способ подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре

Формула изобретения

1. Способ подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре, заключающийся в их предварительной обработке путем увлажнения и охлаждения, отличающийся тем, что способ проводят в диапазоне дискретного изменения температуры запыленных технологических газов перед электрофильтром от 30 до 150^oС, при минимальной температуре, управлением интенсивностью влагонасыщения и охлаждением газов производят очистку их от пыли с превышением температуры газов над точкой росы на 5-15^oС, а по мере последующего увеличения температуры газов интенсивность их влагонасыщения по отношению к исходному значению регулируют синхронно с динамикой влагосодержания при точке росы, повышаемой не менее чем на 4-7^oС при каждом увеличении температуры газов на 10^oС, при этом обеспечивая превышение температуры газов над управляемой точкой росы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прогнозирование влагосодержания газов по ходу изменения их температуры обеспечивают по величине влагосодержания газов в насыщенном состоянии при температуре, изменяемой в соответствии со следующей зависимостью:

Tp = Tp¹ + K(Tг - Tг¹),

где Тг - температура технологических газов,^oС;

Тг¹ - минимальная базовая температура влагонасыщенных газов,^oС;

Tp¹ - точка росы при минимальной базовой температуре влагонасыщенных газов Тг¹, ^oС;

К - безразмерный эмпирический коэффициент с диапазоном изменения от 0,4 до 0,7.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам подготовки технологических газов, содержащих высокоомную пыль, их очистке в электрофильтре (ЭФ) по ходу технологических процессов, например сталеплавильных, которые характеризуются дискретным изменением параметров подвергаемых очистке газов по ходу цикла производства.

Известны способы очистки в ЭФ запыленных газов, выходящих из сталеплавильного агрегата с высокой (до 1600^oС) температурой, заключающиеся в том, что газы до поступления в ЭФ охлаждаются с помощью конвективного теплообмена в котлах-утилизаторах и с помощью организованного подсоса атмосферного воздуха. При этом обеспечивается заданное ограничение температуры газов перед ЭФ.

Предельные возможности известных средств охлаждения газов ограничены и при дискретном повышении температуры газов (Тг) перед ЭФ по ходу цикла технологического процесса эффективность электроосаждения снижается, что не позволяет обеспечить стабильный процесс очитки газов до уровня санитарных норм.

Содержащаяся в технологических газах металлургического производства высокоомная плавильная пыль относится к наиболее трудно улавливаемой в ЭФ "третьей" группе с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) более 10⁸ Омм. В соответствии с известной параболической зависимостью УЭС пыли Тг при достижении с помощью вышеназванных решений охлаждения температуры перед ЭФ 200^oС УЭС приближается к максимальным ее значениям. При улавливании высокоомной пыли в ЭФ с УЭС более 10⁸ Омм возникает явление обратной короны, которое сопровождается снижением рабочего напряжения на электродах или потребляемого тока. Оба эти процесса приводят к резкому снижению эффективности электрической очистки газов.

В этой связи одним из действенных решений для повышения эффективности использования ЭФ без изменения его конструктивных параметров являются мероприятия, направленные на снижение УЭС до критических значений (менее 10⁸ Омм).

Прототипом заявленного изобретения является способ подготовки технологических газов к очистке в ЭФ с использованием комплекса средств по их охлаждению и увлажнению (В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг "Подготовка промышленных газов к очистке", М., "Химия", 1975, 191 с).

Увлажнение газов добавками водяного пара или распыленной воды (при испарительном охлаждении) позволяет дополнительно снижать УЭС пыли и улучшить работу электрофильтра. Кроме того, испарительное охлаждение позволяет дополнительно снижать температуру газа перед очисткой. Корректировка интенсивности использования известных средств подготовки (кондиционирования) технологических газов по ходу производственного процесса позволяет управлять температурой газов и их влагосодержанием перед ЭФ на заданном уровне при дискретном изменении начальной температуры на выходе из технологического агрегата. При этом традиционно используемый в практике контроль влагонасыщенности газов устанавливается в объемных процентах (%) или по абсолютному содержанию паров воды в газах (г/м³).

Применение известных методов контроля влагосодержания газов не обеспечивает достаточную степень эффективного использования ЭФ в штатных условиях технологического процесса. При этом не обеспечивается оптимальная взаимосвязь значений влагонасыщенности газов с их температурой и УЭС пыли.

Эффективное действие влагонасыщенности газов на УЭС пыли обеспечивается не за счет механического увеличения ее количества (г/м³ или %) в объеме газов, а при обеспечении конкретных условий для начала развития процесса конденсации водяных паров непосредственно на поверхности взвешенных пылевых частиц, при котором происходит активная адсорбция влаги частицей с увеличением ее поверхностной электропроводности. Универсальной характеристикой этих условий следует рассматривать точку росы водяного пара (Тр) перед ЭФ, температуру, при которой водяные пары находятся в стадии насыщения и начинают конденсионироваться. На величину Тр существенное влияние оказывает содержание примесей в газах. При заданной температуре газа Тг величина Тр определяется уровнем его влагонасыщения, а регулирование Тр при постоянной влагонасыщенности газов может быть обеспечено изменением Тг, т.е. управлением точкой росы при заданном составе влажного газа может осуществляться как изменением абсолютного содержания влаги (г/м³), так и изменением температуры газа Тг. Актуальность пользования параметра Тр возрастает при характерных для сталеплавильного производства дискретных изменениях Тг, т.к. контроль абсолютного влагосодержания в рассматриваемых условиях резко снижает коэффициент целевого использования влаги из-за чрезмерного развития процессов конденсации (при низких Тг), приводящих к коррозии металлических элементов фильтра или полного ее отсутствия (при высоких Тг), что вызывает резкое снижение коэффициента использования электрофильтра.

Кроме того, применение в практических расчетах параметра Тр значительно упрощает оперативность и качество их проведения, т.к. Тр является универсальным критерием. Его использование позволяет оценивать величину одновременно двух взаимосвязанных между собой параметров газа: его температуру и влагосодержание.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является разработка способа подготовки технологических запыленных газов сталеплавильного производства перед их очисткой в электрофильтре, позволяющего обеспечить высокоэффективное электроосаждение пыли при изменяющихся параметрах пылегазового потока в штатных условиях ведения плавки за счет совершенствования режима управления подготовки газов.

Для достижения технического результата в известном способе подготовки технологических газов сталеплавильного производства к очистке в электрофильтре, заключающемся в их предварительной обработке путем увлажнения и охлаждения, в диапазоне дискретного изменения температуры запыленных технологических газов перед электрофильтром от 30^oС до 130-150^oС управлением интенсивности влагонасыщения и охлаждения газов при минимальной температуре, очистку их от пыли производят с превышением температуры газов над точкой росы на 5-15^oС, а по мере последующего увеличения температуры газов интенсивность их влагонасыщения по отношению к исходному значению регулируют синхронно с динамикой влагосодержания при точке росы, повышаемой не менее чем на 4-7^oС при каждом увеличении температуры газов на 10^oС, обеспечивая при этом увеличение температуры газов над управляемой точкой росы.

В другом варианте выполнения способа необходимо, чтобы прогнозирование влагосодержания газов по ходу изменения их температуры обеспечивают по величине влагосодержания газов в насыщенном состоянии при температуре, изменяемой в соответствии со следующей зависимостью:

Тр = Тр¹+К(Tr-Tr¹),

где Tp¹ - точка росы при минимальной (базовой) температуре влагонасыщенных газов Тr¹, ^oС;

К - безразмерный эмпирический коэффициент с диапазоном изменения от 0,4 до 0,7.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как не содержит самостоятельных приемов и операций, известных из существующего уровня техники; практически осуществимо в имеющихся условиях газоочистных сооружений сталеплавильного производства.

Распространение действия предлагаемого способа подготовки газов ограничено диапазоном их температур от 30 до 130-150^oС в связи с тем, что в практических условиях сталеплавильного производства температура технологических газов перед ЭФ с помощью известных средств и приемов охлаждения не может быть снижена менее 30^oС. Установленная зависимость УЭС пыли от температуры газовой среды ее обитания при постоянной влажности в диапазоне изменения температуры газов от 30 до 300^oС традиционно (для всех видов пыли) имеет экстремальный характер, отражающий действие на их величину УЭС двух видов электропроводности: поверхностной (до Тг= 130-180^oС) и объемной (при Тr>200^oС). В предлагаемых решениях подготовки технологических газов используется влияние поверхностной электропроводности, позволяющей сохранять заданное (постоянное) значение УЭС по мере повышения Тг от 30 до 130-150^oС с помощью увеличения влагосодержания газов. При повышении Тг более 200^oС заданное значение УЭС может обеспечиваться при снижении влагосодержания, за счет специфики действия, объясняемой основами электронной теории, объемной электропроводности. Кроме того, ограничение верхней границы подъема температуры технологических газов перед ЭФ до 130-150^oС в практических условиях сталеплавильного производства рассматривается штатным решением, направленным на сохранение работоспособности элементов ЭФ.

В качестве контрольного параметра, характеризующего эффективность использования предлагаемого режима подготовки газов в условиях изменяющейся их температуры по ходу процесса плавки, в настоящем решении рассматривается влагонасыщенность газов перед ЭФ при температуре точки росы (Тр). При минимальном, характерном для достаточно незначительного периода от общей длительности цикла плавки, значении Тг осуществляется одновременная корректировка температуры и влагосодержания газов таким образом, чтобы достичь минимально возможное (докригическое) значение УЭС (до 10⁸ Омм) с использованием потенциальных практически имеющихся средств подготовки газов. При этом во избежание развития процессов конденсации влаги и коррозии металлических элементов ЭФ процесс электроосаждения проводят при температуре газов, превышающей Тр на 5-15^oС. Обеспечение повышения на 5^oС рассматривается в качестве обязательного граничного условия ведения процесса электроосаждения с вышеуказанной целью. При увеличении градиента температур до 15^oС обеспечиваются гарантированные условия для сохранения эксплуатационных качеств всех элементов фильтра, т.к. при прохождении газов через значительный объем ЭФ, наряду с резким снижением скорости, потери их температуры достигают 15-20^oС.

В качестве примера на фиг. 1 и 2 представлены взаимосвязанные результаты проведенных исследований влияния комплекса параметров технологических газов (влагосодержания и температуры) на УЭС пыли (фиг.1) и взаимосвязи этих параметров в условиях управляемого по решениям изобретения режима изменения влагонасыщенности газов с использованием в качестве контрольного параметра Тр (фиг. 2). Цифры 30...200 у наклоненных прямых на фиг.1 обозначают температуру газов ^oС). Заштрихованная зона "А" на фиг.1 и 2 - область действия докритических значений УЭС.

Уровень распределения характеризующихся равнозначными значениями параметров газа графически представленных зависимостей 1-3 и 1¹-3¹ на фиг.1 и 2 определяется различным исходным значением влагонасыщенности газов при заданной Тг¹= 30^oС: I, I¹ в стадии насыщения; 2,2¹ - при превышении Тг¹ над Тр¹ на 20^oС; 3,3¹ - при перегреве газов над Тр¹ на 5^oС.

Первоначальное увлажнение газов до насыщенного состояния при минимальной для рассматриваемого диапазона Тг¹=30^oС позволяет обеспечить величину УЭС пыли на докритическом уровне, менее 10⁷ Омм, что является достаточным основанием для высокоэффективного использования ЭФ. При этом, как следует из фиг. 1 и 2, появляется возможность поддерживать базовое значение температуры газов Тг¹, снижать их влагосодержание и сохранять УЭС в зоне докритических значений, обеспечивая тем самым дополнительное превышение Тг¹ над формируемым значением Тр¹. В рассматриваемом случае докритическое значение УЭС сохраняется при увеличении градиента температур до 20^oС, что является достаточным обоснованием целесообразности использования предлагаемого температурного режима подачи газов в ЭФ с превышением Тг¹ над Тр¹ на 5-15^oС, как обеспечивающего оптимальные значения УЭС и устойчивую работу элементов ЭФ. В рассматриваемых условиях абсолютное влагосодержание газов перед ЭФ должно поддерживаться в пределах от 10 до 25 г/м³, что практически обеспечивается использованием известных в промышленности средств их предварительной подготовки.

Принимая во внимание сложно решаемые в промышленных условиях сталеплавильного производства проблемы, связанные с необходимостью значительного влагонасыщения газов при повышенных температурах газов, на практике используется комплекс мероприятий, в первую очередь направленный на ограничение Тг перед ЭФ с обеспечением среднеплавочных значений температуры около 40-60^oС. В условиях высокоинтенсивного темпа плавки эти решения являются также труднорешаемыми.

Обеспечение режима влагонасыщения газов с прогрессивным увеличением диапазона температур между фактическим значением Тг и формируемым значением Тр по ходу роста Тг в диапазоне значений не менее чем на 4-7^oС при каждом повышении Тг на 10^oС, позволяет снижать напряженность решения задачи высокоэффективного использования ЭФ за счет обеспечения использования контролируемой взаимосвязи влагосодержания и температуры газов с УЭС пыли.

При минимальном значении (4^oС) предлагаемого диапазона градиента температур, в частности, характеризующего ход прямых 1-3 и I¹-3¹ соответственно на фиг. 1 и 2, в изменяющихся условиях технологического процесса заданное первоначально значение УЭС поддерживается на постоянном уровне. Величина УЭС при этом может регулироваться на докритическом уровне в зависимости от начальных условий влагонасыщенности газов (при минимальном значении Тг). При понижении темпа разделения рассматриваемых значений температур (при значениях градиента 3^oС и менее) величина УЭС смещается в сторону увеличения, ухудшая этим самым условия электроосаждения. Особую значимость, строгое соблюдение условий минимального темпа увеличения Тг над Тр приобретает при использовании критического значения УЭС (10⁸ Омм), в рассматриваемом случае обеспечиваемом при превышении Тг над Тр на 20^oС (см. соответственно прямые 2 и 2¹).

Использование величины рассматриваемого градиента температур больше 4^oС позволяет в условиях повышающейся Тг обеспечивать смещение УЭС в докритическую зону "А", таким образом увеличивая эффективность использования ЭФ. Состоятельность такого режима подготовки технологических газов, в целом являющегося полезным, устанавливается в результате промышленных исследований, проводимых с использованием конкретных решений подготовки газов. Увеличение минимального градиента температур oт 4^oС до 7^oС осуществляется при Тг, превышающих 80^oС, т. к. характер воздействия высокотемпературных газов на УЭС видоизменяется (см. фиг.1).

Реализация предлагаемого режима подготовки газов в практических условиях может осуществляться при постоянном по ходу изменения Тг обеспечении влагосодержания газов на уровне насыщенного газа при управляемом значении Тр. В рассматриваемых условиях (см. зависимости I и I¹ на фиг.1 и 2) по всему диапазону изменения Тг обеспечивается устойчивый, докритический уровень значений УЭС. Для поддержания этого темпа влагонасыщения газов, например при Тг= 70^oС, в них должно содержаться 85-90 г/м³ паров воды, а при Тг=130^oС - около 250 г/м³. В тоже время, строгое обеспечение превышения Тг над формируемым значением Тр на 15^oС позволяет обеспечить докритические значения УЭС при снижении абсолютного влагосодержания газов практически вдвое (в первом случае - до 40 г/м³, во втором - до 125 г/м³). Последний режим решается с меньшими энергозатратами и является реально обеспечиваемым в практических условиях сталеплавильного производства, т.е. предпочтителен с точки зрения организации производства.

Выбор конкретного диапазона значений превышения Тг над управляемой величиной Тр по ходу плавки в практических условиях осуществляют на основании анализа эффективности использования ЭФ.

В условиях предлагаемого режима подготовки газов по мере повышения Тг обеспечивается их влагосодержание на уровне, соответствующем уровню влагосодержания при точке росы, управляемой по разработанному алгоритму. Использование параметра позволяет обеспечивать единовременный контроль взаимосвязанных в нем характеристик газа (температуры и влагосодержания).

Необходимое в промышленных условиях прогнозирование достаточных для высокоэффективного использования ЭФ условий формирования параметров газов перед их очисткой при дискретном изменении Тг по ходу технологического процесса обеспечивается с использованием установленной эмпирически математической зависимости (I) Тр=Тр¹+К(Тг-Тг¹), рассматриваемой в качестве алгоритма управления осуществляемого по условиям изобретения режима подготовки газов.

Определение конкретных значений безразмерного коэффициента К осуществляется экспериментальным путем на базе анализа результатов воздействия параметров газа на УЭС пыли конкретного состава и уточняется в промышленных условиях. Общий диапазон изменения К для пыли сталеплавильного производства установлен в пределах от 0,4 до 0,7.

Реализация предлагаемого способа подготовки газов в промышленных условиях обеспечивает благоприятные условия для высокоэффективной работы ЭФ при достаточно умеренных, существенно меньших по сравнению с известными решениями подготовки, затратах на энергообеспечение системы подготовки за счет расширения возможности применения наименее энергоемких значений УЭС, в большей степени приближенных к критическим при использовании строгого контроля надежной взаимосвязи параметров газа (влагосодержания и температуры) с УЭС пыли. При снижении водопотребления в системе, в частности, уменьшается интенсивность зарастания газоотводящего тракта печи шламовыми уносами, что позволяет усовершенствовать его эксплуатационные качества и снизить трудозатраты на обслуживание.

Внедрение предлагаемого способа подготовки технологических газов в условиях сталеплавильного производства осуществляется с помощью известных используемых в практических условиях средств и приемов влагонасыщения и термообработки. Эффективность их применения устанавливается в результате контроля параметров газа перед ЭФ, данные которого являются исходными для необходимой корректировки режима подготовки их перед электроосаждением.