книги из ГПНТБ / Блинов О.М. Основы металлургической теплотехники

тайные на самые широкие случаи использования этих пылеулавливающих аппаратов.

К аппаратам сухой механической очистки газа отно­ сятся фильтры из синтетических и стеклянных тканей, которые используют на обогатительных фабриках, в ста­ леплавильном и ферросплавном производстве. Установки для очистки газов в тканевых фильтрах характеризу­ ются высокой эффективностью пылеулавливания, про­ стотой конструкции и сравнительно низкими эксплуата­ ционными расходами, но в то же время имеют серьез­ ные недостатки. Шерстяные и хлопчатобумажные ткани позволяют очищать газы температурой не выше 80° С. Стеклоткань может выдержать температуру до 400° С. Следует отметить и низкую скорость фильтрования 0,1—0,2 м/мин, что требует больших площадей фильтра.

4. Мокрая очистка газов

Во всех мокрых аппаратах очистки газа выделение частиц пыли из газового потока происходит под дейст­ вием сил инерции. Отличительной особенностью мокрых пылеуловителей является взаимодействие частиц пыли с поверхностью жидкости. Наиболее распространенными аппаратами мокрой газоочистки являются скрубберы и турбулентные промыватели (трубы Вентури).

Применяемые в металлургическом производстве скрубберы представляют собой вертикальные цилиндры диаметром 6—8 и высотой 20—30 м. Для орошения газа водой в скруббере расположено несколько ярусов фор­ сунок.

По конструкции скрубберы делят на насадочные и полые. В качестве насадки чаще применяют хордовую насадку из деревянных досок толщиной 10—15 и высо­ той 100—150 мм. Отдельные ряды досок смещены на 45 или 90°.

На работу скрубберов насадочного типа сильно влия­ ет отношение высоты слоя насадки к диаметру скруббе­ ра. Наиболее равномерное распределение воды в насад­ ке обеспечивается в том случае, когда это отношение на­ ходится в пределах 0,5—1,5.

В системах очистки доменного газа широко применя­ ют скрубберы безнасадочного типа повышенного давле­ ния, один из которых изображен на рис. 83.

Особенность скрубберов повышенного давления за­

ключается в устройстве гидрозатвора-водоотводчика. Отвод шламовой воды из скруббера нормального давле­ ния не вызывает затруднения, так как давление газа в нем невелико. Безопасный отвод воды в этом случае достигается выполнением гидрозатвора, у которого вы­

сота запирающего столба воды уравновешивает дав­ ление газа. В скрубберах повышенного давления уро­ вень воды поддерживают при помощи регулятора уровня изменением расхода шламовой воды. Неочищен­ ный газ подводится к скруб­ беру, смещенному относи­ тельно оси скруббера, что способствует более равно­ мерному распределению га­ за по сечению скруббера. Скруббер оборудован четы­ рехъярусной системой оро­ шения, качество работы ко­ торой зависит от типа и рас­ положения форсунок, разме­ щения зон орошающей воды.

Для осуществления тон­ кой очистки газа в СССР п за рубежом разработаны высокоэффективные аппара­ ты мокрой очистки газов— турбулентные промыватели. Турбулентный промыватель состоит из трубы Вентури и каплеуловителя. Труба Вен­ тури, или труба-распыли­ тель, имеет либо круглое,

либо прямоугольное сечение. Очищенный газ поступает в конфузор трубораспылителя, где фильтруется через за­ весу орошающей воды. Конфузор переходит в горловину трубы, где скорость движения газа составляет 800— 100 м/с. Благодаря высокой скорости газа вода дробится на мельчайшие капли, что способствует смачиванию час­ тиц пыли и обеспечивает улавливание каплями частиц размером в десятые доли микрона. Горловина трубы рас-

пылителя переходит в диффузор, где скорость газа умень­ шается и происходит укрупнение капель воды, что облег­ чает их отделение в каплеуловителе.

В качестве каплеуловителя обычно используют про­ стейшие газоочистные аппараты инерционного типа.

5. Аппараты электрической очистки газов

Аппараты электрической очистки газов — электро­ фильтры широко применяют на металлургических заво­ дах, что объясняется их неоспоримыми преимущества­ ми, заключающимися в следующем:

1)принципиально можно получить газ любой чисто­ ты и, исходя только из экономических соображений, сте­ пень очистки газа в электрофильтре доводят до 95— 99%;

2)расход энергии на осаждение частиц пыли не пре­

вышает 0,3 кВт-ч на 1000 м3 очищаемого газа, а поте­ рн напора в электрофильтрах не превышают 20 мм вод. сг. Следовательно, суммарные энергетические затраты очень невелики;

3) возможно улавливание частиц размером от 100 до 0,1 мкм и менее.

При этом концентрация взвешенных частиц в очи­ щаемых газах может колебаться от долей до 50 г/м3, а их температура может превышать 400° С;

4) возможна полная автоматизация • процесса очи­ стки.

Электрофильтры работают эффективно на газах аг­ ломерационного, доменного, сталеплавильного и некото­ рых других производств. При этом и = 95-^99%.

Физические основы электрической очистки газов

Принципиальная схема электрофильтра показана на рис. 84.

Принцип действия электрофильтров заключается в следующем: если создать между двумя электродами электрическое поле и поместить в него подлежащий очи­ стке газ, то между электродами фильтра возникает ко­ ронный разряд, следствием которого является заполнение межэлектродного пространства в основном отрица­ тельно заряженными ионами газа. Отрицательно заря­ женные ионы под действием сил электрического поля движутся от коронирующих электродов к осадительным.

Встречая на своем пути ионы, частицы пыли абсорбиру­ ют их и под действием сил поля также движутся к оса­ дительным электродам.

Таким образом, при электрической очистке газов происходят следующие процессы: образование электри­ ческих зарядов в газе — положительных и отрицатель­ ных ионов, зарядка частиц пыли, движение заряженных пылинок в газе н осаждение их на электродах с после-

Рис. 84. Принципиальная схема электрической очистки газа:

/ — повысительный трансформатор с регулятором напряжения; 2 — вы­ прямитель; 3 — осадительный элек­ трод; 4 — коронирующий электрод

дующим удалением уловленной пыли в бункер электро­ фильтра.

Ниже дано краткое описание этих процессов.

Механизм процесса ионизации газа. Процесс, посред­ ством которого газу сообщаются свойства проводимости, называется ионизацией газа. Явление ионизации состоит в том, что в результате поглощения энергии электрон покидает пределы атома или молекулы, что возможно вследствие столкновения частиц газа с- электронами и ионами, или в результате действия рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, космических лучей.

Сущность процесса ионизации в электрофильтре за­ ключается в следующем. В обычных условиях газ под­ вергается воздействию космических и радиоактивных излучений, поэтому в нем всегда присутствует некоторое число свободных электронов и ионов. Если газ, содержа­ щий свободные заряды, находится между электродами, на которые подается напряжение, то под действием по­ ля свободные заряды, присутствующие в газе, начнут двигаться по силовым линиям. Движущиеся ионы и эле­ ктроны создают в газе электрический ток. Дальнейшее увеличение напряжения вызывает пропорциональный рост тока, но с некоторого предела наступает момент, когда при увеличении напряжения сила тока перестает изменяться. Это связано с тем, что при неизменной ин­ тенсивности ионизации газа число присутствующих в

нем свободных зарядов не меняется. Максимальную си­ лу тока, возможную при данной интенсивности иониза­ ции, называют силой тока насыщения. При увеличении напряжения на электродах наступает момент, когда сво­ бодные электроны и ионы настолько сильно ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, т. е. выбивают из них часть внешних электронов, превращая нейтральные молекулы в положительные ионы и свобод­ ные электроны. Это явление называется ударной иони­ зацией.

Вновь образованные ионы и электроны приходят в движение, также ускоряются электрическим полем и в свою очередь ионизируют новые молекулы газа. Число образующихся в газе ионов и электронов резко возраста­ ет и сила тока начинает увеличиваться. Это явление, называемое коронным разрядом, сопровождается потре­ скиванием и бледно-голубым свечением, — короной, воз­ никающей в темноте, вокруг проводника в зоне образо­ вания ионов обоих знаков. Образовавшиеся при этом положительные ионы теряют заряд у поверхности коронирующего электрода, а отрицательные— перемещают­ ся к противоположно заряженному электроду. Напря­ жение, при котором появляется корона, называется кри­ тическим напряжением короны.

Напряженность поля, при которой возникает корон­ ный разряд зависит от состава газов, их давления и тем­ пературы. При нормальных условиях напряженность по­

Зарядка частиц и перемещение в газе. Процесс за­ рядки частиц пыли состоит в том, что под действием сил электрического поля и теплового движения ионов на ча­ стице постепенно сосредоточивается некоторое количест­ во элементарных зарядов. Величину максимального за­ ряда, который могут воспринять частицы, можно опре­ делить, исходя из величины силы поля или на основа­ нии закона диффузии ионов.

В работах ряда исследователей установлено, что для частиц более 1 мкм величина максимального (предель­ ного) заряда ^пред, выражаемого в кулонах (К), доста­ точно точно определяется воздействием электрического поля и пропорциональна напряженности поля и квадра­ ту радиуса частицы; ее рассчитывают по формуле

р— радиус частицы, м;

Е— напряженность электрического поля, В/м. Предельный заряд частиц размером менее 1 мкм оп­

ределяется в основном тепловым движением ионов и приближенно может быть найден по формуле

Осаждение взвешенных частиц. Заряженная частица, достигнув осадительного электрода, отдает ему свой за­ ряд и удерживается на нем силами сцепления.

Если частица является диэлектриком, то процесс осаждения осложняется тем, что осевший слой полно­ стью или частично сохраняет свой заряд и препятствует удержанию новых частиц на осадительном электроде. Когда это явление сопровождается обратной короной, то эффект очистки газа сильно понижается.

Вследствие сложности процессов, протекающих в электрофильтрах, невозможно рассчитать степень очист­ ки с учетом всех факторов, влияющих на их работу. Это объясняется тем, что степень очистки электрофильтров зависит не только от процессов, протекающих в актив­ ной зоне аппарата, но и от аэродинамических характе­ ристик газового потока на входе и выходе, физико-хи­ мических свойств пылегазового потока, конструктивных особенностей аппарата и т. д.

Исходя из предположения, что осадительный электрод представляет чистую поверхность трубы, что частицы пыли имеют одинаковые размеры и сферическую форму, силы сцепления которых равны нулю и что улавливание осуществляется в воздухе при нормальных условиях, Дейч предложил следующую зависимость, на которой до

где л — эффективность очистки, % ; L — длина трубы, м;

w — скорость движения пылинок под влиянием по­ ля к стенке осадительного электрода, м/с;

R — радиус трубы, м;

w — скорость газа в трубе, м/с.

Конструктивные особенности электрофильтров

Промышленные электрофильтры делятся на пластин­ чатые и трубчатые. В первом случае осадительные элек­ троды изготовляют в виде установленных вертикально металлических пластин специальной формы. Между ни­ ми на равном расстоянии подвешивают коронирующие электроды. Через пластинчатый электрофильтр очищае­ мый газ может проходить в горизонтальном и вертикаль­ ном направлениях. В зависимости от этого различают

вертикальные и горизонтальные электрофильтры. В не­ которых электрофильтрах газы последовательно прохо­ дят через несколько групп электродов. Такие электро­ фильтры называют многопольными. Встречаются элек­ трофильтры с параллельно работающими секциями (многосекционные). В трубчатых электрофильтрах оса­ дительные электроды выполняют в виде труб круглого, шестигранного и квадратного сечений.

По способу удаления осаждающейся на электродах пыли различают электрофильтры сухие и мокрые.

Глава IX АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

И РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Высокопроизводительная и экономичная работа ме­ таллургических печей и других тепловых устройств требует применения современных контрольно-измери­ тельных и регулирующих устройств, на основе которых создаются системы автоматического контроля и управ­ ления производственными процессами.

Основными параметрами, которые необходимо копт ролировать при работе металлургических печей, явля­ ются температура, давление, расход, состав газов и жидкостей. Автоматическими приборами измеряется температура: рабочего пространства печей, выплавляе­ мого и нагреваемого металла, элементов кладки, конст­ рукций регенераторов и рекуператоров, а также газов, покидающих печь, и т. д. Экономичная и безаварийная работа печей требует автоматического контроля расхо­ дов и давления газообразного и жидкого топлив, возду­ ха горения, сжатого воздуха, пара, кислорода, защит­ ных газов, а также состава газов в печах.

Помимо указанных приборов, различные печи н теп­ ловые устройства оснащают устройствами для автома­ тического измерения калорийности топлива, тепловых потоков, влажности и запыленности газов, уровня, плот­ ности, массы, положения, электрических величин.

1. Измерение температуры

Основными датчиками температуры в промышлен ных системах автоматики являются:

а) термоэлектрические пирометры (термопары);

б) пирометры излучения; в) термометры сопротивления;

г) манометрические термометры.

В основу измерения температуры с помощью термо­ электрического пирометра (термопары) положено яв­ ление термоэлектрического эффекта, т. е. возникновения термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) в цепи, состоя­ щей из двух разнородных проводников. В схему термо­ электрической цепи (рис. 85, а) входит термопара, сое­ динительные провода и измерительный прибор. Термо­ пара состоит из двух разнородных проводников 2, кон­

тенциометр). Для получения однозначной зависимости между т. э. д. с. и температурой рабочего спая темпера­ тура свободных концов должна быть стабилизирована.

нении между собой т. э. д. с., близкую с т. э. д. с. данной термопары в температурном интервале до 100° С.

Наиболее распространены термопары стандартных градуировок: платинородий-платина — гр. ПП; хромельалюмель— гр. ХА и хромель-копель — гр. ХКПлати- нородий-платиновые термопары применяют для измере­

пелевые — до 600° С и кратковременно до 800° С. Элект­ роды платинородий-платиновых термопар изготовляют из проволоки диаметром до 0,5 мм; электроды стандарт­