автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация процессов пылеулавливания при обезвоживании карналлита



- г- Л

На правах рукописи Для служебного пользования экз.№

Трапезников Юрий Федорович

Интенсификация процессов пылеулавливания при обезвоживании карналлита

Специальность 05.17.08. - Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1998.

Работа выполнена в ОАО «Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния» и Уральском государственном техническом универа тете.

Научный руководитель : доктор технических наук, с.н.с.,

Заслуженный изобретатель РФ Кудрявский Ю.П.,

Научный консультант : доктор химических наук , профессор

Березюк В.Г.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор

Десятник В.Н.,

кандидат технических наук, доцент Инюшкин Н.В.

Ведущая организация Институт химии твердого тела РАН.

Защита состоится 8 июня 1998г. в 15 час. на заседании диссертационного сов К 063.14.06. при Уральском государственном техническом университете, корп.;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственног технического университета.

Автореферат разослан -ЯЗя^А-гл? 1998 ГОда.

Ученый секретарь диссертационного совета,доцент

Михайлова Н

Актуальность работы. В связи с возросшими в последнее время требова-иями ресурсосбережения и экологической безопасности все острее становится эобходимость в переходе на малоотходные и безотходные технологии, которые пособствуют также разрешению проблем охраны окружающей среды. Значи-эльная часть технологических процессов в производстве магния связана с при-енением , получением и переработкой сыпучих порошкообразных материалов и эпровождается интенсивным пылевыделением. В частности, на первой стадии безвоживания обогащенного карналлита - исходного сырья для получения магия, пылевынос непосредственно из печи кипящего слоя (КС) достигает 25% от эличины загрузки. Эффективность улавливания карналлитовой пыли в циклонах ечи КС не выше 90%, что ведет к значительным безвозвратным потерям карнал-ита и , так как не уловленная циклонами пыль поступает с отходящими газами на окрую газоочистку, к увеличению объемов сточных вод газоочистки. Объем точных вод газоочистки при существующей технологии составляет 15...16м3 на т уловленных газообразных вредностей. Плата за сброс сточных вод весьма вы-ока и имеет тенденцию к увеличению. Поэтому снижение объемов сточных вод меет не только природоохранное, но и экономическое значение.

Публикуемые в технической литературе новые прогрессивные разработки в бласти пылеулавливания и очистки газов от газообразных вредностей ограни-енно применимы для магниевого производства, так как не учитывают отличи-эльные физико-химические особенности отходящих газов магниевого производ-гва. А именно то, что отходящие газы содержат кроме хлора его соединения как твердом виде - различные хлориды металлов, так и в газообразном виде- хло-оводород. Соли гигроскопичны и склонны к налипанию на поверхность оборудо-ания, а газообразные - высокотоксичны и химически агрессивны к материалам борудования. В связи с изложенным решение проблем пылеулавливания из от-эдящих газов в промышленной технологии производства магния является в на-тоящее время весьма актуально.

Цель работы заключалась в разработке усовершенствованных , адаптиро-анных к технологии магниевого производства процессов пылеулавливания и в азработке оборудования для осуществления этих процессов. Для достижения казанной цели необходимо было решить следующие задачи: разработать мо-ель и метод расчета процессов газоочистки применительно к нагретым, хлорсо-ержащим, запыленным отходящим газам магниевого производства; изучить осо-енности образования пыли в процессе обезвоживания карналлита в печах КС;

изучить физико-химические особенности отходящих газов и закономерности оч1 стки их от пыли и газообразных вредностей; разработать новые способы пыж улавливания применительно к хлорсодержащим газам; провести сопоставлену эффективности различных способов пылеулавливания, определить перспекти: ные направления и оптимальные способы утилизации пыли; исследовать влиянк запыленности отходящих газов на объем сточных вод, образующихся на мокрс стадии очистки.

Научная новизна работы заключается: в установлении физико-химичесм закономерностей процесса пылеулавливания из отходящих газов магниевого пр' изводства; в определении механизма движения пылевых потоков в многокаме ной печи кипящего слоя; в разработке новых способов пылеулавливания и обор дования для их осуществления; в разработке модели процесса пылеулавливат в аппарате со встречными закрученными потоками с наложенным полем коронн го разряда на зону сепарации; в разработке инженерных методов расчета пр цессов пылеулавливания .

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследов ний процессов пылеулавливания: разработаны направления интенсификацк процессов пылеулавливания из отходящих газов в металлургии магния; предл жены новые способы очистки отходящих газов в производстве магния; разработ ны и освоены аппаратурно - технологические схемы для осуществления предл женных способов очистки отходящих газов; проведены испытания по отработ! технологических режимов работы аппаратурно-технологических схем пылеула ливания; выполнен сопоставительный анализ эффективности существующих вновь разработанных процессов пылеулавливания, на основе которого выбран оптимальные варианты очистки отходящих газов. В соответствии с этим офор; лена нормативно-техническая документация на разработанные технологии пыл улавливания; установлено повышение качества обезвоженного карналлита п| применении разработанных технологий пылеулавливания; показано снижен! объема сточных вод при интенсификации процесса пылеулавливания.

В частности, разработана и освоена технология пылеулавливания модерн зированными циклонами СИОТ-М1 из отходящих газов печей кипящего слоя д дегидратации карналлита на ОАО"Ависма-титано-магниевый комбинат" г. Бере ники Пермской обл.

Кроме того, установлено, что закономерности, полученные при изучен! процессов пылеулавливания из отходящих газов печи кипящего слоя, в знач

гельной степени носят общий характер, а разработанные при этом новые способы пылеулавливания могут быть использованы для других переделов титано-иагниевого производства. Это позволило: разработать и освоить технологию пы-1еподавления на нитках дробления титановой губки в цехе 35 ОАО "Ависма" по-:ем коронного разряда; разработать и освоить усовершенствованную технологию чневмотранспорта нефтекокса на ОАО "Соликамский магниевый завод".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 8 симпозиумах и конференциях, в том числе на научно-технической сонференции "Интенсификация производства и социально-экономическое разви-"ие Верхнекамского региона"(г.Березники,1988.), на выездной сессии научного со-зета по неорганической химии АН СССР (г.Пермь,1990.), на 2 Международном ;импозиуме "Проблемы комплексного использования руд"(Санкт-Петербург,1996.), на Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы образования, научно - технического развития и экономики Уральского региона"^.Березники,1996.), на Всероссийской конференции "Химия твердого тела и новые материалы" (г.Екатеринбург, 1996.), на конференции "Перспективы и пути юздания малоотходной и комплексной переработки титанового и магниевого сы-)ья"(г.Березники, 1996.) на научно-практической конференции с международным мастием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности"(г.Санкт-Петербург, 1997.), на Международной научно-технической конференции Перспективные химические технологии и материалы" (г.Пермь, 1997.),

Публикации. Материалы диссертации отражены в 20 научных работах , в ■ом числе в 5 патентах РФ .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выво-;ов, приложений и списка использованной литературы. Она изложена на 146 границах машинописного текста, включая 11 таблиц, 25 рисунков, и список лите-)атуры из 157 наименований.

Автор выносит на защиту: математическое описание и метод расчета полей :коростей газовой фазы и частиц пыли во встречных закрученных потоках; ре-¡ультаты теоретических и экспериментальных исследований процессов пыле-'лавливания из хлорсодержащих газов во встречных закрученных потоках при на-южении поля коронного разряда; методику инженерного расчета аппарата со ютречными закрученными потоками сйабженного коронирующим электродом; ре-ультаты испытаний, освоения и внедрения технологий пылеулавливания.

Содержание работы.

Глава 1 диссертации посвящена анализу современного состояния технологии очистки отходящих газов. Результаты анализа литературных данных по пылеулавливанию из отходящих газов дают основание утверждать, что наиболее прогрессивным, из всех применяемых центробежных способов пылеулавливания, является пылеулавливание во встречных закрученных потоках. А дополнительное наложение поля коронного разряда позволяет достигнуть эффективности очистки сравнимой с очисткой в рукавных фильтрах. Сопоставление существующей технологии очистки отходящих газов магниевого производства и приведенных в технической литературе технологий по пылеулавливанию во встречных закрученных потоках в других отраслях промышленности показывает перспективность применения пылеулавливания во встречных закрученных потоках для очистки отходящих газов магниевого производства и возможность усовершенствования технологии пылеулавливания при сравнительно небольших капитальных затратах.

Применение таких пылеуловителей в производстве магния сдерживается из-за отсутствия инженерного метода подбора пылеуловителя, учитывающего отличительные особенности физико-химических свойств отходящих газов магниевого производства, а также из-за отсутствия опытно-промышленных испытаний подтверждающих преимущества их применения.

В главе 2. в качестве объектов исследования, рассмотрены взаимосвязанные процессы: образования карналлитовой пыли при обезвоживании карналлита как определяющий входные параметры процесса пылеулавливания; пылеулавливания во встречных закрученных потоках и при дополнительном наложении пол; коронного разряда на эти потоки; последующей мокрой очистки газов с точки зре ния влияния на него эффективности процесса пылеулавливания.

Процесс обезвоживания карналлита изучали на промышленной печи КС це ха №30 ОАО "Ависма" на предмет образования и движения потоков карналлита Исследовали дисперсный состав карналлита в различных точках объема печи КС На основе различия в дисперсном составе выделены различные потоки карнал лита, обрабатываемого в печи КС.

Процесс пылеулавливания во встречных закрученных потоках изучали н; аппарате ВЗП-100 конструкции Московского текстильного института.

В опытах изучали процесс улавливания карналлитовой пыли, отобранно! из газоходов промышленной печи КС, а также обезвоженного карналлита и неф текокса. В каждом опыте определяли дисперсный состав пыли на входе и выход<

зшеуловителя. Улавливающую способность аппарата ВЗП-100 определяли зсчетом количества пыли в емкости для сбора уловленной пыли -Zi к суммарно-у количеству этой пыли и пыли в фильтре -zf.

h=-3-xlOCP/o (1)

71+2г

Эффективную потерю давления в аппарате ДР определяли как аддитивную зличину сопротивлений по обеим каналам, пропорциональных доле общего рас-

эда газа: ДР = ДР, ДР2^-, где ДР, и U - потеря давления и расход газа по ка-

алам, ¡=1,2.

После серии опытов с аппаратом ВЗП его демонтировали со стенда и для эоведения сопоставительного анализа устанавливали циклон СИОТ и в том же /шпазоне изменения входных параметров снимали показатели циклона СИОТ (h дР). Экспериментальные данные опытов обрабатывали на персональном ком-зютере по программе "Statgraf" при доверительной вероятности 0.95.

Экспериментальные исследования процесса пылеулавливания во встречах закрученных потоках при наложении поля коронного разряда проводились на ллотной установке (рис. 1) в цехе Na 30 ОАО "Ависма". На установке обеспыли-али отходящие газы печи КС. Основным элементом установки является аппарат э встречными закрученными потоками снабженный коронирующим электродом -ВЗП-200. Аппарат ЭВЗП состоит из базового аппарата ВЗП-200, разработанного Московском текстильном институте и по оси аппарата установлен игольчатый хронирующий электрод. При исследовании процесса электроцентробежного пы-эулавливания изменяли величину и полярность напряжения, подаваемого на ко-энирующий электрод, а так же расход запыленного газа через пылеуловитель, ля данной конструкции пылеуловителя при очистке отходящих газов печи КС тределили, что пробой межэлектродного пространства происходит при подаче апряжения 73 кВ отрицательной полярности на коронирующий электрод, поэто-у опыты проводили при напряжении 0; 35; 53 и 70 кВ. При этом расход очищае-ого газа изменяли от 400 м3/ч до 850 м3/ч при оптимальном расходе 650м3/ч.

При проведение опытов замеряли давление на входе и выходе аппарата, ве-звое количество пыли накопленное в бункере для сбора уловленной пыли и в ильтре, напряжение, подаваемое на выпрямительный блок электропитания ус-зновки, ток в цепи коронирующего электрода, продолжительность опыта. Экспе-шентальные данные опытов обрабатывали на персональном компьютере по

программе "51а1дгаГ при доверительней вероятности 0.95. Эффективность пылеулавливания рассчитывали по формуле 1.

Исследования по изучении поглотительной способности орошающей суспензии проводили нг лабораторной установке. Изучал!* изменение емкости по хлор) (предел насыщения хлором) из весткового молока в зависимость от исходного содержания в нег. хлорида кальция путем барботиро вания хлоровоздушной смеси чере: объем суспензии. Исходиая кон

Рис. 1. Пилотная установка снабженная коронн-рующим электродом.

1- поворотио-регулирующая заслонка - ПРЗ;

2- рукавный фильтр; 3- микроамперметр;

4- высоковольтный кабель;

5- источник высокого напряжения;

6- ЛАТР; 7- бункер; 8- бункер ВЗП; 9- короннрующий электрод.

центрация известкового молока вс всех опытах составляла величин; 130 г/дм3 в пересчете на СаО. Е различных опытах изменяли со держание хлорида кальция в ис

ходном известковом молоке.

Глава 3 посвящена разработке моделей процесса пылеулавливания анали тическим методом построения. Выбор аналитического метода связан с тем, чт< объект не слишком сложен, аналоги (процессы в циклонах и в электрофильтрах достаточно изучены и, следовательно, основные свойства и характеристики могу быть выявлены на основе теоретических представлений.

Для построения модели пылеулавливания разработана модель движени! газовой фазы обеспыливаемого потока в аппарате(рис.2). При этом приняты еле дующие основные допущения. Для первичного потока газа- модель вращения ква зитвердого тела, для вторичного потока газа- закон потенциального течения газ; или, как некоторые авторы называют этот закон, закон площадей. Принято допу щение, что величина угловой скорости по высоте сепарационной зоны изменяете! по линейному закону. Для упрощения математической модели принято допуще ние, что момент количества движения потока газа в нижнем сечении сепарацион ной зоны создается лишь за счет поступающего из нижнего закручивателя пер вичного потока газа, а в верхнем сечении зоны, соответственно, за счет вторично го потока.

.-

Iii

Ii

+ г

Ь,

и с.2 М од ель движения газа в аппарате. , - первичный поток газа; Х-2 ■ вторичный п о -ок газа; \У т -радиальная составляющая корости вторичного потока газа; г. - радиус раницы раздела потоков; г„-радиус селараци-нной зоны ; Н - высота сепарациониой зоны

В отличии от приведенных в технической литературе принят закон изменения радиальной компоненты скорости на границе раздела потоков по высоте сепарационной зоны аппарата в виде параболической зависимости : \Л/г2(г.)=-к(Н-2)2 , где к- коэффициент параболической зависимости.

Математическая модель движения газовой фазы

ри принятых допущениях выражается следующей системой уравнений:

W„(7.,r)= Ü

L, + L2 aL.(H-z)'

S,H'

I-

rV

a ' 4 H> I (Го_,у

. . 4.5aL,(H-zV rf г2 V

W.(r,z) =-iV , '— 1---- ,

"V ' S,H3 2 v 2r. J

W,

, , 2aL2(H-zf-!~r, . r.r.r r3 r.3 ,

;|r,z =--!}-f- —(r0 - r.) - J-:---+ — (2r0 - r.)

,iV ' S H (r - ^ i ' i л ю-*0 ''

21' ' 2

wr.(z) = tt>r.(z=o)+(rar.(z=o) - Mr.(z=H)) (1-Z/H); Wp2 = ca(z)/r; W(?1 = o(z)r; це - \V,\V7.,Wr,W0 - вектор скорости потока газа и его осевая, радиальная и тангенциаль-ая составляющие, м/с; сх- доля вторичного потока газа переходящего в первичный через эаницу раздела потоков r«; S - площадь сечения потока газа; ш - угловая скорость зраще-ия потока.

При разработке модели процесса пылеулавливания в аппарате ЭВЗП прияты следующие допущения: не учитывается изменение напряженности поля ко-онного разряда в результате взаимодействия с объемным зарядом пылевых астиц ввиду относительно малой концентрации этих частиц в зоне сепарации; вижение частиц пыли равномерное, то есть силы, действующие на частицы пыли кулоновская, тяжести и аэродинамического сопротивления, уравновешенны; астицы пыли не взаимодействуют между собой; принято равномерное распреде-ение частиц пыли по размерам на входе в сепарационную зону аппарата ЭВЗП. 1атематическая модель процесса пылеулавливания в сепарационной зоне аппа-

s

рата ЭВЗП построена на основе векторного уравнения изменения количеств движения отдельной частицы пыли:

m— = Fc + G + Fe + Fr ; (/

dt

где Fc = 37tr|i(W-V)- сила аэродинамического сопротивления движению 4ai тицы со стороны газовой фазы потока согласно закона Стокса; G =mg - сила tj жести; FR =тю2г - центробежная сила, воздействующая на частицу пыли при кр| волинейном движении; Fe =qE- кулоновская сила, действующая на заряженну частицу пыли в поле коронного разряда. При этом: со- угловая скорость частиц m- масса частицы, W и V - скорости соответственно газовой фазы потока и част1 цы пыли, ц - вязкость среды; г - радиус частицы пыли.

Величина заряда "q" рассчитывается по формуле: дч=4я£06 ЕэГ2 для час™ пыли диаметром свыше 2мкм, а менее 0.2 мкм по формуле дч=2х108 ге, где е- в< личина заряда электрона. Для упрощения модели принимаем показатель диэле трических свойств частицы 5=2, так как частицы пыли имеют остаточную вла; ность и, следовательно, электропроводность. Для расчета модели принимав! что величина напряженности электрического поля коронного разряда в облает нахождения частицы - Е3 равна величине напряженности поля осаждения - Е< При этих допущениях:

2л-и(Ц-Ц0) 2ns,к' 9xl02R!, ln-1'

■ R,

где i- линейная плотность тока короныТдля ее расчета принимаем Ri=2mi что конструктивно соответствует линейной плотности тока для игольчатого эле трода; Uo -напряжение возникновения коронного разряда. При этом полагаете что существенными силами, действующими на частицу пыли, являются аэрод намического сопротивления газовой среды, тяжести частицы пыли и кулоновск; сила.

При установившемся движении частицы пыли ее угловая скорость по вел чине близка к значению угловой скорости газовой фазы потока. Это допущеш обусловлено тем, что размеры частиц пыли сравнительно малы и тем, что та генциальная скорость потока газа существенно превосходит осевую(в 2-3 раза) радиальную, которая обычно не превышает 3-8% тангенциальной составляюще Кроме того, при установившемся движении ускорения г" и г" равны нулю. При п

Fe=4ns°E2r2ô , где Е3= Е0С=Е и Е =

счисленных выше допущениях уравнение 2 упрощается и принимает следующий ид:

|д+аОЛ-\АУ=0 ■|гш2=а(Уг -\Л/г)-Ре/т lгnй)=Wф

где:

а =

ШРгГ

Рм^

(3)

Ч' - коэффициент формы частицы; р -плотность га-а и частицы, соответственно нижним индексам; у - коэффициент динамической вязкости аза.

Для определения фазовой траектории частицы пыли (рис.3) устранили из той системы уравнений 3 параметр время путем деления первого уравнения на 1торое. После подстановки в полученное уравнение выражений для компонент :корости первичного газового потока из математической модели движения газо-юй фазы получили уравнение движения частицы пыли в координатах г,г:

а2; аг

а1Ч «Ь,(Н - у)3 - с

и

2 Г 45Л2(Н-г) г

по + — - а----—-

т 8,II3

2 V 2г.2

(4)

-Цг

ж

&

По уравнению 4 фазовых траекторий определяем координату г пересечения частицей пыли границы раздела потоков г..

Метод инженерного расчета эффективности пылеулавливания.

Расчет эффективности аппарата выполняется согласно уравнения 4. Задается диаметр с1 частицы пыли и координата г вхо-м 3 да ее в зону сепарации. Рассчитывали урав-

Рис.З. Траектория частицы пыли

в аппарате взп . нение явным методом Рунге-Кутта четверто-

1 -з ак р у ч и цат ел ь первичного потока; 2 - згкручиватель вторично- ГО ПОрЯДКЭ ТОЧНОСТИ ПО ПрОфаММе "11пЮа1с"

го потока; 3-траектория частицы

Новосибирского института искусственного интеллекта. Частица считали уловленной, 5ели она достигает границы раздела потоков г, при г<Н. По расчетам определя-зтея фракционная эффективность улавливания пыли в аппарате по каждому ¡воду. Общая фракционная эффективность работы пылеуловителя определяется

расчетом по формуле: h£ = L'h' +L2h2 где Lx- общий расход газа через пылеуло-

Li

витель.

Общая эффективность работы аппарата рассчитывается по построенному графику фракционной эффективности аппарата и дисперсному составу данной пыли на

входе в аппарат на основе стандартной методики по формуле: h = Z

где - Ьф, -эффективность улавливания i-ой фракции пыли; Ф, - содержание i-ой фракции пыли в газе на входе,%.

В главе 4 рассмотрены результаты исследования процессов пылеулавливания и взаимосвязанных с ними процессов образования пыли и мокрой очистки отходящих газов в металлургии магния.

В результате экспериментальных исследований дисперсного состава карналлита, отобранного из различных точек печи КС, установлено, что в следствие активного аэродинамического воздействия газа-теплоносителя на массу карналлита, загруженную в печь КС, происходит перераспределение этой массы на пять основных потоков (рис.4), значительно отличающихся дисперсным составом частиц карналлита. Это исходное сырье (А), карналлит слоя по всем шести полука^ мерам (Б), готовый продукт (Г), карналлитовая пыль, уловленная циклонами (В) v прошедшая с отходящими газами через циклоны (Д). На основе программы "Лин Per 4" на персональном компьютере рассчитаны регрессионные зависимое™ для дисперсного состава карналлита во всех потоках. Графическим построение;: функций распределений по табличным данным в различных системах координа-определено, что в логарифмически- вероятностной координатной сетке дисперс ный состав карналлита во всех потоках печи КС отображается прямыми линиямь (рис. 5). Корреляционный анализ полученных регрессионных зависимостей пока зывает, что линейная зависимость в логарифмически-вероятностных координа тах надежно выражает закономерность распределения размеров частиц по массе карналлита - коэффициент корреляции для всех зависимостей не менее 0.98 npi уровне значимости 0.05. Дисперсный состав карналлитовой пыли, уловленной ! циклонах, аналитически можно описать кусочно-непрерывной линейной функцие! с параметрами d,; d50; б.

Г F (d50 =0.050..,0.060мм; 6=1.2) d>d.

D(d)= i

{ F (d. =0.038мм; 6=8.6) d<d.

где- с1. - диаметр частицы определяющий точку излома линии распределе-1я; с^о - медианный диаметр распределения; б- дисперсия распределения.

7 , 8

\

„д

Г-Ч ГР vA

! © 'Ш 0

- // 1 ! I i i

\ц /Ш i

- и ¡7 ! i

J) / /

' ! i

Рис.4 Схема движения потоков

карналлита в печи КС 1-6 полукамеры печи КС 7-11 - циклоны СИОТ №1...№5 А-Д - основные потоки карналлита.

12 0-04 0.1 0.2 0 4 1

Рис.5. Дисперсный состав карналлита в потоках печи КС 1-поток А; 2. 4-потокБ в полукамерах 1,3,6; 5-поток Г; 6,7- поток В в циклонах №1 и №5

Область дисперсного состава карналлита кипящего слоя ограниченна ли-1ями 2 и 4, а карналлитовой пыли, возвращаемой циклонами в кипящий слой, 1ниями 5 и 6. Эти области не накладываются друг на друга. Отсюда следует, "о карналлитовая пыль, возвращаемая в слой, вновь выносится из слоя пото->м газа-теплоносителя. Полученные данные свидетельствуют о том, что меха-1зм дегидратации карналлитовой пыли в печи КС состоит в следующем. Карнал-1товая пыль, вынесенная из кипящего слоя и уловленная первым циклоном, воз-защается на слой, после чего выносится потоком газа-теплоносителя с поверх-эсти слоя и затем улавливается следующим, по ходу движения карналлита в :чи КС, вторым циклоном и вновь возвращается в кипящий слой. Вместе с ней орой циклон улавливает и отгружает в кипящий слой карналлитовую пыль, об-эзующуюся по мере движения слоя в результате истирания более крупных час-|ц. Аналогично второму циклону работают последующие циклоны печи КС. В -ore, по мере продвижения карналлита вдоль печи КС, к пыли, вынесенной из тящего слоя первой камеры, присоединяется пыль вынесенная потоком газа -¡плоносителя из последующих полукамер. Последний пятый циклон отгружает >шь в поток карналлита из шестой полукамеры. В подтверждение этого меха-1зма движения карналлитовой пыли свидетельствуют результаты замеров коли-гства отгружаемой пыли циклонами

9

Количество отгружаемой пыл (табл 1) увеличивается по ход движения карналлита, 920кг/ч первым циклоном, д 2520кг/ч пятым циклоном. Пылеулавливание во встречных закрученных потоках. Результаты исследования по улавливанию карналлита с медианным дие

метром частиц 650 = 150мкм при и: менении расхода газа I. в предела З0...120м3/ч (рис.6) показывают, чт пылеуловители ВЗП более эффе( тивны, чем существующие пыле улавливающие циклоны СИО (кривые 1,2). Для расчета процесс в ВЗП-100 в уравнения модел (глава 3) принимали значение Ре=0 так как отсутствует поле коронног разряда. Расчет уравнений выпо; нили на персональном компьютер по программе "11шСа1с", разраб< танной Российским институтом и< кусственного интеллею

(Новосибирск). Расчетные и экспериментальные значения эффективности дост! точно близки (рис.6 -максимальное различие не превышает 1.5%). Это позволяе утверждать, что разработанная математическая модель процесса пылеулавлив, ния адекватно описывает процесс и позволяет расчетным путем определить эс фективность работы пылеуловителя. Анализ результатов полученных при иссл довании процесса улавливания карналлитовой пыли аппаратом ВЗП-100 показа что при одинаковых потерях давления производительность ВЗП-100 в 1.5 ра: превышает производительность равновеликих циклонов. Это хорошо видно г кривым 3 и 4 (рис.6).

Таблица 1 Возврат пыли циклонами

Циклон 1 2 3 4 5

Кол. пыл и, кг/ч. 922 1009 1376 1617 2520

Рис.6. Зависимость гидравлического сопротивления ДР и эффективности пылеулавливания Ь от расхода газа. 1,3 - СИОТ; 2,4 - ВЗП; * - расчет по модели.

1ылеулазливание во встречных закрученных потоках с наложенным полем корон-

Во всем диапазоне изменения расхода запыленного газа через пылеуловитель эффективность пылеулавливания увеличивается при наличии коронного разряда (рис.7). Причем для ка>едого значения расхода запыленного газа, это увеличение тем выше, чем больше величина напряжения, поданного на коронирующий электрод. Экспериментальными исследованиями на пилотной установке печи КС установлено, что пробой межэлектродного пространства наступает при 73 кВ. Полученные расчетные значения ») и экспериментальные данные (кривая 4) различаются не более чем на 3.7 % , то свидетельствует об адекватном списании моделью процесса пылеулавлива-ия во встречных закрученных потоках при наложении поля коронного разряда на епарационную зону пылеуловителя. По данным замеров электрических пара-1етров работы пилотной установки расчетным путем определили величину удель-ой мощности расходуемой на процесс пылеулавливания . Она составила 68 атт на 1000 м3 очищаемого газа. На основе анализа химсостава уловленного зрналлита в пилотной установке (табл.2) установлено что. в результате наложена поля коронного разряда на зону сепарации пылеуловителя, снижается .-те-ень гидролиза уловленного карналлита за счет перераспределения частиц гид-ооксихлорида магния преимущественно в поток безвозвратного уноса карналли-а (проскок пыли через циклон), и, как следствие этого, улучшается качество го-эвого продукта печи КС.

ого разряда на зону сепарации пыли.

Рис.7. Зависимость 'эффективности шша'жш.'ицугас! от' расхода очшшемого газа при мхтичных ветчинах нанря/киш ни даронирчопкм ттаро'е. - и=0; 2-и=35кВ; 3 - и=5$кВ; 4 - 11=7(М5 расчет по мо;ели при 11=70кИ

Таблица 2

Таким образом, результат! проведенных испытаний свидетель ствуют о том, что разработанна технология, основанная на интена фикации полем коронного разряд процесса улавливания карналлит« не только повышает эффективност пылеулавливания частиц карналль та, но и обеспечивает повышение качества готового продукта печи КС, за сче снижения степени гидролиза карналлита, отгружаемого из пылеуловителя. Результаты исследования поглотительной способности известкового молока (pni 8) при различном исходном содержании СаС12 свидетельствуют о значительног четко выраженном, снижении поглотительной способности в результате насыщ; ния ее хлоридами. Линия 1 соответствует появлению следов проскока СЬ , а Л1 ния 2 полному поглощению барботируемого С1г . Выше линии 1 расположена оЕ ласть в которой не обеспечивается очистка от СЬ до санитарных норм. Ниже Л1 нии 2 - область полной очистки (100 %) хлоровоздушной смеси от CI2. При сущ! ствующей технологии пылеулавливания на мокрую ступень газоочистки за печь КС с отходящими газами поступает до 400 кг/ч карналлитовой пыли и до 350 кг HCl. Из этого соотношения следует, что до 30 % от суммы солей нарабатываете в процессе газоочистки за счет улавливания карналлитовой пыли и соответстве! но 30 % объема сточных вод образуется за счет поступления с отходящими газ; ми карналлитовой пыли, не уловленной циклонами.

В главе 5 приведены результаты испытания и освоения разработаннь технологий пылеулавливания.

Пылеулавливание из отходящих газов трубы-сушилки.

Целью испытаний было определение показателей процесса пылеулавлив ния при работе аппарата в комплексе с пневмосушилкой, противоструйной суши, кой и в режиме, имитирующем режим работы пылеуловителя в системе пне мотранспорта обезвоженного карналлита от печей КС. В качестве "циклон свидетеля" использован циклон СИОТ-1.5 (номинальная производительное 2500 м3/ч). Эффективность обеспыливания "h"% в ВЗП-400 выше чем в СИОН 1.5 на 1...1.5%. Результаты проведенных экспериментов позволили рекоменд

Состав карналлита, отгружаемого циклонами, %мас.

Напряжение на электроде, кВ. MgCI2 МдО Степень гидролиза

0 43.0 0.8 4.2

35 43.2 0.7 3.7

-53 43.7 0.5 2.6

-70 43.9 0.4 2.1

+60 43.0 0.8 4.2

ть аппарат ВЗП-400 для практического использования в схеме пневмотранспор-обезвоженного карналлита.

Пылеулавливание из отходящих газов печи кипящего слоя.

Как показали исследования, приведенные в главе 4, применение вставки для создания закрученного потока повышает эффективность пылеулавливания. Исходя из этого была осуществлена замена существующих циклонов СИОТ печи КС на модернизированные циклоны СИОТ-М1. В связи с тем, что на промышлен-й печи КС нет прямых участков газоходов, удовлетворяющих требованиям медик пылегазовых замеров, в данной работе была разработана методика опре-ления улавливающей способности пылеуловителей, сущность которой закроется в следующем. Оценивали суммарный к.п.д.(Ь) всех циклонов, установлен-IX на печи путем определения соотношения уловленной пятым циклоном печи : пыли т.\ к сумме и пыли безвозвратного уноса гг, улавливаемой на мокрой

7

здии газоочистки: ь = —1— х 100%

г, + 7,

Количество карналлитовой пыли, уловленной пятым циклоном определи прямым взвешиванием барабанов с пылью на технологических весах. Про-лжительность одного отбора уловленной пыли составляла 45 минут. Оценива-точность полученных результатов взвешивания по разработанной "Программе клон". В основу программы положен алгоритм определения точности среднего ифметического при обработке экспериментальных измерений (правило "трех гм") . Количество пыли безвозвратного уноса ъ2 определяли по изменению кон-нтрации МдС12 в циркуляционных растворах газоочистки с последующим пере-етом на карналлит. Массовую долю магния в пульпе определяли комплексоно-¡трическим методом после растворения навески пробы в хлороводородной ки-

Рнс. 8. Зависимость емкости суспензии от

содержания в ней хлорида кальция.

1- следы проскока хлора; 2- 100%улавлнваш1е.

слоте. Показатель точности, рассчитанный по характеристике сходимости дл: всего диапазона массовых долей составляет 0,05%. Расчет эффективности пыле улавливания по полученным экспериментальным данным показал, что общи к.п.д. системы пылеулавливания печи КС-2 составил в среднем 88.9%, печи КС--85.1%, печи КС-3 - 85.9%. Таким образом , безвозвратные потери сырья с пылы снижены при установке модернизированных циклонов на 3...3.8 %.

Косвенным подтверждением снижения безвозвратных потерь сырья с пь лью для печи КС-2 являются данные по замерам доли пыли последнего циклона готовом продукте. Для печи КС-2 после реконструкции пылеулавливающих уст ройств доля пыли по данным двух балансовых замеров составила 16.0%, до ре конструкции на печи КС-2-14.0%.

В данной работе был определен коэффициент сопротивления не отдельнс го циклона, а газопроводящего тракта от печи КС до дымососа. Тогда коэффиц^ ент сопротивления газопроводящего тракта можно подсчитать по формуле:

где: \Л - скорость газа , Р1 - давление в газоходе от печи КС;

\12- скорость газа , Р2 - давление в газоходе перед дымососом. Величина коэффициента сопротивления тракта до модернизации циклоне составляла Е, =14.0, а после модернизации 12.9. То есть в результате моде[ низации циклонов коэффициент сопротивления газопроводящего тракта снизилс в 1.1 раза, что согласуется с литературными данными , где указывается снижени коэффициента сопротивления в 1.1...1.5 раза.

Таким образом, в результате проведенных испытаний было установлен! что модернизированные пылеуловители типа СИОТ-М1 обеспечивают по сравж нию с циклонами типа СИОТ снижение безвозвратных потерь сырья в виде пыл на 3...4 %. При этом в 1.1 раза уменьшается гидравлическое сопротивление газ< проводящего тракта от печи КС до дымососа.

В главе 4 приведены данные по улавливанию нефтекокса в аппарате ВЗП-10 Эти полученные зависимости были использованы при разработке и освоении ус> вершенствованной технологии пневмотранспорта нефтекокса на А "Соликамский магниевый завод". В результате применения аппарата ВЗП-2С снизилась нагрузка на рукавный фильтр , что позволило продлить срок служб фильтрующего элемента.

рУ1 2

0.5/Л-/

Пылеулавливание при пневмотранспорте нефтекокса.

1ромышленные исследования установки пылеподавления на узлах перегрузки ниток дробления губчатого титана.

Узлы перегрузки ленточных конвейеров ниток дробления губчатого титана пяются источниками пылевыделения. Мелкодисперсная фракция титанового эдукта, поступающего на узлы перегрузки, подхватывается в течке потоком здуха и после выпадает из расходящегося потока в помещении цеха.

Обеспыливание узла перегрузки осуществляли следующим образом. На по-с запыленного воздуха, выходящего из течки, воздействовали полем коронного зряда. В поле коронного разряда частицы пыли заряжаются и движутся вдоль > силовых линий к поверхности ленточного конвейера и осаждались на ленте. С нты конвейера пыль счищали скребками в накопительный бункер.

Известно, что титановая пыль часто возгорается от искры, возникающей л соударении крупных кусков титановой губки в процессе транспортировки межузлами дробления. В результате загорается сама титановая губка и прорези-чная лента транспортера. Применение установки пылеподавления значительно /13ило возможность возгорания и позволило утилизировать до 200 кг/сутки тита-зой пыли с использованием ее для производства титановых таблеток и в каче-зе добавки для прессования титановых блоков.

Общие выводы

Анализ технической литературы по новым разработкам в области обеспы-вания газов дает основание утверждать, что наиболее прогрессивным, из всех ¿меняемых центробежных способов пылеулавливания, является пылеулавли-чие во встречных закрученных потоках. А дополнительное наложение поля конного разряда на зону сепарации частиц пыли позволяет достигнуть эффектив-зти обеспыливания сравнимой с очисткой методом фильтрации. Метод фильт-ции практически невозможно применить в магниевом производстве из-за отли-гельных физико-химических особенностей отходящих газов. А именно из-за то-что отходящие газы содержат кроме СЬ его соединения как в твердом виде -зличные хлориды металлов, так и в газообразном виде - хлороводород. Соли роскопичны и склонны к адгезии, а газообразные химически высокоагрессивны.

Установлено, в результате исследований процесса пылеулавливания во гречных закрученных потоках и подтверждено результатами испытаний при эдрении технологий на основе этого процесса, что, по сравнению с процессом нтробежного пылеулавливания в циклонах: повышается качество готового про-<та (обезвоженного карналлита) за счет снижения степени гидролиза уловлен-

ной пыли, отгружаемой в готовый продукт; повышается эффективность процес< пылеулавливания; снижается гидравлическое сопротивление системы пылеула ливания.

На основании проведенного анализа дисперсного состава карналлита различных точках печи КС предложен механизм движения пыли в печи КС и пог чено аналитическое выражение дисперсного состава уловленной пыли.

Разработанная аналитическим методом математическая модель адекват! отображает процесс пылеулавливания во встречных закрученных потоках при н ложении поля коронного разряда на зону сепарации частиц пыли. Расхожден: расчета по модели и экспериментальных данных во всем диапазоне проведенш исследований не более 1.5 %.

Разработан метод инженерного расчета процесса пылеулавливания встречных закрученных потоках при наложении поля коронного разряда на зо сепарации пыли в аппарате.

На основании лабораторных исследований поглотительной способное известкового молока расчетным путем установлено, что до 30 % объемов сточн! вод промышленной газоочистки образуется за счет поступления с отходящими I зами карналлитовой пыли, неуловленной циклонами.

Проведенные исследования процесса пылеулавливания во встречных : крученных потоках позволили разработать и освоить новую технологию пыг улавливания из отходящих газов печи кипящего слоя.

Промышленные испытания разработанной технологии показали возмс ность модернизации конструкции пылеуловителей, применяемых в магниев! производстве, в аппараты со встречными закрученными потоками при сравн тельно небольших капитальных затратах.

Установлено, что закономерности, полученные при изучении процесса п леулавливания во встречных закрученных потоках, в значительной степени нос общий характер, а разработанная технология пылеулавливания может быть ; пешно применена для очистки отходящих газов других технологических установи в частности, для улавливания нефтекокса в системе его пневмотранспорта ОАО "Соликамский магниевый завод".

Закономерности, полученные при изучении процесса пылеулавливан карналлита во встречных закрученных потоках с наложенным полем коронн( разряда, также в значительной степени носят общий характер и использова

ри разработке и внедрении технологии пылеподавления на узлах перегрузки ни-эк дробления титановой губки цеха № 35 ОАО "Ависма"

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Тетерин В.В., Трапезников Ю.Ф. Эффективность использования пыле-повителей в магниевом производстве // Интенсификация производства и соци-льно-экономическое развитие верхнекамского региона.: Тез. докл. областной на-чно-технической конференции , посвященной 30-летию Березниковского филиа-а ППИ / Березниковский филиал Перм. политехи, ин-та,- Березники, 1988.-С.14-5.

2. A.c. 1527161 СССР , МКИ4 С 01 F 5/34 . Способ обезвоживания карнал-ита / Тетерин В.В., Поляков Ю.А., Михайлов Э.Ф., Пенский A.B., Сабуров Л.Н., рапезников Ю.Ф. и др. // БИ. -1989. -№45.

3. A.c. 1549921 СССР, МКИ5 С 01 F 5/34 , В 04 С 9/00. Установка для безвоживания карналлита / Тетерин В.В., Мизев И.Д., Поляков Ю.А., Михайлов '.Ф., Леханов Ф.В., Ельцов Б.И., Пенский A.B., Трапезников Ю.Ф. и др. // БИ. -990. -№10.

4. Трапезников Ю.Ф., Тетерин В.В., Михайлов Э.Ф. Модернизация пылеуло-ителей магниевого производства // Выездная сессия научного совета по неорга-ической химии АН СССР, Пермь, 25-29 июня 1990г. : Тез. докл. -Пермь, 1990. -.74-75.

5. Трапезников Ю.Ф., Тетерин В.В., Поляков Ю.А. Пылеулавливание при оезвоживании карналлита // Оптимизация систем обеспыливания воздуха про-ышленных предприятий / Всесоюз. ассоц. инж. по отоплен, вентиляц. кондицио-эр. воздуха , теплоснабж. и строит, теплофиз. -Пермь, 1991. -С.129-134.

6. Технолоия переработки расплавов титановых хлораторов с получением энцентрированных растворов и пульп / Кудрявский Ю.П., Трапезников Ю.Ф. и др. Цветная металлургия. -1992, №1.-С.39-41.

7. Трапезников Ю.Ф. Физико-химические основы усовершенствования тех-элогии пылеулавливания при дегидратации карналлита в печах кипящего слоя // ■ой Международный симпозиум "Проблемы комплексного использования руд" 194 мая 1996.: Тез. докл.-СПб., 1996. -С.292-293.

8. Трапезников Ю.Ф., Михайлов Э.Ф., Пенский A.B. Разработка малоотход-зй технологии обезвреживания хлорсодержащих газов сорбентом на основе бру-1та // Проблемы образования , научно-технического развития и экономики

Уральского региона : Материалы тезисов докладов и сообщений Всероссийскс научно-практической конференции.-Березники , 1996.-С.137.

9. Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Пенский A.B. и др. Разработка те нологии и аппаратурного оформления пылеулавливания в титано-магниевом пр изводстве // Проблемы образования , научно-технического развития и экономи! Уральского региона : Материалы тезисов докладов и сообщений Всероссийскс научно-практической конференции.-Березники , 1996.-С.138-139.

10. Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Матчимбаева Е.В. Разработка ус вершенствованной технологии пылеулавливания при дегидратации карналлита печи кипящего слоя //Цветная металлургия.-1997, №1.-С.34-36.

11. Изучение процессов получения оксида магния из бруситового сырья Кудрявский Ю.П., Фрейдлина Р.Г., Бондарев Э.И., Трапезников Ю.Ф. // Xhmi твердого тела и новые материалы : Сборник докладов Всероссийской конфере ции, Екатеринбург, 14-18 октября 1996г.- Екатеринбург : УрО РАН, 1996.- Т.; С.288.

12. Трапезников Ю.Ф., Пенский A.B. Сбалансированность по воде - ochoi бессточной технологии газоочисток // Перспективы и пути создания малоотходж и комплексной переработки титанового и магниевого сырья : Материалы конф ренции, Березники, 17-29 октября 1996г.-Березники,1996.-С.23-24.

13. Исследование изменения дисперсного состава карналлита при дегидр тации в печи кипящего слоя / Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Тетерин В.1 Пенский A.B., Березюк В.Г. // Цветная металлургия.-1997, № 2-3.-С.21-23.

14. Патент №2082826 РФ МПК6 С 25С 3/04 , С 22 В 26/22 с прис 10.10.94. Способ производства магния / Пенский A.B., Трапезников Ю.Ф. и др. БИ,- 1997.- №18.- С.158.

15. Патент №2096323 РФ МПК6 С 01 F 5/34 с приор. 30.04.96. Способ пер работки карналлита./Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Пенский A.B. и др. // Б -1997.-№32.

16. Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Тетерин В.В. Исследование, рг работка и освоение малоотходной технологии обезвреживания отходящих газ магниевого производства // Вторая Всероссийская научно-практическая коне}: ренция с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнеде тельности", Санкт-Петербург, 20-22 мая 1997 : Сборник докл. и тез. докл. - СП 1997,- Т1. -С.246.

17. Кудрявский Ю.П., Тетерин В.В., Трапезников Ю.Ф. Обезвреживание <

:одов титанового производства с утилизацией хлора , получением синтетического :арналлита , концентратов цветных , редких и рассеянных металлов и их индиви-;уальных соединений. // Научно-практическая конференция с международным счастием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" , Санкт-1етербург, 20-22 мая 1997 : Сборник докл. и тез. докл. - СПб., 1997,- Т1. -С.280.

18. Трапезников Ю.Ф., Кудрявский Ю.П., Тетерин В.В. Применение оксид-!ых магнийсодержащих материалов для обезвреживания отходящих газов // Меж-1ународная научно-техническая конференция "Перспективные химические техно-югии и материалы", Пермь , 27-31 мая 1997г.: Тез. докл. - Пермь, 1997,- С. 101.

19. Кудрявский Ю.П., Горшков А.В., Трапезников Ю.Ф. Усовершенствова-ше технологии производства диоксида титана путем комплексной переработки )тходов // Международная научно-техническая конференция "Перспективные химические технологии и материалы".-Пермь, 27-31 мая 1997г.: Тез. докл. -Пермь, 997. -С.143.

20. Патент №2101634 РФ МПК6 Р 26 В 3/10 с приор. 25.09.95. Комбиниро-¡анная сушилка материалов,склонных к окускованию / Трапезников Ю.Ф., Кудрявей Ю.П., Тетерин В.В., Щеткин Б.Н. //БИ.-1998.-№1,- С.373.

Подписано в печать 27-0*Г. 92- Формат 60x80/16

Объем 1.0 Пл. Тираж 100 Заказ

Со ляля меха я тюг^арьия