Патент на изобретение №2182840

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ОТ ПЫЛИ ФИЛЬТРАЦИЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение предназначено для очистки газов от пыли фильтрацией, например отходящих газов металлургических агрегатов, в составе пыли которых могут присутствовать частицы неполного сгорания нефтепродуктов в жидкой фазе и сажи, в частности очистки отходящих газов при выплавке меди в анодных печах. Способ очистки отходящих газов отражательной печи от пыли фильтрацией включает улавливание пыли фильтрующими элементами с созданием на них фильтрующего пылевого слоя и их периодической автоматической регенерацией. В конце периода окисления производят интенсивную регенерацию фильтрующих элементов и устанавливают перепад давления, равный 2500-3000 Па, после чего на фильтрующих элементах создают равномерный подстилающий слой пыли, через который осуществляют процесс фильтрации отходящих газов в период восстановления металла, после окончания периода восстановления металла фильтр переводят на основной режим регенерации. Изобретение позволяет увеличить срок службы фильтровальных элементов и фильтра в целом, обеспечивает сокращение выбросов в атмосферу особо вредных веществ без дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Изобретение относится к очистке газов от пыли, например отходящих газов металлургических агрегатов, в составе пыли которых могут присутствовать частицы неполного сгорания нефтепродуктов в жидкой фазе и сажи, в частности очистки отходящих газов при выплавке меди в отражательных печах.

Рассмотрим известные из уровня техники решения, позволяющие очистить газы от пыли.

Известен способ очистки газов от пыли фильтрацией через слой ткани /Гордон Г. М., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов. М.: Металлургия, 1968, стр. 271/, по которому после накопления на поверхности фильтроткани определенного слоя пыли осуществляется ее регенерация потоком чистого газа в обратном направлении с одновременным встряхиванием Причем цикл фильтрации и регенерации проводится периодически через определенный промежуток времени или при достижении заданного сопротивления.

Недостатком этого способа является то, что его применение не позволяет достичь высокой степени улавливания пыли в течение всего цикла “фильтрация-регенерация” из-за низкой эффективности улавливания пыли фильтрующей средой в первый период после ее очистки Последнее связано с неравномерностью распределения оставшейся в фильтрующем слое пыли и образованием каналов с низкой улавливающей способностью.

Наиболее близким к заявляемому способу очистки газов от пыли фильтрацией по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки газов от пыли фильтрацией (Авт. свид. СССР 839557, МПК³ В 01 D 46/00, опубл. 23.06.81, бюл. 23), основанный на фильтрации через тканевую перегородку, в котором для поддержания заданной скорости фильтрации применяется периодическая очистка ткани от накопленной пыли. В зависимости от вида и структуры тканевой перегородки и физико-химических свойств частиц пыли эти частицы могут улавливаться в порах внутри тканевой перегородки или осаждаться на рабочей поверхности перегородки, образуя пылевой слой, являющийся высокоэффективной задерживающей средой. В этих условиях скорость фильтрации является функцией перепада давления на перегородке и ее коэффициента сопротивления.

Процесс извлечения пыли из газа тканевой перегородкой можно условно разделить на две стадии В начальный период улавливаемые частицы накапливаются внутри тканевой перегородки, а затем образуется слой пыли, который улучшает задерживающую способность тканевой перегородки.

Первая стадия процесса улавливания частиц пыли, когда частицы пыли накапливаются внутри тканевой перегородки, относится к процессу фильтрования. Этот период во времени имеет незначительную продолжительность.

На второй стадии процесса вследствие осаждения большого количества частиц пыли на рабочей поверхности тканевой перегородки образуется пористый слой пыли, который является фильтрующей средой для очистки газов. Размеры пор в этом слое соизмеримы с размерами улавливаемых частиц.

Во время образования и наращивания пылевого слоя в процессе извлечения частиц пыли из газового потока существенную роль начинает играть “ситовый эффект”, а процесс обеспыливания газов более правильно назвать фильтрацией.

Эффективность тканевого фильтра на первой стадии зависит от структуры фильтровальной перегородки. Наилучшие результаты очистки газов от высокодисперсной пыли достигаются при использовании в качестве фильтровального материала иглопробивного полотна, изготовленного из тонких волокон, обладающих низкой воздухопроницаемостью.

В процессе фильтрации слой пыли накапливается на рабочей поверхности фильтрующего элемента фильтра и по достижению заданного перепада давления или через определенный промежуток времени производится регенерация фильтрующего элемента обратной продувкой воздухом или путем подачи импульса сжатого воздуха в направлении, обратном движению очищаемого газа.

Описанный выше способ очистки газов возможен при условии, что частицы пыли, уловленные в объеме фильтрующего элемента во время фильтрации, относительно легко удаляются в процессе регенерации фильтровального элемента /тканевого фильтра/, например рукавного фильтра с импульсной регенерацией, и рукава фильтра полностью восстанавливают свои первоначальные фильтровальные свойства.

Однако качественный и количественный анализ пылегазовых загрязнений в отходящих газах отдельных технологических агрегатов нестабилен. Например, при выплавке меди в отражательных печах состав газа из печи зависит от периода анодной плавки. Во время загрузки, плавления и окисления процесс очистки /обеспыливания/ газов в рукавном фильтре происходит без осложнений. В эти периоды плавки меди в отражательную печь в качестве топлива подается природный газ.

Трудности в работе рукавного фильтра возникают в процессе восстановления меди, т.е. во время подачи мазута в отражательную печь в качестве восстановителя.

По существующей технологии мазут поступает в отражательную печь через мазутную трубку, вначале на поверхность расплавленной меди, а затем, после подогрева, трубка опускается в расплавленный металл.

При изливе мазута на поверхность расплавленной меди и нарушениях в системе мазутоснабжения, приводящих к увеличению расхода мазута сверх установленного технологическим режимом, происходит процесс горения мазута в рабочем пространстве отражательной печи без организованной подачи дутьевого воздуха, т. е. при недостаточном количестве кислорода для нормального процесса горения.

В результате такого процесса в отходящих газах могут присутствовать продукты неполного сгорания мазута в виде жидких частиц нефтепродуктов и сажи. Кроме того, неполностью сгоревшие газообразные углеводороды при резком охлаждении газов могут образовывать сажевый углерод в виде твердых частиц.

Фильтрация газов, содержащих в составе пыли частицы жидких нефтепродуктов и сажи, приводит к замасливанию пор в фильтровальных элементах /фильтровальном полотне рукавов фильтра/, что в свою очередь приводит к необратимому изменению структуры фильтровального материала. Процесс регенерации фильтровальных элементов /рукавов/ ухудшается, и фильтр становится неработоспособным.

Поры фильтровальных элементов /рукавов/ замасливаются и забиваются частицами мелкой пыли, сопротивление их после регенерации не восстанавливается до первоначальной величины, и, как результат, пропускная способность фильтра уменьшается до полного прекращения процесса фильтрации.

Следует также отметить, что во время восстановления меди, т.е. подачи мазута в отражательную печь, уменьшается расход отходящих газов в 1,5-2,0 раза, а в химическом составе появляются значительные концентрации таких вредных веществ, как мышьяк, селен и их соединения. Обезвреживание этих веществ традиционными методами, например “мокрым” способом, связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами. Поэтому очистка отходящих газов отражательных печей во все периоды анодной плавки методом фильтрации является наиболее экономичным и эффективным способом.

Анализ описанных выше аналога и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат – создание эффективной технологии фильтрации отходящих газов отражательных печей во все периоды анодной плавки, включая период восстановления, во время которого в отходящих газах присутствуют частицы нефтепродуктов в жидкой фазе и сажи.

Авторами изобретения по настоящей заявке способ очистки отходящих газов отражательных печей от пыли фильтрацией с достижением указанного технического результата создан.

Способ включает улавливание пыли фильтрующими элементами с созданием на них фильтрующего пылевого слоя и их периодической автоматической регенерацией.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что в конце периода окисления производят интенсивную регенерацию фильтрующих элементов и устанавливают перепад давления, равный 2500-3000 Па, после чего на фильтрующих элементах создают равномерный подстилающий слой пыли, через который осуществляют процесс фильтрации отходящих газов в период восстановления металла, после окончания периода восстановления металла фильтр переводят на основной режим регенерации.

Заявляемый способ очистки отходящих газов отражательных печей от пыли фильтрацией отвечает всем критериям патентоспособности.

Он является новым, т.к. аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков, о чем свидетельствует проведенный выше анализ известных технический решений.

Предлагаемое для патентной защиты изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. его сущность для специалиста, занимающегося очисткой отходящих газов, явным образом не следует из известного уровня техники, т.е. не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого способа, а значит, и не может быть подтверждена известность отличительных признаков на указанный заявителем технический результат.

Заявляемое изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в производстве по своему назначению, т.е. для очистки отходящих газов фильтрацией. Ни один признак, взятый в отдельности, ни вся совокупность признаков способа не противоречат возможности их применения в промышленности и не препятствуют достижению усматриваемого заявителем технического результата.

В процессе плавки отходящие технологические газы и аспирационные выбросы от рабочих окон отражательной печи емкостью 350 т отводятся на очистку на рукавный фильтр. Расход технологических газов в различные периоды анодной плавки колеблется от 10000 нм³/ч до 30000 нм³/ч. Температура газов после рекуператора отражательной печи достигает 300^oС. Расход аспирационного воздуха составляет 40000 нм³/ч при температуре 80^oС.

Наибольшие расходы и температура технологических газов наблюдается во время процесса окисления металла /меди/, а наименьшие – в процессе его восстановления.

По условиям термостойкости фильтрующих элементов /фильтровального полотна рукавного фильтра/ температура газов на входе в рукавный фильтр не должна превышать 120^oС, поэтому снижение температуры газов достигается за счет подсоса наружного воздуха через автоматический клапан. При этом общий расход газов, поступающих на очистку, достигает 120000-150000 м³/ч.

Во время восстановления меди расход отходящих газов уменьшается и с учетом аспирационного воздуха составляет от 80000 м³/ч до 100000 м³/ч. На снижение расхода газов на входе и выходе в рукавный фильтр также влияет понижение температуры технологических газов после рекуператора отражательной печи, так как в это время частично или полностью закрывается клапан подсоса наружного воздуха.

Важно также отметить, что и другие характеристики газов не стабильны в различные периоды анодной плавки. Например, запыленность газов на входе в рукавный фильтр во время плавления может достигать 2 г/м³, а в процессе восстановления при строгом соблюдении технологического режима – снижаться до 0,5 г/м³.

В связи с этим длительность фильтроцикла фильтрующих элементов – рукавов /во время между регенерациями одного и того же рукава/ в зависимости от расхода газов, поступающих в рукавный фильтр, их запыленности, будет меньше, чем в другие периоды анодной плавки при одинаковом предельно допустимом перепаде давления.

Из опыта эксплуатации рукавного фильтра, предназначенного для обеспыливания газов отражательных печей, перепад давления на рукавных устанавливают в системе автоматики равным 1500 Па. При этом рукавный фильтр автоматически выводится в режим регенерации при достижении перепада давления на фильтрующих элементах /рукавах/, равного 1500 Па.

Из сказанного выше следует, что обеспечение обеспыливания газов в период восстановления металла, во время которого в отходящих газах присутствуют частицы нефтепродуктов в жидкой фазе и сажи, возможно лишь при создании на фильтрующих элементах подстилающего слоя пыли, который обеспечит сокращение выбросов особо вредных веществ, таких как мышьяк, селен и их соединения в атмосферу.

Для того, чтобы создать такой подстилающий слой и предотвратить его разрушение на фильтрующих элементах /автоматическую регенерацию фильтрующих элементов/, необходимо в конце периода окисления произвести интенсивную регенерацию фильтрующих элементов, после чего установить перепад давления, равный 2500-3000 Па, и при такой величине перепада давления осуществлять процесс восстановления металла /меди/. После окончания периода восстановления металла фильтр переводят на основной режим регенерации.

Величина перепада давления, равная 2500-3000 Па, была установлена опытным путем. При этом было отмечено, что снижение этой величины менее 2500 Па приводит к преждевременному срабатыванию системы регенерации фильтра и очистке рабочей поверхности фильтрующих элементов /рукавов/ от подстилающего слоя пыли, что нарушает процесс фильтрации вследствие контакта частиц нефтепродуктов с фильтровальным материалом.

Увеличение величины перепада давления более 3000 Па нецелесообразно, так как сопротивление газового тракта газоочистки в целом может возрасти настолько, что пропускная способность его не обеспечит полное удаление газов от отражательной печи. Это создает условия для нарушения технологического процесса ведения анодной плавки.

Исходя из вышесказанного и с учетом причинно-следственной связи между совокупностью признаков заявленного изобретения и техническим результатом, полученным при их использовании, можно утверждать, что задача, поставленная в основу создания способа очистки отходящих газов отражательных печей от пыли фильтрацией, полностью решена, т.к. за счет проведения в конце периода окисления интенсивной регенерации фильтрующих элементов и установки перепада давления, равного 2500-3000 Па, с созданием на фильтрующих элементах равномерно подстилающего слоя пыли, через который осуществляется процесс фильтрации отходящих газов в период восстановления металла, и переводе фильтра после окончания периода восстановления металла на основной режим регенерации, обеспечивается увеличение срока службы фильтровальных элементов и фильтра в целом, обеспыливание газов в период восстановления сокращает выбросы особо вредных веществ, таких как мышьяк, селен и их соединения, в атмосферу без дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. На основании чего можно сделать вывод, что создана новая эффективная технология ведения процессов фильтрации газов отражательных печей во все периоды анодной плавки, включая период восстановления металла, во время которого в отходящих газах присутствуют частицы нефтепродуктов в жидкой фазе и сажи.

Пример реализации заявляемого способа очистки отходящих газов отражательных печей от пыли фильтрацией.

В конце периода окисления рукавный фильтр переводят на интенсивный режим регенерации /за 20-30 мин до окончания процесса окисления/. Такая операция осуществляется автоматически переводом фильтра в циклический режим с интервалом в 5 сек между импульсами сжатого воздуха, подаваемого на продувочные клапана. Цикл регенерации повторяют дважды. Во время интенсивной регенерации рабочая поверхность фильтрующих элементов полностью очищается от слоя уловленной пыли.

Затем рукавный фильтр снова переводят в автоматический режим регенерации фильтрующих элементов /рукавов/ и устанавливают предельно допустимый перепад давления, равный 2500 Па. За время, оставшееся до окончания периода окисления, на всей рабочей поверхности фильтрующих элементов /рукавов/ создается подстилающий равномерный слой пыли, который предотвращает контакт замасленной окалины, сажи и жидких частиц нефтепродуктов непосредственно с волокнами фильтрующих элементов.

Предварительно созданный слой пыли на рабочей поверхности фильтрующих элементов играет роль подстилающего слоя и легко удаляется во время последующей регенерации, не нарушая при этом структуру фильтровального полотна, из которого выполнены фильтровальные элементы.

После окончания периода восстановления металла /меди/ проводят регенерацию фильтрующих элементов и фильтр переводят на обычный режим регенерации при перепаде давления, равном 1500 Па.

Заявляемое изобретение позволяет увеличить срок службы фильтровальных элементов /фильтровальных рукавов/ и фильтра в целом. Кроме того, обеспыливание газов в период восстановления обеспечивает сокращение выбросов в атмосферу особо вредных веществ, таких как мышьяк, селен и их соединений без дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

Формула изобретения

Способ очистки отходящих газов отражательной печи от пыли фильтрацией, включающий улавливание пыли фильтрующими элементами с созданием на них фильтрующего пылевого слоя и их периодической автоматической регенерацией, отличающийся тем, что в конце периода окисления производят интенсивную регенерацию фильтрующих элементов и устанавливают перепад давления, равный 2500-3000 Па, после чего на фильтрующих элементах создают равномерный подстилающий слой пыли, через который осуществляют процесс фильтрации отходящих газов в период восстановления металла, после окончания периода восстановления металла фильтр переводят на основной режим регенерации.