Система аспірації пилогазових викидів електродугової печі

Реферат: UA 89362 U UA 89362 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії, зокрема, до виплавки металів в електродуговій печі. В процесі плавки металу в електродугових печах утворюється значна кількість запилених 3 технологічних газів, зокрема, при виробництві сталі їхній вихід досягає 100…270 м на годину на 3 тонну продукту, при цьому вміст пилу в газі становить 15…60 г/м [Киселев А.Д., Тулуевский Ю.Н., Зинуров И.Ю. Повышение эффективности газоудаления дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1992. - 111 с.]. Традиційна система аспірації пилогазових викидів електродугової печі включає склепіння і вставлений у нього газовідвідний патрубок. Після евакуації із печі викиди надходять у систему газоочищення завдяки розрідженню, що створює димосос. Специфіка аспірації пилогазових викидів електродугової печі полягає в тому, що через відносно невелику всмоктувальну поверхню перетину газовідвідного патрубка, обумовлену конструктивними особливостями, швидкість газового потоку в печі на вході в патрубок під дією розрідження досягає 20…30 м/с і більше. Висока швидкість сприяє виносу з печі шихтових матеріалів у вигляді оксидного пилу і припливу атмосферного повітря в піч через робоче вікно. Приплив холодного повітря, що становить майже половину загального обсягу газів, що відходять, прискорює окислювання шихтових матеріалів і збільшує втрати тепла з пилогазовими викидами, знижуючи тим самим енергоефективність печі. Відома система аспірації електродугової печі (US, № 5787108, кл. F27D17/00, опубл. 28.07.1998 р.), що включає водоохолоджувані склепіння з верхньою камерою, оснащеною кришкою для проходу електродів, газовідвідний патрубок, вставлений у звід печі і з'єднаний з верхньою камерою. Однак даний пристрій не вирішує проблеми низької енергоефективності печі, оскільки помітно не збільшує усмоктувальну поверхню, обмежену перетином газовідвідного патрубка. Під дією розрідження в печі холодне атмосферне повітря, що надходить через робоче вікно, змішується з технологічними газами й плавильним пилом і видаляється переважно в газовідвідний патрубок у вигляді високошвидкісного пилогазового потоку, минаючи верхню камеру, що являє собою суттєвий додатковий гідравлічний опір. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є система аспірації електродугової печі (US, № 6219371, кл. F27B3/24, F27D1/18, F27D17/00, опубл. 17.04.2001 р.), що включає водоохолоджувані склепіння з верхньою камерою, оснащеною кришкою для проходу електродів, і газовідвідний патрубок, вставлений у склепіння печі й з'єднаний з верхньою камерою. Склепіння являє собою горизонтально розташований кільцевий витяжний газохід з постійною по його периметру площею змінної, по кутовому положенню відносно газовідвідного патрубка, площі перерізу каналів для припливу пилогазового середовища, закритий зовні сталевим листом екрана. Недоліком даного пристрою, як і раніше розглянутого, також є низька енергоефективність електродугової печі, обумовлена підвищеними втратами тепла із припливом атмосферного повітря й підвищеним виносом плавильного пилу з печі за рахунок високої швидкості газового потоку. Причини полягають в розташуванні каналів витяжного газоходу в горизонтальній площині та в постійній по його периметру площі змінної, по кутовому положенню відносно газовідвідного патрубка, площі перерізу каналів. При цьому поверхня усмоктування витяжного газоходу суттєво не зростає, тому що розподілена не рівномірно по периметру зводу, а зосереджена переважно в області розташування газовідвідного патрубка, де гідравлічний опір усмоктуванню мінімальний. Для збільшення поверхні усмоктування потрібне регулювання гідравлічного опору: підвищення його в зоні розташування газовідвідного патрубка й зниження за певним законом до протилежної сторони витяжного газоходу. Це зазвичай можна досягнути при виконанні каналів змінної, по кутовому положенню відносно газовідвідного патрубка, площі перерізу. Однак при горизонтальному розташуванні витяжного газоходу його газодинамічні функції входять у суперечність із функцією зводу як елемента конструкції печі: тепловий потік випромінювання з робочого простору печі при певній величині площі перерізу каналу витяжного газоходу перегріває й, в остаточному підсумку, виводить із ладу сталевий лист екрана зовнішньої поверхні зводу. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення системи аспірації пилогазових викидів електродугової печі, у якій за рахунок конструктивних особливостей забезпечується зменшення припливу в піч атмосферного повітря й скорочення виносу плавильного пилу з печі, що приводить до підвищення енергоефективності печі. Поставлена задача вирішується тим, що в системі аспірації пилогазових викидів, що включає водоохолоджувані склепіння з верхньою камерою, оснащеною кришкою з отворами для проходу електродів, кільцевий витяжний газохід з каналами для припливу пилогазового 1 UA 89362 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 середовища, розташованими рівномірно по периметру витяжного газоходу, й газовідвідний патрубок, вставлений у витяжний газохід, згідно з корисною моделлю кільцевий витяжний газохід встановлений у верхній камері, канали для припливу пилогазового середовища виконані змінної площі перерізу й розташовані у вертикальній площині на внутрішній поверхні газоходу симетрично щодо осі газовідвідного патрубка, причому площа каналів витяжного газоходу збільшується в 4,5…6 разів пропорційно кутовому положенню повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 схематично показана система аспірації пилогазових викидів електродугової плавильної печі - вертикальний розріз А-А (см. Фіг. 2), а на Фіг. 2 - горизонтальний розріз В-В (см. Фіг. 1). Стрілками показаний напрямок пилогазових потоків. Звід 1 і корпус 2 формують робочий простір електродугової печі. У верхній камері 3 склепіння встановлений кільцевий витяжний газохід 4, оснащений кришкою 5 для проходу електродів 6. У газоході виконані канали 7 для припливу пилогазового середовища, розташовані у вертикальній площині на внутрішній поверхні газоходу симетрично щодо осі газовідвідного патрубка. У витяжний газохід вставлений газовідвідний патрубок 8. Площа перерізу каналів витяжного газоходу збільшується в 4,5…6 разів пропорційно кутовому положенню повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. Пропонована система аспірації пилогазових викидів електродугової плавильної печі працює в такий спосіб. У газовідвідному патрубку 8 димососом системи газоочищення створюється розрідження, величина якого визначається особливостями технологічного процесу виплавки металу. Розрідження передається в робочий простір печі за допомогою витяжного газоходу 4, у який вставлений газовідвідний патрубок. Пилогазове середовище, що утвориться в печі в процесі плавки, а також за рахунок припливу атмосферного повітря через робоче вікно 9, рівномірно (з однаковою об'ємною витратою) всмоктується у витяжний газохід, установлений у верхній камері 3 склепіння 1, через канали 7. Рівномірність припливу пилогазового середовища через всі канали забезпечується тим, що канали для припливу пилогазового середовища, розташовані у вертикальній площині на внутрішній поверхні газоходу симетрично щодо осі газовідвідного патрубка і виконані змінної площі перерізу, що збільшується в 4,5…6 разів пропорційно кутовому положенню повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. Такі конструктивні особливості забезпечують підвищення гідравлічного опору в зоні газовідвідного патрубка й зниження його за певним законом до протилежної сторони витяжного газоходу. Всмоктування пилогазового середовища рівномірно через всі канали витяжного газоходу створює в робочому просторі печі газодинамічну ситуацію зі значно меншою середньою швидкістю потоку, що сприяє зменшенню припливу в піч атмосферного повітря й виносу плавильного пилу з печі. Виконання каналів витяжного газоходу з відносним збільшенням площі перерізу каналів при зміні кутового положення повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів щодо осі газовідвідного патрубка менш ніж в 4,5 рази й більш ніж в 6 разів приводить до порушення рівномірності припливу пилогазового середовища у витяжний газохід і тим самим знижує площу усмоктувальної поверхні, збільшуючи швидкість пилогазових потоків у печі. Це приводить до посилення припливу повітря в піч через робоче вікно й до росту виносу плавильного пилу з печі. Встановлення витяжного газоходу в верхній камері склепіння і розташування каналів для всмоктування пилогазового середовища у вертикальній площині дозволяє сполучити газодинамічні функції газоходу з функцією склепіння як елемента конструкції печі. Тепловий потік випромінювання з робочого простору печі в цьому разі, на відміну від найбільш близького аналогу, де витяжний газохід, закритий зовні сталевим листом екрана, безпосередньо є склепінням, а канали розташовані в горизонтальній площині, не впливає негативно на стійкість склепіння завдяки зменшенню кутового коефіцієнта взаємного випромінювання і екрануванню витяжного газоходу поверхнею електродів печі. Це дозволяє збільшувати площу перерізу каналів витяжного газоходу для виконання задачі вдосконалення системи аспірації пилогазових викидів електродугової печі через забезпечення змінної площі перерізу, що збільшується в 4,5…6 разів пропорційно кутовому положенню повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. Приклад Ефективність запропонованої корисної моделі системи аспірації і його порівняльні з найбільш близьким аналогом характеристики досліджені на фізичній моделі, що відображає 2 UA 89362 U 5 10 15 газову динаміку аспірації пилогазових викидів у промисловій електродуговій печі. На моделі досліджували приплив повітря в робоче вікно печі й винос часток пінопласту (імітація часток плавильного пилу) з печі в газовідвідний патрубок. Модель включає корпус печі й звід із системою аспірації. У верхню камеру зводу поміщали знімний кільцевий витяжний газохід, у якому варіювали відносне збільшення площі каналів при зміні їхнього кутового положення в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. За допомогою побутового пилососа в газовідвідному патрубку створювали, регулювали й підтримували розрідження 20 Па, що вимірювали мікроманометром. Приплив повітря в робоче вікно відомої площі розраховували на підставі осереднення вимірів швидкості повітря в трьох точках по діагоналі вікна термоанемометром. В центрі днища корпуса печі його у всіх експериментах одноманітно поміщали 20 пінопластових кульок діаметром 2 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. Результати експериментів зведені в табл. 1. Таблиця 1 Результати випробувань системи аспірації електродугової печі № Відносне збільшення площі каналів по експерименту півпериметру витяжного газоходу 1 4 2 4,5 3 5,0 4 5,5 5 6,0 6 6,5 1 (відповідно до найбільш близького 7 аналога) 20 25 30 35 40 45 Приплив повітря в 3 робоче вікно, м /с 0,0125 0,0089 0,0094 0,0088 0,0091 0,0137 Частка кульок, винесених з печі 0,36 0,25 0,24 0,20 0,27 0,45 0,0130 0,32 Відповідно до результатів випробувань, запропонованої корисної моделі системи аспірації пилогазових викидів електродугової печі забезпечує зменшення припливу атмосферного повітря в піч і зменшення виносу часток, що імітують плавильний пил, з печі за інших рівних умов (експерименти 2…5), а також показує більше високі результати, чим система аспірації, виконана відповідно до найбільше близького аналога (експеримент 7). Ґрунтуючись на усереднених показниках сучасної дугової сталеплавильної печі [Toulouevski Yu.N., Zinurov I.Y. Innovation in Electric Arc Furnaces. Scientific Basis for Selection: © SpringerVerlag Berlin Heidelberg 2010. - 258 p.]: по питомій витраті енергії 600…650 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 очікується скорочення припливу повітря в піч не менш, ніж на 25 %, що відповідає зменшенню питомої витрати енергії на 1,8…2 % або на 10…13 кВт·год./т сталі. Це дозволить для високопродуктивних печей з річним виробництвом близько 1 млн. т сталі і масою плавки 100…120 т заощаджувати (при поточному тарифі НКРЕ на електроенергію в промисловості 0,94 грн. за 1 кВт·год.) у середньому 9 млн. грн у рік. Значно більший економічний ефект очікується за рахунок зменшенням витратного коефіцієнта металошихти у зв'язку зі скороченням виносу плавильного пилу (вигар шихти) з печі. Таким чином, експериментальна перевірка пропонованої корисної моделі системи аспірації пилогазових викидів електродугової печі показує, що поставлена задача корисної моделі підвищення енергоефективності печі за рахунок зменшення припливу повітря в робочий простір печі й скорочення виносу плавильного пилу з печі досягається. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Система аспірації пилогазових викидів електродугової печі, що містить водоохолоджувані склепіння з верхньою камерою, оснащеною кришкою з отворами для проходу електродів, кільцевий витяжний газохід з каналами для припливу пилогазового середовища, розташованими рівномірно по периметру витяжного газоходу, й газовідвідний патрубок, вставлений у витяжний газохід, яка відрізняється тим, що кільцевий витяжний газохід 3 UA 89362 U 5 встановлений у верхній камері, канали для припливу пилогазового середовища виконані змінної площі перерізу й розташовані у вертикальній площині на внутрішній поверхні газоходу симетрично щодо осі газовідвідного патрубка, причому площа каналів витяжного газоходу збільшується в 4,5…6 разів пропорційно кутовому положенню повздовжньої осі каналу в межах від 0 до 180 градусів відносно осі газовідвідного патрубка в напряму від місця вставлення патрубка в витяжний газохід. 4 UA 89362 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5