ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК C21B7/22 

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

Известна конструкция радиального пылеуловителя гравитационно-инерционного действия для сухой очистки колошникового газа от пыли. Он представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с куполом и бункером в виде усеченных конусов. Запыленный колошниковый газ входит в пылеуловитель сверху по вертикальной оси через расширяющийся книзу патрубок со скоростью 10-12 м/с, поворачивает на 180° и выходит сверху через патрубок на куполе (под куполом) пылеуловителя. В цилиндрической части пылеуловителя большого сечения скорость потока газа снижается до 0,6-1,0 м/с, поворачивается на 180°, в результате чего под действием гравитационных сил и сил инерции в радиальном пылеуловителе осаждаются наиболее тяжелые и крупные фракции пыли, из которых >80% составляют частицы >100 мкм [В.И.Старицкий. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. М.: «Металлургия». 1973. с.62-66].

Недостатком радиального пылеуловителя является то, что в нем за счет поворота потока газа на 180° и снижения его скорости до 0,6-1,0 м/с могут осаждаться только тяжелые и крупные >80-100 мкм фракции пыли. Для обеспечения снижения скорости газа до 0,6-1,0 м/с пылеуловитель имеет чрезмерно большие габариты (диаметр 9-13 м) и поэтому характеризуется высокой материало- и капиталоемкостью. Кроме того, направленный вниз высокоскоростной (10-12 м/с) поток колошникового газа из входного патрубка постоянно возмущает слой накапливаемой пыли в бункере, вызывая пылевые завихрения, которые захватываются периферийными потоками газа, увеличивает вынос пыли из пылеуловителя. Это снижает его эффективность, которая практически составляет 30-40% от выносимой из печи пыли. Низкий КПД радиального пылеуловителя приводит к увеличению пылевой нагрузки на мокрую газоочистку и затрат на утилизацию шлама.

Известно техническое решение, устраняющее часть указанных недостатков. Это решение заключается в установке в системе газоочистки доменной печи последовательно двух пылеуловителей для сухой очистки газа - радиального и тангенциального. В корпус установленного за радиальным тангенциального пылеуловителя газ вводится сверху по касательной со скоростью 20-25 м/с и выводится через центральный отводящий газопровод снизу вверх. Очистка газа в тангенциальном пылеуловителе осуществляется за счет действующих на частицы пыли центробежных сил. Суммарный КПД работающих последовательно радиального и тангенциального пылеуловителей составляет 75-85% [В.И.Старицкий. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. М.: «Металлургия». 1973. с.62-66].

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

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

В таком пылеуловителе обеспечивается улавливание частиц пыли крупнее 20 мкм, КПД этого пылеуловителя может достигать 85% и может изменяться посредством изменения угла наклона лопаток. Разделительный зонт с обечайкой исключает захват и унос пыли, накопленной в бункере пылеуловителя.

Недостатком данного известного пылеуловителя является то, что нисходящий газопровод, по которому газ поступает из доменной печи в пылеуловитель, перед вводом в циклон разветвляется на два патрубка, что приводит к большому увеличению высоты конструкции пылеуловителя. Это делает невозможным обеспечение минимального нормативного угла наклона нисходящих газопроводов. Кроме того, конструкция пылеуловителя содержит направляющие лопатки весьма сложной конфигурации со специальным дорогостоящим износостойким защитным покрытием.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный пылеуловитель, включающий камеру сепарации пыли, разделительный зонт с обечайкой, бункер для сбора пыли, подводящий газопровод, отсечной клапан, входной патрубок, завихритель газа, состоящий из наружной обечайки с диаметром, равным входному патрубку, и внутренней обечайки с диаметром, обеспечивающим скорость газа в завихрителе не менее 20 м/с, и расположенных между ними на равных расстояниях лопастей под углом 40-50° к вертикали, а высота обечаек равна 0,20-0,25 диаметра наружной обечайки, и отводящий газопровод с раструбом, выходящий из пылеуловителя под его куполом [Патент №2255116 C21B 7/22 на изобретение «Пылеуловитель», зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ 27.06.2005 г.].

Наличие завихрителя в пылеуловителе обеспечивает совпадение по направлению воздействующих на частицы пыли центробежных, гравитационных и инерционных сил, что снижает нижний предел крупности улавливаемых частиц пыли до 25 мкм. Разделительный зонт препятствует захвату газовым потоком пыли, накопленной в бункере, что в совокупности со снижением нижнего предела крупности улавливаемой пыли обеспечивает эффективность пылеуловителя с завихрителем до 80%.

Принятый за прототип пылеуловитель с завихрителем в основном устраняет недостатки известных аналогов. Однако сам он имеет следующие недостатки:

- не предусмотрена защита наружной поверхности отводящего газопровода под завихрителем от абразивного воздействия колошниковой пыли, что приводит к его преждевременному износу, снижает эффективность работы пылеуловителя, повышает эксплуатационные затраты;

- разделительный зонт с обечайкой имеет большие габариты, не позволяющие увеличить полезную емкость бункера для сбора пыли в новых малогабаритных пылеуловителях с завихрителем;

- не учтена необходимая конструктивная связь размеров и положения отдельных узлов пылеуловителя с размерами доменной печи, что не обеспечивает максимально возможной эффективности на печах разного объема.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, обеспечение высокой эффективности работы пылеуловителя на печах разного объема, снижение капитальных и эксплуатационных затрат на строительство и эксплуатацию пылеуловителя, возможность повышения эффективности существующих на доменных печах радиальных пылеуловителей путем их реконструкции в соответствии с изобретением.

Технический результат изобретения достигается тем, что в пылеуловителе, включающем камеру сепарации пыли, разделительный зонт, бункер для сбора пыли, подводящий газопровод, отсечной клапан, входной патрубок, завихритель газа, состоящий из наружной обечайки с диаметром, равным диаметру входного патрубка, и внутренней обечайки с диаметром, обеспечивающим скорость газа в завихрителе не менее 20 м/с, и расположенных между ними на равных расстояниях лопастей под углом 40-50°, отводящий газопровод с раструбом, выходящий из пылеуловителя под его куполом, дополнительно установлена износостойкая защита верхней поверхности участка отводящего газопровода под завихрителем, разделительный зонт выполнен в виде решетки, установленной выше нижней границы цилиндрической части пылеуловителя на расстоянии 0,05-0,4 ее диаметра и состоящей из параллельно расположенных с зазором 150-250 мм уголков с углом раскрытия 40-60°, закрепленных на несущих балках, а высота обечаек завихрителя равна 0,15-0,30 диаметра наружной обечайки.

Пылеуловитель по настоящему изобретению иллюстрируется схемой на чертеже, на котором приведен продольный разрез по вертикальной оси пылеуловителя. Пылеуловитель включает: камеру сепарации 1, разделительную решетку 2, бункер для пыли 3, подводящий газопровод 4, отсекающий клапан 5, входной патрубок 6, завихритель 7, раструб 8 и отводящий газопровод 9 с износостойкой защитой 10.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Наличие в пылеуловителе завихрителя 7 обеспечивает совпадение по направлению воздействующих на частицы пыли центробежных, гравитационных и инерционных сил, что снижает нижний предел крупности улавливаемых в камере сепарации 1 частиц пыли до 25 мкм.

Угол раскрытия уголков разделительной решетки 2 принят 40-60° для исключения отложения на их поверхности колошниковой пыли, угол естественного откоса которой >60°. Предельные размеры зазоров (150-200 мм) между уголками разделительной решетки 2 обеспечивают с одной стороны беспрепятственное попадание пыли в бункер 3 пылеуловителя, а с другой - создают преграду для выноса потоками газа накопленной пыли из бункера 3 в раструб 8 отводящего газопровода 9.

Размещение разделительной решетки 2 выше нижней границы цилиндрической части пылеуловителя на расстоянии 0,05-0,4 ее диаметра обеспечивает полезный объем бункера, достаточный для накопления уловленной пыли без увеличения частоты ее эвакуации расходов на ее транспортировку. При этом нижний предел расстояния от нижней границы цилиндрической части пылеуловителя до разделительной решетки, равный 0,05 ее диаметра, относится к существующим крупногабаритным радиальным пылеуловителям, а верхний предел, равный 0,4 диаметра цилиндрической части пылеуловителя, - к новым малогабаритным пылеуловителям с завихрителем.

Максимальные значения высоты обечаек завихрителя 7 (например 0,22-0,30 диаметра наружной обечайки) относятся к пылеуловителям для печей объемом менее 2000 м³, нижний (0,15-0,22 диаметра наружной обечайки) - для печей объемом 2000 м³ и более.

Все это в совокупности со снижением нижнего предела крупности улавливаемых частиц пыли обеспечивает работу пылеуловителя с высокой эффективностью - до 80%.

Для защиты от абразивного воздействия колошниковой пыли подвергающиеся этому воздействию элементы завихрителя 7 изготовляют из износостойкой литой стали, например, марки ЭИ-643 [B.C.Попов, Ю.В.Маркин. К определению износостойкости металлов в струе колошникового газа. Ж. «Заводская лаборатория», №10 (36), 1966], а при изготовлении завихрителя 7 из конструкционных марок стали его элементы защищают наплавкой износостойкой ленты типа сормайт. Износостойкую защиту 10 верхней поверхности отводящего газопровода 9 под завихрителем 7 выполняют из такого же материала или из каменного литья.

Диаметр нового пылеуловителя по настоящему изобретению определяют для параметров колошникового газа при номинальном рабочем режиме доменной печи, составляющем не менее 98% времени. Для расчета принимают скорость газа в нижней части камеры сепарации пылеуловителя 3 м/с, а в завихрителе - 20 м/с.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

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

Vp=Vo(1+t/To)(1+f/0,804)×Ро/Рр=

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

Определяем внутренний диаметр пылеуловителя (по футеровке):

Наружный диаметр с учетом толщины футеровки в 0,5 кирпича (0,113 м):

Дн=Дв+2×0,113=4,2+0,226=4,426 м (округленно 4,5 м).

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

S=Vp/w·3600=150840/20·3600=2,1 м².

Из формулы S=0,785(d² ₁-d² ₂)=2,1 м² (где: d₁=2,8 м - внутренний диаметр наружной обечайки; d₂ - наружный диаметр внутренней обечайки, м) находим:

Высота обечаек завихрителя при диаметре входного патрубка 2800 мм:

Н=0,25×2800=700 мм.

Объем бункера нового пылеуловителя с завихрителем составляет:

V₁=0,785D² ₁×1/3h=0,785×4,2²×1/3×4,2=19,4 м³.

При суточном улавливании пыли 32 т с насыпной массой 1,55 т/м³ ее объем составит 32: 1,55=20,6 м³, т.е. выгрузка пыли должна производиться 1 раз в сутки. При установке разделительной решетки на расстоянии от нижней границы цилиндрической части пылеуловителя, равном 0,4 ее диаметра (D₁=4,2 м), объем для накопления пыли в пылеуловителе увеличится на

0,785×D² ₁×0,4×D₁=0,785×4,2²×0,4×4,2=23,3 м³

и составит 23,3+19,4=42,7 м³, что в 2 раза больше суточного объема пыли и позволяет осуществлять ее выгрузку 1 раз в двое суток.

При реконструкции существующего радиального пылеуловителя с установкой разделительной решетки на высоте от бункера, равной, например, 0,1 D₂ цилиндрической части пылеуловителя, объем бункера составит (при D₂=8-2×0,133=7,734 м и h=5,13 м): V₂=0,785D² ₂×1/3h+0,785D² ₂×0,1×D₂=0,785×7,734²×1/3×5,13+0,785×7,734²×0,1×7,734=116,6 м³, т.е. объем бункера достаточен для накопления пыли в течение 5 суток.

Пример 2. Доменная печь объемом 3200 м³, рабочие параметры газа: выход 550000 м³/ч, давление газа на колошнике абсолютное 0,32 МПа, температура газа 150°С, влагосодержание 0,08 кг/нм³.

Vp=5500000+150/273)0+0,08/0,804)×0,1/0,32=292819 м³/ч.

Дв=0,0188√292619/3=5,9 м.

Дн=5,9+2×0,113=6,126 м (принимаем 6,2 м).

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

S=Vp/w·3600=292819/20·3600=4,1 м².

Из формулы S=0,785(d² ₁-d² ₂)=4,1 м² (где: d₁=3,8 м - внутренний диаметр наружной обечайки; d₂ - наружный диаметр внутренней обечайки, м) находим:

Высота обечаек завихрителя при диаметре входного патрубка 3800 мм:

Н=0,2×3800=760 мм.

Объем бункера нового пылеуловителя с завихрителем составляет(при h=5,1 м):

V₁=0,785D² ₂×1/3h=0,785×5,9²×1/3×5,1=46,5 м³.

При суточном улавливании пыли 85 т с насыпной массой 1,55 т/м³ ее объем составит 85:1,55=54,8 м³. т.е. выгрузка пыли должна производиться чаще, чем 1 раз в сутки. При установке разделительной решетки на расстоянии от нижней границы цилиндрической части пылеуловителя, равном 0,4 ее диаметра (D₂=5,9 м), объем бункера увеличится на

0,785×D² ₂×0,4×D₂=0,785×5,9²×0,4×5,9=64,5 м³

и составит 46,5+64,5=111,0 м³, что в 2,0 раза больше суточного объема пыли и позволяет осуществлять ее выгрузку 1 раз в двое суток.

При реконструкции существующего радиального пылеуловителя с установкой разделительной решетки на высоте от бункера, равной, например, 0,1 D₂ цилиндрической части пылеуловителя, объем бункера составит (при D₂=12-2×0,133=11,734 м и h=10,16 м): V₂=0,785D² ₂×1/3h+0,785D² ₂×0,1×D₂=0,785×11,734²×1/3×10,16+0,785×11,734²×0,1×11,734=366,0+126,8=492,8 м³, т.е. объем бункера достаточен для работы без удаления пыли в течение 9 суток.

В зависимости от объема доменной печи и рабочих параметров газа диаметр пылеуловителя с завихрителем, масса металлоконструкций и футеровочных материалов ниже на 40...50%, а КПД в 2,0...2.5 раза выше, чем соответствующего радиального пылеуловителя. По сравнению с осевым циклоном пылеуловитель с завихрителем является более простым по устройству, высота аппаратов и конструкции ввода газа соответствуют радиальным пылеуловителям с возможностью применения отсекающих клапанов колокольного типа, не требует применения дорогостоящих защитных износостойких материалов типа карбида вольфрама.

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

При строительстве новых малогабаритных пылеуловителей с завихрителем замена разделительного зонта с обечайкой на разделительную решетку меньшей высоты позволяет при сохранении достаточного объема камеры сепарации пыли увеличить полезный объем бункера примерно в 2 раза со снижением затрат на выгрузку и транспортировку уловленной пыли.

При реконструкции существующих радиальных пылеуловителей с установкой завихрителя и разделительной решетки затраты по сравнению со строительством нового пылеуловителя циклонного типа снижаются в 10-12 раз.

Оптимизация высоты обечаек завихрителя в зависимости от объема доменных печей позволяет уменьшить габариты завихрителя, снизить расход дорогостоящих материалов (сплав ЭИ-643) и трудоемкость работ, а в случае применения конструкционных марок стали с наплавкой абразивостойкой лентой типа сормайт изготовление завихрителя возможно силами ремонтно-строительного цеха предприятия.

Применение пылеуловителя с завихрителем обеспечивает улавливание сухой пыли в 2,5...3,0 раза больше по сравнению с радиальным пылеуловителем, соответственно снижается выход шлама в установке мокрой газоочистки, а затраты по переделу на его обработку и утилизацию в 7,0...8,0 раз выше, чем сухой пыли.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к доменному производству. Пылеуловитель содержит камеру сепарации пыли, разделительную решетку, бункер для сбора пыли. В купольной части камеры сепарациии пылеуловителя установлен завихритель газа, состоящий из наружной и внутренней обечаек и расположенных между ними через равные расстояния под углом 40-50° лопастей. Диаметр наружной обечайки равен диаметру входного патрубка. Диаметр внутренней обечайки определяют из условия обеспечения скорости газа в завихрителе в рабочем режиме 20 м/с. Высота обечаек равна 0,15-0,30 диаметра наружной обечайки. Разделительная решетка состоит из несущих балок и закрепленных на них уголков с зазором 150-200 мм и углом раскрытия вверх 45-60° и установлена на расстоянии 0,05-0,4 диаметра цилиндрической части пылеуловителя выше нижней ее границы. Изобретение при использовании обеспечивает снижение инвестиций и повышение эффективности улавливания сухой пыли при снижении затрат на ее утилизацию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пылеуловитель, включающий камеру сепарации пыли, разделительный зонт, бункер для сбора пыли, подводящий газопровод, отсечной клапан, входной патрубок, завихритель газа, состоящий из наружной обечайки с диаметром, равным диаметру входного патрубка, и внутренней обечайки с диаметром, обеспечивающим скорость газа в завихрителе не менее 20 м/с, и расположенных между ними на равных расстояниях лопастей под углом 40-50° к вертикали, отводящий газопровод с раструбом, отличающийся тем, что дополнительно установлена износостойкая защита участка верхней поверхности отводящего газопровода под завихрителем, разделительный зонт выполнен в виде решетки, установленной выше нижней границы цилиндрической части пылеуловителя на расстоянии 0,05-0,4 ее диаметра и состоящей из параллельно расположенных уголков, закрепленных на несущих балках, а высота обечаек завихрителя равна 0,15-0,30 диаметра наружной обечайки.2. Пылеуловитель по п.1, отличающийся тем, что зазор между уголками решетки составляет 150-250 мм, а угол их раскрытия 40-60°.