия для сухой очистки колошникового газа от пыли. Он представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с куполом и бункером в виде усеченных конусов. Колошниковый газ входит в пылеуловитель сверху через установленный на куполе пылеуловителя отсекающий клапан колокольного типа и расширяющуюся книзу центральную коаксиальную трубу со скоростью 10-12 м/с, поворачивает на 180° и выходит сверху через патрубок на куполе (или под куполом) пылеуловителя. При выходе из коаксиальной трубы скорость газа в цилиндрической части пылеуловителя снижается до 0,6-1,0 м/с, в результате чего при повороте потока газа на 180° под действием гравитационных сил и сил инерции в пылеуловителе осаждаются наиболее тяжелые и крупные фракции пыли (>80-100 мкм) [В.И.Старицкий. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. Москва. “Металлургия”. 1973, с.62-66 (1)].

Недостатком радиального пылеуловителя является то, что в цилиндрической части пылеуловителя газ поднимается снизу вверх, что обеспечивает за счет снижения скорости газа до 0,6-1,0 м/с осаждение только тяжелых и крупных >80-100 мкм фракций пыли. Для обеспечения снижения скорости газа пылеуловитель имеет чрезмерно большие габариты (диаметр 9-12 м) и поэтому характеризуется высокой материало- и капиталоемкостью. Кроме того, направленный вниз поток колошникового газа выходит из центральной коаксиальной трубы с высокой скоростью (10-12 м/с), что приводит при повороте потока газа вверх к захвату накопленной в бункере пыли и выносу ее из пылеуловителя. Это снижает его эффективность, которая практически составляет 30-40% от выносимой из печи пыли. Низкий КПД радиального пылеуловителя приводит к увеличению пылевой нагрузки на мокрую газоочистку и затрат на утилизацию шлама.

Известно техническое решение, устраняющее часть указанных недостатков. Это решение заключается в установке в системе газоочистки доменной печи последовательно двух пылеуловителей для сухой очистки газа - радиального и тангенциального. В корпус установленного за радиальным тангенциального пылеуловителя газ вводится сверху по касательной со скоростью 20-25 м/с, поворачивает на 180° и выводится через центральную коаксиальную трубу снизу вверх. Очистка газа в тангенциальном пылеуловителе осуществляется за счет действующих на частицы пыли центробежных сил. Суммарный КПД работающих последовательно радиального и тангенциального пылеуловителей составляет 75-85% (1).

Недостатком данного известного технического решения является еще более высокая материалоемкость и капиталоемкость, а также более высокие эксплуатационные затраты. По этим причинам тангенциальные пылеуловители практически полностью исключены из систем газоочистки доменных печей.

Известна конструкция сухого пылеуловителя типа осевого циклона, который включает цилиндрическую камеру сепарации пыли, разделительный зонт с обечайкой в виде усеченного конуса, бункер для сбора пыли, подводящий газопровод, отсечной клапан и отводящий газопровод. Под бункером расположена шлюзовая камера для выгрузки пыли в транспортные средства без выброса пыли и газа в атмосферу. Ввод колошникового газа в камеру сепарации осуществляется посредством разветвления нисходящего газопровода на два патрубка с направляющими лопатками. Вывод газа производится снизу вверх через центральную трубу, которая выходит через купол между входными патрубками [А.Крамер, X.Вайсерт, К.Давиди. Фирма "Пауль Вюрт умвельттехник" (Германия). (Ж. "Сталь". №10. 2001 г., с.87-89)].

Пылеуловитель типа осевого циклона работает следующим образом: запыленный газ вводится в пылеуловитель через два патрубка, направляется лопатками на периферию камеры сепарации, движется по спиральной траектории сверху вниз, где газ поворачивается на 180° к центру и через коаксиальную трубу выводится сверху из осевого циклона, а пыль под воздействием гравитационных и инерционных сил ссыпается в бункер.

В пылеуловителе типа осевого циклона обеспечивается улавливание частиц пыли крупнее 20 мкм, КПД этого пылеуловителя может достигать более 85% и может изменяться посредством изменения угла наклона лопаток. Разделительный зонт и обечайка исключают захват и унос пыли, накопленной в бункере пылеуловителя. Нормальная рабочая скорость газа в цилиндрической части составляет 2,5 м/с, что позволяет уменьшить габариты, материало- и капиталоемкость пылеуловителя. Для защиты от абразивного износа направляющие лопатки и кольцевая камера защищены специальным износостойким материалом.

Недостатком принятого за прототип пылеуловителя типа осевого циклона является разветвление нисходящего газопровода перед вводом в циклон, что приводит к большому увеличению высоты конструкции, и возможность обеспечения минимального угла наклона нисходящих газопроводов, а также исключает возможность применения надежных отсекающих клапанов колокольного типа. Кроме того, конструкция пылеуловителя содержит направляющие лопатки весьма сложной конфигурации со специальным дорогостоящим износостойким защитным покрытием.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, упрощение устройства и уменьшение размеров пылеуловителя при обеспечении его высокой эффективности, снижении материало- и капиталоемкости как при размещении отсечного клапана колокольного типа на куполе пылеуловителя, так и при выносе отсекающего устройства за пределы пылеуловителя.

Технический результат изобретения достигается тем, что в пылеуловителе, включающем цилиндрическую камеру сепарации пыли, разделительный зонт с обечайкой, бункер для сбора пыли, подводящий газопровод, отсечной клапан и отводящий газопровод, в купольной части камеры сепарации пыли дополнительно установлен завихритель газа, состоящий из наружной и внутренней обечаек и лопастей, расположенных между ними через равные расстояния под углом 40-50°, диаметр наружной обечайки равен диаметру входного патрубка, диаметр внутренней обечайки определяют из условия обеспечения скорости газа в завихрителе в рабочем режиме 20 м/с, высота обечаек равна 0,20-0,25 диаметра наружной обечайки, а отводящий газопровод выходит из пылеуловителя под его куполом.

Пылеуловитель по настоящему изобретению иллюстрируется схемой на чертеже, на котором представлен разрез по вертикальной оси пылеуловителя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Пылеуловитель включает: камеру сепарации 1, разделительный зонт с обечайкой 2, бункер для пыли 3, подводящий газопровод 4, отсекающий клапан 5, отводящий газопровод 6 с раструбом 8, завихритель 7 и входной патрубок 8. Пылеуловитель работает следующим образом. Запыленный колошниковый газ по подводящему газопроводу 4 через отсекающий клапан 5 со скоростью 10-12 м/с поступает во входной патрубок 8 и из него в завихритель 7, в котором поток газа разделяется лопастями завихрителя на струи, направляемые под углом 40-50° по спиральным траекториям на периферию камеры сепарации 1. Спиральные траектории струй газа создаются наклонными лопастями завихрителя, расположенными на равных расстояниях друг от друга. Число этих лопастей определяется из условия полного перекрытия свободного сечения между обечайками при нижнем пределе угла наклона лопаток 40°. Нижний предел угла наклона лопастей задан из условия создания спиральной траектории струй газа, обеспечивающей направление их к стенке камеры сепарации. Превышение угла наклона лопастей 50° приводит к увеличению сопротивления проходу потока газа через завихритель и усилению износа лопаток.

Минимальная высота обечаек завихрителя (0,2 диаметра наружной обечайки) задана из условия создания спиральной траектории струй газа на выходе из завихрителя. При меньшей высоте обечаек не обеспечивается необходимая для закручивания струи длина пути газа между лопастями завихрителя. При превышении верхнего предела высоты обечаек (0,25 диаметра наружной обечайки) увеличиваются потери давления газа в завихрителе и усиливается абразивный износ лопастей.

В нижней части камеры сепарации 1 поток газа поворачивает на 180°, скорость газа снижается до оптимальной расчетной 3 м/с. Поднимающийся вверх поток газа поступает в размещенный коаксиально корпусу пылеуловителя раструб 9 отводящего газопровода 6, который выводится из пылеуловителя под куполом. Частицы пыли струями газа в камере 1 направляются к стенкам камеры и под воздействием центробежных, гравитационных и инерционных сил по стенкам опускаются в бункер 3, из которого пыль периодически удаляется транспортными средствами.

Наличие в пылеуловителе завихрителя обеспечивает совпадения по направлению воздействующих на частицы пыли центробежных, гравитационных и инерционных сил, что снижает нижний предел крупности улавливаемых в камере сепарации 1 до 20-25 мкм. Разделительный зонт с обечайкой 2 препятствует захвату газовым потоком пыли, накопленной в бункере 3, что в совокупности со снижением нижнего предела крупности улавливаемых частиц пыли обеспечивает высокую эффективность пылеуловителя с достижением КПД не менее 80-85%.

Для защиты от абразивного воздействия колошниковой пыли подвергающиеся этому воздействию элементы завихрителя 7 изготовляют из изнозостойкой литой стали, например, марки ЭИ643 [Попов B.C., Маркин Ю.В. "К определению износостойкости металлов в струе колошникового газа". - Заводская лаборатория, №10 (36), 1966 г.]

Диаметр пылеуловителя по настоящему изобретению определяют для основного рабочего режима, составляющего не менее 98% времени исходя из оптимальной скорости в нижней части камеры сепарации пылеуловителя 3 м/с, а живое сечение завихрителя определяют исходя из оптимальной скорости газа в нем 20 м/с.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Доменная печь объемом 1000 м³, рабочие параметры газа: выход Vo=150000 нм³/ч, давление газа на колошнике абсолютное Рр=0,20 МПа, температура t=250°C, содержание влаги f=0,04 кг/нм³. Определяем рабочий объем газа Vp по известным приведенным формулам [В.Н.Ужов. Очистка промышленных газов электрофильтрами. Госхимиздат. Москва. 1962. Приложение 1]:

Vp=Vo(1+t/To)(1+f/0,804)×Po/Pp=

150000(1+250/273)(1+0,04/0,804)×0,1/0,2=150840 м³/ч.

Определяем внутренний диаметр пылеуловителя (по футеровке):

Наружный диаметр с учетом толщины футеровки в 1 кирпич (0,25 м):

Дн=Дв+2×0,25=4,2+0,5=4,7 м (вместо 8 м для радиального пылеуловителя).

Площадь живого сечения завихрителя при скорости газа w=20 м/с:

S=Vp/w·3600=150840/20·3600=2,1 м².

Пример 2. Доменная печь объемом 2000 м³, рабочие параметры газа: выход 300000 м³/ч, давление газа на колошнике абсолютное 0,28 МПа, температура газа 200°С, влагосодержание 0,06 кг/нм³.

Vp=300000(1+200/273)(1+0,06/0,804)×0,1/0,28=199484 м³/ч.

Дн=4,9+2×0,25=5,3 м (вместо 8,4 м для радиального пылеуловителя).

Площадь живого сечения завихрителя при скорости газа w=20 м/с:

S=0,785(D²-d²)Vp/w·3600=199484/20·3600=2,8 м².

Пример 3. Доменная печь объемом 3200 м³, рабочие параметры газа: выход 550000 м³/ч, давление газа на колошнике абсолютное 0,32 МПа, температура газа 150°С, влагосодержание 0,08 кг/нм³.

Vp=550000(1+150/273)(1+0,08/0,804)×0,1/0,32=292819 м³/ч.

Дн=5,9+2×0,25=6,2 м (вместо 12 м радиального пылеуловителя).

Площадь живого сечения завихрителя при скорости газа w=20 м/с:

S=Vp/w·3600=292819/20·3600=4,1 м².

Исходя из площади сечения, определяют диаметры наружной D и внутренней d обечаек завихрителя для каждого конкретного пылеуловителя по формуле: S=0,785(D²-d²), м.

В зависимости от объема доменной печи и рабочих параметров газа диаметр пылеуловителя, масса металлоконструкций и футеровочных материалов на 40...50% ниже, а КПД в 2,0...2,2 раза выше, чем соответствующего радиального пылеуловителя. По сравнению с прототипом - осевым циклоном пылеуловитель с завихрителем является более простым по устройству, высота аппаратов и конструкции ввода газа соответствуют радиальным пылеуловителям с возможностью применения отсекающих клапанов колокольного типа, не требует применения дорогостоящих защитных износостостойких материалов типа карбида вольфрама.

Пылеуловитель с завихрителем вследствие меньших габаритов и общей нагрузки может устанавливаться на постаментах, демонтируемых вследствие морального и физического износа радиальных пылеуловителей со снижением финансовых затрат при внедрении новых пылеуловителей.

Применение пылеуловителя с завихрителем обеспечивает улавливание сухой пыли в 2,0...2,2 раза больше, чем радиальный пылеуловитель. При замене последнего на пылеуловитель с завихрителем снижается выход шлама в установке мокрой газоочистки и затраты на его обработку и утилизацию уменьшаются в 3,0...3,2 раза.