Министерство образования и науки РФ

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(филиал)

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«МИСИС»

(СТИ НИТУ МИСИС)

Кафедра металлургии и металловедения

Курсовой проект

по дисциплине: «Процессы и аппараты защиты окружающей среды»

на тему: «Проект системы очистки отходящих газов дуговой печи емкостью 100т электросталеплавильного производства»

Выполнил:

Проверил:

проф. Петров В.И.

Старый Оскол,

2011

Оглавление

1.Вредные выбросы в электросталеплавильном производстве.3

1.1 Характеристики и методы отвода газов дуговых электросалеплавильных печей.3

1.2.Способы отвода газа от электропечи.3

1.3 Способы очистки газов электросталеплавильных печей.3

1.4. Выбор схем систем очистки газов литейного производства.3

1.4.1. Схема № 1.3

1.4.2. Схема № 2.3

1.4.3. Схема № 3.3

1.4.4. Обоснование выбора схем.3

1.5. Описание аппаратов для очистки газов.3

1.5.1. Тканевые фильтры.3

1.5.2. Скоростные (турбулентные) пылеуловители. 3

1.5.3. Электрофильтры.. 3

2. Исходные данные:3

3.Расчет выбранных систем аппаратов для очистки газов.3

3.1. Расчет рукавного фильтра.3

3.2. Расчет скоростных пылеуловителей с трубами Вентури.3

3.3. Расчет пластинчатого электрофильтра.3

3.4. Технические характеристики выбранных по расчетам типов стандартных аппаратов для очистки газов по данным каталогов на газоочистное оборудование:3

3.4.1. Рукавный фильтр типа Фр-6. 3

3.4.2. Скоростной пылеуловитель с трубами Вентури типа КЦТ-2400. 3

3.4.3. Электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2. 3

3.5. Обоснование возможности использования рассчитанных аппаратов.3

4. Расчёт технико-экономических показателей работы газоочистных сооружений. 3

4.1. Расчёт капитальных затрат. 3

4.2. Расчёт эксплуатационных расходов. 3

4.3. Расчёт технико-экономических показателей. 3

5. Расчёт высоты дымовой трубы.. 3

6. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта. 3

6.1. Выбор дымососа. 3

Список литературы.. 3

Приложение А.. 3

Приложение Б. 3

1.Вредные выбросы в электросталеплавильном производстве.

1.1 Характеристики и методы отвода газов дуговых электросталеплавильных печей.

Процесс выплавки стали в электропечах проходит за счет тепла электри­ческой дуги, возникающей между электродами. Образующиеся в процес­се плавки насыщенные пылью газы повышают давление в печи и через неплотности в ее конструкции вьщеляются в производственные помеще­ния, загрязняя их. Основное количество газа выделяется через неплот­ности у электродов и рабочего окна. Газы выделяются из электропечей не только в процессе плавки, но и во время загрузки печи и слива готовой стали в ковш.

Количество и физико-химические свойства пылегазовых выбросов электропечей зависят от их емкости, состава шихты, марок выплавля­емых сталей и сплавов, ведения технологического процесса. В процессе плавки стали в электропечи количество газа изменяется и достигает мак­симального значения в период кипения. В среднем газ, выделяющийся из печи, имеет следующий химический состав (по объему): до 68 % СО; до 30 % СO₂ ; до 21 % O₂ ; 30—79 % H₂ . Кроме того, в газе содержится до 10 мг/м³ окислов серы. Температура газа на выходе из печи составляет около 1600 °С. Ввиду наличия в газе СО он взрывоопасен и поэтому перед направлением на очистку окись углерода дожигают в специальном устрой­стве.

Газы, вьщеляюшиеся из печи, содержат пыль в количестве 50—60 г/м³ . Пыль состоит из окислов железа, кремния, алюминия, марганца, кальция и др. Плотность пыли 4—4,2 г/см³ , насыпная плотность 1,2 г/см³ ; угол естественного откоса 20-25°. Дисперсный состав пыли при выплавке среднеуглеродистых и хромистых сталей характеризуется следующими данными:

1.2.Способы отвода газа от электропечи.

Количество газа, поступающего на очистку, зависит от способа его отвода от электропечи. Для улавливания и отвода газов, вьщеляющихся от электропечей, применяют:

1.Фонари или вытяжные шахты в крыше цеха, через которые попав­ший в цех газ удаляется естественным путем. В некоторых случаях для улучшения общеобменной вентиляции в шахтах или в крыше печных пролетов устанавливают вентиляторы. При таком методе отвода газ сна­чала попадает в цех, загрязняет его атмосферу, а затем удаляется из цеха в неочищенном от пыли виде. Большая часть крупной пыли оседает в про­изводственных помещениях. По санитарным условиям и технике безопас­ности такой метод отвода газа неприемлем.

2.Установку над электропечью зонта (рис. XXII. 1, а)полностью пе­рекрывающего в плане свод печи, В конструкции зонта 9 предусмотрен специальный колпак 8над загрузочным окном печи, предназначенный для улавливания газа, вьщеляющегося при загрузке и в процессе работ печи. В верхней части зонта имеются отверстия для пропускания электродов. Во время выпуска стали из печи зонт отводят в сторону. В процессе работы печи в живомсечении зонта при помощи дымососа создается разрежение, позволяющее улавливать вьщеляющийся из печи газ. Вместе с газом в зонт из цеха подсасывается воздух, в результате чего объем газ поступающего на газоочистку, резко возрастает. Поэтому устройство зонта над электропечью требует установки газоочистки и дымососов большой производительности. При отсосе через зонт не все количество выделяющегося из печи газа попадает в зонт. Часть запыленного газа проникает в здание цеха, загрязняя его, а затем при выходе через фонарь вызывает загрязнение атмосферы.

3. Секционный отсос (рис, XXII. 1, б) представляет собойусовершен­ствованное укрытие. Оно состоит из нескольких секций, присоединенных

к вытяжному газопроводу посредством двухшарнирного телескопическо­го патрубка 7. Газ, выходящий через зазоры между электродами и сво­дом печи, удаляется через отсосы 2и 3. Кольцевой отсос 6 с укрытием 4служит для улавливания газа, выбивающегося через неплотности в месте соединения свода и корпуса печи. Над желобом печи устроен зонт 5. Все эти отсосы объединены сборником газа 1, присоединенным к патрубку 7. При отсосе газа через рабочее сечение зонта со скоростью не менее 2 м/с или через секционный отсос производительность газоочистки и дымо­соса принимают в зависимости от емкости печи:

При применении кислорода объем отсасываемого газа увеличивается примерно на 60 %. На практике применяют зонты и отсосы разных кон­струкций. Однако все они не обеспечивают полного улавливания и отвода газа, выделяющегося из электропечи, особенно во время подачи в ванну кислорода, и часть газа проникает в цех. Вследствие большого количества отсасываемого газа и громоздкости зонтов и отсосов их устанавливают на электропечах емкостью до 12 т. При подсосе воздуха в зонт или сек­ционный отсос имеющаяся в газе окись углерода полностью или в боль­шей часта сгорает.

4.Отход газа непосредственно из свода печи (рис.ХХII.1, в). В своде
печи делают специальное отверстие, через которое при помощи водоохлаждаемого патрубка 10, соединенного шарнирно с газоотводящим газопроводом, отсасывают газ, образующийся в процессе плавки стали. При
этом под сводом печи создают разрежение 4,5—13 Па, которое исключает
выбивание газа через неплотности печи. В некоторых случаях в печи создают небольшое избыточное давление 5—30 Па, при котором создается
восстановительная атмосфера. При разрежении в печи подсасываемый воздух окисляет закись железа до высших окислов, которые не воспламеняются. Избыточное давление в печи исключает подсос воздуха и возможность взрывов газа и хлопков в ее рабочем пространстве.

Количество удаляемого газа регулируют специальной задвижкой 11, соединенной с датчиком автоматического регулирования 12, работающим в зависимости от изменения температуры в печи. Газоотводящий патру­бок обычно устанавливают около загрузочного окна. При таком располо­жении патрубка подсасываемый воздух не распространяется по всему объему печи и оказывает небольшое влияние на охлаждение металла. В большегрузных печах иногда выполняют два - три сводовых патрубка.

При таком методе отвода газа перед подачей его на газоочистку СО до­жигают в специальной камере. Для предотвращения выбивания газа из печи через отверстия для электродов зазоры между электродами и сводом печи закрывают специальными уплотнителями.

5.Отвод газа из свода печи через патрубок с разрывом (рис. ХХII.1, г).
При этом газоотводящий патрубок 13 располагают на расстоянии
20—50 мм от стационарно установленной приемной воронки 14или приемного патрубка. Выходящая из печи струя газа подсасывает, окружающий воздух, в результате чего объем смеси увеличивается примерно в шесть раз. Содержащуюся в газе окись углерода дожигают, в специальной камере в атмосфере подсасываемого воздуха, после чего газ направляется в систему газоочистки. Такой метод отвода газа безопасен и удобен, так как шарнирное соединение 15трубопровода дает возможность отводить воронку перед наклоном электропечи.

В цехах с большегрузными дуговыми электропечами улавливают, подвергают очистке газ, проникающий в здание цеха. Для этого устанавливают зонты, в которых с помощью дымососа создают разрежение, способствующее захвату газа.

1.3 Способы очистки газов электросталеплавильных печей.

Электропечи небольшой емкости применяют в основном в сталелитейных цехах. Для улавливания запыленных газов над электропечью устанавливают зонты или используют бортовые отсосы. В электросталеплавильн цехах металлургических заводов действуют в основном большегрузочные печи (25 т и более). От них запыленный газ удаляют через патрубок и свод печи.Кроме того, в новых цехах улавливают и подвергают очистке так называемые неорганизованные выбросы, т.е. газы, которые попали в цех в период заливки чугуна, завалки шихты и выпуска стали.

В СССР очистку газов от электросталеплавильных печей осуществляют мокрым способом в скоростных пылеуловителях с высоконапорными трубами Вентури и сухим способом в пластинчатых многопольных электрофильтрах или тканевых рукавных фильтрах. Предпочтение отдают очистке газов в электрофильтре как наиболее эффективному способу с наименьшими эксплуатационными расходами.

По схемам, приведенным на рис.XXII.2—XXII.4, построены газоочист­ки 100- и 200-т электропечей на ряде заводов. Газ отводят от печи 1через водоохлаждаемый патрубок, расположенный в своде печи. Между патруб­ком 2 и газоотводящим трубопроводом имеется воздушный зазор, даю­щий возможность регулировать количество отсасываемого газа и наклонять печь.

Рис. XXII.3. Схема совмещенной очистки газов, отводимых от электропечи и через зонт под фонарем цеха, в сухом пластинчатом электрофильтре

Величину этого зазора регулируют муфтой 5, которая может перемещаться с помощью электропривода. После дожигания окись углерода в камере 3газ охлаждают в устройстве 4. Дожигание и охлаждение газа осуществляют атмосферным воздухом, который поступает в камеру дожигания через клапан б, а в камеру охлаждения через клапан 7. Далее газ отводят в систему газоочистки по газопроводу, снабженному клапаном 10, которым регулируют количество газа. В кровле под фонарем установлен зонт 8, через который удаляют неорганизованные выбросы. Количество отсасываемого газа регулируют с помощю клапана 9. Схемы очистки газов, удаляемых непосредственно из печи через подфонарный зонт, могут быть раздельными или совмещенным.

На Донецком металлургическом заводе для очистки газов, отводимых от 100-т электропечи, используется мокрая газоочистка с труба Вентури, а неорганизованные выбросы очищаются в трехпольных сухих электрофильтрах типа УГ (рис. ХХII.2). Газ, отводимый от печи пропускают через прямоугольную трубу Вентури 12с регулируемым сечением горловины, где пыль коагулирует. Укрупненная пыль очищается в инерционном пыле- и брызгоуловителе 13, а затем в центробежном скруббере 14. Очищенный газ с помощью дымососа 15выбрасывается дымовую трубу. Таким образом удаляются неорганизованные выбросы после очистки в сухом пластинчатом электрофильтре 11.

На Кузнецком металлургическом комбинате применяют совмещенную схему очистки технологических и неорганизованных выбросов в сух пластинчатом электрофильтре (рис. ХХII.3). На Узбекском металлургическом заводе по совмещенной схеме газ очищают в рукавном фильтре 16 (рис. ХХII.4). В период заправки, загрузки печи и слива металла ковш, когда электропечь отключена, производят очистку только неорганизованных выбросов, удаляемых через зонт. Эксплуатационные параметры этих газоочисток приведены в табл. XXII.1. Мокрые скорости пылеуловители с трубами Вентури и электрофильтры работают удовлетворительно. В фильтрах типа СМЦ-101-Ш, установленных на Узбекском металлургическом заводе, рукава сделаны из лавсановой ткани. Как показала практика, они непрочны и быстро выходят из строя. Кроме тог вызывает большие затруднения борьба с подсосом воздуха через неплотности в конструкции фильтра. В зарубежной практике для рукавных фильтров используют ткани из синтетических полиэфирных, полиамидных, полиакрилнитрильных и других материалов.

В связи со значительным разбавлением газов, достигающих крыши входное отверстие вытяжного зонта стремятся устанавливать как можно ближе к печи. Однако возможность уменьшения расстояния между зонтом и печью ограничена необходимостью пространства для хода крана, снятия свода, наклона печи и т.д. Удельные объемы отсасываемых газов, а также размеры и формы зонтов зависят от емкости и числа печей, геометрических размеров пролетов. Необходимо, чтобы в рабочем сечении зонтов скорость всасывания газа была больше, чем скорости подъема запыленности газов. Обычно она должна составлять 0,5—1 м/с. Форму зонта выбирают с учетом профиля крыши и расчетом, чтобы восходящий поток не отрикался от его внутренней поверхности. Фланец треугольного сечения, расположенный по периметру кромки зонта, создает наиболее благоприятные аэродинамические условия для эффективного захвата газов Яронтом; кроме того, на нем не образуется отложений пыли. Угол раскры­тия зонта желателен 60°.

Для повышения эффективности улавливания газов зонтами в электро­сталеплавильных цехах стремятся свести к минимуму воздействие по­перечных потоков воздуха, что в отдельных случаях достигается установ­кой между печным и разливочным пролетами экранов, опускающихся ни­же уровня хода крана, а также уменьшением проемов для рельсового транспорта в боковых стенах здания. При строительстве новых цехов пре­дусматривают систему приточной вентиляции, обеспечивающую равномер­ный по периметру здания подвод воздуха, а профиль крыши выполняют в соответствии с формой вытяжных зонтов. В зарубежной практике иногда электропечи заключают в вентилируемые кожухи.

Пропускную способность системы зонтов под крышей рассчитывают с учетом емкости печи и исходя из условия отвода газов в количестве при­мерно 7-12 тыс.м³ /ч на 1 т стали в слитках.

1.4. Выбор схем систем очистки газов литейного производства.

1.4.1. Схема № 1.

Схема системы очистки газов с использованием пластинчатого электрофильтра:

1-дуговая сталеплавильная печь; 2 –пластинчатый электрофильтр; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

1.4.2. Схема № 2.

Схема системы очистки газов с использованием скруббера Вентури:

1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –скруббер Вентури; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

1.4.3. Схема № 3.

Схема системы очистки газов с использованием рукавного фильтра:

1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –рукавный фильтр; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

1.4.4. Обоснование выбора схем.

Для очистки ваграночных газов более эффективны скоростные пылеуловители с трубами Вентури, электрофильтры и тканевые фильтры. Они обеспечивают необходимую степень очистки. При их использовании газы пред­варительно охлаждают за счет подсоса в газовый тракт атмосферного воз­духа, орошения их мелко распыленной водой в газоходе или в полом скруббере.

1.5. Описание аппаратов для очистки газов.

1.5.1. Тканевые фильтры.

Тканевый фильтр (рис. 4) состоит из корпуса цилиндрической или прямоугольной формы, выполненного из листовой стали, в котором размещены все узлы фильтра. Существенным элементом корпуса является бункер, имеющий коническую или пирамидальную форму, угол наклона стенок которого должен быть больше угла естественного откоса улавливаемой пыли. В нижней части бункера устанавливаются шнековый или скребковый транспортер и шлюзовой затвор, предназначенные для выгрузки уловленной пыли. Бункер и корпус разделены горизонтальной решеткой, в которой сделаны отверстия с патрубками для крепления рукавов. Корпус вертикальными стенками разделяется на секции с целью уменьшения перегрузки фильтровального материала и более эффективной регенерации. В секциях прямыми рядами или в шахматном порядке размещаются рукава; отношение длины рукава к диаметру — от 15 до 40.

На корпусе находятся механизм управления регенерацией, клапанная коробка переключения секций на продувку с калорифером для подачи в фильтр (во избежание залипания фильтровального материала) подогретого продувочного воздуха, а также коллекторы, через которые запыленный газ и продувочный воздух подводятся к фильтру, а очищенный воздух отводится от него.

Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый выпускной клапан поступает в газопровод чистого газа. Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается. Когда оно достигнет некоторого предельного (по условиям тяги) значения, фильтр переводится на режим регенерации, т. е. рукава освобождаются от осевшей на них пыли.

Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Продувочный воздух от специального вентилятора направляют внутрь камеры через открытый продувочный клапан (выпускной клапан закрыт). Фильтруясь через рукав в обратном направлении, воздух разрушает образовавшийся на внутренней поверхности рукава слой пыли, которая падает в бункер, откуда удаляется при помощи шнека или другого устройства. Отработавший продувочный воздух через подводящий газ патрубок поступает в газопровод неочищенного газа. В целях повышения эффективности регенерации одновременно с обратной продувкой осуществляется встряхивание рукавов, для этого используется специальный встряхивающий механизм, перемещающий вверх и вниз крышку, к которой крепится рукав. Камеры фильтра переводят на регенерацию по очереди, и, следовательно, фильтр в составе п —1 камера все время находится в работе.

Рис. 4 Общий вид рукавного фильтра:

1 — вход пылегазового потока; 2 — газораспределительное устройство; 3— бункер; 4 — рукава, 5 — воздушные сопла; 6 — коллектор сжатого воздуха; 7 — воздуховоды; 8 — выход чистого газа

1.5.2. Скоростные (турбулентные) пылеуловители

Скоростные пылеуловители (СПУ) начали широко применять в цветной металлургии с 1950 г. Этому способствовало несложное малогабаритное их оборудование и простота обслуживания.

Принцип действия СПУ заключается в следующем. Вода, вводимая в поток запыленных газов, движущихся с высокой скоростью (обычно 70—100 и более м/с), дробится на мелкие капли. Необходимая для дробления жидкости энергия заимствуется в основном у газового потока. Высокая степень турбулентности газового потока способствует дроблению жидкости и столкновениям частиц с каплями жидкости. Относительно крупные капли жидкости вместе с частицами пыли легко улавливаются затем в простейших пылеуловителях (например, в мокрых циклонах).

Для разгона газового потока в газопровод встраивают конфузор, переходящий в небольшой участок цилиндрической формы (горловину), где газы движутся с наибольшей скоростью. Затем газы расширяются в диффузоре и их скорость снижается. Конфузор, горловина и диффузор образуют скоростной (турбулентный) распылитель. Вид распылителя круглого сечения (применяют также распылители прямоугольного сечения); скоростной распылитель и циклон составляют СПУ, а на рис. 5 показана установка пылеуловителя с трубой Вентури.

Оптимальное соотношение отдельных элементов распылителя следующее: углы раскрытия конфузора и диффузора принимают, как правило, соответственно равными 25—28 и 6—7°; длина горловины обычно составляет от 0,15 до 0,5 ее диаметра. Чтобы снизить потери давления, внутреннюю поверхность трубы-распылителя подвергают механической обработке.

Рис. 5. Скоростной распылитель с периферийной подачей жидкости (нормаль Гипроцветмета)

1.5.3. Электрофильтры

Основная классификация электрофильтров может быть представлена следующим образом.

По расположению зон зарядки и осаждения – однозонные и двухзонные.

Двухзонные электрофильтры применяют для очистки вентиляционного воздуха с очень малой начальной запыленностью — около 10 мг/м³ . Провода ионизатора находятся под напряжением 13 кВ. положительной полярности (положительная корона дает меньше озона, чем отрицательная, что важно, если очищенный воздух применяют для приточной вентиляции).

По направлению хода очищаемых газов – вертикальные и горизонтальные. По форме осадительных электродов – трубчатые, шестигранные и пластинчатые. По числу последовательно расположенных электрических полей – однопольные и многопольные. По числу параллельно работающих секций — односекционныеи многосекционные. Посостоянию улавливаемой пыли — сухие, когда очистка газов в электрофильтре осуществляется при температуре выше точки росы газа, т. е. пыль улавливают в сухом виде, и мокрые, когда газы, влажные вследствие конденсации паров воды или других газообразных компонентов, и пыль улавливают в мокром виде, а удаляют с электродов промывкой.

Элементы конструкции электрофильтров

Корпус (кожух) выполняют из листовой стали, бетона, кирпича, листового свинца и других материалов в зависимости от температуры очистки газов и их агрессивности,

В корпусе электрофильтра размещают системы осадительных и коронирующих электродов, механизмы встряхивания электродов, механизмы для удаления осажденной пыли (в сухих электрофильтрах) или форсунки для смыва пыли (в мокрых электрофильтрах), устройства для равномерного распределения газа по сечению электрофильтра и др.

Корпус электрофильтра может быть прямоугольным (горизонтальные и часть вертикальных электрофильтров) или круглым (вертикальные электрофильтры).

Корпус горизонтальных электрофильтров, работающих при высоких температурах (до 400—450°С), во избежание подсосов воздуха выполняют, как правило, герметичными из листовой стали с наружной теплоизоляцией, а не из кирпича или бетона.

Осадительные электроды изготовляют из углеродистой и легированной стали, свинца, титана и винипласта (в мокрых электрофильтрах) в зависимости от условий работы электрофильтра и агрессивности газов.

Выбор материала для коронирующих электродов зависит от агрессивности газов и их температуры; обычно применяют углеродистую и легированную сталь, свинец, нихром и др.

Коронирующие электроды должны быть по возможности увеличенного поперечного сечения во избежание их обрыва, в частности вследствие электрической эрозии. В настоящее время выбирают преимущественно профили коронирующих электродов, с коронирующими кромками или фиксированными точками коронного разряда — иглами.

На рис.6 представлена схема стандартного электрофильтра.

Рис.6 Схема электрофильтра типа ЭГА

1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – осадительный электрод; 4 – механизм встряхивания осадительных электродов; 5 – коронирующий электрод; 6 – рама подвеса коронирующих электродов; 7 – механизм встряхивания коронирующих электродов; 8 – привод встряхивания осадительных электродов; 9 – привод встряхивания коронирующих электродов; 10 – токоподвод; 11 – вибратор; 12 – опора.

2. Исходные данные:

- Объем отходящих газов V=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

- температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

- барометрическое давление P_бар =98658,5 Па

- разрежение перед фильтром P=2000 Па

- стандартное отклонение (к-т полидисперсности) σ_ч =0,06

- концентрация пыли в газе перед фильтром Z₁ =30 г/м³

- средний размер частиц d_м =1,2 мкм

- плотность частиц пыли ρ_п =3070 кг/м³

- состав газа: 8% СО₂ , 3,22% О₂ , 15,64% CO, 0,5% H₂ , 72,64%N₂

- дисперсный состав пыли характеризуется следующими данными

- фракционный состав пыли характеризуется следующими данными

3.Расчет выбранных систем аппаратов для очистки газов.

3.1. Расчет рукавного фильтра.

- Объем отходящих газов V=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

- температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

- барометрическое давление P_бар =98658,5 Па

- разрежение перед фильтром P=2000 Па

- концентрация пыли в газе перед фильтром z₁ =30 г/м³

- средний размер частиц d_м =1,2 мкм

- пористость ткани ε_т =0,83

- пористость пылевого слоя

- плотность частиц пыли ρ_п =3070 кг/м³

- состав газа: 8% СО₂ , 3,22% О₂ , 15,64% CO, 0,5% H₂ , 72,64%N₂

- максимально допустимый перепад давления на фильтре DP=1000 Па

Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=210ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:

Расчёт

Принимаем допустимую температуру газа для ткани “оксалон'' равной t=210ºС, определяем присос воздуха V_в с температурой 30ºС перед фильтром, необходимый для охлаждения газа V_г с t=210ºС до t_см =210ºС

Полный (ориентировочный) расход газа на фильтрацию и воздуха обратной продувки, поступающего в газопровод грязного газа составит, м³/с:

Объемный расход газа, идущего на фильтрацию, при рабочих условиях, м³/с:

Определим скорость фильтрации по формуле:

где q – удельная газовая нагрузка, м³/(м³ мин)

Для данного производства q=1,2 м³/(м² мин), (по табл.А.1Приложение А)

Необходимая фильтрующая поверхность при скорости фильтрации 0,0250 м³/(м² с) составит, м²:

Выбираем по каталогу для установки 6 фильтров ФР-20 (Приложение Б.1) с площадью фильтрации 20000 м². Активная поверхность фильтрации равна:

6·20000-6*/20000=114000 м²,

что близко к полученной по расчету.

Фактическая скорость фильтрации, м³/(м² с):

Определяем вспомогательные коэффициенты А и В:

Вязкость отдельных компонентов газовой смеси при температуре t рассчитываем по формуле:

где m_{i ,0} – динамическая вязкость i-го компонента газовой смеси при 0 ⁰ С, Па·с(табл. А.2 приложения А);

С_i – постоянная Сатерленда i –го компонента газ. смеси при 0 ^° С(табл. А.2 приложения А);

Т – абсолютная температура газовой смеси, К.

Для N₂

Для CO₂

Для O₂

Для СО

Для H₂

Молекулярную массу газовой смеси находим по формуле

М_см , М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объему;

n – число компонентов в газовой смеси;

i – порядковый номер компонента в газовой смеси;

М_см = 29,28 кг/моль

Находим динамическую вязкость газовой смеси по формуле:

где m_{см, t ,} m_{i , t} – динамическая вязкость, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов (при температуре t), Па·с;

М_см , М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i – го компонента, % по объему;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Определяем величину сопротивления слоя ткани, Па:

Задаваясь предельным общим сопротивлением ΔP_п =1000 Па, находим величину сопротивления пылевого слоя, Па:

Определяем необходимую при заданных условиях продолжительность межрегенерационного периода, с:

3.2. Расчет скоростных пылеуловителей с трубами Вентури.

- влагосодержание газа f=10 г/м³ ;

- запыленность газа z₁ =30 г/м³ ;

- температура воды, подаваемой в аппараты, t_1в =20 ⁰ С;

- расход газа перед фильтрами V=100000м³/ч = 27,777 м³/с

- температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

- состав газа: 8% СО₂ , 3,22% О₂ , 15,64% CO, 0,5% H₂ , 72,64%N₂

- барометрическое давление P_бар =98658,5 Па

Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=400ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:

Расчёт

Найдем требуемую эффективность пылеуловителя:

Число единиц переноса определим по формуле:

По приложению находим значения вспомогательных коэффициентов:

А=0,1925, В=0,3255

Найдем значение удельной энергии из формулы:

откуда К_Т =43240,67 кДж/1000м³ ;

Рассчитаем количество газа, поступающего в трубы Вентури при рабочих условиях:

где

V_вл – объемный расход влажного газа при рабочих условиях;

V_0,сух – объемный расход сухого газа при нормальных условиях;

t – температура газа, ⁰ С;

f – влажность газа, кг/м³ ;

P_бар - барометрическое давление, Па;

P – избыточное давление (разряжение) газа, Па;

Приняв удельный расход воды m=V_в /V₁ =1·10^-3 м³ /м³ , или 1 л/м³ , найдем общий расход воды на трубы Вентури:

Рассчитаем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, приняв давление воды Р_в =300000 Па:

Плотность сухого газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури находим по формуле:

Рассчитываем температуру газа на выходе из трубы Вентури по формуле:

Находим влагосодержание газа на выходе из трубы Вентури, пользуясь диаграммой h-х, (см. рисунок А.1 приложения А):

Из точки на диаграмме h-х, характеризуемой параметрами х₁ =0,0076 кг/кг и t₁ =400 ⁰ С, проводим линию h=const до пересечения с изотермой t₂ =71,8 ⁰ C и, опустив перпендикуляр из точки, найдем:

тогда

Находим влагосодержание газа на выходе из трубы Вентури расчетным (более точным) путем. Для этого определяем энтальпию влажного газа на входе в трубу Вентури по формуле:

где

Так как процесс в трубе Вентури идет при постоянной энтальпии, то влагосодержание на выходе из трубы Вентури х₂ и f₂ при температуре t₂ можно определить по формулам:

кг/кг;

кг/м³ _;

Определенное по h-x диаграмме значение влагосодержания х₂ отличается от расчетного не более чем на 6,4 % (в дальнейшем расчете используем расчетное х₂ ).

Находим плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури по формуле:

Находим количество газа на выходе из трубы Вентури:

Размеры инерционного пыле- и каплеуловителя (бункера) определяем по скорости в его поперечном сечении v_б =2,5 м/с:

м;

Высоту цилиндрической части бункера принимаем 4,3 м:

Гидравлическое сопротивление бункера рассчитываем, приняв x=80:

Па;

Выбираем для установки центробежный каплеуловитель типа АКМ-3-100. Скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем v_скр.к.у =4 м/с.

м

Предусматриваем один стандартный скруббера диаметром 3300 мм и рассчитываем действительную скорость газа в нем:

м/с;

Для рассматриваемого скруббера

м;

Определяем гидравлическое сопротивление скруббера-каплеуловителя при x_скр.к.у =80 по формуле:

Па;

Гидравлическое сопротивление труб Вентури составит:

Па;

Рассчитываем скорость газа в горловине трубы Вентури по формуле:

Предварительно определяем x_ж по формуле:

Получаем:

Определяем геометрические размеры трубы Вентури. Для обеспечения равномерного орошения трубы Вентури через одну центральную расположенную форсунку принимаем по каталогу стандартную трубу с диаметром горловины D₂ =240 мм и рассчитываем число труб Вентури, используя формулу:

откуда

шт.

Приняв 100 труб Вентури, уточняем скорость газа в горловине трубы Вентури и удельный расход орошающей жидкости, обеспечивающей требуемые затраты энергии на очистку газа DР_тв :

м/с

Получаем:

Рассчитываем диаметр входного сечения конфузора, приняв скорость газа в нем v₁ =20 м/с:

м;

Диаметр выходного сечения диффузора при скорости газа в нем v₃ =20 м/с составит:

м;

Находим длины отдельных частей трубы Вентури:

рассчитаем длину конфузора, если a₁ =25⁰

м;

длина горловины по формуле:

м;

длина диффузора по формуле:

Полная длина каждой трубы Вентури будет равна:

м.

3.3. Расчет пластинчатого электрофильтра.

- Количество газаV=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

- температура газа на выходе из ДСП t=1700⁰ C;

- разрежение в системе Р=2 кПа;

- содержание пыли в газе на входе в электрофильтр Z₁ =15 г/м³ ;

- фракционный состав пыли характеризуется следующими данными

-

- требуемое содержание пыли на выходе из электрофильтра Z₂ =30 мг/м³

Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=250ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:

Расчёт

Расход влажного газа при рабочих условиях:

Принимаем к установке электрофильтр типа ЭГВ, задавшись скоростью газа в электрофильтре v=1м/с, рассчитываем площадь активного сечения:

Выбираем по каталогу электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2 (Приложение Б, таблица Б.3), у которого площадь активного сечения F=15,8*7=110,6 м² и уточняем скорость газа в электрофильтре:

По технологической характеристике электрофильтра, характеристике газа и содержащейся в нем пыли, рассчитываем электрические параметры и степень очистки газа.

Вычисляем относительную плотность газа по сл. формуле:

Рассчитаем критическую напряженность электрического поля. Для принятого электрофильтра радиус коронирующего электрода r_{0 k} =1^. 10^-3 м:

Критическое напряжение короны или разность потенциалов между коронирующим и осадительным электродами при возникновении коронного разряда:

Определяем линейную плотность тока для пластинчатого электрофильтра. Подвижность ионов для средних условий коронного разряда может быть принята равной 2,1^. 10^-4 м² /(В·с). При h/b=0,23/0,23=1, f=0,027.

По паспортным данным электрофильтра рассматриваемого типа, напряжение, приложенное к электродам, должно составлять 80кВ. Тогда

Определяем напряженность поля в пластинчатом электрофильтре. Электрическая постоянная:

Тогда

Вязкость отдельных компонентов газовой смеси при температуре t рассчитываем по формуле:

где m_{i ,0} – динамическая вязкость i-го компонента газовой смеси при 0 ⁰ С, Па·с(табл. А.1 приложения А);

С_i – постоянная Сетерленда i –го компонента газ. смеси при 0 ⁰ С(табл. А.1 приложения А);

Т – абсолютная температура газовой смеси, К.

Для N₂

Для CO₂

Для O₂

Для СО

Для H₂

Молекулярную массу газовой смеси находим по формуле

М_см , М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объему;

n – число компонентов в газовой смеси;

i – порядковый номер компонента в газовой смеси;

М_см = 29,26 кг/моль

Ввиду малого содержания водяных паров 10 г/м³ вязкость сухого газа практически не отличается от вязкости реально используемого газа.

Находим динамическую вязкость газовой смеси по формуле:

где m_{см, t ,} m_{i , t} – динамическая вязкость, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов (при температуре t), Па с;

М_см , М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i – го компонента, % по объему;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Тогда

Рассчитаем теоретическую скорость движения заряженных частиц к электродам электрофильтра. Скорость движения частиц (скорость дрейфа) размером более 2 мкм вычисляется по формуле

где Е = Е_3.0 =Е_3.3 – напряженность поля в зоне осаждения, В/м;

r_p – радиус частицы, м;

m_r – динамическая вязкость газа, Па с; m_г = m_см .

Подставив в это уравнение значение радиуса частиц пыли, содержащихся в газе (см. исходные данные), получим значения скорости дрейфа частиц диаметром более 2 мкм.

Для частиц радиусом меньше 2 мкм теоретическую скорость определяемем по формуле

где Е = Е_3.0 =Е_3.3 - напряженность поля в зоне осаждения , В/м

А – постоянный коэффициент (равен 0,815 –1,63); (принимаем А = 1);

L_m – средняя длина свободного пробега молекул, м; (для газов ориентировочно можно принять 10^{-7 м);}

Подставив в это уравнение значение радиуса частиц пыли, содержащихся в газе (см. исходные данные), получим значения скорости дрейфа частиц диаметром менее 2 мкм.

Расчетная скорость дрейфа частиц.

Действительная скорость движения частиц в электрофильтре, по практическим данным, в два раза меньше рассчитанной:

Находим удельную поверхность осаждения. Для 7 фильтров типа ЭГВ1 -6-6-6-2 общая площадь осаждения осадительных электродов составляет F_о.э.1 =570 м² .

где n – число фильтров.

Отсюда удельная поверхность осаждения

Фракционную степень очистки газа в выбранном пластинчатом электрофильтре рассчитываем по формуле

где f – удельная поверхность осаждения, с/м;

F_о,э – общая площадь осадительных электродов, м² ;

H – высота осадительных электродов, м;

L – общая длина осадительных электродов всех электрических полей, м;

n – число газовых проходов в активном сечении;

F_а,с – площадь активного сечения, м² ;

h – расстояние между коронирующими и осадительными электродами, м.

По значению удельной поверхности осаждения и действительным скоростям движения пыли в электрофильтре фракционная степень очистки газа будет характеризоваться следующими данными:

Общая степень очистки газа в электрофильтре определяется по формуле:

Общая степень очистки газа составит:

Содержание пыли в очищенном газе определим по следующей формуле:

3.4. Технические характеристики выбранных по расчетам типов стандартных аппаратов для очистки газов по данным каталогов на газоочистное оборудование:

3.4.1. Рукавный фильтр типа Фр- 20

- производительность по очищаемому газу 20000 м³ /ч;

- гидравлическое сопротивление, 400 Па;

- допустимая запыленность газа, 20 г/м³ ;

- масса механического оборудования, 121700 кг;

- температура, 330 ºС

- габариты, L×B×H = 3910×2270×4060 мм×мм×мм;

- объем пылесборной тележки 1 м³ ;

3.4.2. Скоростной пылеуловитель с трубами Вентури типа АКМ-3-100

- диаметр аппарата, 2400 мм;

- производительность, 75315-84000 м³ /ч;

- скорость в свободном сечении, 3,5-5 м/с;

- габариты, L×B×H = 2970×2720×6908 мм×мм×мм;

- масса общая, 2,648 т;

- допустимая концентрация жидкости в газе, 1 л/м³ ;

- температура, 400ºС;

- гидравлическое сопротивление,0,35 кПа;

3.4.3. Электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2

- производительность по очищаемому газу (при условной скорости

1 м/с), не более 56880 м³ /ч;

- активный объем, 121,3м³ ;

- площадь активного сечения, 15,8 м² ;

- площадь поверхности осаждения, не более 570 м² ;

- масса механического оборудования, 16100 кг;

- расстояние между осадительными электродами, 0,46м;

- гидравлическое сопротивление, 0,2 кПа;

- разряжение, 15 кПа;

- температура, 330 ºС;

- допустимая запыленность газа, 90 г/м³ ;

- габариты, L×B×H = 12600×5545×14600 мм×мм×мм;

3.5. Обоснование возможности использования рассчитанных

аппаратов.

Рукавный фильтр может быть поставлен, так как очищает газ до конечной концентрации 4 - 7 мг/м³ . Скруббер Вентури обеспечивает конечную концентрацию 30 – 50 мг/м³ , что так же соответствует условиям поставленной задачи. Из расчета видно, что после электрофильтра запыленность газа составляет 27,88 мг/м³ .Чтобы определить какой из аппаратов наиболее выгодно поставить, необходимо провести технико-экономических расчет.

4. Расчёт технико-экономических показателей работы

газоочистных сооружений

4.1. Расчёт капитальных затрат

Капитальные затраты (К_А ) на строительство газоочистных установок, руб .:

К_А = К₁ + К₂ + К₃ + К₄ + К₅

где:

1) стоимость оборудования, руб.:

К₁ = К_1.2. + К_1.1.

где К_1.1. = V ₀ · a ∙ 10^-3 – стоимость основного оборудования, руб. ;

V ₀ . – расход газа (при нормальных условиях), м³ /ч ;

а – удельная сметная стоимость газоочистных аппаратов, руб./(1000 м³ /ч), стр. 133 [1];

К_1.1. = 186000·500·10^-3 = 93000000 руб .

К_1.1. = 451000·10·10^-3 = 4510000 руб .

К_1.1. = 927000·400·10^-3 = 370800000 руб .

К_1.2. = D _К1.2. ·К_1.1. – стоимость дополнительного оборудования, руб. ;

D _К1.2. – доля дополнительного оборудования, % от стоимости основного оборудования К_1.1. .

К_1.2. = 0,2·93000000 = 18600000 руб.

К_1.2. = 0,4·4510000= 1804000руб.

К_1.2. = 0,27·370800000 = 100116000 руб.

К₁ = 93000000+18600000=111600000 руб.

К₁ = 4510000+1804000= 6314000руб.

К₁ = 370800000+100116000= 470916000 руб.

2) затраты на транспортировку оборудования к месту монтажа, руб .:

К₂ = D _К2 · К₁

где D _К2 = 0,085 – коэффициент, определяющий долю транспортных расходов в капитальных затратах.

К₂ = 0,85·111600000= 9486000,00руб.

К₂ = 0,85·6314000= 536690руб.

К₂ = 0,85·470916000 = 40027860руб.

3) затраты на монтаж оборудования, руб .:

К₃ = D _К3 · К₁

где D _К3 – относительная доля капитальных затрат на металлоконструкции,

К₃ = 0,5·111600000 = 55800000,0 руб.

К₃ = 0,6·6314000= 3788400 руб.

К₃ = 0,2·470916000 = 94183200 руб.

4) затраты на сооружение металлоконструкций, трубопроводов, газоходов в пределах установки, руб .:

К₄ = D _К4 · К₁

где D _К4 – относительная доля капитальных затрат на монтаж оборудования,

К₄ = 0,15· 111600000 = 16740000 руб.

К₄ = 0,2· 6314000= 1262800 руб.

К₄ = 0,2· 470916000 = 94183200 руб.

5) затраты на строительные работы (т.е. стоимость здания, фундаментов и других сооружений), руб .:

К₅ = D _К5 · К₁

где D _К5 – относительная доля капитальных затрат на строительные работы

К₅ = 0,18*111600000· = 20088000 руб.

К₅ = 0,2*6314000· = 1262800 руб.

К₅ = 0,2· 470916000 = 94183200руб.

К_А = 111600000+9486000,00+55800000,0+16740000+20088000= 213714000 руб.

К_А = 6314000+536690+3788400+1262800+1262800= 13164690 руб.

К_А = 470916000+40027860+94183200+94183200+94183200=

=793493460руб.

Результаты расчётов капитальных затрат представлены в таблице № 5.

Сводная характеристика капитальных вложений на очистку газов

Таблица № 5

4.2. Расчёт эксплуатационных расходов

Годовые эксплуатационные расходы:

С_А = С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅ + С₆ + С₇ , где

1. Энергетические затраты, руб./год:

С₁ = С_Э + С_В , где

1) Стоимость электроэнергии за год, руб./год :

С_Э = 10^-6 · 24· V ₀ ·( 365 – N_P )·У_Э ·Ц_Э

где N_P = 30 – число дней простоя газоочистного оборудования на ремонте;

У_Э – удельный расход электроэнергии, кВт·ч/(1000м³ газа) ;

Ц_Э = 10 – цена электроэнергии, руб./(1000 кВт·ч) .

С_Э = 10^-6 · 24· 186000·(365 – 30)·1·10=14954400 руб./год

С_Э = 10^-6 · 24· 451000·(365 – 30)·4·10=145041600 руб./год

С_Э = 10^-6 · 24· 927000·(365 – 30)·0,6·10=44718480руб./год

2) Стоимость воды за год, руб./год :

С_В = 10^-6 · 24· V ₀ ·( 365 – N_P )·У_В ·Ц_В

где У_В – удельный расход воды, стр. 116 [1], м³ /(1000м³ газа) ;

Ц_В = 10 – цена воды, руб./(1000 кВт·ч) .

С_В = 10^-6 · 24· 186000·(365 – 30)·0·10=10 руб./год

С_В = 10^-6 · 24· 451000·(365 – 30)·1·10=36260400 руб./год

С_В = 10^-6 · 24· 927000·(365 – 30)·0·10=10 руб./год

С₁ = 14954410 + 1 0= 14954410 руб./год

С₁ = 145041600+ 36260400=181302000 руб./год

С₁ = 44718490 + 1 0= 44718490 руб./год

2. Основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих и инженерно-технических работников (ИТР), руб./год:

С₂ = С_{З.П.РАБ.} + С_{З.П.ИТР,} где

1) Заработная плата производственных рабочих за год, руб./год :

С_{З.П.РАБ.} = 12· N _РАБ · Z _РАБ

где N _РАБ – число рабочих, обслуживающих газоочистку (эксплуатационный и ремонтный персонал);

Z _РАБ – ежемесячная заработная плата рабочих, обслуживающих газоочистку, руб./мес .

С_{З.П.РАБ.} = 12·13·200=31200 руб./год

С_{З.П.РАБ.} = 12· 13·200=31200 руб./год

С_{З.П.РАБ.} = 12· 15·200=36000 руб./год

2) Заработная плата ИТР за год, руб./год :

С_З.П.ИТР = 12· N _ИТР · Z _ИТР

где N _ИТР – число ИТР, обслуживающих газоочистку (эксплуатационный и ремонтный персонал);

Z _ИТР – ежемесячная заработная плата ИТР, обслуживающих газоочистку, руб./мес .

С_З.П.ИТР = 12· 1· 200=2400 руб./год

С_З.П.ИТР = 12· 1·200=2400 руб./год

С_З.П.ИТР = 12· 1· 200=2400 руб./год

С₂ = 31200+ 2400=47520 руб./год

С₂ = 31200+ 2400=47520 руб./год

С₂ = 36000+ 2400=44880 руб./год

3. Отчисления на социальное страхование, руб./год:

С₃ = D _Э2 · С₂

гдеD _Э2 = 0,079 – относительная доля годового фонда заработной платы производственных рабочих на социальное страхование.

С₃ = 0,079· 47520=3754 руб./год

С₃ = 0,079· 47520=3754 руб./год

С₃ = 0,079· 44880=3546 руб./год

4. Расходы на текущий ремонт, руб./год:

С₄ = D _Э4.1. · К₅ + D _Э4.2. ·(К₁ + К₄ )+ D _Э4.3. · К_3.

где D _Э4.1. = 0,01 – относительная доля эксплуатационных расходов на строительные работы;

D _Э4.2. = 0,05 – относительная доля эксплуатационных расходов на оборудование с учётом монтажа;

D _Э4.3. = 0,0085 – относительная доля эксплуатационных расходов на содержание основных средств.

С₄ = 0,01·20088000+0,05·(111600000+16740000)+0,0085∙55800000,0=8434449

С₄ = 0,01·1262800+0,05·(6314000+1262800)+0,0085·3788400=503367,865

С₄ = 0,01·94183200+0,05·(470916000+94183200)+0,0085·94183200=

=35941486,41

5. Амортизация основных средств, руб./год :

С₅ = D _Э5.1. · (К₁ + К₄ ) + D _Э5.2. ·(К₅ + К₃ )

где D _Э5.1. = 0,092 – относительная доля эксплуатационных расходов на оборудование с учётом монтажа;

D _Э5.2. = 0,025 – относительная доля стоимости зданий и сооружений, включая стоимость металлоконструкций, трубопроводов, газоходов.

С₅ = 0,092·(111600000+16740000) + 0,025·(20088000+55800000,0)= 13704480

С₅ = 0,092·(6314000+1262800)+0,025 ·(1262800+3788400)= 823345,6

С₅ = 0,092· (470916000+94183200) + 0,025 ·(94183200+

94183200)= 56698286,4

6. Остальные расходы по цеху, руб./год:

С₆ = D _Э6.1. ·(С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅ ) + D _Э6.2. ·С₂

где D _Э6.1. = 0,32 – относительная доля перечисленных выше статей;

D _Э6.2. = 0,20 – относительная доля эксплуатационных расходов на заработную плату обслуживающего персонала.

С₆ = 0,2·(14954410+47520+3754+8434449+13704480)+0,2·47520=11895780

С₆ = 0,2·(181302000+47520+3754+503367,865+823345,6)+0,2·47520=241147088

С₆ = 0,2·(44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4)+0,2·44880=181385805

7. Расходы общезаводского характера (расходы на подготовку и освоение установки и прочие производственные расходы), руб./год:

С₇ = D _Э7 · (С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅ + С₆ )

где D _Э7 = 0,15 – относительная доля перечисленных выше статей.

С₇ = 0,15·(14954410+47520+3754+8434449+13704480+11895780)= 56396452

С₇ = 0,15·(181302000+47520+3754+503367,865+823345,6+58467100)= 277319151

С₇ = 0,15·(44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4+43979116)= 27207871

С_А = 181302000+47520+3754+503367,865+823345,6+58467100+7356059=

=56396452

С_А = 50250000+47520+3754+139514,375+228200+16223580+36172063=

=277319151

С_А = 44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4+43979116+27207871=

=208593675

Расчёты годовых эксплуатационных расходов представлены в таблице №6.

Статьи годовых эксплуатационных расходов на очистку газов

Таблица № 6

4.3. Расчёт технико-экономических показателей

1. Себестоимость очистки газа (удельные эксплуатационные расходы), руб./(1000 м³ газа) :

V _г = 24· V ₀ ·( 365 – N_P ) – годовой объём очищенных газов, м³ /год .

V _г = 24·186000·(365 – 30) = 1495440,00 м³ /год

V _г = 24·451000·(365 – 30) = 3626040,00 м³ /год

V _г = 24·370800000·(365 – 30) =7453080,00м³ /год

руб./(1000 м³ газа)

руб./(1000 м³ газа)

руб./(1000 м³ газа)

2. Удельные капитальные затраты, руб./(1000 м³ газа) :

руб./(1000 м³ газа)

руб./(1000 м³ газа)

руб./(1000 м³ газа)

3. Удельные приведённые затраты, руб./(1000 м³ газа) :

З = С + Е_Н ·К

где Е_Н = 0,12– нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности.

З = 0,038 + 0,12·0,143=0,055 руб./(1000 м³ газа)

З = 0,076 + 0,12·0,004=0,077 руб./(1000 м³ газа)

З = 0,028 + 0,12·0,106=0,041 руб./(1000 м³ газа)

Расчёты технико-экономических показателейпредставлены в таблице №7

Технико-экономические показатели газоочистных установок

Таблица № 7

Из расчетатехнико-экономических показателей работы газоочистных сооружений видно, что самые наименьшие затраты идут на электрофильтр, а так как все рассчитанные аппараты обеспечивают необходимую газоочистку, то выбираем наиболее экономичный аппарат, т.е. электрофильтр.

5. Расчёт высоты дымовой трубы

В составе отходящих газов присутствуют токсичные компоненты в твердом и газообразном состоянии. Рассчитанная схема газоочистки не обеспечивает очистку газов от газообразных токсичных компонентов, эта же схема осуществляет удаление дисперсных частиц до концентрации равной 26,39 мг/м³ , что значительно ниже уровня ПДК.

Исходные данные:

Характеристики пылегазового потока:

-химический состав газовой смеси:

a_{CO 2} =8%; a_{O 2} =3,22%; a_CO = 15,64%; а_{H 2} =0,5%; a_{N 2} =72,64%.

- химический состав дисперсных частиц:

b_{SiO 2} =6,53%; b_{Fe 2 O 3} =37,5%; b_{С a О} =12,05%; b_С =33.58%; b_{SO 3} =0.7%; b_MgO =4%; b_{MnO 2} =1.9%; b_{Al 2 O 3} =0,59%; b_{so 2} =0.88%; b_с =2,64%.

- объёмный расход газовой смеси (при рабочих условиях), V=51.04 м³ /с;

- концентрация дисперсных частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата, z₂ =15 мг/м³ ;

- температура газовой смеси, t_г =250 °C ;

- степень улавливания пылеулавливающего аппарата 99,85 %.

Климатический параметр:

- температура самого жаркого месяца, t_В =27 °C (T_В =300К).

Параметр температурной стратификации атмосферы:

- коэффициент температурной стратификации атмосферы, А=120, с^2/3 *мг/(К^1/3 *г).

Так как кроме данного предприятия есть другие промышленные предприятия, которые так же загрязняют окружающую среду, принимаем фоновое значение концентрации по данным СЭС.(таблица №8)

Фоновые и предельно допустимые концентрации вредных веществ:

Таблица №8

Определить:

1) для выбранной высоты стандартной дымовой трубы определить максимальные значения концентрации в приземном слое каждого из вредных компонентов:

c_{M , Al 2 O 3} =? м; c_{M , Fe 2 O 3} =? м; c_{M , CaO} =? м; c_{M , MgO} =? м; c_{M , SiO 2} =? м; c_{M , C} =? м; c_{M , SO 2} =? м; c_{M , CO} =? м;

2) выбрать необходимую высоту стандартной дымовой трубы:

h_ст =?;

Расчет:

Определение суммарного количества каждого вредного вещества, г/с, выбрасываемого в атмосферу, производим по следующим формулам:

М_ii =V*c_ii /1000, г/с

здесь

M_ii - суммарное количество каждого вредного вещества, г/с;

V - объемный расход газовой смеси (при рабочих условиях), м³ /с;

с_ii - концентрация вредного компонента в дымовых газах, мг/м³ ;

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

Для твердых вредных компонентов (дисперсных частиц):

c_ii = z₂ ∙(b_ii /100),

z₂ - концентрация дисперсных частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата, мг/м³ ;

b_ii - концентрация вредного компонента в пыли (в соответствии с химическим составом пыли), % по массе:

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

c _Al2O3 = z₂ ∙(b_Al2O3 /100)=21.77 ∙(0.59/100)=0.73мг/м³

c _Fe2O3 = z₂ ∙(b_Fe2O3 /100)= 21.77 ∙(37.5/100)=6.45мг/м³

c _CaO = z₂ ∙(b_{С a О} /100)= 21.77 ∙(12.05/100)=1.13мг/м³

c _MgO = z₂ ∙(b_MgO /100)= 21.77 ∙(4/100)=0.20мг/м³

c _SO2 = z₂ ∙(b_SO3 /100)= 21.77 ∙(0.88/100)=0.18мг/м³

c _SiO2 = z₂ ∙(b_SiO2 /100)= 21.77 ∙(6.53/100)=8.07мг/м³

c_C = z₂ ∙(b_С /100)= 21.77 ∙(0.88/100)=8.86мг/м³

для газообразных вредных компонентов :

если задана объемная концентрация - а_{i .} % по объему:

с_ii = (р_ii *10⁶ )*(а_ii /100), где

ρ_ii - плотность газообразного вредного компонента ( при нормальных условиях) на выходе из пылеулавливающего аппарата, кг/м³ ;

а_ii - концентрация газообразного вредного компонента в пыли (в соответствии с

химическим составом очищаемого газа на выходе из пылеулавливающего аппарата), % по объему;

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

с_CO = (ρ_CO 10⁶ )∙(а_CO /100) = (1,250∙10⁶ )∙(28.5/100) = 35.6∙10⁴ мг/м³

с_{SO 2} = (ρ_{SO 2} 10⁶ )∙(а_{SO 2} /100) = (1,150∙10⁶ )∙(0.5/100) = 1.46∙10⁴ мг/м³

Суммарное количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с:

Для твердых вредных компонентов

М_{Al 2 O 3} = 51.04∙0.73/1000 = 0.0045 г/с

М_{Fe 2 O 3} = 51.04∙6.45/1000 = 0.287 г/с

М_CaO = 51.04∙1.13/1000 = 0.0092 г/с

М_MgO = 51.04∙0.20/1000 = 0.03 г/с

М_{SiO 2} = 51.04∙8.07/1000 = 0.049 г/с

М_{Na 2 O} = 51.04∙0.07/1000 = 0.001 г/с

М_C = 51.04∙8.86/1000 = 0.02 г/с

Для газообразных вредных компонентов :

М_{SO 2} = 51,66∙1.46∙10⁴ /1000 = 0.24 10³ г/с

М_CO = 51,66∙35.6∙10⁴ /1000 = 5.9∙10³ г/с

Выбираем диаметр устья стандартной дымовой трубы D_o =4.2 м.

Определяем среднюю скорость выхода газовой смеси из устья источника выброса w_o , м/с, по формуле:

м/с, где

V- объемный расход газовой смеси, м³ /с;

D_o - диаметр устья источника выброса, м.

Задаем высоту дымовой трубы h=120 м.

Для выбранной высоты стандартной дымовой трубы находим максимальную концентрацию в приземном слое каждого вредного вещества c_{M , ii} .

Так как < 100 и T > 0, максимальную приземную концентрацию вредных веществ для выброса нагретой газовой смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяем по формуле:

, где

А - коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, с^2/3 *мг/(К^1/3 *г);

М - суммарное количество вредного вещества ii, выбрасываемого в атмосферу из одиночной дымовой трубы, г/с; (М = М_ii );

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества ii в атмосферном воздухе; для пыли при средней степени улавливания более 90% F = 2; для газообразных примесей F = l.

m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника выброса.

Коэффициент m определяется в зависимости от параметра f по формуле:

определяем параметр v_м :

тогда > 2, n=3.

Согласно указаниям СН-369-74 максимальная концентрация вредных веществ у земной поверхности при опасных метеорологических условиях с_м достигается на оси факела выброса (по направлению среднего, за рассматриваемый период времени, ветра) на расстоянии х_м :

Так как F = 2, то х_м определяем по формуле.

,

где в - безразмерная величина, при v_м > 2:

Значение опасной скорости ветра u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой имеет место наибольшая приземная концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе, принимаем в зависимости от значения параметра v_м :

При v_м >2

Анализ разных высот дымовых труб показывает, что высота дымовой трубы должна быть не менее 120 м. из стандартного ряда дымовых труб принимаем трубу высотой 120 м и диаметром 4.2 м.

6. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта

Газовый тракт предназначен для:

· организации отвода отходящих газов от источника выбросов;

· подготовки пылегазового потока (изменение температуры газа, состава газа, концентрации частиц) перед газоочистными аппаратами;

· очистки газов в пылеулавливающих аппаратах;

· рассеивания вредных веществ в атмосфере с целью обеспечения значения ПДК в приземном слое.

Целью расчета является определение потерь давления на трение, местное сопротивление, геометрических потерь, потерь давления в газоочистных аппаратах, потерь давления в дымовой трубе и выбор дымососа обеспечивающего отвод газов с расходом 183750 м³ /ч и преодоление аэродинамического сопротивления всего газового тракта.

Газоотводящий тракт чугунолитейной вагранки состоит из последовательно включенных: газоочистной установки (пластинчатый электрофильтр), дымососа и дымовой трубы, соединенных газоходами. Рассчитаем и вы­берем дымосос, обеспечивающий отвод газов от чугунолитейной вагранки, их очистку и выброс через дымовую трубу в атмосферу. Газоотводящий тракт рассчитан на отвод и очистку Vo = 183.75 тыс. м3/ч запыленных газов и оборудован прямоугольными газоходами размером 2,4х4,2 м. Газо­ход металлический, имеет 3 поворота на 90° на участке длиной l = 50 м от дуговой стлеплавильной печи до пластинчатого электрофильтра и два поворота на участке длиной l=43 м от пластинчатого электрофильтра до дымовой трубы. В газоходе имеется участки с вертикальным направ­лением движения газов: до пластинчатого электрофильтр газы поднимаются на 10 м и опускаются на 10 м, высота ды­мовой трубы Н= 120 м.

Расчет

1. Плотность газов на участках при рабочих условиях:

Плотность газа на участке от печи до электрофильтра:

кг/м³

Плотность газа на участке от электрофильтра до вентилятора:

кг/м³

2. Объемный расход газов на участках при рабочих условиях

Объемный расход газов на участке от печи до электрофильтра:

Объемный расход газов на участке от электрофильтра до вентилятора:

3. Скорость газов в газоходе принимаем равной на всех участках w₁ = 20 м/с, а исходя из расчета высоты дымовой трубы, в ней скорость будет равна w₂ = 30 м/с.

4. Для прямоугольного сечения газохода определим эквивалентный диаметр:

d_э =м

4. Потери давления на местные сопротивления в газоходе

где w _i – скорость газов в местном сопротивлении м/с;

ρ_г – плотность газа при рабочих условиях, кг/м³ ;

-коэффициент местного сопротивления,отнесенный к скорости газов w _i

Используем коэффициенты местных сопротивлений (Таблица №9)

Таблица №9

5. Потери давления на трение в газоходах

где λ – коэффициент трения, (λ₁ = 0,03 - для движения газов по ме­таллическим газоходам и трубам; λ₁ = 0,05 - для движения газов в кирпичных боровах и трубах);

d _э - эквивалентный диаметр газохода, м;

l - длина участка газохода, м.

Коэффициент трения для движения газов по железобетонной дымовой трубе при турбулентном режиме, λ₂ определяется с помощью формулы:

Приведенная линейная шероховатость, k, м:

Величина выступов шероховатости: ∆ = 0,8 мм для железобетонной дымовой трубы. Вязкость газа, ν, м² /с: при температуре 250⁰ С равна 2,6*10^-5 .

Число Рейнольдса, Re:

Подставляя все уже найденные величины в формулы, получим:

Газовый тракт, проектируемый нами, состоит размерных участков (таблица №10):

Таблица №10

6. Потери геометрического напора при движении газов

где Н- расстояние по вертикали между центрами рассматриваемых

сечений, м;

g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести;

ρ_в и ρ_г - плотности соответственно окружающего воздуха и газа, кг/м³ .

При расчете ∆р_геом следует обращать внимание на то, что при движении нагретых газов вниз величина самотяги прибавляется к потерям [знак плюс в формуле] и вычитаются при движении нагретых газов вверх [знак минус в формуле].

7. Полное расчетное сопротивление газоотводящего тракта

6.1. Выбор дымососа

1. Требуемая производительность дымососа с учетом 10%-ного запаса

2. Коэффициент пересчета на каталожные условия дымососа:

Создаваемое дымососом разрежение, приведенное к условиям каталога,

3. Используя справочные данные, приведенные в Приложении Б (Таблица Б.4), для отвода газа выбираем вентилятор типа ДН-15, имеющий каталожные характеристики: ∆р_кат ⁼ 2260 Па, V _кат = 50 тыс. м³ /ч, затрачиваемая мощность на валу которого N _кат = 40 кВт.

Список литературы

1. Петров В.И. Основы теории процессов и аппаратов очистки газов. Учеб. пособие: СТИ (МИСиС). Старый Оскол, 2000. – 164 с.

2. Петров В.И. Приложения для практических и лабораторных занятий по курсу: “Основы теории процессов и аппаратов очистки газов”: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2002. – 84 с.

3. Петров В.И. Учебное пособие по проектированию систем очистки газов: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2000. – 81 с.

4. Петров В.И. Системы аспирации и очистки газов. Учебное пособие: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2000. – 134 с.

5. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию./ Под общ. ред. А.А. Русанова: 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.

6. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справ. изд. – М.: металлургия, 1986. – 544 с.

7.Старк, С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве : учеб. для вузов / С. Б. Старк. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1990. - 400 с. : ил.

8.Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии./ Изд. 2-е, перераб.и доп. –М.: Металлургия, 1984, -320 с.

Приложение А

Таблица А. 1 – Значения нормативной удельной газовой нагрузки

Таблица А.2 – Физические свойства некоторых веществ

Рисунок А.1 – h–xдиаграмма влажного воздуха

Приложение Б

Таблица Б.1 – Фильтры рукавные и фильтроциклоны

Таблица Б.2 – Центробежные каплеуловители

Таблица Б.3 – Электрофильтры типа ЭГВ

Таблица Б.4 – Техническая характеристика дымососов серии

ДН, ДРЦ и ДЦ

Таблица Б.5 - Тягодутьевые машины ДН,ВДН

(Цены указаны без стоимости направляющего аппарата. Цена дымососа с НА +10%)

www.venstroy.ru