Технология и экологическая безопасность мартеновского производства на ЗАО "Макеевский металлургический завод" (стр. 4 из 10)
Рассчитаем полый скруббер, где
V0 = 120 тыс м³/ч; t1 = 225 ˚С, t2 = 100 ˚С;
f1 = 70 г/м³; 27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2; давление газа перед скруббером ρ = 49000 Па; барометрическое давление ρбар = 101325 Па; температура воды, поступающей в скруббер, tн = 30 ˚С.
1) найдём количество сухих газов при нормальных условиях:
V0 сух = V0 вл * 0,804/(0,804 + f1)
V0 сух = (120000/3600)*0,804/(0,804 + 0,07) = 30,66
2) Рассчитаем объёмную теплоёмкость газа при нормальных условиях:
N2 = 1,040*1,25 = 1,29 кДж (м³*˚С)
СО2 = 0,836 * 1,963 = 1,64 кДж (м³*˚С)
О2 = 0,911*1,429 = 1,30 кДж (м³*˚С)
Тогда Ссм = 1,25*0,63 + 1,64*0,276 + 1,30*0,094 = 1,36 кДж (м³*˚С)
3) Найдём начальную и конечную энтальпию водяного пара:
Q=Vо[ссм(t
– t 
)+f1(I1п–I2п)I1п = 2480 + 1,96 t1
I2п = 2480 + 1,96 t2
I1п = 2480 + 1,96*225 = 2921 кДж/кг
I2п = 2480 + 1,96*100 = 2676 кДж/кг
Q = 30,66 [1,36(225 – 100) +0,07 (2921 – 2676)] = 5738,01 кВт
Находим конечную температуру воды tк на выходе из скруббера. Она может быть принята на 5 – 10 ˚С ниже температуры мокрого термометра. Температура мокрого термометра
t1 = 225 ˚С и f2 = 70 г/м³
tм = 57 + (62 – 57)/100*50 = 59,5 ˚С
конечная температура воды tк = 59,5 – 9,5 = 50 ˚С
Рассчитываем среднюю разность температур газа и воды в скруббере по формуле:
Δt = (225 – 50) – (100 – 30)/2,3lg [(225 – 50)/(100 – 30)] = 114 ˚С
Определяем рабочий объём скруббера по формуле. Объёмный коэффициент теплопередачи принимаем равным 200 Вт/(м³*˚С);
Vскр = 5738,01/(200*114) = 252 м³
Мв = (5708,01*10³)/[0,5(2010*100 – 30) + (1 – 0,5)*(50 – 30)] = 57,1 кг/сек
Конечное влагосодержание газа на выходе из скруббера определяем по диаграмме I – χ. Для этого на линии насыщения φ = % находим точку, соответствующую tм = 59,5˚С. Двигаясь от этой точки по линии I = const до пересечения с линией соответствующей t2 = 100 ˚С, находим, что на выходе из скруббера влагосодержание газа χ2 = 0,130 кг/кг. Для выражения влагосодержания f2 = χ2ρ0 кг/м³ находим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле:
ρ0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/м³
Тогда f2 = 0,130*1,46 = 0,19 кг/м³
Рассчитываем объём газа при рабочих условиях на выходе из скруббера по формуле:
V = 120000/3600*101325(273 + 100)/273(101325 + 49000)*(1 + 0,19/0,804) = 24,75 м³/с
Определяем размеры скруббера. Приняв скорость газа в нём равной 1,0 м/с, рассчитываем диаметр скруббера;
D = √4V/πν
D = √(4*24,75)/(3,14*1,0) = 5,62 м
Высоту скруббера находим из уравнения
Н = 4Vскр/πD²
Н = 4*252 /3,14*5,62² = 10,16 м
Отношение Н/D = 10,16/5,62 = 1,8 близко к рекомендуемой практикой величине 2,5
Рассчитываем количество форсунок для установки в скруббере. Принимаем в установке в скруббер эвольвентные форсунки диаметром 75 мм и с соплом диаметром 25,3 мм. Задавшись давлением воды перед форсункой 2*10³ кПа, по графику находим её производительность:
М1 = (18,5 * 1000)/3600 = 5,1 кг/сек
Число форсунок, которое требуется установить в скруббере, составит:
n = Мв /М1
n = 57,1/5,1 = 11 шт.
2.4 Расчёт скоростного пылеуловителя с трубами Вентури
Рассчитаем скоростной пылеуловитель с трубами Вентури, где V0 = 120 тыс м³/ч; t1 = 225 ˚С, t2 = 100 ˚С; f1 = 70 г/м³; 27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2.
Запылённость газа q1 = 7,5 г/м³; разрежение перед трубами Вентури ρ = 3000 Па; барометрическое давление ρбар = 101325 Па. Требуемая конечная запылённость газа q2 90 мг/м³; температура воды, подаваемой в аппараты, t1.в = 18 ˚С.
Найдём требуемую эффективность пылеуловителя:
ŋ = (q1 – q2)/q1
ŋ = (7500 – 90)7500 = 0,988
Число единиц переноса определяем по формуле:
Nч = ln[1/(1 – ŋ)]
Nч = ln[1/(1 – 0,988)] = 3,88
Найдём значение удельной энергии Кт. Значение 3,88 = 1,565*10-6Кт1,619 от куда Кт = 8903 кДж/1000 м3
Рассчитаем количество газов, поступающих в трубы Вентури при рабочих условиях:
V1 = 120000/3600*101325 (273 + 225)/273(101325 – 3000)*(1 + 0,07/0,804) = 68,30 м3/сек
Приняв удельный расход воды m = Vв/V1 = 1*10-3 м3/м3, находим общий расход воды на трубы Вентури:
Vв = m*V1
Vв = 1*68,3 = 68,3 л/см
Рассчитаем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, приняв давление воды ρв = 300 Па:
ΔР = Кт – ρв*m;
ΔР = 8903 – 30000*1*10-3 = 8603 Па
Находим плотность газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури:
ρ0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/м³
Рассчитаем температуру газа на выходе из трубы Вентури:
t2 = (0,133 – 0,041*1)225 + 35 = 61 ˚С;
Находим влагосодержание газа на выходе из труб Вентури:
χ1 = f1/ ρ0
χ1 = 0,07/1,46 = 0,048 кг/кг
f2 = 0,11*1,46 = 0,161 кг/м3
Находим плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури:
ρ2 = (ρ0 + f2)273(ρбар – ρ - Δ ρ)/(1 + f2/0,804)101325(273 + t2);
ρ2 = (1,42 + 0,161)273(101325 – 3000 – 6730)/(1 + 0,161/0,804)*101325* (273 + 61) = 0,973 кг/м3
Найдём количество газа на выходе из трубы Вентури:
V2 = (V0/ 3600)*(ρ0/ρ2);
V2 = (120000/3600)(1,46/0,973) = 50,01 м3/сек
Размеры инерционного пыле – и каплеуловителя (бункера) определим по скорости в его поперечном сечении
νσ = 2,5 м/сек:
Dσ = 1,13 √V2/ νσ;
Dσ = 1,13 √50,01/2,5 = 5,1 м
Высоту цилиндрической части бункера принимаем Нσ = 4,3 м, гидравлическое сопротивление бункера рассчитаем, приняв ξσ = 80:
ΔРσ = ξ (ν2σ/2)*ρ2
ΔРσ = 80(2,52/2)0,973 = 243,25 Па
Находим диаметр центробежного скруббера типа МП – ВТИ. Скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем за ν = 4,5 м/сек:
Dскр = 1,13 √V2/ ν2;
Dскр = 1,13√50,01/4,5 = 3,8 м
Предусматриваем стандартный скруббер диаметром 3300 мм и рассчитаем действительную скорость газа в нём:
ν = 4*V2/π*Dскр2;
ν = (4*50,01)/(3,14*3,82) = 4,41 м/сек
Для рассчитываемого скруббера Н = 3,8*Dскр;
Н = 3,8*3,8 = 14,44 м
Определим гидравлическое сопротивление скруббера, при ξ = 34:
ΔРскр = 34*(4,412/2)*0,973 = 321,69 Па
Гидравлическое сопротивление труб Вентури составит:
Δρтв = Δρ0 – Δρσ - Δρскр
Δρтв = 8603 – 243,25 – 321,69 = 8038 Па
Рассчитываем скорость газа в горловине трубы Вентури по формуле:
ν2 = √2* ΔρТВ/ξс + ξж*ρж*m;
ν2 = √(2*8038)/(0,15*0,973 + 0,75* 966*1*10-3) = 136 м/сек
Определяем геометрические размеры трубы Вентури. Для обеспечения равномерного орошения трубы Вентури через одну центрально расположенную форсунку принимаем диаметр горловины трубы D2 = 300 мм и рассчитаем число труб Вентури:
D22 = 1,132√V2/ν2*n
От куда n = 1,132*V2/ν2
D22 = 1,132[50,01/(136*0,32)] = 6 шт.
Приняв 6 труб Вентури, уточняем диаметр горловины:
D2 = √50,01/(136*6) = 0,247 м
Рассчитываем диаметр входного сечения конфузора, приняв скорость газа в нём ν3 = 20 м/сек
D1 = 1,13√V1/ν1*n
D1 = 1,13√68,30/(20*6) = 0,852 м
Диаметр выходного сечения диффузора при скорости газа в нём ν3 = 20 м/с составит:
D3 = 1,13√V2/ν3*n
D3 = 1,13√50,01/(20*6) = 0,729 м
Найдём длины отдельных частей трубы Вентури: длинна конфузора, если α1 = 25˚:
l1 = 2,25(D1 – D2)
l1 = 2,25(0,852 – 0,247) = 1,361 м
Длина горловины:
l2 = ¾* D2
l2 = 0,15*0,247 = 0,037 м
Длинна диффузора α2 = 6˚:
l3 = (D3 –D2)/2tg α2/2
l3 = (0,729 – 0,247)/2tg6/2 = 4,167 м
Полная длинна каждой трубы Вентури:
l = l1 + l2 + l3
l = 1,361 + 0,037 + 4,167 = 5,565 м
2.5 Технология подготовки вторичных материальных ресурсов
Производственная пыль образуется в результате механического измельчения твёрдых тел, транспортировки пылевидных материалов, не полного сгорания горючих веществ и при процессах конденсации. По происхождению пыль бывает органической, неорганической и смешанной, состоящей из органических и неорганических веществ.
По размеру частиц пыль подразделяется на «собственно» пыль, размер частиц которой более 10 мкм, «облако» - размер частиц от 10 до 0,1 мкм и «дым» - размер частиц менее 0,1 мкм. Дым практически не оседает и постоянно загрязняет атмосферу.
Пылинки размером более 50 мкм задерживаются при дыхании в носу, носоглотке, трахее и крупных бронхах. Пылинки в 15 - 10 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях, в том числе и в мелких бронхах. Пылинки в 10 - 5 мкм могут достигать альвеол лёгких, однако главным образом задерживаются в верхних дыхательных путях. Мелкая пыль с частицами размером 5 – 0,1 мкм и менее при дыхании попадает в альвеолы лёгких и, следовательно, является наиболее опасной.
В металлургическом производстве чаще всего приходится встречаться с пылью, содержащей окись кремния, окислы железа, окислы марганца и фтористые соединения. Контроль за содержанием пыли в воздухе рабочих помещений производится обычно весовым методом который заключается в просасывании определённого объёма воздуха через фильтр, заключённый в стеклянной трубке. По окончании просасывания требуемого объёма воздуха фильтр взвешивается на аналитических весах. Сущность счетного метода заключается в осаждении пыли из определённого объёма воздуха с помощью специальных приборов на покровное стёклышко микроскопа. После этого, под микроскопом при увеличении более чем в 1000 раз подсчитывают пылинки и определяют их формы и размеры.
Для быстрого определения степени запылённости воздуха пользуются фотоэлектрическим методом который основан на том, что запылённый воздух ослабляет проходящие через него световые лучи. К числу наиболее радикальных мероприятий по борьбе с пылью относятся рационализация технологических процессов и усовершенствование оборудования в направлении предупреждения образования и распространение пыли при переработке и транспортировке материалов. К таким мероприятиям можно отнести улучшение процесса спекания шихты на аглофабриках, увлажнение пылящих материалов, замену абразивного способа удаления пороков у слитков и заготовок огненным методом, применение пневмотранспорта и других видов закрытого транспорта для перемещения пылящих материалов и тому подобное. Широкое внедрение механизации и автоматизации процессов также является одним из важных оздоровительных мероприятий.
Особого внимания заслуживает вопрос о герметизации пылящих агрегатов и транспортных устройств по всему циклу производственного процесса. Герметизацией производственного оборудования в некоторых случаях удаётся полностью предотвратить выделение пыли окружающее пространство.
Гидрообеспыливание является одним из эффективных методов борьбы с распространением пыли. На металлургических предприятиях этот способ с успехом применяется для подавления пыли на агломерационных фабриках и в мартеновских цехах. Испытанным средством в борьбе с пылью является обеспыливающая вентиляция, которую устанавливают в виде местных отсосов от кожухов-укрытий и пылящих устройств.