Материал: Расчет агрегатов газоочистки доменной печи

4.4 Расчёт максимального размера частиц, выносимых газовым потоком из доменной печи

Для выноса частицы достаточно, чтобы скорость газа превысила скорость её витания [15].

Скоростью витания называется скорость, с которой частица равномерно опускается в неограниченном объёме неподвижного газа вследствие равенства действующих на неё внешних сил – тяжести и динамического сопротивления. Если под действием восходящего газового потока частица остаётся неподвижной относительно стенок печи (висит), то скорость витания равна скорости газа.

Условие равновесия сил, действующих на шарообразную частицу диаметром f c объёмной массой _м в газе с плотностью _о и вязкостью  записывается следующим образом [15]:

(4.7)

где С – коэффициент сопротивления, являющийся функцией критерия подобия, формы и положения частицы;

 - фактическая скорость движения газа, м/с.

Разделив обе части уравнения на f² и решив его относительно f , получим:

(4.8)

Если учесть влияние температуры, давления газа и пренебречь величиной _о в знаменателе, то получим формулу [16] для расчёта максимального размера частиц, выносимых газом:

(4.9)

где _о – скорость газа, приведенная к нормальным условиям;

P – фактическое давление газа, выраженное в тех же единицах, что и Р_о , равное 1 ата (760 мм рт. ст.);

t - фактическая температура газа, ^оС;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Ввиду отсутствия данных о величине коэффициента сопротивления С для частиц реальной формы, расчёт ведём для шарообразных частиц, для которых коэффициент сопротивления равен 0,4-0,6, или в среднем 0,5 при широком интервале значений числа Рейнольдса 50-200000 [16]. Объёмная масса агломерата _агл = 4 г/см³, кокса –1 г/см³. Плотность колошникового газа принята равной 1,274 кг/м³.

Из слоя шихты, в соответствии с данными [16], могут быть вынесены частицы кокса крупностью до 22 мм и частицы агломерата крупностью до 5,5 мм в связи с тем, что скорости движения газа в пустотах между кусками превышают в 6-10 раз скорости движения его над слоем. Однако, неравномерность распределения газового потока по соседним пустотам и возможность задержания крупных частиц кусками шихты способствуют уменьшению числа частиц, выносимых на поверхность засыпи.

Известно, что динамический напор газа является минимальным в распаре и возрастает до максимума вблизи колошника. Частицы, преодолевшие горизонт с отмеченным максимумом скоростного напора уже не могут быть вынесены газовым потоком ниже [17].

После выхода из слоя скорость газа резко снижается. Поэтому значительное количество вынесенных частиц оседает на поверхности засыпи и перемещается по откосу.[16].

Для нашего случая, приведенная к нормальным условиям скорость газа υ_о в цилиндрической части колошника, не занятой материалами, равна

192,18/ 50,24 = 3,825 м/с

Подставляя числовые значения в формулу (4.9)

(4.10)

получаем, что в период между опусканиями подач газом могут выноситься из печи частицы кокса менее 0,61 мм и частицы агломерата менее 0,61:4=0,1525 мм.

При опускании большого конуса газы вынуждены пронизывать шатёр из падающих материалов. Если принять, что при этом остаётся свободной для прохождения газа 1/3 площади кольца между колошниковой защитой и кромкой большого конуса (рис.5), то газ может увлечь собой в газоотводы, по данным расчёта, частицы кокса крупностью до 5,72 мм и агломерата – 1,43 мм (табл.3).

В результате снижения скорости газа в газоотводах крупные частицы возвращаются в печь.

Приняв суммарную площадь газоотводов в свету равной 0,3 площади сечения колошника, определили, что в газоотводах газ может нести частицы кокса и агломерата крупностью до 3,7 и 0,924 мм соответственно.

Рисунок 5-Максимальный размер (f, мм) выносимых газом частиц агломерата (а) и кокса (к): ш – при выходе из слоя шихты; ц – в цилиндрической части колошника, не занятой шихтой; с – при ссыпании материалов с большого конуса; г – в газоотводах

Исходные данные и результаты расчёта сведены в табл.3.

В действительности максимальный размер выносимых из печи частиц будет меньше, чем указано в последней строке табл.3, так как в газоотводах частицы будут ещё терять инерцию в результате соударений друг с другом и со стенками. Практически все частицы пыли из сухих пылеуловителей современных доменных печей проходят через сито с ячейками 2 мм. Содержание в пыли частиц крупностью менее 0,315 мм достигает 90% (см. табл.1).

Таблица 3 - Максимальный размер частиц материалов, выносимых газом

из доменной печи

*Для упрощения расчёта температура и давление приняты неизменными.

Результаты расчёта показывают следующее.

Большая часть пыли выносится из печи во время опускания подач. По данным исследования, выполненного под руководством Н.Н.Бабарыкина, во время опускания в печь материалов с большого конуса выносится до 75% от всего количества удаляемой из печи газом пыли.

Вертикальные участки газоотводов способствуют значительному снижению выноса пыли.

4.5 Расчёт размеров сухого пылеуловителя

Расчёт размеров пылеуловителя сводится к определению сечения цилиндрической части, высот цилиндрической и конических частей (рис.2), проверке заполнения пылью нижней части, выбору режима выпуска пыли.

Температура газа при входе в пылеуловитель примем равной 333^оС, давление – 2,2 кгс/см².

Секундный расход газа при этих условиях равен

(4.11)

Рекомендуемые скорости ввода газа в пылеуловитель 10-15 м/с, отвода газа из пылеуловителя 15-25 м/с. При принятой скорости ввода – 14 м/с, сечение центральной трубы в свету составит

(4.12)

Сечение отводящей газ трубы при скорости движения газа в ней 16 м/с составит

(4.13)

Диаметр ввода (4.14)

Диаметр отвода (4.15)

Наружный диаметр центральной трубы при толщине кладки 115 мм, стенки – 12 мм и зазоре между кладкой и стенкой 2 мм равен

(4.16)

Сечение трубы (4.17)

Сечение кольца пылеуловителя при скорости подъёма газа 1,1 м/с составит

(4.18)

Сечение и диаметр пылеуловителя в свету S_пу= S_к+S_тр

S_пу= 117,1+10,61=127,7 м². (4.19)

(4.20)

Наружный диаметр пылеуловителя при толщинах кладки 230 мм, стенки 24 мм и зазоре между кладкой и кожухом 2 мм составит

D_нпу= 12,75+2*(0,230+0,024+0,002) = 13,262 м. (4.21)

Высота цилиндрической части при времени пребывания газа в пылеуловителе 12 с равна

(4.22)

Высота верхней конической части при угле наклона образующей 45^о:

(4.23)

Высота нижней конической части при угле наклона образующей 50^о и диаметре горловины для выпуска пыли 0,5 м:

(4.24)

Полная высота внутреннего пространства пылеуловителя

H = 15,22+4,536+7,301 = 27,05 м (4.25)

Объём бункера для пыли

(4.26)

Осаждается пыли в бункере за сутки при коэффициенте осаждения  = 0,6

где 1,6 – насыпная масса колошниковой пыли, т/м³.

Степень заполнения бункера = и не превышает допустимой 60% [18]. Выпуск пыли можно производить раз в сутки и даже раз за двое суток.

Для уборки скопившейся за сутки пыли потребуется

специальных вагонов грузоподъёмностью 60 т.

Содержание пыли в газе после пылеуловителя

14,82*(1-_п) = 14,82*0,4=5,928 г/м³.

4.6 Расчёт скруббера

Объём скруббера рассчитывается с учётом данных теплового баланса, в частности количества тепла, которое необходимо отнять от газа при его охлаждении и передать его жидкости [3, 5].

В данном примере размеры скруббера принимаются и проверяются сравнением скоростей и времени пребывания газа в нём с допустимыми значениями этих параметров.

Принимаем диаметр скруббера 7,5 м и высоту 22 м. Площадь поперечного сечения его составит

(4.27)

объём цилиндрической части V_ц =38,5*22=850м³.

Скорость газа в скруббере, приведенная к нормальным условиям, равна

(4.28)

Средние скорости подъёма газа в скруббере при работе на высоком давлении

(4.29)

на низком давлении

(4.30)

Давление газа в скруббере принято равным давлению на колошнике: 1,7 ати – при высоком и 0,2 – при низком; температуру газа на входе в скруббер 330^оС (без учёта снижения её в газоотводах и сухом пылеуловителе), на выходе – 60^оС, поэтому

(4.31)