СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА К ОЧИСТКЕ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ Российский патент 2003 года по МПК B01D51/00 B03C3/14 

Описание патента на изобретение RU2213608C2

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам подготовки технологических газов, содержащих высокоомную пыль, их очистке в электрофильтре (ЭФ) по ходу технологических процессов, например сталеплавильных, которые характеризуются дискретным изменением параметров подвергаемых очистке газов по ходу цикла производства.

Известны способы очистки в ЭФ запыленных газов, выходящих из сталеплавильного агрегата с высокой (до 1600oС) температурой, заключающиеся в том, что газы до поступления в ЭФ охлаждаются с помощью конвективного теплообмена в котлах-утилизаторах и с помощью организованного подсоса атмосферного воздуха. При этом обеспечивается заданное ограничение температуры газов перед ЭФ.

Предельные возможности известных средств охлаждения газов ограничены и при дискретном повышении температуры газов (Тг) перед ЭФ по ходу цикла технологического процесса эффективность электроосаждения снижается, что не позволяет обеспечить стабильный процесс очитки газов до уровня санитарных норм.

Содержащаяся в технологических газах металлургического производства высокоомная плавильная пыль относится к наиболее трудно улавливаемой в ЭФ "третьей" группе с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) более 108 Ом•м. В соответствии с известной параболической зависимостью УЭС пыли Тг при достижении с помощью вышеназванных решений охлаждения температуры перед ЭФ 200oС УЭС приближается к максимальным ее значениям. При улавливании высокоомной пыли в ЭФ с УЭС более 108 Ом•м возникает явление обратной короны, которое сопровождается снижением рабочего напряжения на электродах или потребляемого тока. Оба эти процесса приводят к резкому снижению эффективности электрической очистки газов.

В этой связи одним из действенных решений для повышения эффективности использования ЭФ без изменения его конструктивных параметров являются мероприятия, направленные на снижение УЭС до критических значений (менее 108 Ом•м).

Прототипом заявленного изобретения является способ подготовки технологических газов к очистке в ЭФ с использованием комплекса средств по их охлаждению и увлажнению (В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг "Подготовка промышленных газов к очистке", М., "Химия", 1975, 191 с).

Увлажнение газов добавками водяного пара или распыленной воды (при испарительном охлаждении) позволяет дополнительно снижать УЭС пыли и улучшить работу электрофильтра. Кроме того, испарительное охлаждение позволяет дополнительно снижать температуру газа перед очисткой. Корректировка интенсивности использования известных средств подготовки (кондиционирования) технологических газов по ходу производственного процесса позволяет управлять температурой газов и их влагосодержанием перед ЭФ на заданном уровне при дискретном изменении начальной температуры на выходе из технологического агрегата. При этом традиционно используемый в практике контроль влагонасыщенности газов устанавливается в объемных процентах (%) или по абсолютному содержанию паров воды в газах (г/м3).

Применение известных методов контроля влагосодержания газов не обеспечивает достаточную степень эффективного использования ЭФ в штатных условиях технологического процесса. При этом не обеспечивается оптимальная взаимосвязь значений влагонасыщенности газов с их температурой и УЭС пыли.

Эффективное действие влагонасыщенности газов на УЭС пыли обеспечивается не за счет механического увеличения ее количества (г/м3 или %) в объеме газов, а при обеспечении конкретных условий для начала развития процесса конденсации водяных паров непосредственно на поверхности взвешенных пылевых частиц, при котором происходит активная адсорбция влаги частицей с увеличением ее поверхностной электропроводности. Универсальной характеристикой этих условий следует рассматривать точку росы водяного пара (Тр) перед ЭФ, температуру, при которой водяные пары находятся в стадии насыщения и начинают конденсионироваться. На величину Тр существенное влияние оказывает содержание примесей в газах. При заданной температуре газа Тг величина Тр определяется уровнем его влагонасыщения, а регулирование Тр при постоянной влагонасыщенности газов может быть обеспечено изменением Тг, т.е. управлением точкой росы при заданном составе влажного газа может осуществляться как изменением абсолютного содержания влаги (г/м3), так и изменением температуры газа Тг. Актуальность пользования параметра Тр возрастает при характерных для сталеплавильного производства дискретных изменениях Тг, т.к. контроль абсолютного влагосодержания в рассматриваемых условиях резко снижает коэффициент целевого использования влаги из-за чрезмерного развития процессов конденсации (при низких Тг), приводящих к коррозии металлических элементов фильтра или полного ее отсутствия (при высоких Тг), что вызывает резкое снижение коэффициента использования электрофильтра.

Кроме того, применение в практических расчетах параметра Тр значительно упрощает оперативность и качество их проведения, т.к. Тр является универсальным критерием. Его использование позволяет оценивать величину одновременно двух взаимосвязанных между собой параметров газа: его температуру и влагосодержание.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является разработка способа подготовки технологических запыленных газов сталеплавильного производства перед их очисткой в электрофильтре, позволяющего обеспечить высокоэффективное электроосаждение пыли при изменяющихся параметрах пылегазового потока в штатных условиях ведения плавки за счет совершенствования режима управления подготовки газов.

Для достижения технического результата в известном способе подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре, заключающемся в их предварительной обработке путем увлажнения и охлаждения, в диапазоне дискретного изменения температуры запыленных технологических газов перед электрофильтром от 30oС до 130-150oС управлением интенсивности влагонасыщения и охлаждения газов при минимальной температуре, очистку их от пыли производят с превышением температуры газов над точкой росы на 5-15oС, а по мере последующего увеличения температуры газов интенсивность их влагонасыщения по отношению к исходному значению регулируют синхронно с динамикой влагосодержания при точке росы, повышаемой не менее чем на 4-7oС при каждом увеличении температуры газов на 10oС, обеспечивая при этом увеличение температуры газов над управляемой точкой росы.

В другом варианте выполнения способа необходимо, чтобы прогнозирование влагосодержания газов по ходу изменения их температуры обеспечивают по величине влагосодержания газов в насыщенном состоянии при температуре, изменяемой в соответствии со следующей зависимостью:
Тр = Тр1+К(Tr-Tr1),
где Tp1 - точка росы при минимальной (базовой) температуре влагонасыщенных газов Тr1, oС;
К - безразмерный эмпирический коэффициент с диапазоном изменения от 0,4 до 0,7.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как не содержит самостоятельных приемов и операций, известных из существующего уровня техники; практически осуществимо в имеющихся условиях газоочистных сооружений сталеплавильного производства.

Распространение действия предлагаемого способа подготовки газов ограничено диапазоном их температур от 30 до 130-150oС в связи с тем, что в практических условиях сталеплавильного производства температура технологических газов перед ЭФ с помощью известных средств и приемов охлаждения не может быть снижена менее 30oС. Установленная зависимость УЭС пыли от температуры газовой среды ее обитания при постоянной влажности в диапазоне изменения температуры газов от 30 до 300oС традиционно (для всех видов пыли) имеет экстремальный характер, отражающий действие на их величину УЭС двух видов электропроводности: поверхностной (до Тг= 130-180oС) и объемной (при Тr>200oС). В предлагаемых решениях подготовки технологических газов используется влияние поверхностной электропроводности, позволяющей сохранять заданное (постоянное) значение УЭС по мере повышения Тг от 30 до 130-150oС с помощью увеличения влагосодержания газов. При повышении Тг более 200oС заданное значение УЭС может обеспечиваться при снижении влагосодержания, за счет специфики действия, объясняемой основами электронной теории, объемной электропроводности. Кроме того, ограничение верхней границы подъема температуры технологических газов перед ЭФ до 130-150oС в практических условиях сталеплавильного производства рассматривается штатным решением, направленным на сохранение работоспособности элементов ЭФ.

В качестве контрольного параметра, характеризующего эффективность использования предлагаемого режима подготовки газов в условиях изменяющейся их температуры по ходу процесса плавки, в настоящем решении рассматривается влагонасыщенность газов перед ЭФ при температуре точки росы (Тр). При минимальном, характерном для достаточно незначительного периода от общей длительности цикла плавки, значении Тг осуществляется одновременная корректировка температуры и влагосодержания газов таким образом, чтобы достичь минимально возможное (докригическое) значение УЭС (до 108 Ом•м) с использованием потенциальных практически имеющихся средств подготовки газов. При этом во избежание развития процессов конденсации влаги и коррозии металлических элементов ЭФ процесс электроосаждения проводят при температуре газов, превышающей Тр на 5-15oС. Обеспечение повышения на 5oС рассматривается в качестве обязательного граничного условия ведения процесса электроосаждения с вышеуказанной целью. При увеличении градиента температур до 15oС обеспечиваются гарантированные условия для сохранения эксплуатационных качеств всех элементов фильтра, т.к. при прохождении газов через значительный объем ЭФ, наряду с резким снижением скорости, потери их температуры достигают 15-20oС.

В качестве примера на фиг. 1 и 2 представлены взаимосвязанные результаты проведенных исследований влияния комплекса параметров технологических газов (влагосодержания и температуры) на УЭС пыли (фиг.1) и взаимосвязи этих параметров в условиях управляемого по решениям изобретения режима изменения влагонасыщенности газов с использованием в качестве контрольного параметра Тр (фиг. 2). Цифры 30...200 у наклоненных прямых на фиг.1 обозначают температуру газов (oС). Заштрихованная зона "А" на фиг.1 и 2 - область действия докритических значений УЭС.

Уровень распределения характеризующихся равнозначными значениями параметров газа графически представленных зависимостей 1-3 и 11-31 на фиг.1 и 2 определяется различным исходным значением влагонасыщенности газов при заданной Тг1= 30oС: I, I1 в стадии насыщения; 2,21 - при превышении Тг1 над Тр1 на 20oС; 3,31 - при перегреве газов над Тр1 на 5oС.

Первоначальное увлажнение газов до насыщенного состояния при минимальной для рассматриваемого диапазона Тг1=30oС позволяет обеспечить величину УЭС пыли на докритическом уровне, менее 107 Ом•м, что является достаточным основанием для высокоэффективного использования ЭФ. При этом, как следует из фиг. 1 и 2, появляется возможность поддерживать базовое значение температуры газов Тг1, снижать их влагосодержание и сохранять УЭС в зоне докритических значений, обеспечивая тем самым дополнительное превышение Тг1 над формируемым значением Тр1. В рассматриваемом случае докритическое значение УЭС сохраняется при увеличении градиента температур до 20oС, что является достаточным обоснованием целесообразности использования предлагаемого температурного режима подачи газов в ЭФ с превышением Тг1 над Тр1 на 5-15oС, как обеспечивающего оптимальные значения УЭС и устойчивую работу элементов ЭФ. В рассматриваемых условиях абсолютное влагосодержание газов перед ЭФ должно поддерживаться в пределах от 10 до 25 г/м3, что практически обеспечивается использованием известных в промышленности средств их предварительной подготовки.

Принимая во внимание сложно решаемые в промышленных условиях сталеплавильного производства проблемы, связанные с необходимостью значительного влагонасыщения газов при повышенных температурах газов, на практике используется комплекс мероприятий, в первую очередь направленный на ограничение Тг перед ЭФ с обеспечением среднеплавочных значений температуры около 40-60oС. В условиях высокоинтенсивного темпа плавки эти решения являются также труднорешаемыми.

Обеспечение режима влагонасыщения газов с прогрессивным увеличением диапазона температур между фактическим значением Тг и формируемым значением Тр по ходу роста Тг в диапазоне значений не менее чем на 4-7oС при каждом повышении Тг на 10oС, позволяет снижать напряженность решения задачи высокоэффективного использования ЭФ за счет обеспечения использования контролируемой взаимосвязи влагосодержания и температуры газов с УЭС пыли.

При минимальном значении (4oС) предлагаемого диапазона градиента температур, в частности, характеризующего ход прямых 1-3 и I1-31 соответственно на фиг. 1 и 2, в изменяющихся условиях технологического процесса заданное первоначально значение УЭС поддерживается на постоянном уровне. Величина УЭС при этом может регулироваться на докритическом уровне в зависимости от начальных условий влагонасыщенности газов (при минимальном значении Тг). При понижении темпа разделения рассматриваемых значений температур (при значениях градиента 3oС и менее) величина УЭС смещается в сторону увеличения, ухудшая этим самым условия электроосаждения. Особую значимость, строгое соблюдение условий минимального темпа увеличения Тг над Тр приобретает при использовании критического значения УЭС (108 Ом•м), в рассматриваемом случае обеспечиваемом при превышении Тг над Тр на 20oС (см. соответственно прямые 2 и 21).

Использование величины рассматриваемого градиента температур больше 4oС позволяет в условиях повышающейся Тг обеспечивать смещение УЭС в докритическую зону "А", таким образом увеличивая эффективность использования ЭФ. Состоятельность такого режима подготовки технологических газов, в целом являющегося полезным, устанавливается в результате промышленных исследований, проводимых с использованием конкретных решений подготовки газов. Увеличение минимального градиента температур oт 4oС до 7oС осуществляется при Тг, превышающих 80oС, т. к. характер воздействия высокотемпературных газов на УЭС видоизменяется (см. фиг.1).

Реализация предлагаемого режима подготовки газов в практических условиях может осуществляться при постоянном по ходу изменения Тг обеспечении влагосодержания газов на уровне насыщенного газа при управляемом значении Тр. В рассматриваемых условиях (см. зависимости I и I1 на фиг.1 и 2) по всему диапазону изменения Тг обеспечивается устойчивый, докритический уровень значений УЭС. Для поддержания этого темпа влагонасыщения газов, например при Тг= 70oС, в них должно содержаться 85-90 г/м3 паров воды, а при Тг=130oС - около 250 г/м3. В тоже время, строгое обеспечение превышения Тг над формируемым значением Тр на 15oС позволяет обеспечить докритические значения УЭС при снижении абсолютного влагосодержания газов практически вдвое (в первом случае - до 40 г/м3, во втором - до 125 г/м3). Последний режим решается с меньшими энергозатратами и является реально обеспечиваемым в практических условиях сталеплавильного производства, т.е. предпочтителен с точки зрения организации производства.

Выбор конкретного диапазона значений превышения Тг над управляемой величиной Тр по ходу плавки в практических условиях осуществляют на основании анализа эффективности использования ЭФ.

В условиях предлагаемого режима подготовки газов по мере повышения Тг обеспечивается их влагосодержание на уровне, соответствующем уровню влагосодержания при точке росы, управляемой по разработанному алгоритму. Использование параметра позволяет обеспечивать единовременный контроль взаимосвязанных в нем характеристик газа (температуры и влагосодержания).

Необходимое в промышленных условиях прогнозирование достаточных для высокоэффективного использования ЭФ условий формирования параметров газов перед их очисткой при дискретном изменении Тг по ходу технологического процесса обеспечивается с использованием установленной эмпирически математической зависимости (I) Тр=Тр1+К(Тг-Тг1), рассматриваемой в качестве алгоритма управления осуществляемого по условиям изобретения режима подготовки газов.

Определение конкретных значений безразмерного коэффициента К осуществляется экспериментальным путем на базе анализа результатов воздействия параметров газа на УЭС пыли конкретного состава и уточняется в промышленных условиях. Общий диапазон изменения К для пыли сталеплавильного производства установлен в пределах от 0,4 до 0,7.

Реализация предлагаемого способа подготовки газов в промышленных условиях обеспечивает благоприятные условия для высокоэффективной работы ЭФ при достаточно умеренных, существенно меньших по сравнению с известными решениями подготовки, затратах на энергообеспечение системы подготовки за счет расширения возможности применения наименее энергоемких значений УЭС, в большей степени приближенных к критическим при использовании строгого контроля надежной взаимосвязи параметров газа (влагосодержания и температуры) с УЭС пыли. При снижении водопотребления в системе, в частности, уменьшается интенсивность зарастания газоотводящего тракта печи шламовыми уносами, что позволяет усовершенствовать его эксплуатационные качества и снизить трудозатраты на обслуживание.

Внедрение предлагаемого способа подготовки технологических газов в условиях сталеплавильного производства осуществляется с помощью известных используемых в практических условиях средств и приемов влагонасыщения и термообработки. Эффективность их применения устанавливается в результате контроля параметров газа перед ЭФ, данные которого являются исходными для необходимой корректировки режима подготовки их перед электроосаждением.

Похожие патенты RU2213608C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2003
  • Лозин Геннадий Аркадьевич
  • Богданов Николай Александрович
  • Бурнашев Рустам Рефатович
  • Сапрыгин Александр Николаевич
  • Андреев Андрей Михайлович
  • Михайловский Михаил Михайлович
RU2251577C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2004
  • Лозин Геннадий Аркадьевич
  • Савьюк Александр Николаевич
  • Егоров Владимир Георгиевич
  • Сапрыгин Александр Николаевич
  • Михайловский Михаил Михайлович
  • Ермишин Михаил Владимирович
RU2268949C1
КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА 1992
  • Липец А.У.
  • Кузнецова С.М.
RU2056587C1
СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2001
  • Бабиков С.П.
RU2188696C1
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2018
  • Чекалов Лев Валентинович
  • Санаев Юрий Иванович
  • Клопков Виктор Иванович
  • Пикулик Николай Всеволдович
RU2699373C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ 2001
  • Белитченко А.К.
  • Богданов Н.А.
  • Костин А.С.
  • Деревянченко Игорь Витальевич
  • Дмитриев В.Д.
  • Лозин Геннадий Аркадьевич
RU2220210C2
Способ очистки высокотемпературных аэрозолей 2017
  • Суюнов Рамиль Равильевич
RU2674967C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ 2000
  • Баранов Леонтий Петрович
  • Голоднова Татьяна Станиславовна
  • Рахмангулов Р.В.
RU2173218C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ ГАЗА НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ 2003
  • Сперкач И.Е.
  • Курунов И.Ф.
  • Петелин В.А.
  • Яриков И.С.
RU2232821C1
КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА 1992
  • Липец А.У.
  • Кузнецова С.М.
RU2043573C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 213 608 C2

Реферат патента 2003 года СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА К ОЧИСТКЕ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам подготовки технологических газов, содержащих высокоомную пыль, их очистке в электрофильтре по ходу технологических процессов, например сталеплавильных. Способ подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре заключается в их предварительной обработке путем увлажнения и охлаждения, при этом в диапазоне дискретного изменения температуры запыленных технологических газов перед электрофильтром от 30 до 150oС, при минимальной температуре, управлением интенсивностью влагонасыщения и охлаждением газов производят очистку их от пыли с превышением температуры газов над точкой росы на 5-15oС, а по мере последующего увеличения температуры газов интенсивность их влагонасыщения по отношению к исходному значению регулируют синхронно с динамикой влагосодержания при точке росы, повышаемой не менее чем на 4-7oС при каждом увеличении температуры газов на 10oС, обеспечивая при этом превышение температуры газов над управляемой точкой росы. Способ позволяет обеспечить высокоэффективное электроосаждение пыли при изменяющихся параметрах пылегазового потока в штатных условиях ведения плавки за счет совершенного режима управления подготовки газов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 213 608 C2

1. Способ подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре, заключающийся в их предварительной обработке путем увлажнения и охлаждения, отличающийся тем, что способ проводят в диапазоне дискретного изменения температуры запыленных технологических газов перед электрофильтром от 30 до 150oС, при минимальной температуре, управлением интенсивностью влагонасыщения и охлаждением газов производят очистку их от пыли с превышением температуры газов над точкой росы на 5-15oС, а по мере последующего увеличения температуры газов интенсивность их влагонасыщения по отношению к исходному значению регулируют синхронно с динамикой влагосодержания при точке росы, повышаемой не менее чем на 4-7oС при каждом увеличении температуры газов на 10oС, при этом обеспечивая превышение температуры газов над управляемой точкой росы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прогнозирование влагосодержания газов по ходу изменения их температуры обеспечивают по величине влагосодержания газов в насыщенном состоянии при температуре, изменяемой в соответствии со следующей зависимостью:
Tp = Tp1 + K(Tг - Tг1),
где Тг - температура технологических газов,oС;
Тг1 - минимальная базовая температура влагонасыщенных газов,oС;
Tp1 - точка росы при минимальной базовой температуре влагонасыщенных газов Тг1, oС;
К - безразмерный эмпирический коэффициент с диапазоном изменения от 0,4 до 0,7.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2213608C2

УЖОВ В.Н., ВАЛЬДБЕРГ А.Ю
Подготовка промышленных газов к очистке
- М.: Химия, 1975, с.191
Устройство для подготовки дымовых газов перед аппаратами сухой очистки газов 1976
  • Кондратов Вячеслав Васильевич
  • Жилинский Александр Николаевич
  • Ильченко Анатолий Васильевич
  • Каненко Галина Матвеевна
SU710596A1
Способ подготовки и охлаждения газов 1978
  • Лебедюк Георгий Кузьмич
  • Вальдберг Арнольд Юрьевич
  • Савицкая Нина Михайловна
  • Ковалевский Юрий Вячеславович
SU768437A1
Способ подготовки газа к очистке 1980
  • Мельцер Валентин Леонидович
  • Бородуля Валентин Алексеевич
  • Вальдберг Арнольд Юрьевич
  • Кондратов Вячеслав Васильевич
SU929176A1
Устройство для подготовки газа к очистке 1986
  • Андреев Владимир Иванович
  • Приходько Вадим Петрович
  • Гаранин Александр Иванович
  • Поторжинский Игорь Всеволодович
SU1428432A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОАГУЛЯЦИИ ЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЯХ 1992
  • Федоров Г.С.
  • Федорова Е.Г.
RU2065318C1
US 4966610 A1, 30.10.1990
FR 2055990 A1, 19.04.1971
FR 7239668 A1, 05.07.1974.

RU 2 213 608 C2

Авторы

Лозин Геннадий Аркадьевич

Богданов Николай Александрович

Бурнашев Рустам Рифатович

Сапрыгин Александр Николаевич

Андреев Андрей Михайлович

Михайловский Михаил Михайлович

Даты

2003-10-10Публикация

2001-12-21Подача