Коксовая пыль. Её улавливание и предотвращение пылевыделений

С = [160-(4- 12)]0,8 = 90мг/м³.

  Таким образом, максимально допустимая концентрация пыли в очищенном ас- пирационном воздухе для нашего примера составит 80-90 мг/м³.

  Подобные  расчеты, проведенные для типичных выбросов из труб диаметром 0,5-0,8 и высотой 20-40 м при объемах выбрасываемого воздуха 10-20 тыс.м³ /ч, показывают, что допустимая концентрация пыли в выбросе находится в пределах 46-255 мг/м³ . При этом большим значениям соответствуют большие высоты труб и скорости выхода воздуха в атмосферу, поэтому при проектировании следует выполнять технико-экономические расчеты для обеспечения максимально возможных значений этих величин. Для конкретных случаев величина допустимой концентрации должна, как уже отмечалось, рассчитываться исходя из вклада выброса данной системы в загрязнение воздуха населения мест. Определим потребную степень очистки:

  ^Сн~^Ск 4-0,08

V- _Сн -—— -Э8/о.

  Для вышеприведенных типичных случаев tj - 93,6+98,85 %. Таким образом, аппараты сухого пылеулавливания должны иметь степень очистки не ниже 98 %. При этом основным ограничением их выбора является абразивный износ.

Выбор сухих  пылеуловителей для коксовой пыли

 Гравитационные  аппараты, как правило, не применяются  для обеспыливания аспирационного воздуха из-за низкой эффективности и громоздкости, поэтому не могут рассматриваться как перспективные для улавливания коксовой пыли.

 Из  инерционных центробежных пылеуловителей наибольшее распространение получили циклоны, отличающиеся простотой конструкции, малыми габаритами и надежностью в работе. Другие инерционные пылеуловители для улавливания коксовой пыли не представляют интереса: жалюзийные - из-за своей громоздкости и низкой эффективности, ротационные - из-за высоких скоростей и быстрого абразивного износа.

 Из  имеющихся типовых конструкций  циклонов наиболее устойчивыми к абразивному износу являются конические циклоны, которые по своим характеристикам способны обеспечить высокую степень очистки при сравнительно небольшой скорости газового потока. Высокая эффективность пылеулавливания в этих циклонах обеспечивается при существенном увеличении энергетических затрат по сравнению с обычными циклонами НИИОгаза типа ЦН-15. Коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов ЦН-15, СДК-ЦН-33 и СК- ЦН-34 относятся как 1:3,35:6,78. Сопротивление циклона СК-ЦН-34 может достигать 4-5 кПа, что создает серьезные трудности при подборе тягодутьевого оборудования. Кроме того, сечение входного патрубка этого циклона на 22 % меньше, чем у СДК-ЦН-33, что при прочих равных условиях обусловливает более высокую входную скорость и соответствующее увеличение абразивного износа. Таким образом, предварительный анализ показывает, что из двух типов конических циклонов предпочтение следует отдать циклонам СДК-ЦН-33, как имеющим более низкое и приемлемое гидравлическое сопротивление и способным работать при меньших входных скоростях.

 Из  известных конструкций нетиповых  циклонов представляет интерес прямоточный циклон с нижним выводом газа (НВГ) [22] (рис.21,а). При эксплуатационных характеристиках, практически одинаковых с циклоном ЦН-15, прямоточный циклон НВГ имеет вывод газа через бункер, что в холодное время года обеспечивает обогрев бункера и тем самым лучшие условия его разгрузки, а также значительно упрощает компоновку с вентилятором, снижая металлоемкость системы. В то же время скорости газа в этом аппарате, как и в ЦН-15, велики, аппарат не может применяться для коксовой пыли из-за абразивного износа.

 Представляет  интерес конструкция нового циклона, сочетающего положительные качества конических циклонов и циклона НВГ. Верхняя часть нового циклона, условно названного СДКН (рис.21,6), аналогична циклону СДК-ЦН-33, но вместо выхлопного патрубка установлен циклон конический обтекатель, а нижняя часть оформлена, как у циклона НВГ, т.е. с выводом очищенного газа через бункер. 

 Сравнительные испытания циклонов СДК-ЦН-33 и СДКН [23], проведенные по единой методике, выявили меньшую эффективность циклона СДКН, связанную, очевидно, с увеличенным сечением выхлопной трубы (0,47 D против 0,33 D у СДК-ЦН-33). Гидравлическое сопротивление этого циклона составляет 0,88 к Па против 1,92 кПа.

 Для улучшения характеристик нового циклона проведены исследования с целью оптимизации соотношения  его геометрических размеров, в частности диаметра и длины выхлопной трубы. Диаметр выхлопной трубы принят 0,33 D\ при этом диаметре и условной скорости в плане циклона 0,85м/с максимальная степень очистки обеспечивается величиной загрубления выхлопной трубы от обреза пылеспускного патрубка в корпус циклона 1,11 D. Коэффициент гидравлического сопротивления этого аппарата, условно названного СДКН-33, составил 1360.

Рис.21. Циклоны с нижним выводом очищенного газа: а - НВГ; б - СДКН-33

 Эффективность процесса изучали при улавливании  коксовой пыли, дисперсный состав которой  характеризовался dm~ 120 мкм, а- 9,2. Испытания показали, что циклон СДК-ЦН-33 обеспечивает лучшую очистку, причем максимальная эффективность достигается при сравнительно небольших скоростях газа. Без заметного снижения степени очистки входная скорость может составлять лишь 9-10 м/с. Этот режим характеризуется уменьшением величины гидравлического сопротивления и поскольку интенсивность абразивного износа зависит от скорости газа в третьей степени, то при уменьшении скорости почти вдвое по сравнению с циклоном ЦН-15 следует ожидать уменьшения абразивного износа в 6-8 раз. Циклон СДКН-33 по эффективности близок к циклону СДК-ЦН-33, при этом его гидравлическое сопротивление почти в 1,5 раза меньше. Важно, что новый циклон устойчиво работает в области пониженных скоростей газа.

 Сравнительная эффективность испытанных аппаратов  представлена на рис.22. Кривая 3 характеризует данные, полученные при испытаниях циклона СДК-ЦН-33 диаметром 2000 мм, смонтированного в составе аспирационной системы перегрузочного узла кокса сухого тушения на Кемеровском заводе.

 Расчеты промышленных аппаратов, выполненные  на основе стендовых испытаний по известным методикам [ 1,24], показали, что применение духступенчатой системы из циклонов СДК-ЦН-33 и СДКН-33 может обеспечить степень очистки на 95-98 %. Однако при этом имеется некоторый резерв, поскольку не учтена возможная коагуляция мелких частиц после первой ступени очистки.

 В процессе опытно-промышленный испытаний одиночных  циклонов СДК-ЦН-33-2000 в составе аспирационных систем перегрузочной станции кокса сухого тушения на Кемеровском коксохимическом заводе [9] при расходе 22-23 тыс.м³/ч (расчетный 20 тыс.м³/ч) было установлено, что степень очистки составляет 92,5-93,8 % (расчетная 90,2 %) при гидравлическом сопротивлении 1,8 кПа (по расчету 1,65 кПа). Измерения дисперсного состава пыли после этих циклонов показали, что фактический медианный размер частиц (10 мкм) значит тельно больше расчетного (3,5 мкм), что объясняется коагуляцией частиц. С учетом этого расчетная степень улавливания в циклоне СДКН-33 на второй ступени будет не 40 %» как в первоначальном варианте без учета коагуляции, а 70 %; общая расчетная степень очистки достигает 97,4 % при гидравлическом сопротивлении ~ 2,7 кПа.

 После установки в соответствии с расчетными рекомендациями одиночных циклонов СДКН-33-1800 на вторую ступень очистки аспира- ционного воздуха перегрузочного узла кокса сухого тушения на Кемеровском коксохимическом заводе проведены окончательные испытания двухступенчатой системы. Измерения показали, что степень очистки в циклонах СДКН-33 составляет 67, общая степень очистки 97,5 % > а потери напора 2,8 кПа.

 Таким образом, в опытно-промышленных испытаниях двухступенчатой системы сухого пылеулавливания в циклонах подтверждены расчетные технологические параметры системы, выданные на основе стендовых испытаний. При эксплуатации циклонов в течение первых пяти лет не были выявлены какие-либо существенные недостатки, абразивный износ также не обнаружен. Тем самым подтверждены правильный выбор технических решений и метод расчета с учетом коагуляции частиц после первой ступени очистки. В то же время для глубокого обеспыливания больших объемов аспирационного воздуха необходим анализ других способов пылеулавливания с целью выбора перспективных технических решений.

 Фильтрационные  пылеуловители подразделяются на тканевые, волокнистые, зернистые и сетчатые. Применение тканевых фильтров для коксовой пыли затруднено из-за абразивного износа ворса фильтровальной ткани [13]. Сложность регенерации фильтровальной поверхности при сухой очистке является препятствием для применения волокнистых фильтров. -

 Рис.22. Фракционная степень очистки  циклонов СДК-ЦН-33 (1), СДК-33 (2) диаметром 0,4 м и циклона СДК-ЦН-33 диаметром 1,9 м (3) при улавливании коксовой пыли 
 

Перспективным решением проблемы может стать использование  процессов фильтрации через зернистые слои. Обычно для таких фильтров используют щебень, гравий, песок и другие специально подготовленные материалы. Степень очистки в таких фильтрах может достигать 95-99 % при гидравлическом сопротивлении 0,6-1,5 кПа.

 В отличие  от других отраслей промышленности на коксохимических предприятиях имеется  неограниченное количество практически  идеального фильтрующего материала, каким является кокс. При этом могут быть устранены трудности, связанные с регенерацией фильтрующего слоя, поскольку насыщенный пылью кокс можно отгружать потребителям для квалифицированного применения. Специальные исследования свойств мелкого кокса (фракция 10-25), насыщенного коксовой пылью до 16 % (по массе), показали, что зольность возросла на 10 %, а реакционная способность повысилась с 0,42 до 0,48 смЗ/(г/с). Такие незначительные изменения свойств позволяют заключить, что запыленный кокс может без ограничений использоваться, например в электротермических производствах.

 Фильтрующие свойства кокса детально не изучены, поэтому в ВУХИНе проведен комплекс исследований с целью получения конкретных показателей очистки при фильтрации запыленного воздуха через слои кокса различных фракций. В результате этого исследования были получены новые данные об эффективном улавливании коксовой пыли в глубоких слоях крупнозернистого материала. При использовании слоя мелкого кокса (фракция 10-25 мм) глубиной 2 м в качестве фильтрующего материала степень очистки составляет - 98 % при нагрузке по очищаемому воздуху 26,5 м³/(м.мин) и изменении гидравлического сопротивления от 2,6 до 4,5 кПа. Пылеемкость фильтрующей насадки, т.е. количество уловленной пыли на единицу массы насадки, достигает 8? кг/т при снижении степени очистки до 95 %, что соответствует 12,5 ч непрерывной фильтрации.

 Применительно к промышленному аппарату производительностью 20 тыс-м^/ч площадь фильтрации коксовой насадки глубиной 2 м при скорости фильтрации 20 мЗ/(м².мин) должна быть не мене 16,7 м² при объеме фильтра ~ 50 м*. Громоздкость получающегося аппарата значительно ограничивает возможность его применения. В связи с этим представляет интерес вариант реализации данного способа путем переоборудования одного из бункеров мелкого кокса в зернистый фильтр, что позволяет резко уменьшить капитальные затраты.

 Одним из перспективных вариантов, позволяющих  устранить абразивный износ аппаратуры при улавливании коксовой пыли, является электогазоочистки [25], однако окончательный вывод может быть сделан только после получения сведений о взрывоопасное™ коксовой пыли и опытно-промышленной проверки, которую следует провести во взрывобезопасных электрофильтрах типа УВВ или СГ [11].

 Так как занимаемая площадь у горизонтальных электрофильтров СГ значительно  больше, чем у вертикальных УВВ, при  выборе аппарата для опытно-промышленных испытаний предпочтение должно быть отдано электрофильтру УВВ.

 Прогнозные  расчеты степени очистки в  электофильтрах выполняются на основе "эффективных" параметров процесса, получаемых в результате предпроектных исследований. Поскольку данных об электрическом улавливании коксовой пыли в литературе не обнаружено, появилась необходимость в специальном экспериментальном исследовании.

 Опыты были проведены на модели однотрубного электрофильтра с диаметром оса- дительной трубы 0,24 и длиной 2 м при скорости воздуха 2 м/с, коронирующий элект- род-нихромовый провод диаметром 2 мм. Рабочее напряжение 35,4 кВ (эффективное значение), ток короны составлял 0,48-0,50 мА. В опытах использовалась кокговая пыль с dm ~ 10 мкм, а- 6, начальная запыленность воздуха составляла 0,4-0,6 г/м³. Степень очистки при этих условиях состава -.а 89,89±0,22 :

 Предпроектные расчеты стеш <я оч!«; :, эле rj фильтре УВВ выполнены двумя методами: по известной методике [1] с использованием величины эффективной скорости дрейфа, которая по результатам опытов оказалась равной 0,134 м/с, и по вероятной модели процесса электрогазоочистки [26], где эффекти- ым параметром процесса является коэффициент рассеяния траектории чж ш электрофильтре; величина этого коэффициента по результатам опытов равна 0,60134.

 Достаточно  высокие по абсолютному значению результаты расчетов по обеим методикам (степень очистки 99,29 и 99,16 % соответственно) позволяют сделать вывод о возможности эффективного обеспыливания аспирационного воздуха до требуемых норм в одном аппарате. С учетом высоких капитальных и эксплуатационных затрат на установку электрофильтра целесообразно его использование в качестве централизованного узла очистки, например аспирационного воздуха узлов выгрузки кокса из камер УСТК. В этом случае достаточно установки одного электрофильтра УВВ-16 с производительностью 57,6 тыс.мЗ/ч, что соответствует расходу аспирационного воздуха в существующих системах (58-62 тыс.мЗ/ч).