Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ОЧИСТКИ КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

Заявляемый объект относится к мокрой очистке газов и может быть использован в системах отвода и очистки конвертерных газов.

Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранная в качестве прототипа система очистки конвертерных газов, содержащая котел-охладитель с установленным в нижней части опускного газохода котла-охладителя скруббером, который оборудован форсуночной системой орошения, по меньшей мере, одно устройство для очистки газов в виде трубы Вентури, которая включает конфузор и диффузор, которые сопряжены в области горловины, и форсуночную систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре, каплеуловитель, дымосос, дымовую трубу и переходные газоходы. Полый скруббер оборудован перегородкой, которая разделяет его на опускную и подъемную части. При этом перегородка выполнена из Г-образно соединенных пластин так, что угол между вертикальной и наклонной пластинами составляет 95-140°. Форсунки системы орошения установлены в опускной и подъемной частях скруббера. Оси выпускных отверстий форсунок, установленных в подъемной части скруббера, ориентированы параллельно вертикальной оси скруббера. В опускной части скруббера оси выпускных отверстий форсунок, расположенных над наклонной пластиной перегородки, ориентированы параллельно этой пластине, а оси выпускных отверстий остальных форсунок, установленных в опускной части скруббера, ориентированы параллельно вертикальной оси скруббера в опускной части скруббера. Оси выпускных отверстий форсунок, расположенных над наклонной пластиной перегородки, ориентированы параллельно этой пластине, а оси выпускных отверстий остальных форсунок, установленных в опускной части скруббера, ориентированы параллельно вертикальной оси скруббера (патент Российской Федерации №2397010, МПК B01D 47/06, опубл. 20.04.2010).

У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Обе системы очистки конвертерных газов содержат последовательно установленные котел-охладитель, скруббер, который оборудован форсуночной системой орошения, устройство для очистки газов, включающее конфузор и диффузор, которые сопряжены в области горловины, и форсуночною систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре, каплеуловитель, дымосос, дымовую трубу и переходные газоходы.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. Орошение конвертерных газов только в скруббере и в устройстве для очистки газов и отсутствие возможности регулирования аэродинамического сопротивления газового тракта при нерегулярных выбросах конвертерных газов не обеспечивает достаточно высокую интенсивность массообменных процессов пыли и жидкости в процессе очистки конвертерных газов при их нерегулярных выбросах из конвертера.

В основу заявляемого объекта поставлена задача создать такую систему очистки конвертерных газов, в которой усовершенствования путем введения новых элементов позволят при использовании заявляемого объекта обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки конвертерных газов при их нерегулярных выбросах из конвертера.

Заявляемая система очистки конвертерных газов содержит котел-охладитель, скруббер, который оборудованный форсуночной системой орошения, устройство для очистки газов, включающее конфузор и диффузор, которые сопряжены в области горловины, и форсуночную систему орошения, форсунки которой расположены в конфузоре, каплеуловитель, дымосос, дымовую трубу и переходные газоходы. Отличительной особенностью заявляемой конструкции системы очистки конвертерных газов является следующее. Система оборудована узлом предварительного орошения, который установлен в нижней части котла-охладителя перед скруббером. Устройство для очистки газов содержит прямоугольные конфузор и диффузор и оборудовано дополнительным конфузором, который сопряжен с диффузором и конфузором в области горловины. Кроме того, это устройство оборудовано двумя полузаслонками, которые выполнены с плоскими рабочими поверхностями с закругленными периферийными участками и установлены в дополнительном конфузоре для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок и торцевыми сторонами дополнительного конфузора. При этом полузаслонки закреплены в дополнительном конфузоре на валах, которые соединены с регулирующим приводом, и кинематически связаны между собой с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины.

В частных случаях использования заявляемый объект характеризуется тем, что:

- отношение максимальной площади поперечного сечения горловины в устройстве для очистки газов, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади входного отверстия газоотводящего тракта охладителя конвертерных газов составляет 0,09-0,1;

- система оборудована газовым расходомером, который установлен в переходном газоходе между каплеуловителем и дымососом и показания которого используются для управления регулирующим приводом поворота полузаслонок;

- в устройстве для очистки газов отношение максимальной площади поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади поперечного сечения выходного отверстия конфузора и к площади поперечного сечения входного отверстия диффузора составляет 1:(1,3÷1,35):(1,15÷1,2).

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности очистки конвертерных газов при их нерегулярных выбросах из конвертера.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом имеется такая причинно следственная связь.

Оборудование системы очистки конвертерных газов узлом предварительного орошения, который установлен перед скруббером, обеспечивает увеличение теплосъема от газового потока конвертерных газов и предварительное увлажнение загрязненных газов перед их очисткой в скруббере и в устройстве для очистки газов. Оборудование устройства для очистки газов прямоугольными конфузором, диффузором и дополнительным конфузором, который сопряжен с диффузором и конфузором в области горловины, а также двумя полузаслонками, которые выполнены с плоскими рабочими поверхностями с закругленными периферийными участками и установлены в дополнительном конфузоре для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок и торцевыми сторонами дополнительного конфузора, закрепление полузаслонок в дополнительном конфузоре на валах, которые соединены с регулирующим приводом, и кинематически связаны между собой с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины, сравнительно конструктивно просто обеспечивает формирование одного канала конвертерного газа симметричного относительно вертикальной оси и симметрично регулируемого в области горловины при синхронном повороте полузаслонок без образования искажения профиля канала для газа в области расположения каждой полузаслонки. Такая конструкция предотвращает хаотичное изменение скорости газового потока в области горловины, обеспечивает отсутствие завихрений газа в объеме диффузора, и, следовательно, обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления газового тракта. Регулирование аэродинамического сопротивления газового тракта при оптимальной аэродинамике газового потока в горловине, которая обеспечивается при надежном синхронном повороте полузаслонок на заданный угол, способствует обеспечению оптимальной скорости газового потока в узле предварительного орошения, в скруббере и в конфузоре устройства для очистки газов в области орошения, снижению завихрений газа в горловине и в диффузоре, уменьшению износа элементов, находящихся на пути конвертерного газа. Вышеуказанные конструктивные усовершенствования способствуют при регулировании аэродинамического сопротивления газового тракта повышению эффективность очистки конвертерных газов благодаря обеспечению стабильных массообменных процессов пыли и жидкости в узле предварительного орошения, в скруббере и в устройстве для очистки газов путем обеспечения оптимальной скорости потока конвертерных газов при нерегулярных выбросах из конвертера.

Установлено, что оптимальное аэродинамическое сопротивление газового тракта при оптимальной скорости газового потока в узле предварительного орошения, в скруббере и в устройстве для очистки газов обеспечивается, когда отношение максимальной площади поперечного сечения горловины в устройстве для очистки газов, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади входного отверстия газоотводящего тракта охладителя конвертерных газов составляет 0,09-0,1. Если соотношение указанных площадей больше чем 0,1 или меньше чем 0,09, то ухудшаются условия для массообменных процессов пыли и жидкости в скруббере и в устройстве для очистки газов.

Оборудование системы газовым расходомером, который установлен в переходном газоходе между каплеуловителем и дымососом, позволяет оперативно на основании показаний этого газового расходомера управлять регулирующим приводом поворота полузаслонок в устройстве для очистки газов для обеспечения оптимальной площади поперечного сечения горловины и, следовательно, оптимальной скорости потока конвертерных газов в узле предварительного орошения, в скруббере и в устройстве для очистки газов при нерегулярных выбросах из конвертера.

Установлено, что минимальное аэродинамическое сопротивление газового тракта при оптимальной аэродинамике газового потока в горловине устройства для очистки газов обеспечивается, когда отношение максимальной площади поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок в крайнем открытом положении, к площади поперечного сечения выходного отверстия конфузора и к площади поперечного сечения входного отверстия диффузора составляет 1:(1,3÷1,35):(1,15÷1,2). Если соотношение указанных площадей, соответственно, больше чем 1:1,35:1,2, то увеличивается турбулизация газового потока в области горловины, что приводит к колебаниям аэродинамического сопротивления газового тракта. Если соотношение указанных площадей соответственно меньше чем 1:1,3:1,15, то при этом ухудшаются условия для массообменных процессов пыли и жидкости в конфузоре, горловине и диффузоре.

Сущность заявляемого объекта поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - принципиальная схема системы очистки конвертерных газов;

- на фиг.2 - поперечный разрез устройства для очистки газов, в котором полузаслонки максимально открыты;

- на фиг.3 - вид сбоку на устройство для очистки газов в области горловины;

- на фиг.4 - поперечный разрез устройства для очистки газов, в котором полузаслонки максимально закрыты.

На чертежах проставлены следующие обозначения:

1 - котел-охладитель;

2 - узел предварительного орошения;

3 - скруббер;

4 - переходной газоход;

5 - устройство для очистки газов;

6 - переходной газоход с бункером;

7 - каплеуловитель;

8 - переходной газоход;

9 - дымосос;

10 - дымовая труба;

11 - конфузор;

12 - диффузор;

13 - дополнительный конфузор;

14 - форсунка;

15 - полузаслонка;

16 - полузаслонка;

17 - плоский участок рабочей поверхности полузаслонки 15;

18 - плоский участок рабочей поверхности полузаслонки 16;

19 - закругленный периферийный участок полузаслонки 15;

20 - закругленный периферийный участок полузаслонки 16;

21 - вал полузаслонки 15;

22 - вал полузаслонки 16;

23 - регулирующий привод;

24 - рычажно-шарнирный механизм;

25 - боковая сторона дополнительного конфузора;

26 - боковая сторона дополнительного конфузора;

27 - боковая сторона конфузора;

28 - боковая сторона конфузора;

29 - боковая сторона диффузора;

30 - боковая сторона диффузора;

31 - газовый расходомер;

S1 - площадь поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок;

S2 - площадь поперечного сечения выходного отверстия конфузора;

S3 - площадь поперечного сечения входного отверстия диффузора;

S4 - площадь входного отверстия газоотводящего тракта котла-охладителя 1.

В конкретном примере заявляемая система очистки конвертерных газов содержит котел-охладитель 1, узел предварительного орошения 2, который установлен в нижней части котла-охладителя 1 перед скруббером 3 с форсуночной системой орошения. Скруббер 3 переходным газоходом 4 соединен с устройством для очистки газов 5, за которым последовательно установлены переходной газоход с бункером 6, каплеуловитель 7, переходной газоход 8, дымосос 9 и дымовая труба 10. Устройство для очистки газов 5 содержит прямоугольный в сечении конфузор 11 и прямоугольный в сечении диффузор 12, которые сопряжены в области горловины дополнительным конфузором 13, форсуночною систему орошения, форсунки 14 которой расположены в конфузоре 11, и две полузаслонки 15 и 16, которые выполнены с плоскими участками рабочих поверхностей 17 и 18 с закругленными периферийными участками 19 и 20 и установлены в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины. Полузаслонки 15 и 16 установлены в дополнительном конфузоре 13 в области горловины с возможностью поворота для регулирования площади горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 15 и 16 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 13. При этом полузаслонки 15 и 16 закреплены в дополнительном конфузоре 13, соответственно, на валах 21 и 22, которые соединены с регулируемым приводом 23, и кинематически связаны между собой рычажно-шарнирным механизмом 24 с возможностью обеспечения синхронного поворота при регулировании площади горловины.

В частном случае выполнения устройства для очистки газов полузаслонки 15 и 16 в крайнем открытом положении, соответствующем максимальной площади горловины, установлены с возможностью контакта кромок закругленных периферийных участков 19 и 20 с боковыми сторонами 25 и 26 дополнительного конфузора 13. Плоские участки рабочих поверхностей 17 и 18 полузаслонок 15 и 16 расположены, соответственно, в плоскостях расположения соседних боковых сторон 27 и 28 конфузора 11, а боковые стороны 29 и 30 диффузора 12 расположены, соответственно, в плоскостях, касательных к местам перехода плоских участков рабочих поверхностей 17 и 18 в закругленные периферийные участки 19 и 20 полузаслонок 15 и 16.

В частном случае выполнения отношение максимальной площади S1 (например, 0,51 м²) поперечного сечения горловины, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 15 и 16 в крайнем открытом положении, к площади S2 (например, 0,68 м²) поперечного сечения выходного отверстия конфузора 11 и к площади S3 (например, 0,595 м²) поперечного сечения входного отверстия диффузора 12 составляет 1:1,33:1,17.

В частном случае выполнения отношение максимальной площади S1 (например, 0,51 м²) поперечного сечения горловины в устройстве для очистки газов 5, образуемой рабочими поверхностями полузаслонок 15 и 16 в крайнем открытом положении, к площади S4 (например, 5,4 м²) входного отверстия газоотводящего тракта котла-охладителя 1 составляет, например, 0,094.

В частном случае выполнения заявляемая система очистки конвертерных газов оборудована газовым расходомером 31, который установлен в переходном газоходе 8 между каплеуловителем 7 и дымососом 9. Показания газового расходомера 31 используются для управления регулирующим приводом 23, который обеспечивает поворот полузаслонок 15 и 16 в устройстве для очистки газов 5.

В конкретном примере осуществления заявляемая система очистки конвертерных газов работает следующим образом. В устройстве для очистки газов 5 с помощью регулирующего привода 23 и рычажно-шарнирного механизма 24 полузаслонки 15 и 16 устанавливают в заданное положение. Загрязненный горячий конвертерный газ с помощью дымососа 9 поступает в газоотводящий тракт котла-охладителя 1 и последовательно проходит котел-охладитель 1, узел предварительного орошения 2, скруббер 3 и через переходной газоход 4 попадает в устройство для очистки газов 5, а затем в каплеуловитель 7. Охлажденный и очищенный конвертерный газ через дымосос 9 и дымовую трубу 10 выбрасывается в атмосферу. В узле предварительного орошения 2 и скруббере 3, которые оборудованы форсуночной системой орошения, осуществляется предварительная подготовка конвертерного газа перед очисткой в устройстве для очистки газов 5, которое выполнено в виде трубы Вентури. В устройстве для очистки газов 5 конвертерный газ пройдя конфузор 11, попадает в дополнительный конфузор 13 и после взаимодействия с полузаслонками 15 и 16 попадает в диффузор 12. В конфузоре 11 за счет уменьшения его сечения скорость потока очищаемого газа возрастает и достигает максимального значения в дополнительном конфузоре 13 в области горловины, которая образована полузаслонками 15 и 16 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 13. При этом подготовленный газовый поток смачивается жидкостью, которая распыляется форсунками 14, расположенными в конфузоре 11 по вертикальной оси канала для газа, при этом в конфузоре 11, дополнительном конфузоре 13 и диффузоре 12 без нежелательной турбулентности газожидкостного потока происходят массообменные процессы пыли и жидкости, обеспечивающие очистку конвертерного газа при его оптимальной скорости в горловине устройства для очистки газов 5. Пыль из газожидкостного потока скапливается в переходном газоходе с бункером 6.

При изменении количества очищаемого конвертерного газа при нерегулярных выбросах из конвертера осуществляют регулирование площади горловины, которая образована полузаслонками 15,16 и торцевыми сторонами дополнительного конфузора 13 для обеспечения требуемой оптимальной скорости газа в горловине, от которой зависит эффективность очистки газа. Для регулирования площади горловины полузаслонки 15 и 16 с помощью регулирующего привода 23 и рычажно-шарнирного механизма 24 синхронно поворачивают на заданный угол на валах 21 и 22. Регулирование площади горловины с помощью регулирующего привода 23 можно осуществлять на основании показаний газового расходомера 31, который устанавливается в переходном газоходе 8 между каплеуловителем 7 и дымососом 9. При регулировании площади горловины аэродинамическое сопротивление газового тракта изменяется при стабильной аэродинамике газового потока во всем газовом тракте, при этом массообменные процессы пыли и жидкости в узле предварительного орошения 2, в скруббере 3 и в устройстве для очистки газов 5 происходят в стабильных условиях при оптимальной скорости потока конвертерных газов, обеспечивая высокоэффективную очистку конвертерных газов при их нерегулярных выбросах из конвертера.