Система аспірації пилогазових викидів дугової печі

Реферат: UA 113510 U UA 113510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії, зокрема до виплавки металів в дугових печах. В процесі плавки металу в дугових печах утворюється пилогазове середовище, зокрема при 3 виплавці сталі видаляється до 350 м технологічних газів на тонну продукту, а вміст пилу в газі 3 становить до 60 г/м . В обсязі газової фази, що видаляється, до половини складає приплив атмосферного повітря в робоче вікно, а втрати тепла з пилогазовим середовищем досягають 15-20 % введеної в піч енергії. Більша частина пилогазового середовища видаляється за допомогою системи аспірації у вигляді організованих пилогазових викидів, але певна його частина у вигляді неорганізованих викидів потрапляє в атмосферу цеху через електродні зазори, що сприяє погіршенню екологічних показників виробництва, а також умов експлуатації системи струмопідводу до електродів. Електродні зазори є недоліком, властивим для дугових печей, який практично не усувається в силу, як люфту механізму переміщення та повороту електродотримачів, так і зносу вогнетривів навколо електродних отворів. Таким чином, вдосконалення системи аспірації в напрямку зниження припливу атмосферного повітря в піч і зниження неорганізованих викидів в електродні зазори представляється важливим для підвищення енергоефективності і екологічної безпеки електродугової печі. Відомий газовідвід електродугової печі (RU, № 2397417, МПК F27D23/00, опубл. 12.06.2010 р.) включає газовідвідний патрубок, встановлений на зводі печі, приймальний патрубок, встановлений з нахилом 40-50 градусів до горизонту, камеру допалення та пилоосаджувальну камеру. Видалення пилогазового середовища здійснюється завдяки розрядженню, яке забезпечує димосос. Недоліками пристрою є підвищені втрати тепла за рахунок притоку холодного повітря в піч через робоче вікно, а також низька ефективність локалізації неорганізованих викидів через електродні зазори. Вказані недоліки є наслідком традиційної концепції евакуації пилогазового середовища, яка полягає в зосереджені газовидалення в зоні отвору на периферії зводу, в який встановлено газовідвідний патрубок (для типової трифазної дугової печі - так званий четвертий отвір). Для локалізації неорганізованих пилогазових викидів при використанні даного пристрою потрібно забезпечити підвищене розрідження в печі, але при цьому значно зростають втрати тепла з газами, що видаляються, за рахунок підвищення притоку холодного атмосферного повітря в робоче вікно. Таким чином пристрій не забезпечує належної енергоефективності і екологічної безпеки дугової печі. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є система аспірації електродугової печі (US, №5787108, МПК F27D17/00, опубл. 28.07.1998 р.), що включає водоохолоджувані звід з верхньою камерою, оснащеною кришкою для проходу електродів, ветрикальний цілиндричний газовідвідний патрубок, встановлений на периферії зводу печі і з'єднаний своїм нижнім перерізом з робочим простором печі, а тангенційним газоходом - з верхньою камерою. Видалення пилогазового середовища з газовідвідного патрубка здійснюють через інший тангенційний газохід з закруткою потоку всередині патрубка під дією розрядження, що забезпечує димосос. Аналізуючи конструктивне рішення пристрою, слід зазначити, що в ньому реалізована розосереджена система аспірації, яка полягає в тому, що видалення пилогазового середовища здійснюють як з периферії робочого простору печі через нижній переріз газовідвідного патрубка, так і з центральної області печі через верхню камеру, тангенційний газохід і далі в газовідвідний патрубок. Розосереджена система аспірації, в порівнянні з традиційною системою, сприяє зменшенню припливу атмосферного повітря в піч та локалізації неорганізованих пилогазових викидів через електродні зазори за інших рівних умов. Однак, у даному відомому пристрої вона не забезпечує належного вирішення цих проблем, оскільки пристрій має значний гідравлічний опір за рахунок закрутки пилогазового потоку в вертикальному газовідвідному патрубку. Тому, розрядження, створюване димососом в газовідвідному патрубку, значною мірою втрачає дію в області верхньої камери зводу, де розташовані електродні зазори. Відповідно, локалізація неорганізованих пилогазових викидів також стикається з проблемами, а стосовно припливу атмосферного повітря в піч даний пристрій практично не має переваг перед попереднім. В кінцевому рахунку, експлуатація даного пристрою не призводить до належного підвищення енергоефективності і екологічної безпеки електродугової печі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення системи аспірації пилогазових викидів дугової печі, у якій за рахунок конструктивних особливостей забезпечується зменшення неорганізованих пилогазових викидів через електродні зазори і притоку в піч атмосферного повітря, що сприяє підвищенню енергоефективності і екологічної безпеки дугової печі. Поставлена задача вирішується тим, що в системі аспірації пилогазових викидів дугової печі, що включає водоохолоджувані звід з верхньою камерою, оснащеною кришкою з отворами 1 UA 113510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 для проходу електродів, й газовідвідний патрубок, з'єднаний з верхньою камерою та з робочим простором периферійної зони печі, згідно з корисною моделлю, газовідвідний патрубок встановлено в верхню камеру горизонтально, при цьому подовжня вісь газовідвідного патрубка перпендикулярна горизонтальній лінії, що проходить через центри двох електродів, а порожнина газовідвідного патрубка з'єднана з робочим простором периферії печі додатковим патрубком, причому площа поперечного перерізу додаткового патрубка складає 0,30-0,75 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка. Суть корисної моделі пояснює креслення. На кресленні схематично зображена система аспірації пилогазових викидів дугової печі. Корпус 1 і звід 2 з верхньою камерою 3 формують робочий простір дугової печі. У верхній камері зводу встановлений горизонтально газовідвідний патрубок 4. Верхня камера оснащена кришкою 5 для проходу електродів 6. Подовжня вісь газовідвідного патрубка 4 перпендикулярна горизонтальній лінії, що проходить через центри двох електродів, а порожнина газовідвідного патрубка з'єднана з робочим простором периферії печі додатковим патрубком 7, причому площа поперечного перерізу додаткового патрубка F 1 складає 0,30-0,75 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка F. Стрілками показаний напрямок пилогазових потоків в робочому просторі дугової печі. Пропонована система аспірації пилогазових викидів дугової печі працює в такий спосіб. У газовідвідному патрубку 4 димососом системи газоочищення створюється розрідження, величина якого визначається особливостями технологічного процесу виплавки металу. Пилогазове середовище, що формується із технологічних пилогазових потоків, а також із припливу атмосферного повітря через робоче вікно 8, всмоктується у газовідвідний патрубок 4 з центральної зони робочого простору за допомогою верхньої камери 3, а із периферійної зони робочого простору через додатковий патрубок 7, з'єднаний з порожниною газовідвідного патрубка 4, і видаляється із печі у вигляді організованих викидів. Ефективна локалізація і аспірація неорганізованих викидів через електродні зазори 9 забезпечується завдяки тому, що газовідвідний патрубок 4 встановлено в верхню камеру 3 зводу печі 2 горизонтально, його подовжня вісь перпендикулярна горизонтальній лінії, що проходить через центри двох електродів. Таке рішення забезпечує максимальне наближення порожнини газовідвідного патрубка, в якій створено розрідження, до електродних зазорів дугової печі та забезпечує мінімальний гідравлічний опір всмоктуванню неорганізованих викидів. Мінімізація притоку атмосферного повітря в піч забезпечується тим, що порожнина газовідвідного патрубка 4 з'єднана з робочим простором периферії печі додатковим патрубком 7, площа поперечного перерізу якого F1 складає 0,30-0,75 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка F. Таке рішення забезпечує оптимальне, з точки зору мінімізації притоку атмосферного повітря в піч, розосередження організованих пилогазових викидів між потоком через верхню камеру 3 із центральної області робочого простору печі та через додатковий патрубок 7 із периферійної зони робочого простору в газовідвідний патрубок 4 і далі в систему газоочищення під впливом розрідження. Якщо площа поперечного перерізу додаткового патрубка складає менш ніж 0,30 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка, гідравлічний опір додаткового патрубка зростає і при цьому встановлюється режим переважного всмоктування пилогазового потоку через верхню камеру. Це веде до розбалансування розосередження аспірації пилогазових викидів, результатами якого є зростання припливу атмосферного повітря в піч і неорганізованих викидів через електродні зазори. Наслідком є зниження енергоефективності та екологічної безпеки дугової печі. Якщо площа поперечного перерізу додаткового патрубкаскладає більш ніж 0,75 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка, гідравлічний опір додаткового патрубка надмірно зменшується і при цьому встановлюється режим переважного всмоктування пилогазового 2 UA 113510 U 5 10 15 20 потоку через додатковий патрубок. Це веде до розбалансування розосередження аспірації пилогазових викидів, результатом якого є зростання притоку атмосферного повітря в піч. Наслідком є зниження енергоефективності електродугової печі. Приклад. Ефективність запропонованого технічного рішення системи аспірації пилогазових викидів електродугової печі і його порівняльні з відомими аналогами характеристики досліджені на фізичній моделі, що відображає газову динаміку аспірації пилогазових викидів у промисловій електродуговій печі. На моделі досліджували приток атмосферного повітря в робоче вікно печі й виніс часток пінопласту (імітація часток плавильного пилу) з печі через електродні зазори. Модель включає корпус печі й звід із системою аспірації. Модифікації системи аспірації відповідали пропонованому пристрою, а також пристроям - аналогам (US, №5787108 та RU, № 2397417). За допомогою побутового пилососа в газовідвідному патрубку створювали, регулювали й підтримували розрідження 20Па, що вимірювали мікроманометром. Приплив повітря в робоче вікно відомої площі перерізу розраховували на підставі осереднення вимірів швидкості повітря в трьох точках по діагоналі вікна термоанемометром. В центрі днища корпуса печі у всіх експериментах одноманітно поміщали 200 пінопластових часток діаметром 1 мм. Основні геометричні параметри моделі: діаметр і висота корпуса відповідно 430 і 250 мм; діаметр і висота верхньої камери зводу відповідно 240 і 85 мм; діаметр електродів (3 шт.) і розпаду електродів відповідно 40 і 90 мм; розміри робочого вікна 50×40 мм; перетин газовідвідного патрубка 115×80 мм; ширина електродних зазорів 5 мм. Результати експериментів зведені в табл. 1. Таблиця 1 Результати випробувань системи аспірації дугової печі № Експерименту 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 25 30 Відносна площа поперечного перерізу додаткового патрубка F/F1 0 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 1,2 (відповідно до US, №5787108) 0 (відповідно до RU, № 2397417) 0,0153 0,0127 0,0124 0,0094 0,0094 0,0093 0,0092 0,0093 0,0093 0,0093 0,0094 0,0095 0,0095 0,0137 0,0141 Кількість часток, винесених з печі через електродні зазори 33 26 24 10 8 8 8 8 8 9 9 9 9 10 10 0,0117 24 0,0155 32 Приплив повітря в 3 робоче вікно, м /с Відповідно до результатів випробувань, запропоноване технічне рішення системи аспірації пилогазових викидів дугової печі забезпечує зменшення припливу атмосферного повітря в піч і зменшення виносу часток, що імітують плавильний пил, з печі через електродні зазори за інших рівних умов (експерименти 4-13), а також показує більш високі результати, ніж системи аспірації, виконані відповідно до аналогів (експерименти 16, 17). Ґрунтуючись на усереднених показниках сучасної дугової сталеплавильної печі [Toulouevski Yu.N., Zinurov I.Y. Innovation in Electric Arc Furnaces. Scientific Basis for Selection: . © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010. - 258 p.] по питомій середній витраті енергії 610 кВт г/т сталі; долі втрат енергії з технологічними пилогазовикидами 15 % і оцінці внеску припливу повітря в загальний обсяг газів, що відходять із печі, 50 %, при використанні запропонованої системи аспірації в порівнянні з найбільш близьким аналогом (US, №5787108) очікується 3 UA 113510 U 5 10 скорочення притоку повітря в піч на 20,5 %, що відповідає середньому зменшенню питомої . витрати енергії на 9,4 кВт год./т сталі. Це дозволить для високопродуктивних печей з річним виробництвом близько 0,5 млн. т сталі і масою плавки 50 т заощаджувати (при поточному . тарифі на електроенергію в промисловості 2,19 грн. за 1 кВт год. з ПДВ згідно з постановою НКРЕКУ № 826 24.05.2016) у середньому 10,3 млн. грн у рік. Додатковий економічний ефект очікується за рахунок зменшенням витратного коефіцієнта металошихти у зв'язку зі скороченням виносу плавильного пилу (вигар шихти) з печі через електродні зазори. Таким чином, експериментальна перевірка пропонованого технічного рішення системи аспірації пилогазових викидів дугової печі показує, що поставлена задача корисної моделі підвищення енергоефективності і екологічної безпеки печі за рахунок зменшення припливу повітря в робочий простір печі й зниження виносу плавильного пилу в потоці неорганізованих викидів через електродні зазори з печі досягається. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Система аспірації пилогазових викидів дугової печі, що включає звід з верхньою камерою, оснащеною кришкою з отворами для проходу електродів, й газовідвідний патрубок, з'єднаний з верхньою камерою та з робочим простором периферійної зони печі, яка відрізняється тим, що газовідвідний патрубок встановлено в верхню камеру горизонтально, подовжня вісь газовідвідного патрубка перпендикулярна горизонтальній лінії, що проходить через центри двох електродів, а порожнина газовідвідного патрубка з'єднана з робочим простором периферійної зони печі додатковим патрубком, причому площа поперечного перерізу додаткового патрубка складає 0,30-0,75 площі поперечного перерізу газовідвідного патрубка. Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4