СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТХОДЯЩИХ ЗАПЫЛЕННЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01D45/00 F22B31/02 

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для обработки высокотемпературных запыленных отходящих газов в металлургической, химической, энергетической и других областях промышленности, в частности запыленных отходящих газов плавильных печей, имеющих повышенное содержание сернистого ангидрида.

Известен способ обработки высокотемпературных, запыленных отходящих газов, включающий пропускание их через пылеосадительное устройство, охлаждение и очистку от пыли. Пылеосадительное устройство, реализующее вышеуказанный способ, выполнено в виде котла-утилизатора, который содержит радиационную камеру, газоходы подвода и отвода отходящих газов, бункер-накопитель пыли [1]
Недостатками указанных способа и устройства являются низкая эффективность теплосъема и низкая степень пылеулавливания, что приводит к сверхрасчетной пылевой и тепловой нагрузке на электрофильтры и циклоны второй ступени пылеулавливания. Эти недостатки обусловлены, во-первых, температурным расслоением газов в радиационной камере котла-утилизатора. Это происходит из-за неравномерного распределения потока отходящего газа по сечению котла-утилизатора основной объем высокотемпературного потока проходит через верхнюю часть радиационной камеры, в результате чего нижняя часть радиационной камеры практически не работает, что существенно снижает эффективность теплосъема и утилизации тепла.

Во-вторых, канализирование потока высокотемпературного отходящего газа в верхней части котла-утилизатора приводит к увеличенной фактической скорости газового потока, что снижает эффективность после пылеочистки. Кроме того, отсутствие отклонения потока не включает в действие инерционные силы, приводящие к выносу из потока частиц пыли и улучшающие пылеочистку. Низкая степень пылеочистки ухудшает работу последующих ступеней пылеочистительных устройств.

Задача изобретения повышение эффективности охлаждения и пылеочистки высокотемпературных запыленных отходящих газов.

Задача решается способом обработки отходящих высокотемпературных запыленных газов, включающем пропускание их через пылеосадительное устройство, охлаждение и очистку от пыли, в котором, согласно изобретению, поток газа распределяют по сечению пыл осадительного устройства путем подачи поперек потока струй газа или пара со скоростью:
U_o= U где U_o скорость подаваемой струи газа или пара;
U_a скорость потока отходящего газа в плоскости подачи струй газа или пара;
d диаметр подаваемой струи газа или пара;
L поперечный размер потока отходящего газа в плоскости подачи струй газа или пара;
К 0,89 эмпирический параметр подаваемой струи газа или пара;
ρ_a плотность потока отходящего газа в плоскости подачи струй газа или пара;
ρ плотность подаваемой струи газа или пара.

Задача решается также устройством для обработки отходящих высокотемпературных запыленных газов пылеосадительным устройством, содержащим радиационную камеру, газоходы для подвода и отвода отходящего газа, а также бункер-накопитель пыли, в котором на своде радиационной камеры в поперечном ее сечении размещены элементы для подачи газа или пара на расстоянии друг от друга, равном 0,05-0,25 высоты радиационной камеры.

Чтобы повысить эффективность охлаждения высокотемпературного потока, требуется увеличить поверхность его теплоотдачи. Исправляя недостаток прототипа сосредоточение основного потока в верхней части радиационной камеры, в предлагаемом способе распределяют этот поток по всему сечению камеры, т.е. охватывают потоком весь ее объем, что как раз и увеличивает поверхность его теплоотдачи и, следовательно, улучшает теплосъем. Рассредоточение потока по всему объему радиационной камеры осуществляют струями газа или пара, подаваемыми поперек потока отходящего высокотемпературного газа с такой скоростью, что они выполняют роль поперечных перегородок, отклоняющих часть потока в нижнюю часть камеры. Высокоскоростная струя подаваемого газа (пара) имеет форму слабо расширяющегося конуса, вследствие чего поток высокотемпературного отходящего газа частично проходит между струями, а частично отклоняется, что позволяет использовать как верхнюю, так и нижнюю часть радиационной камеры.

Скорость подаваемой струи газа или пара (U_o) зависит от скорости высокотемпературного потока охлаждаемого газа (U_a), от его поперечного размера (L) и от плотностей потока и подаваемой струи (ρ_a˙ρ).

Скорость подаваемой струи газа или пара (U_o) должна быть такой, чтобы в средней части камеры (1) 2Н, где динамические напоры потока обрабатываемого высокотемпературного газа и подаваемой струи сравниваются, струи касались друг друга и боковых стенок камеры. При этом обеспечивается полное перекрытие и расширение высокотемпературного потока газа вдвое, что соответственно вдвое увеличивает площадь теплосъема.

Увеличение вдвое ширины потока высокотемпературного отходящего газа вдвое снижает линейную скорость газового потока в свободном объеме радиационной камеры, и соответственно, уменьшает турбулентность потока, определяемую числом Рейнольдса:
Re где R_e определяемое число Рейнольдса в данной плоскости потока;
U_a скорость потока очищаемого газа в данной плоскости;
L поперечный размер потока в данной плоскости;
ν кинематическая вязкость газа в данной плоскости.

Снижение турбулентности потока отходящего газа в радиационной камере приводит к снижению концентрации пыли в нем за счет увеличения степени осаждения пыли.

Пылеосаждение улучшается также за счет коагулирующего воздействия на пыль подаваемой высокоскоростной струи газа или пара, обусловленном комбинированным действием микроцентробежной, акустической коагуляции и термофореза. Кроме того, струи газа или пара, подаваемые в поток высокотемпературного газа, охлаждают его, подплавленные частички пыли при этом отверждаются, что делает пыль более сыпучей. Этим предотвращается налипание ее на стенки радиационной камеры и бункеров-накопителей пыли, облегчает ее выгрузку.

Чтобы обеспечить подачу струй газа или пара поперек потока отходящего высокотемпературного газа, в пылеосадительном устройстве на своде радиационной камеры в поперечном ее сечении установлены элементы для подачи пара или газа. Расстояние между элементами для подачи струи газа или пара взаимосвязано со скоростью их подачи. Должно выполняться следующее условие: в средней части камеры (1/2Н) подаваемая струя должна расшириться до максимального поперечного размера и полностью перекрыть поток отходящего газа. Для этого струи в этом среднем сечении должны касаться друг друга и боковых стенок. Чтобы выполнить это условие при скорости, заданной в предлагаемом способе, расстояние между элементами для подачи струи газа или пара должно быть равно 0,05-0,25 высоты радиационной камеры. Если расстояние между элементами будет меньше 0,05 высоты радиационной камеры, то струи будут расположены слишком часто, при этом между ними пройдет малая часть потока, а большая часть потока будет отклонена в нижнюю часть камеры. Это приведет к уменьшению использования верхней части камеры и ухудшению теплосъема. При увеличении расстояния между элементами более 0,25 высоты радиационной камеры наоборот струи будут редкими, большая часть потока пройдет между ними, при этом не будут выполняться условия полного перекрытия сечения камеры на высоте равной половине высоты камеры, поэтому отклоняться будет незначительная часть потока, что приведет к неполному использованию нижней части камеры и ухудшению теплосъема.

На фиг. 1 показан общий вид пылеосадительного устройства, продольный разрез; на фиг. 2 то же, поперечный разрез, первый вариант выполнения; на фиг. 3 то же, поперечный разрез, второй вариант выполнения.

Пылеосадительное устройство содержит радиационную камеру 1 с газоходом подвода 2 и газоходом отвода 3 высокотемпературного отходящего газа. К нижней части радиационной камеры 1 прикреплены бункеры-накопители пыли 4, снабженные устройствами для выгрузки пыли (не показаны). На своде радиационной камеры 1 в плоскости ее поперечного сечения размещены элементы 5 для подачи газа или пара, выполненные, например в виде сопел с эжекторам. (Эти элементы 5 размещены на расстоянии (А) друг от друга, равном 0,05-0,25 высоты радиационной камеры 1 (Н). При этом оси элементов 5 могут быть расположены или параллельно друг другу (первый вариант см. фиг. 2) или под углом друг к другу (второй вариант см. фиг. 3). Подаваемые струи на чертежах заштрихованы.

Способ обработки отходящих высокотемпературных запыленных газов осуществляется следующим образом.

В радиационную камеру 1 пылеосадительного устройства подают поток высокотемпературного запыленного газа. Поперек потока через элементы 5 подают высокоскоростные струи газа или пара со скоростью:
U_o= U где U_o скорость подаваемой струи газа или пара;
U_a скорость потока отходящего газа в плоскости подачи струй газа или пара;
d диаметр подаваемой струи;
L поперечный разрез потока отходящего газа в плоскости подачи струй газа или пара;
К 0,89 эмпирический параметр струи, показывающий степень уменьшения осевой скорости струи по ее длине;
ρ_a плотность потока очищаемого газа в плотности подачи струй газа или пара в радиационную камеру;
ρ плотность подаваемой струи газа или пара.

Струи подают поперек потока и они, имея в поперечном сечении форму треугольника, пропускают между собой часть потока отходящего газа, т.е. через верхнюю часть камеры. В средней части камеры 1 (1/2Н) струи касаются друг друга и боковых стенок и полностью перекрывают поток отходящего газа, отклоняя его в нижнюю часть радиационной камеры 1. Тем самым поток расширяется вдвое, увеличивая поверхность теплоподачи и улучшая теплосъем. Расширяя поток отходящего газа, снижают его линейную скорость, увеличивая осаждаемость пыли. Пыль, осаждаясь и коагулируясь, собирается в бункеры-накопители пыли 4. Отходящие газы, охлажденные и частично очищенные от пыли, выпускают через газоход 3 отвода газов на следующие ступени охлаждения и пылеочистки.

Примеры конкретного осуществления способа и устройства для обработки отходящих запыленных высокотемпературных газов.

Пылеосадительное устройство, через которое пропускают обрабатываемый поток отходящего газа, выполнено в виде котла-утилизатора туннельного типа общей длиной 32 м, включающем радиационную камеру длиной 24 м, шириной 10 м и высотой Н 20,5 м. В радиационную камеру через входное окно с размерами 5,9 х 6,9 м³ подавались отходящие газы печи взвешенной плавки (ПВП). Надеждинского металлургического завода НГМК в количестве 100000 нм³/ч, с температурой 1300^оС, с средним молекулярным весом 30 а.с. и содержанием пыли до 0,13 г/нм³. Поперек потока отходящего газа подавали высокоскоростные струи насыщенного водяного пара. Для этого на своде радиационной камеры на расстоянии 7,8 м от входного окна в плоскости ее поперечного сечения были размещены элементы для подачи струй пара, выполненные в виде сопел диаметром 8 мм. В первом варианте выполнения (фиг. 2) сопла были установлены на расстоянии А друг от друга равном 0,25 Н5 м и на расстоянии 2,5 м от боковых стенок параллельно друг другу.

Во втором варианте выполнения (фиг. 3) сопла были размещены на расстоянии А друг от друга равном 0,05Н 1 м и размещены под углом друг к другу α 28^о.

Определяем, что скорость потока отходящего газа в плоскости подачи струй U_a1 1,5 м/с, размер поперечного сечения потока в этой плоскости (L₁) равен 7,2 м, а плотность потока ρ_a1= 0,24 кг/м³. Тогда скорость подаваемой струи будет равна:
U= U 1,5 470 м/с
Чтобы обеспечить требуемую скорость струи U_o1 470 м/с, давление насыщенного пара поддерживают равным 50 атм. При данной скорости и расположении сопел как по первому, так и по второму варианту в средней части радиационной камеры, на высоте 1/2H 20,5 2 10,25 м происходит полное перекрытие потока отходящего газа струи касаются друг друга и боковых стенок радиационной камеры, что обеспечивает расширение потока вдвое. Чтобы поддерживать такой расширенный поток, который далее по длине радиационной камеры несколько сужается, устанавливают следующий ряд сопел.

Другая пара сопел диаметром 8 мм (как по первому, так и по второму варианту расположения) установлена на расстоянии 2/3 длины радиационной камеры, т.е. на расстоянии 16 м от входного окна. Определяем, что скорость потока в данном сечении U_a2 1,3 м/с, поперечный размер потока L₂ 10 м, а плотность потока ρ_a2= 0,28 кг/м³. Тогда скорость подаваемой струи равна:
U= 1,3 420 м/с
Для получения данной скорости давление подаваемого насыщенного пара поддерживаем равным 40 атм. Струи расширяют поток отходящего газа.

На выходе их радиационной камеры скорость потока отходящего газа составляла 1 м/с, температура отходящего газа составляла 700^оС (без подачи струи пара 1200^оС), что свидетельствует о повышении эффективности теплосъема. Коэффициент пылеулавливания определялся по концентрации пыли в отходящих газах на выходе из радиационной камеры, равной 0,07 г/нм³ и по количеству пыли выгружаемой из бункеров. Пылеулавливание составило 57% (без подачи струй пара 20%).

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для обработки отходящих запыленных высокотемпературных газов улучшает степень их охлаждения и пылеочистки.

Использование: обработка отходящих запыленных высокотемпературных газов в металлургической и других областях промышленности. Сущность изобретения: способ включает пропускание потока газа через пылеосадительное устройство, охлаждение и очистку от пыли. При этом поток распределяют по сечению пылеосадительного устройства путем подачи поперек потока струй газа или пара со скоростью приведенной в тексте описания. В пылеосадительном устройстве на своде радиационной камеры в плоскости ее поперечного сечения размещены элементы для подачи струй на расстоянии друг от друга равном 0,05 - 0,25 высоты радиационной камеры. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обработки отходящих запыленных высокотемпературных газов, включающий пропускание их через пылеосадительное устройство, охлаждение и очистку от пыли, отличающийся тем, что поток газа распределяют по сечению пылеосадительного устройства путем подачи поперек потока струй газа или пара со скоростью

где V_о скорость подаваемой струи газа или пара;
V_а скорость потока отходящего запыленного газа в плоскости подачи струй газа или пара;
d диаметр подаваемой струи газа или пара;
L поперечный размер потока отходящего запыленного газа в плоскости подачи струй газа или пара;
K 0,89 эмпирический параметр подаваемой струи газа или пара;
r_a плотность потока отходящего запыленного газа в плоскости подачи струй газа или пара;
ρ плотность подаваемой струи газа или пара. 2. Устройство для обработки отходящих запыленных высокотемпературных газов, содержащее радиационную камеру, газоходы подвода и отвода газов, бункер-накопитель пыли, отличающееся тем, что на своде радиационной камеры в плоскости ее поперечного сечения установлены элементы для подачи газа или пара на расстоянии друг от друга, равном 0,05 0,25 высоты радиационной камеры.