Обжиг молибденового концентрата на заводе - реферат

ВВЕДЕНИЕ

Почти все стадии технологических процессов производства цветных и редких металлов сопровождаются образованием пыли, уносимой технологическими и вентиляционными газами. В эти же газы в виде примесей переходят окислы серы (сернистый и серный ангидрид), хлористый водород, хлор, фтор и некоторые другие составляющие перерабатываемого сырья.

Количество образующейся пыли – так называемый вынос или переход металлов в пыль – зависит от металлургического процесса, его интенсивности, конструкции агрегата, физико-химической характеристики компонентов шихты (крупность, прочность, содержание легковозгоняемых металлов и соединений и др.) и многих других факторов.

Особенно интенсивно пыль образуется при таких процессах, как обжиг и плавка концентратов в кипящем слое (КС) и взвешенном состоянии, возгоночных процессах и др.

При обжиге молибденовых концентратов в печах КС степень пылеуноса 25-40%. Запыленность газов высокая (100-200 г/м³ и выше). Концентрация SO₂ в газах печей КС 2-2,5%. Кроме того, газы содержат серный ангидрид SO₃ .

В связи с усилением внимания к защите окружающей среды, для эффективной борьбы с выбросами промышленных предприятий устанавливается газоочистное оборудование, это позволяет значительно сократить выбросы тяжелых металлов и газообразных веществ.

ГЛАВА 1. Краткая характеристика предприятия и описание технологического процесса

1.1 Краткая характеристика предприятия

Завод «Победит» располагается в Северо-Восточной части промышленного узла г. Владикавказа. Строительство началось в 1946 г . Территория завода расположена в плотно застроенном районе промышленного узла. Площадь, занимаемая заводом, составляет 26 Га .

Площадка завода расположена по правому берегу реки Терек.

Территория завода «Победит» расположена на одной площадке с заводом «Электроцинк» со значительным количеством общих транспортных и инженерных коммуникаций. С Юго-Западной стороны площадка завода граничит с ВВРЗ, Ж/Д техникумом, разделенных Ж/Д подъездным путем. С Юго-Восточной стороны расположен ряд промышленных предприятий (завод «Топаз», стеклотара) отделение от завода Черменским шоссе. С Севера завод «Победит» граничит с заводом «Электроцинк».

В 1946 году строительство было прервано из-за ВОВ и возобновилось после ее окончания.

Официальный пуск завода был осуществлен в 1948 году, но уже во время войны отдельные участки строящегося завода выпускали подколиберные снаряды.

Металлический вольфрам и молибден, а так же твердые сплавы нашли широкое применение в самых различных отраслях промышленности. Вольфрам и молибден применяются для производства легированных сталей, жаропрочных сплавов, в электроламповой и радиотехнической промышленности, в авиации и других отраслях народного хозяйства. Твердые сплавы служат для холодной обработки металлов и неметаллических материалов, а также широко применяются в горной промышленности, угольной, нефтяной, оборонной и других отраслях промышленности.

Завод выпускает твердые сплавы, металлический вольфрам и молибден в виде порошков и штабиков, проволоки.

В настоящее время в состав завода входят:

· Цех химического сырья – цех № 3;

· Цех твердых сплавов – цех № 7, 5;

· Цех тугоплавких металлов – цех № 1, 2, 8;

· Цех тарированного вольфрама - цех № 4;

· Опытно-промышленный цех;

· Ремонтно-механический цех;

· Инструментальный цех;

· Паросиловой цех;

· Энерго цех;

· Центральная лаборатория метрологии;

· Ремонтно-строительный цех;

· Отдел технического контроля;

· Центральная заводская лаборатория;

· Транспортный цех;

· Хозяйственный цех.

Энергоснабжение – используется природный газ ставропольского месторождения, резервное питание – мазут.

Водоснабжение – осуществляется по водопроводу от Горводоканала, а так же пробурены 2 скважины на территории завода для питьевой воды. На технологические нужды используется техническая вода с завода «Ирстекло» и оборотная вода.

Сырье: поступают концентраты различных месторождений, в том числе – с Нальчикского гидрометаллургического завода поступает вольфрамовый ангидрид.

Краткая характеристика получаемой продукции:

Вольфрам и молибден – металлы 6 группы периодической системы Менделеева Д. И., имеют высокую температуру плавления: W – 3400^о С ; Мо – 2700^о С . Имеют высокую плотность W – 19 г/см³ , Мо – 14,7 г/см³ . Вольфрам обладает высокой твердостью и прочностью, а молибден более пластичен. Основное количество вольфрама идет на изготовление режущего инструмента, легированной стали, производства твердых сплавов, специальных сплавов для ядерной энергетики, химической промышленности, вольфрамовой и молибденовой проволоки (для ламп). Молибден один из основных металлов самолетостроения.

Вольфрам и молибден – кислотообразующие и имеют ярко выраженные металлические свойства. Окислы вольфрама и молибдена восстанавливаются до металлов при температуре 700-900^о С.

Краткие сведения о цехе № 3 (производство химической продукции):

Цех химсырья включает в себя 3 отделения:

- вольфрамовое;

- молибденовое;

- кобальтовое.

– Сырьем для вольфрамового отделения являются вольфрамовые концентраты месторождений со средним содержанием в них вольфрамового ангидрида (W О ₃ ) около 50%. Конечным продуктом является паравольфрамат аммония (5(NH ₄ )₂ O ·12 W О ₃ ·5Н₂ О ), который передается в цех №8 для дальнейшей переработки.

– Сырьем для молибденового участка являются молибденовые концентраты со средним содержанием молибдены около 50%. Конечным продуктом является парамолибдат аммония (3(NH ₄ )₂ O ·7 М o О ₃ ·4Н₂ О ), который передается в цех № 2.

– Кобальтовое отделение получает в качестве сырья техническую окись кобальта с содержанием кобальта около 70% с других заводов цветной металлургии. После ряда технологических операций получают окись кобальта, предназначенную для производства твердых сплавов.

1.2 Описание технологии и условий образования газов

Обжиг молибденового концентрата производят с целью перевода сульфида молибдена (MoS₂ ) в оксид молибдена (MoO₃ ) – легкорастворимое в аммиачной воде соединение.

При температуре выше 500^о С молибденит интенсивно окисляется кислородом воздуха с образованием треокиси молибдена по суммарной экзотермической реакции:

MoS₂ + 3,5O₂ = MoO₃ + 2SO₂ + Q_ккал

Реакция протекает с выделением тепла, что обеспечивает возможность проведения процесса за счет теплоты реакции. При окислении частицы молибденита покрываются пленкой триоксида молибдена, через которую кислород свободно проникает при температуре 550–600^о С , при такой температуре пленка пористая и не препятствует протеканию процесса окисления.

Исходным сырьем при обжиге являются молибденитовые концентраты с содержанием молибдена (Мо ) 47–56%, сульфидной серы (Ss ) 30–35%, железа (Fe ) 1–3,5%, кремнезема (SiO₂ ) 4–9%, мышьяка (As ) 0,03–0,06%, фосфора (Р ) 0,02–0,05%, меди (С u ) 0,4–1,5%.

Одним из факторов, определяющих качество концентрата, является крупность его частиц. Практикой обжига в печах «кипящего слоя» установлено, что при среднем размере частиц обжигаемого концентрата равном 12–14 мкм , вынос пыли из печи составляет 36–38%, а при крупности 10–12 мкм — 40–42%, при работе с более мелкими концентратами пылеунос возрастает до 60% и даже более.

Степень пылеуноса при обжиге молибденитовых концентратов в многоподовых печах 15–18%, при обжиге в печах КС 25–40%. Запыленность газов высокая (100–200 г/м³ и выше). Вследствие большого избытка воздуха, используемого для регулирования температуры, концентрация SO ₂ в газах многоподовых печей низкая: 0,9–1,5 %. Несколько выше концентрация SO ₂ в газах печей КС: 2–2,5%. Кроме того, газы содержат серный ангидрид SO ₃ .

До последнего времени очистку газов от SO ₂ и утилизацию серы из них на молибденовых предприятиях не проводили. После разбавления воздухом газы выбрасывались в атмосферу на высоте 50–135 м . В последние годы, в связи с усилением внимания к защите окружающей среды создают установки для очистки обжиговых газов от сернистого газа.

Экономически оправдано направлять газы с концентрацией SO ₂ 3–3,5 % на производство серной, кислоты. Экономичность сернокислотных установок повышается при увеличении концентрации SO ₂ в газах за счет сжигания серы в отдельной обжиговой печи. На установках меньшего масштаба применяют очистку обжиговых газов орошением их известковым молоком в скрубберах. Улавливание SO ₂ основано на образовании малорастворимого сульфита СаSО ₃ , который сбрасывают в хвосто-хранилище, где он окисляется постепенно кислородом до CaSО ₄ . Содержание S O ₂ в газах после скрубберов составляет 0,05–0,1%.

При работе на мелких концентратах с большим пылеуносом работа печи сильно осложняется, так как вместе с пылью из слоя выносится значительное количество сульфидной серы, которая горит во всем объеме печи. Из-за этого повышается температура под сводом печи, тепловой баланс обжига нарушается и увеличивается вероятность образования налипаний огарка в верхней части печи и под сводом. По мере увеличения их объема они могут срываться и вызывать нарушения режима «кипения» и, в результате, остановку печи. Поэтому при работе на разных концентратах необходимо корректировать технологические параметры операции обжига.

На Рис . 1 показана одна из промышленных печей и общая схема установки. Печь представляет собой цилиндрическую шахту, футерованную жароупорным бетоном или фасонным шамотным кирпичом. В нижней части шахты расположена воздухораспределительная решетка (подина). Решетка состоит из ряда сопел с грибовидными съемными колпачками, что

предотвращает просыпание материала под решетку.

Рис . 1. Схема установки для обжига молибденитовых концентратов в кипящем слое

1 – шихта печи, футерованная огнеупорным бетоном; 2 – разгрузочный порог; 3 – распределительная решетка (подина); 4 – сборники огарка и пыли; 5 – воздуховка; 6 – кессон; 7 – тарельчатый питатель; 8 – бункер; 9 – шлюзовый; 10 – циклон; 11 – мокрый электрофильтр; 12 – сборник пульпы.

Равномерное питание печи концентратом — важнейшее условие поддержания заданного режима обжига. Концентрат подается в печь с помощью автоматизированного узла загрузки, состоящего из цилиндрического бункера, под которым находится тарельчатый питатель с регулируемой скоростью оборотов. Газы вместе с уносимыми с ними тонкими частицами материала проходят пылеулавливающие устройства (циклон, электрофильтр) и выбрасываются в атмосферу.

Вследствие близости температур возгорания молибденитового концентрата в кипящем слое (500–510°С) и начала спекания огарков (580–590°С) обжиг концентрата можно проводить лишь при относительно низкой температуре в слое, поддерживаемой в пределах 550–570°С. При более высокой температуре на стенках печи в надслоевой зоне образуются плотные наросты, куски которых падают в слой и накапливаются на подине, что приводит к нарушению процесса.

Заданная температура в слое поддерживается автоматически. Система регулирования основана на изменении количества подаваемого концентрата. При повышении или понижении температуры по сравнению с заданной соответственно автоматически уменьшается или увеличивается количество подаваемого в печь в единицу времени концентрата путем изменения числа оборотов тарели питателя.

1.3 Характеристика печи

Для обжига молибденового концентрата в «кипящем слое» в комплекте со щитом управления используется печь высотой шахты 10 м , наружный диаметр 3,8 м , площадь пода печи 6,05 м² . Печь футерована шамотным кирпичом с прослойкой теплоизоляции между кладкой и стенкой корпуса печи.

Подина печи изготовлена из жаростойкого бетона. Диаметр подины 2,8 м² , в нее вмонтировано 940 трубок, на которые навинчены колпачки с отверстиями диаметром 2,5 и 3 мм для подачи воздуха от воздуходувок.

Под печи разделен на три секции, через которые подается воздух от воздуходувки. Возможна регулировка подачи воздуха на любую секцию. Загрузка концентрата в печь производится на высоте 1670 мм от подины. Разгрузка огарка производится со дна печи.

Для загрузки концентрата в печь используется бункер стальной вместимостью 2,2 т с тарельчатым питателем. К нему подключен электродвигатель мощностью 3 кВт , .

ГЛАВА 3. Выбор и расчет системы пылеулавливания

3.1. Выбор системы пылеулавливания

Для очистки газов обжиговых печей в данном проекте предложено установить систему пылеулавливания состоящую из циклона, электрофильтра, скруббера Вентури, так как она позволяет кроме твердых пылевых частиц уловить и часть SO₂ .

Циклон

Циклоны широко используют в металлургии для выделения из технологических газов грубой пыли, т.е. в качестве первой ступени очистки перед аппаратами тонкого пылеулавливания, но еще применяют в качестве единственной ступени очистки.

Однако циклоны способны эффективно улавливать пыль только размером 15-20 мкм и более. Выделение частиц пыли из газового потока происходит за счет центробежных сил, возникающих при вращении запыленного потока в циклоне и при изменении направлении потока при выходе в трубу.

Вращение потоку сообщается путем ввода его в аппарат либо по касательной к стенке корпуса, либо с помощью закручивающего устройства.

В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока.

Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, совершает поворот на 180^о и выходит из циклона через выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, движутся к выходному отверстию и выводятся из циклона.

Эффективность работы циклона возрастает с увеличением скорости газа, диаметра и плотности частиц пыли и уменьшается с увеличением вязкости газа и размеров циклона.

Электрофильтр

В электрофильтрах, применяемых для очистки газов, используется взаимодействие между зарядом пылевых частиц и электрическим полем. Высокое напряжение (30 – 60 кВ ) подается на коронирующие электроды, а осадительные электроды заземляют. В результате внутри аппарата создается электрическое поле. Для создания коронного разряда коронирующие электроды имеют определенную форму, которая обеспечивает вблизи их резко выраженную неоднородность электрического поля.

Частицы пыли, попадая в электрическое поле, заряжаются и перемещаются одновременно к выходу из аппарата со скоростью газа и к осадительным электродам со скоростью дрейфа. В сухих электрофильтрах происходит возвращение некоторых частиц пыли в газовый поток. Этот процесс называется вторичный пылеунос.

Электрофильтры позволяют очищать различное количество газа с высокой эффективностью (99-99,5%).

Кроме того, очищать газы под избыточным давлением, при различных температурах газов (500 ^о С).

Запыленность очищаемых газов может быть различна.

Работу электрофильтра можно полностью автоматизировать.

Недостатком является большие габариты из-за малой скорости дрейфа частиц таких фракций.

Электрофильтры состоят из корпуса, в котором расположены осадительные и коронирующие электроды. В зависимости от характеристики газа и содержащихся в нем пылевых частиц корпус электрофильтра изготовляют из стали, алюминия, кирпича, железобетона, свинца, пластмассы. При очистке газов, имеющих высокую температуру, внутри футеруют огнеопасным материалом или кислотоупорным кирпичом. Снаружи теплоизолируют.

Скруббер Вентури

Скрубберы Вентури – наиболее эффективные из аппаратов мокрой очистки газов. В связи с непрерывно возрастающими требованиями к глубине очистки газовоздушных выбросов промышленных предприятий скрубберы Вентури постепенно становятся доминирующим видом мокрых пылеуловителей.

Рис. 3.2. Принцип работы скруббера Вентури

Работа скрубберов Вентури основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Скруббер Вентури включает трубу Вентури и прямоточный циклон. Труба Вентури состоит из служащего для увеличения скорости газа конфузора, в котором размещают оросительное устройство, горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды; диффузора, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине.

Скрубберы Вентури могут работать с высокой эффективностью (96-98%) на пылях со средним размером частиц 1-2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли в широком диапазоне начальной концентрации ее в газе от 0,05 до 100 г/м³ .

Отличительной особенностью является захват улавливаемых частиц жидкостью, которая уносит их из аппарата в виде шлама.

При использовании в качестве орошающей жидкости известкового молока (Ca+ H₂ O ) происходит улавливание SO₂ на 90%.

3 .2. Расчет системы пылеулавливания

3 .2.1. Расчет потерь тепла через стенки газохода

Таблица 3.1

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V₀ Температура t_г Запыленность z Плотность пыли ρ_п		3500	м³ /ч
		560	^о С
		140	г/м³
		3500	кг/м³
Состав газа:	SO₂	3	%
	O₂	14,5	%
	N₂	80	%
	CO₂	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d ; мкм:	<5	20	%
	5-10	22	%
	10-20	24	%
	20-40	16	%
	>40	18	%

При движении газов по газоходному тракту происходит снижение температуры в результате потерь тепла в окружающую среду через стенки газохода.

1. Задаем температура на внешней стороне стенки газохода

2. Средняя температура стенки в поперечном сечении

где – температура на внутренней стороне стенки газохода, с небольшой погрешностью можно принять равной температуре отходящих газов, .

3. Определяем коэффициент теплопроводности стенки газохода

где – коэффициент, зависящий от марки стали, т.к. материалом для изготовления газоходных трактов в основном является сталь марки “Ст3", то .

4. Плотность теплового потока теплопроводности

где – толщина стенки газохода, м (обычно составляет 0,5 1,5 см).

5. Плотность теплового потока конвекции от газохода в окружающую среду

где – коэффициент теплоотдачи (для газоходного тракта круглого сечения можно принять 2,5-2,7 ).

6. Плотность теплового потока излучения от газохода в окружающую среду

где – степень черноты материала, принимается 0,78 0,82; – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,67 ; – наружная температура стенки, К; – температура окружающего воздуха, К.

7. Суммарная плотность теплового потока конвекции и излучения

8. При правильно заданной температуре на внешней стороне газохода плотность теплового потока теплопроводности и плотность теплового потока конвекции и излучения должны быть равны. Однако точного совпадения заданной и реальной температуры стенки на внешней стороне газохода добиться сложно при проведении расчета без ЭВМ. Для получения более точного значения температуры на внешней стороне стенки газохода необходимо соблюдение условия

1'. Температура на внешней стороне стенки газохода во втором приближении .

2'. Средняя температура стенки

3'. Коэффициент теплопроводности стенки газохода

4'. Плотность теплового потока теплопроводности

5'. Плотность теплового потока конвекции

6'. Плотность теплового потока излучения

7'. Суммарная плотность теплового потока конвекции и излучения

8'. Погрешность расчета

9. Расход газа (р.у.)

где – расход отходящих газов (н.у.), ; – температура газа в газоходном тракте, ; – коэффициент объемного расширения, равный .

10. Сечение газохода

где – скорость движения газа в газоходе (во избежание осаждения пыли в газоходе скорость принимается 18 – 20 м/с).

11. Диаметр газохода

12. Площадь поверхности газохода длиной 1 м

13. Линейная плотность теплового потока

14. Теплоемкость отходящих газов

15. Температура, до которой охладится газ через 1 м длины газохода

16. Снижение температуры газов на 1 м длины газохода в результате потерь тепла в окружающую среду

3 .2.2. Расчет циклона

Таблица 3.2

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V₀ Температура t_г Запыленность z Плотность пыли ρ_п		3500	м³ /ч
		565,8	^о С
		140	г/м³
		3500	кг/м³
Состав газа:	SO₂	3	%
	O₂	14,5	%
	N₂	80	%
	CO₂	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d ; мкм:	<5	20	%
	5-10	22	%
	10-20	24	%
	20-40	16	%
	>40	18	%

1. Плотность сухих газов (н.у.) определяется по формуле:

где – содержание компонентов в смеси, доли ед;

– молекулярные массы отдельных компонентов газа, ^кг /_кмоль.

2. Плотность газа (р.у.)

где – давление атмосферного воздуха (на уровне г. Владикавказа ); х – влагосодержание газа, ; – избыточное давление газа при входе в пылевую камеру, обычно принимают 1 кПа .

3. Объем газа (р.у.)

4. Выбираем оптимальную скорость в циклоне , в зависимости от циклона (ЦН-15) .

5. Необходимая площадь сечения циклона

6. Выбираем стандартный диаметр циклона D_ц = 600 мм , тогда количество циклонов

округляем до целого числа

7. При полученном количестве циклонов необходимо пересчитать диаметр

и принять ближайшее стандартное значение , тогда

8. Определяем реальную скорость движения газа в циклоне

9. Определяем погрешность между действительной и оптимальной скоростью движения газа в циклоне

10. Производительность одного циклона

11. Определяем конструктивные параметры циклона

12. Коэффициент сопротивления циклона зависит от диаметра циклона, концентрации пыли, компоновки циклонов в группе, организации выхода газа и некоторых других факторов и вычисляется по формуле:

где – коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм;

– поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона;

– поправочный коэффициент на влияние запыленности газа;

– поправочный коэффициент на влияние групповой компановки циклонов, равный 60 при круговой компановке.

13. Гидравлическое сопротивление циклона можно определить по формуле Ньютона:

14. Динамический коэффициент вязкости для каждого компонента отходящего газа:

где – вязкость для каждого компонента, ; – константа; – температура отходящих газов, К .

15. Динамическая вязкость смеси газов

16. Средний диаметр частиц каждой фракции

17. Для определения эффективности циклонов широко используют графические методы с использованием элементов теории вероятности.

Массовый состав пыли по фракциям:

где – содержание данной фракции в пыли, %.

Таблица 2.3

Средний размер пыли, мкм	Массовый состав пыли по фракциям, %	Интегральная функция вероятности, F(t)	t	g d
3,97	0,05	99,95	- 2,516	- 0,102
8,2	0,5	99,45	- 2,395	0,599
16,5	4,49	94,96	- 1,79	0,916
33	23,98	70,98	- 0,788	1,22
45,55	70,98	0	2,326	1,414

По полученным данным строим график в вероятностно-логарифмических координатах:

По графику определяются значения: d ₅₀ = 27 мкм ; lg d ₅₀ = 1,43; d _84,1 = 13 мкм .

18. Среднеквадратичное отклонение находится из соотношения:

следовательно, .

19. Медианный размер определяется по формуле

отсюда

20. Размер частиц d’ ₅₀ , улавливаемых выбранным циклоном с эффективностью 50%

где – величины, соответствующие условиям, при которых получена величина d’ ₅₀ .

21. Приведенные данные соответствуют следующим условиям работы циклонов: .

22. Фракционная степень очистки в одиночных циклонах:

где – функция распределения от величины .

Величина рассчитывается по формуле

23. Общая эффективность очистки газа в одиночном циклоне равна:

При групповой компоновке циклонов коэффициент очистки газов:

24. Запыленность газов после очистки в циклоне

25. Общая масса пыли, поступающей в циклон

26. Масса пыли, поступившей в циклон по фракциям

27. Масса пыли по фракциям после очистки

где – фракционная степень очистки, доли. ед.

28. Общая масса пыли после очистки

29. Массовое содержание каждой фракции

30. Температура газов в циклонах данного типа снижается . Температура газов после прохождения через циклон составит 540 .

31. Объемный состав пыли по фракциям:

Суммарный объемный состав пыли

—

— 100%

Так как пыль частично оседает в циклоне, то необходимо пересчитать фракционный состав пыли на выходе из циклона, составив пропорцию.

Отсюда

3.2.3.Электрофильтр

Таблица 3.4

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V₀ Температура t_г Запыленность z Плотность пыли ρ_п		3500	м³ /ч
		358,8	^о С
		16,62	г/м³
		3500	кг/м³
Состав газа:	SO₂	3	%
	O₂	14,5	%
	N₂	80	%
	CO₂	2,5	%
Состав пыли по фрак-циям d ; мкм:	<5	58,179	%
	5-10	31,057	%
	10-20	9,45	%
	20-40	0,954	%
	>40	0,36	%

1. Плотность газов (н.у.), т.е. ,

где – содержание компонентов в смеси, доли ед;

– молекулярные массы отдельных компонентов газа, ^кг /_кмоль

2. Плотность газа (р.у.)

где – давление атмосферного воздуха (на уровне г. Владикавказа ); f – влагосодержание газа, ; – избыточное давление газа при входе в пылевую камеру, обычно принимают 1 кПа.

3. Объем газа (р.у.)

4. Необходимая площадь поперечного сечения активной зоны электрофильтра

где – скорость газа в аппарате, принимается в пределах 0,8 – 1,2 .

5. Выбираем тип электрофильтра ЭГА 1-10-6-4-2.

;

расстояние между электродами .

6. Фактическая скорость газа в активном поле аппарата

7. Отношение плотности газа (р.у.) к плотности при стандартных условиях .

где – избыточное давление газа в электрофильтре (для электрофильтров серии ЭГА обычно 4 кПа ).

8. Критическая напряженность электрического поля, при которой возникает коронный разряд в электрофильтре

где – радиус коронирующего электрода, м .

9. Критическое напряжение короны для пластинчатого электрофильтра

где – шаг между коронирующими электродами равен 0,18 м ; – расстояние между плоскостями коронирующих и осадительных электродов, м . так как расстояние между одноименными электродами равно то .

10. Линейная плотность тока короны

где – коэффициент, зависящий от отношения ; К – подвижность ионов в газе, , для сухого воздуха ; U – рабочее напряжение в электрофильтре, В (обычно составляет 50 – 100 кВ).

11. Напряженность электрического поля

где – диэлектрическая проницаемость вакуума, равная

12. Динамическая вязкость компонентов отходящего газа (р.у.)

где – вязкость для каждого компонента, ; – константа; – температура отходящих газов, К.

13. Динамическая вязкость смеси газов

14. Средний диаметр частиц каждой фракции

15. Удельная поверхность осаждения

16. Скорость дрейфа частиц каждой фракции

17. Фракционный коэффициент очистки

18. Общий коэффициент очистки газа от пыли в электрофильтре

19. Запыленность газа после очистки

20. Объемный состав пыли по фракциям

21. Суммарный объемный состав пыли

22.

Так как пыль не полностью оседает в электрофильтре и отходящие газы могут направляться на вторую ступень тонкой очистки, то необходимо пересчитать фракционный состав пыли на выходе из электрофильтра. Составим пропорцию:

23. Температура газов в аппарате в среднем снижается до 338,8 .

3.2.4.Скруббер Вентури

Таблица 3.4

Параметры отходящих газов		Численное значение	Ед. измерения
Расход V₀ Температура t_г Запыленность z Плотность пыли ρ_п		3500	м³ /ч
		315	^о С
		7,9	г/м³
		3500	кг/м³
Состав газа:	SO₂	3	%
	O₂	14,5	%
	N₂	80	%
	CO₂	2,5	%
Состав пыли по фракциям d ; мкм:	<5	72,65	%
	5-10	24,401	%
	10-20	2,9	%
	20-40	0,045	%
	>40	0,004	%

1. Количество газов на входе в скруббер (р.у.). Разряжение перед скруббером составляет .

2. Общий расход воды в скруббере

где – удельный расход воды, приблизительно

3. Влагосодержание отходящих газов

4. Содержание других компонентов в 1 отходящих газов

5. Плотность компонентов сухого газа (н.у.)

6. Процентный состав компонентов отходящих газов в пересчете на сухой газ

Проверка:

7. Плотность газов (н.у.)

8. Плотность влажных газов (р.у.) на входе в скруббер

9. Температура газов на выходе из скруббера

10. Гидравлическое сопротивление сухой трубы (без орошения)

где – коэффициент сопротивления сухой трубы, принимается в пределах 0,12–0,15; – скорость газа в горловине трубы, принимается 90–200 .

11. Гидравлическое сопротивление, обусловленное введением жидкости

где – плотность жидкости, (например, плотность воды при температуре 4 равна 1000 ); – коэффициент сопротивления, обусловленный введением жидкости

где и – эмпирические коэффициенты (для скруббера Вентури оптимальной конфигурации с центральным подводом жидкости равны: =0,63 и ).

12. Потеря давления в трубе Вентури

13. Диаметр циклона каплеуловителя

где – скорость движения газа в каплеуловителе, . В качестве каплеуловителя часто используют прямоточные циклоны, оптимальная скорость движения газа в которых составляет 2,5–4,5 .

14. Выбираем циклон-каплеуловитель КЦТ-1000, высота которого составляет .

15. Гидравлическое сопротивление каплеуловителя

где – коэффициент сопротивления для прямоточных циклонов, обычно 30–33.

16. Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури

17. Начальное влагосодержание газа

18. Плотность газа (р.у.) на выходе из скруббера

19. Количество газа на выходе из трубы Вентури

20. Скорость газа в горловине трубы Вентури

21. Диаметр горловины трубы Вентури

22. Диаметр входного сечения конфузора

где – скорость газа во входном сечении конфузора, принимается 20 .

23. Диаметр выходного сечения диффузора

где – скорость газа во входном сечении конфузора, принимается 20 .

24. Длина конфузора

где – обычно .

25. Длина горловины

26. Длина диффузора

где – угол расширения диффузора, принимается равным 6 .

27. Полная длина каждой трубы Вентури

28. Кинематическая вязкость компонентов газа

29. Кинематическая вязкость компонентов смеси газов

30. Средний размер капель

где – удельный расход воды, .

31. Средний фракционный размер частиц

32. Критерий Стокса для частиц различных размеров

33. Фракционная эффективность

34. Общий коэффициент очистки газа в скруббере

35. Запыленность газов после очистки

36. Фракционный состав пыли после скруббера Вентури

Суммарный объемный состав пыли

37. Расход газа (н.у.) на выходе из скруббера Вентури

Так как в скруббер подается известковое молоко для улавливания SO₂ , то состав газа на выходе из скруббера изменится с учетом того, что SO₂ по экспериментальным данным уловится на 90%, тогда

3 · 0,9 = 2,73%

SO₂ = 3 – 2,7 = 0,3%

В соответствии с этим состав газа будет:

SO₂ = 0,3%

O₂ = = 14,9%;

N₂ = = 82,23%;

СО₂ = = 2,57%

В результате на выходе из системы пылеулавливания запыленность газов составляет 0,006 и степень очистки системы пылеулавливания:

На Рис . 3 представлена технологическая схема процесса обжига молиб-деновых концентратов в печи КС.

В процессе обжига образуются запыленные газы в результате продувки воздухом слоя шихты. Воздух, при прохождении через слой, захватывает частицы шихты мелких фракций и выносит из печи. Запыленность газов на выходе из печи составляет .

3.2.5. Расчет сопротивлений газоходного тракта

1. Определяем среднюю температуру газов в газоходе:

, ^о С

где t _к – температура газов в конце газоходного тракта,^о С.

^о С

2. Определяем коэффициент вязкости смеси газов:

где η₁ , η₂ ,…, η_п – коэффициенты вязкости компонентов газа, , значения которых определяем методом линейной интерполяции при температуре 312^о С:

3. Определяем расходы компонентов отходящих газов

, м³ /ч

м³ /ч

4. Определяем плотность отходящих газов при нормальных условиях:

, кг/м³

1,34 кг/м³

5. Определяем критерий Рейнольдса:

;

6. Определяем коэффициент внешнего трения газа для труб с гладкой поверхностью (стальных) при турбулентном режиме:

7. Определяем скорость газа в газоходе при нормальных условиях:

, м/с

м/с

8. Определяем потери напора на трение:

, Па

Па

9. Определяем потери напора на местные сопротивления:

, Па

где: - коэффициент местного сопротивления, ,

- температура газа в области местного сопротивления, ⁰ С.

10. Определяем суммарные потери напора на местные сопротивления:

, Па

Па

11. Определяем величину геометрического напора на местные сопротивления по формуле:

, Па

где – высота подъема или спуска газа в газоходном тракте на участке создания геометрического напора, м ; - плотность окружающего воздуха при нормальных условиях, кг/м³ ; - температура окружающего воздуха, ⁰ С; - средняя температура газа на участке, для которого определяется геометрический напор, ⁰ С; g – ускорение свободного падения, равно 9,8 м/с² .

12. Определяем суммарный геометрический напор с учетом того, что газ направляется вниз:

, Па

Па

13. Определяем суммарные потери напора в газоходном тракте:

, Па

где - гидравлическое сопротивление циклона, равное 688,9 Па ; - гидравлическое сопротивление сухого электрофильтра, равное 150 Па ; - гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, равное 6096 Па ;

Па

15. Для создания тягодутьевого режима выбираем дымосос типа ВВД-9:

Производитель-ность при максимальном КПД, м³ /ч	Полное давление при максималь-ном КПД, Па	Характеристики		Скорость вращения, об/мин	Масса, кг	Завод произво-дитель
		Тип	Мощность, кВт
5000	8000	ВВД-9	40	1700	241	-

Вывод:

В результате расчетов выбрана следующая система газоочистки:

– циклон типа ЦН-15;

– сухой электрофильтр типа ЭГА 1-10-6-4-2;

– скруббер Вентури.

Общая эффективность очистки газа – 99,9994%.

ГЛАВА 5. Охрана окружающей среды

5.1 Воздействие существующего процесса на окружающую среду

Обжиг молибденового концентрата производят с целью перевода сульфида молибдена в оксид молибдена – легкорастворимое в аммиачной воде соединение. При температуре выше 500^о С молибденит интенсивно окисляется кислородом воздуха с образованием трехокиси молибдена по суммарной экзотермической реакции:

МоS₂ + 3,5O₂ = MoO₃ + 2SO₂ ↑ + 2666_ккал

Реакция протекает с выделением тепла, что обеспечивает возможность проведения процесса за счет теплоты реакции. При окислении частицы Мо покрываются пленкой триоксида молибдена, через которую кислород свободно проникает при температуре 550-600^о С, при такой температуре пленка пористая и не препятствует протеканию процесса окисления.

Характеристика сырья, основных и вспомогательных материалов:

– концентрат молибденовый ГОСТ 212-76;

– продукты (оборотные) процессы обжига: пыль циклонная, фильтровальные полотна, счистки из газоходов, шламы из скруббера и мокрого электрофильтра;

– газ природный, давление не более 0,6 кгс/см² ;

– вода умягченная, жесткость не более 0,1 г-экв .;

– воздух сжатый, давление не более 0,3 кгс/см² ;

– сетка металлическая №09, для просева песков;

– решетка металлическая, нестандартная, размер ячейки 8-10 мм , для просева концентрата;

– песок кварцевый, ГОСТ-75.

Технологическое оборудование:

Печь «КС» для обжига молибденового концентрата футерована жаропрочным кирпичом толщиной 250 мм . Высота шахты печи 10 м , площадь пода 6,05 м² , наружный диаметр 3,8 м . Подина печи состоит из трех секций. К печи «КС» - холодильник для выгрузки огарка.

На заводе используется аппаратурно-технологическая схема очистки газов, состоящая из:

1 . печь КС;

2. циклон СИОТ;

3 . сухой двухпольный электрофильтр типа ОГ-2-8;

4. форсуночный скруббер;

5 . мокрый пластинчатый электрофильтр в титановом исполнении.

Существующая схема очистки газов имеет некоторые недостатки, заключающиеся в улавливании диоксида серы (SO₂ ) приблизительно на 50%, что не является достаточно эффективным.

Характеристика существующих данных до реконструкции:

– процентный состав компонентов шихты: Мо – 52%, As – 0,03%, Cu – 0,4%, SiO ₂ – 4%;

– расход газа при рабочих условиях V ₀ = 14 457 м³ /ч ;

– запыленность z = 0,14%;

– состав SO₂ в отходящих газах с учетом улавливания составляет 1,5%;

– валовые выбросы составляют: пыль - 7,0264 т/год , Мо - 0,4852 т/год , As - 0,0005 т/год , Cu - 0,008 т/год , SiO ₂ - 0,05 т/год .

Рассчитываем валовые выбросы газообразного вещества до реконструкции [10]:

где м – молекулярная масса газообразного компонента;

- годовое время, равное .

т/год .

В процессе обжига молибденовых концентратов в печах КС образуются газы, в состав которых входят такие вредные вещества как: молибден (Мо ), медь (Cu ), железо (Fe ), рений (Re ), диоксид серы или сернистый ангидрид (SO₂ ), мышьяк (As ), диоксид кремния или кварц (SiO ₂ ) [9].

Молибден (Мо) – встречается в природе в виде минералов, основной из них молибденит (МоS₂ ). Получается при окислительном обжиге молибденовых концентратов (550-600^о С) и восстановлении полученной МоО₃ . Применяется в виде чистого Мо и ферромолибдена в производстве стали и сплавов; как материал для ядерных реакторов; в электро- и радиотехнике; в нагревателях высокотемпературных печей; в реактивных двигателях.

Токсическое действие:

Молибден, попадающий в организм с растительной пищей, более токсичен, чем его неорганические соединения, и вызывает изменения аналогично селену. Молибденоз напоминает подагру; повышается образование мочевой кислоты, наблюдаются артрозы, полиартральгии. Молибден циркулирует в крови в виде комплекса с белками; в печени и почках он образует прочный белковый комплекс. Выделение происходит главным образом с мочой.

Медь ( Cu ) – розовый или красноватый металл. Применяется для изготовления проводов и токопроводящих деталей; для изготовления сплавов; в химической промышленности; в гальванотехнике. Получается переработкой обогащенных сульфидных окисных и карбонатных медных руд пиро- или гидрометаллургическими методами.

Токсическое действие:

Медь содержится в организме главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения. Во вредном действии избытка меди решающую роль играет реакция Cu ²⁺ с SH-группами ферментов. С колебаниями Cu в сыворотке и коже связывают появление депигментации кожи (витилиго). Соединения меди, вступая в реакцию с белками тканей, оказывают резкое раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта.

Рений ( Re ) – светло-серый металл. Встречается в виде соединений, сопутствующих ряду минералов (молибденит, халькопирит и др.). Применяется в качестве добавки при получении многих сплавов; в производстве электроламп и электровакуумных приборов; как катализатор.

Токсическое действие:

При обработке сплавов Re с молибденом в воздухе могут обнаруживаться концентрации пыли в пределах 2-240 мг/м³ , на заключительных этапах 1-21 мг/м³ . У рабочих при обработке горячих сплавов с Re более часты заболевания верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация для металлического рения рекомендуется ориентировочно 6 мг/м³ .

Железо ( Fe ) – серебристо-белый металл. Соединения железа: окись железа (II) – FeO, окись железа (III) – Fe₂ O₃ , окись железа (II,III) – Fe₈ O₄ , сульфат железа (II) – FeSO₄ × 7H₂ O и др.

Токсическое действие:

Аэрозоли (пыль, дым) железа и его окислов, руд и других соединений Fe при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают сидероз – разновидность пневмокониоза с относительно доброкачественным течением. Различают так называемый «красный сидероз», вызываемый Fe₂ O₃ , и «черный сидероз», возникающий от вдыхания пыли Fe , его карбонатов и фосфатов. Сидероз характеризуется малым количеством жалоб, удовлетворительным общим состоянием, длительным сохранением трудоспособности, редко сочетается с туберкулезом. Возможны также бронхиты, начальная эмфизема; сухой плеврит. Описан случай «железной лихорадки» у электросварщиков после работы в плохо вентилируемом помещении, в атмосфере пыли и паров, содержащих Fe . Симптомы – усталость, потливость, повышение температуры, лейкоцитоз. При воздействии пыли Fe у работающих выявлялись астеновегетативный синдром с сосудистой дистонией; нарушения функции печени; снижение желудочной секреции и др.

Диоксид серы (SO₂ сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом, tпл -75,46 °С, tкип - 10,1 °С; при обычной температуре сжижается под давлением 0,4-0,5 МПа . Входит в состав вулканических газов. В промышленности получают обжигом сульфидных руд (напр., пирита). Применяется главным образом в производстве серной кислоты, а также как восстановитель, отбеливатель, консервант, хладагент, антиоксидант и др.

Токсическое действие:

Доказана зависимость частоты острых респираторных заболеваний и хронических заболеваний легких у взрослых и детей от загрязнения атмосферного воздуха именно диоксидом серы. Порог рефлекторного действия на состояние коры головного мозга лежит на уровне 0,6 мг/м³ . Большинство людей ощущают запах газа в концентрации 2,6 мг/м³ , а наиболее чувствительные — 1,6 мг/м³ . Таким образом, ПДК 0,5 мг/м³ SO₂ лежит ниже порога ощущения запаха и рефлекторного влияния на дыхание. При одновременном присутствии в воздухе SO₂ и SO₃ ПДК обоих веществ соответственно снижается. Токсичность SO₂ резко возрастает при одновременном воздействии SO_3. При концентрации сернистого ангидрида в воздухе 26 мг/м³ хвойные деревья погибают в течение нескольких часов; при 5,2-25,0 мг/м³ наблюдается острое отравление хвойных и лиственных пород, а при 1,8-5,2 мг/м³ происходит хроническое их отравление.

Мышьяк ( As ) — серое с металлическим блеском хрупкое вещество с ромбоэдрической кристаллической решеткой, a = 0,4135 нм и a = 54,13°. Плотность 5,74 кг/дм³ . Структура серого мышьяка похожа на структуру серой сурьмы и по строению напоминает черный фосфор. Мышьяк химически активен. При хранении на воздухе порошкообразный As воспламеняется с образованием кислотного оксида As₂ O₃ . Этот оксид в парах существует в виде димеров As₄ O₆ .

Токсическое действие:

Мышьяк и все его соединения ядовиты. При остром отравлении мышьяком наблюдаются рвота, боли в животе, понос, угнетение центральной нервной системы. Помощь и противоядия при отравлении мышьяком: прием водных растворов Na₂ S₂ O₃ . Промывание желудка, прием молока и творога; специфическое противоядие — унитиол. ПДК в воздухе для мышьяка 0,5 мг/м ³ . Работают с мышьяком в герметичных боксах, используя защитную спецодежду. Из-за высокой токсичности соединения мышьяка использовались Германией как отравляющие вещества в Первую мировую войну.

Диоксид кремния (SiO₂ кремнезем) - бесцветные кристаллы, t пл - 1728 °С, обладают высокой твердостью и прочностью. В природе — минерал кварц. Кремния диоксид применяют в производстве стекла, керамики, абразивов, бетонных изделий, для получения кремния, как наполнитель в производстве резин, в хроматографии и др.; кристаллы кварца — в радиотехнике и ультразвуковых установках.

Токсическое действие:

Для некоторых организмов кремний является важным биогенным элементом. Он входит в состав опорных образований у растений и скелетных — у животных. В больших количествах кремний концентрируют морские организмы — диатомовые водоросли, радиолярии, губки. Мышечная ткань человека содержит (1-2)·10^-2 % кремния, костная ткань — 17·10^-4 %, кровь — 3,9 мг/л . С пищей в организм человека ежедневно поступает до 1 г кремния. Соединения кремния не ядовиты. Но очень опасно вдыхание высокодисперсных частиц как силикатов, так и диоксида кремния, образующихся, например, при взрывных работах, при долблении пород в шахтах, при работе пескоструйных аппаратов и т. д. Микрочастицы SiO₂ , попавшие в легкие, в них кристаллизуются, а возникающие кристаллики разрушают легочную ткань и вызывают тяжелую болезнь — силикоз.

Таблица 3.1

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³

Вредные вещества	ПДК мг/м³		Класс опасности
Вредные вещества	Максимально разовая ПДКм.р	Среднесуточная ПДКс.с	Класс опасности
пыль	0,3	0,1	3
Mo	0,1	0,1	4
SO₂	0,5	0,05	3
Cu	-	0,002	2
SiO₂	0,15	0,05	3
As	-	0,003	2

5.2. Проектные природоохранные мероприятия

Для снижения выбросов пыли и улавливания диоксида серы из отходящих газов предусмотрено установить систему газоочистки, состоящую из:

– циклона ЦН-15;

– сухого электрофильтра типа ЭГА 1-10-6-4-2;

– скруббера Вентури.

Эффективность улавливания пыли при такой системе составляет 99,9%, что значительно превышает улавливание пыли по существующему положению.

Для улавливания SO₂ применяем известковый метод орошения скруббера Вентури. Известковое молоко мы получаем подачей в смеситель Са и Н₂ О, откуда оно поступает в отстойник. Улавливание SO₂ основано на образовании малорастворимого сульфита CaSO ₃ , который сбрасывают в хвостохранилище, где он окисляется постепенно кислородом до CaSO ₄ :

SO₂ + CaCO₃ + H₂ O → Ca(HSO₃ )₂ + CO₂

В адсорбер подается воздух и бисульфит кальция. В результате взаимодействия с кислородом воздуха он превращается в гипс:

Са(HSO₃ )₂ + O₂ + H₂ O → CaSO₄ ∙ 2H₂ O + H₂ SO₄

Образующаяся серная кислота взаимодействует с известняком:

CaCO₃ + H₂ SO₄ + H₂ O → CaSO₄ ∙ 2H₂ O + CO₂

В результате химической реакции происходит улавливание SO₂ на 90%.

Вследствие приведенных процессов валовые выбросы сократятся.

5.3. Расчет валовых поступлений выбросов загрязняющих веществ

1. Определяем валовые выбросы компонентов содержащихся в пыли по проекту:

т/год

где - расход газа = 14 457 м³ /ч ;

- годовое время, равное .

z – запыленность после всех аппаратов газоочистки = 0,006%.

т/год ;

т/год .

2. Рассчитываем валовые выбросы газообразного вещества по проекту:

где м – молекулярная масса газообразного компонента.

т/год

5.4. Расчет приземной концентрации вредных веществ, создаваемых выбросами проектируемого производства

1. Исходные данные для расчета:

Таблица 3.2

№	Параметр	Обозначе-ние	Ед.изм.	Численное значение
1	Число дымовых труб	N	шт.	1
2	Высота дымовой трубы	Н	м.	30
3	Температура газов в устье трубы	t_г	⁰ С	64
4	Температура окружающего воздуха	t_в	⁰ С	25
5	Расход газа	V₀	м³ /ч	14 457
6	Запыленность	z	г/м³	0,006
7	Содержание молибдена в пыли	Мо	%	52
8	Содержание в газах по объему диоксида серы	SO₂	%	0,3

2. Определяем расход газов при температуре газов в устье трубы:

, м³ /ч

м³ /ч

3. Определяем секундный расход отходящих газов:

, м³ /с

м³ /с

4. Принимаем скорость выхода газов из устья трубы 20 м/с .

5. Определяем диаметр устья дымовой трубы:

, м

6. Разность температур в устье трубы определяем по формуле:

∆ , ⁰ С

∆ ⁰ С

7. Определяем мощность выбросов пыли, содержащейся в отходящих газах:

, г/с

где z – запыленность газа (н.у.), г/м³ ;

8. Определяем мощность выбросов загрязняющих веществ, содержащихся в пыли, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени:

, г/с

где а _k. _i _. – содержание i -го компонента в пыли по массе, доли ед.;

9. Определяем мощность выбросов вредных газообразных компонентов содержащихся в отходящих газах:

, г/с

10. Находим параметр f :

11. Определяем параметр υ _м :

υ_м =

12. Определяем параметр :

13. Определяем параметр :

14. Так как f < 100, то коэффициент m определяем следующим образом:

15. Так как 0,5≤ <2, то коэффициент n определяем следующим образом:

16. Определяем коэффициент d :

17. Определяем опасную скорость ветра

18. Максимальное значение приземной концентрации вредных веществ при выбросе отходящих газов из одиночного точечного источника при неблагоприятных метеорологических условиях определяем по формуле:

мг/м³

где А – коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы (принимаем 200); М () – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (принимаем 1,02); Н (30 м ) – высота источника выброса над уровнем земли; – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км , ; – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха ; – расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле

где D (м ) – диаметр устья источника выброса; – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

19. Определяем расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения:

20. Определяем коэффициент S ₁ для различных выбранных расстояний по следующим формулам и значения заносим в таблицу 3.3:

при

при 1<

Таблица 3.3

х , м		Коэффициент S₁

21. Находим приземную концентрацию вредных веществ в атмосфере по оси факела на заданных расстояниях от источника выброса при опасной скорости ветра по формуле, значения заносим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

х , м

Концентрация вредных веществ, мг/м³

= 459,2

= 9 840

= 642 880

= 1 108,8

= 23 760

= 1 552 320

= 936,6

= 28 980

= 1 893 360

= 978,6

= 20 070

= 1 311 240

22. При заданной скорости ветра аргумент t_y вычисляем по формуле:

;

23. Коэффициент S ₂ для различных расстояний у по перпендикуляру к оси факела при х = 200 м определяем по следующей формуле, и значения заносим в таблицу 3.5:

;

принимаем х = 200 м

Таблица 3.5

y , м	t_y	Коэффициент S₂

24. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса определяем по формуле, и значения заносим в таблицу 3.6.

;

Таблица 3.6

y , м	Концентрация вредных веществ, мг/м³
y , м

Приземные концентрации SO₂ и Мо значительно ниже их ПДК_м.р _. , т. е. экологические нормативы соблюдаются.

5.5. Расчет размера платы за загрязнение окружающей среды

Таблица 3.7

Наименование вещества

ПДВ

т/год

М^ПДВ

Валовые выбросы, т/год

Норматив платы,

руб/т

до реконструк-ции М^сущ

после реконструк-ции М^пр

в пределах допустимых норм Н^п

в пределах лимитов Н^л

Пыль

Мо

SO₂

Si O₂

0,4

0,001

0,005

1000

0,05

7,0264

0,4852

0,0005

0,008

4461

0,05

0,624

0,324

0,00019

0,0025

892,2

0,025

329,6

67,2

2185,6

3280

128

131,2

1648

336

10928

16400

640

656

1. Плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах допустимых нормативов до реконструкции системы пылеулавливания:

руб/год ,

где – норматив платы за выброс загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов, руб/т; к_э – коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние атмосферного воздуха), по территориям экономических районов Российской Федерации (равный 1,6); к_г – коэффициент равный 1,2 при выбросе загрязняющих веществ в атмосферный воздух городов; k_и - коэффициент индексации, равный 2,36; – валовые выбросы загрязняющего вещества от данного источника, если количество загрязняющего вещества, поступающего от данного источника, не превышает ПДВ, т/год .

руб/год ,

2. Суммарная плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах допустимых нормативов до реконструкции системы пылеулавливания

П^д = 4 480,5 + 121,8 + 73,8 + 576 000 + 4,9 + 29,6 = 580 710, 55 руб/год .

3. Плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов до реконструкции

руб/год ,

4. Суммарная плата за выбросы загрязняющих веществ в пределах установленных лимитов до реконструкции

П^л = 29 859,8 + 128,8 + 221,4 + 9 967 680 = 9 997 890 руб/год .

5. Общая плата за выбросы в окружающую среду до реконструкции

П^д.р руб/год

Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ после реконструкции

1. Плата за выбросы в окружающую среду в пределах допустимых нормативов после реконструкции

руб/год ,

2. Суммарная плата за выбросы загрязняющих веществ после реконструкции

П^п.р = 925,52 + 98 + 1,87 + 36,9 + 513 907,2 = 514 984, 3 руб/год .

3. Разность платы за выбросы загрязняющих веществ по существующему положению и по проекту

∆П = П^д.р – П^п.р = 10 578 600 – 514 984,3 = 10 063 616,25 руб/год .

ГЛАВА 2. Патентные исследования

Одним из важнейших факторов, способствующих достижению научно-технического процесса, являются патентные исследования.

Ускорение научно-технического прогресса и повышение эффективности общественного производства могут быть обеспечены при условии создания машин, оборудования, приборов и технологических процессов, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и зарубежные достижения.

Изучение высших достижений мировой науки и техники, новейших изобретений, создаваемых в нашей стране и за рубежом, возможно на основе глубоких патентных исследований.

Под патентными исследованиями понимают поиск, отбор и анализ патентов, научно-технической информации, содержащий сведения о технических решениях, прежде всего, изобретениях, по интересующей тематике.

Целью данных патентных исследований является определение технического уровня по теме «Очистка газов с помощью скрубберов Вентури и электрофильтров». При выполнении патентных исследований по этой теме использовался тематический поиск.

Согласно заданию патентный поиск проведен для нахождения технических решений, направленных на повышение эффективности газоочистки. Поиск проведен на глубину 23-x лет по России. Результаты патентных исследований сведены в таблицы, прилагаются.

2.1. Регламент поиска

2.2. Патентная документация, отобранная для последующего анализа

2.3. Изобретения, отобранные для анализа

Патент № 2 261 139

Вихревой скруббер

Реферат:

Предлагаемое изобретение относится к тепломассообменной аппаратуре химической, пищевой, металлургической и других отраслей промышленности и предназначено для мокрой очистки газов от твердых, жидких и газообразных примесей, а так же охлаждения и конденсации паров, проведения химических реакций в системе газ–жидкость–твердое. Вихревой скруббер содержит корпус, состоящий из цилиндроконического конфузора, горловины и диффузора, установленное в корпусе соосно с ним сопло, соединенное с патрубком ввода пылегазового потока, и имеющий подводящие патрубки Г-образной формы, выполненные с возможностью поворота вокруг своей оси, и газоотделительную емкость, снабженную патрубками отвода очищенного газа и жидкости с уловленными частицами, причем подводящие патрубки подключены к системе подачи жидкого поглотителя, а сопло имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса. В патрубок ввода пылегазового потока встроен датчик концентрации пыли, соединенный с контроллером, подключенным к исполнительному механизму регулирующего клапана, установленного между системой подачи жидкого поглотителя и подводящими патрубками. Патрубок отвода жидкости с уловленными частицами выполнен тангенциально к газоотделительной емкости. Очищенный газ выводится из аппарата через патрубок. Сопло герметизировано в корпусе при помощи уплотнения.

Технический результат – повысить степень очистки газа, обеспечивает возможность проведения быстропротекающих реакций в системах жидкость– твердое и газ–жидкость–твердое, позволяет сократить длину аппарата при заданной производительности; возможность очистки сильно запыленных потоков.

Патент № 2 040 951

Труба Вентури

Реферат:

Использование: очистка запыленных газов, содержащих взвешенные частицы в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: труба Вентури содержит цилиндрическую камеру закручивания с крышкой, тангенциальным входным патрубком и вставкой в виде соосно размещенного обратного конуса, установленного с возможностью вертикального перемещения, конфузор, горловину, диффузор и систему орошения, при этом обратный конус снабжен лопатками, укрепленными на его наружной части, и подвешен на роликах, опирающихся на заглушенные с торцов наклоненные полки, прикрепленные к крышке камеры закручивания, причем каждый ролик снабжен витой цилиндрической пружиной, один конец которой прикреплен к оси ролика, а другой к заниженному заглушенному торцу полки.

Технический результат – повышение эффективности очистки газа за счет автоматической регулировки положения конуса.

Патент № 2 040 952

Устройство для очистки газов в виде трубы Вентури

Реферат:

Использование: мокрая очистка технологических и дымовых газов, аспирационного воздуха систем промышленной вентиляции. Изобретение относится к укороченным трубам Вентури, используемым, например, при улавливании крупно- и тонкодисперсных частиц пыли. Сущность изобретения: устройство для очистки газов в виде трубы Вентури содержит подводящий газоход, конфузор, горловину, диффузор с углом конусности 12 45 , орошающее приспособление, упругие пластины лепестки, закрепленные одной стороной на внутренней поверхности диффузора под острым углом к оси трубы, при этом полость под пластинами лепестками сообщена с наружной частью диффузора через отверстия, выполненные в его стенке, причем наружная часть диффузора снабжена кожухом, нижняя часть которого загнута в сторону центральной оси трубы с образованием кольцевого заборного отверстия между нижним торцом диффузора и загнутой частью кожуха.

Технический результат – повышение эффективности очистки газов.

Патент № 2 040 953

Скруббер Вентури

Реферат:

Использование: тепломассообменные аппараты в химической, горнодобывающей, пищевой и других отраслях промышленности, предназначенные для мокрой очистки газов от твердых, жидких и газообразных примесей, а также охлаждения и конденсации паров, проведения химических реакций в системе газ–жидкость–твердое. Сущность изобретения: скруббер Вентури включает конфузор с конической вставкой в виде многовитковой спирали из гофрированного листового материала с расположением гофров поперек направлению движения потока, горловину, диффузор и форсунку орошения, при этом спираль образована спаренным листовым материалом, причем листы соединены между собой вершинами гофров, а канал, образованный между витками, выполнен из конфузорного и диффузорного участков, верхняя кромка спаренных листов снабжена заборным отверстием для жидкости, а вершины гофров, образующих горловины каналов, снабжены эжекционными отверстиями.

Технический результат – повышение качества очистки газа, за счет интенсификации движения газа через вставку конфузора с последовательным расширением и сжатием, что облегчает отрыв пленочной жидкости, стекающей вниз по поверхности листов, и ее распыление в потоке газа.

Патент № 2 010 590

Скруббер

Формула изобретения:

Скруббер, содержащий корпус, частично заполненный жидкостью, вертикальную трубу Вентури, подающий тангенциальный патрубок, эжекторную оросительную вставку, установленную в конфузоре трубы Вентури, каплеуловитель в виде обратного усеченного конуса, расположенный соосно на диффузоре трубы Вентури и снабженный в верхней части отводящим патрубком, завихритель, бак абсорбента с крышкой, соединенный с оросительной вставкой, и выполненный с переливной трубой, отличающийся тем, что бак абсорбента установлен над конфузором трубы Вентури, оросительная вставка выполнена в виде нисходящей спиральной ленты, изогнутой по поверхности конуса, прикрепленной по основанию конуса к нижней части наружной стенки бака абсорбента, и снабжена штоком, жестко прикрепленным к витку ленты в вершине конуса и соединенным на резьбе с крышкой бака абсорбента, усеченный конус каплеуловителя размещен в корпусе, меньшим основанием на уровне и с зазором к нижней части трубы Вентури, с образованием кармана и выполнен с углом раскрытия 7-8 , при этом завихритель размещен в кольцевом зазоре между трубой Вентури и внутренней стенкой каплеуловителя, отводящий патрубок каплеуловителя подведен тангенциально, а переливная труба бака абсорбента сообщена с полостью кармана.

Технический результат – изменение расхода абсорбента осуществляется одновременно с изменением объема очищаемого газа, при этом подача абсорбента происходит за счет разряжения, создаваемого эжекцией абсорбента из дополнительного бака, а процесс каплеулавливания интенсифицирован благодаря расширению конусной части каплеуловителя в верхней части, что позволяет достичь поставленную цель – повышение очистки путем улучшения эксплуатационных характеристик.

Вывод

Патентный поиск был проведен по теме: «Скруббер для очистки газов» по России с 1986 по 2008 гг. В результате поиска было найдено 9 изобретений. Все найденные технические решения направлены на повышение эффективности и качества очистки газов.

Проанализировав вышеуказанные изобретения, было решено использовать «Скруббер Вентури» (патент № 2 040 953).

Преимуществом предложенного изобретения является повышение качества очистки газа, за счет интенсификации движения газа через вставку конфузора с последовательным расширением и сжатием, что облегчает отрыв пленочной жидкости, стекающей вниз по поверхности листов, и ее распыление в потоке газа.

ГЛАВА 4. Автоматизация

Решающим фактором, обеспечивающим высокие технико-экономические показатели процесса обжига молибденитового концентрата в печи КС, является соблюдение оптимальных условий его прохождения.

Как показывает практика, управление технологическим процессом в печи КС без применения средств автоматизации затруднено и приводит к частым его нарушениям, к неполному использованию энергетических возможностей печи по производительности и качеству конечных продуктов обжига. Полное использование всех возможностей процесса обжига, ведение его в наивыгоднейших режимах, обеспечивающих наибольший эффект как по производительности, так и по качеству готовой продукции и экономичности, возможной лишь при комплексной автоматизации.

Обеспечение надежного объективного контроля над ходом процесса обжига является основным и необходимым условием для создания системы автоматического управления этим процессом, обеспечивающей высокие качественные показатели. Система автоматического контроля должна охватывать параметры, по которым можно объективно оценить ход процесса обжига и своевременно принять верное решение по устранению возникающих нарушений режима. В первую очередь необходимо контролировать параметры, влияние которых на процесс наиболее значимо.

Рассмотрение параметров процесса обжига молибденитового концентрата в печи КС и их оценка позволяет сделать выводы относительно необходимости их автоматического контроля.

В задачу изучения печи КС как объекта автоматического регулирования входит нахождение основных технологических параметров, определяющих ход процесса, возможность и необходимость их автоматического контроля.

4.1. Описание технологического процесса с установкой очистки газа как объект регулирования

Обжиг молибденитового концентрата производят с целью перевода сульфида молибдена в оксид молибдена - легкорастворимое в аммиачной воде соединение. При температуре выше 500°С молибденит интенсивно окисляется кислородом воздуха с образованием трехокиси молибдена по суммарной экзотермической реакции:

MoS₂ + 3,5О₂ = МoО₃ + 2SО₂ + Q_ккал

Реакция протекает с выделением тепла, что обеспечивает возможность проведения процесса за счет теплоты реакции. При окислении частицы Мо покрываются пленкой триоксида молибдена, через которую кислород свободно проникает при температуре 550-600°С, при такой температуре пленка пористая и не препятствует протеканию процесса окисления.

Кинетика и химизм окисления молибденита

При температурах выше 500°С минерал молибденит интенсивно взаимодействует с кислородом с образованием триоксида молибдена по суммарной реакции

MoS₂ + 3.5О₂ МоО₃ + 2SО₂ ; Н°298 = -956,0 кДж/моль .

Скорость и закономерности окисления MoS₂ при различных температурах зависят от структуры оболочек твердых продуктов реакции. При 550-600°С оболочка триоксида молибдена пористая и не оказывает существенного диффузионного сопротивления. Окисление протекает во времени с постоянной скоростью (при 600°С линейная скорость окисления, К = 0,0085 мм/мин ). Процесс проходит в кинетической области, энергия активации реакции окисления Е = 180 кДж/моль . При 500°С оксидная оболочка более плотная; по мере ее утолщения происходит переход от кинетического режима к промежуточному, а затем к чисто диффузионному. При 400°С оксидная оболочка плотная и механически отделяет поверхность минерала от газовой фазы.

Первоначальным актом взаимодействия кислорода с дисульфидом молибдена является химическая адсорбция молекул кислорода на активных участках поверхности минерала. Высокая концентрация активных центров характерна для полупроводников, к которым относится молибденит (энергия, необходимая для нарушения валентной связи и перехода электрона в зону проводимости, у MoS₂ равна 0,7 эВ ). Примеси и дефекты в кристаллической решетке увеличивают число активных центров.

Изучая кинетику окисления в кипящем слое частиц чистого молибденита и гранул молибденитового концентрата крупностью 0,5-2,6 мм , имевших пористость 55%, навеску вводили в кипящий слой инертного материала – кварцевого песка, что обеспечивало изотермические условия снятия кинетических кривых по количеству выделившегося сернистого газа. Кинетические кривые для гранул различной крупности при одинаковых температурах совершенно идентичны. Из этого следует, что окисление идет одновременно во всем объеме гранулы, т.е. одновременно окисляются все частицы молибденита, находящиеся в пористой грануле. Поэтому кинетические кривые негранулированного и гранулированного концентратов совпадают.

В интервале 550-620°С кажущаяся энергия активации окисления молибденита в кипящем слое равна 180 кДж/моль . Скорость окисления не зависит от концентрации кислорода в газовом потоке, т.е. реакция имеет нулевой порядок по кислороду. Из этих данных следует, что процесс окисления в кипящем слое протекает в кинетической области.

4.2. Технологические особенности обжига молибденитового концентрата в печи КС

Печь КС – непрерывно действующий реактор почти идеального перемешивания. В таких реакторах обновление материала в слое замедляется пропорционально степени обновления. Теоретически полное обновление материала в слое невозможно. В промышленных печах КС период обновления материала исчисляется часами, тогда как сгорание зёрен концентрата быстротечно. Благодаря такому массообмену средний состав материала в КС близок к составу готового огарка.

Обжиг ведётся в печах КС в одну стадию. Реакции, протекающие при обжиге, необратимы во всём интервале температур (от комнатной до максимальной в условиях промышленного обжига).

Для поддержания нормального режима обжига в печи КС необходимы следующие условия:

а) постоянство минералогического и дисперсного состава шихты и скорости загрузки её в слой;

б) равномерное распределение дутья по площади подины;

в) постоянство заданного давления в воздушной коробке под подиной;

г) постоянство тягового режима в пылегазовом тракте для отвода технологических газов.

Материал в кипящем слое текуч, интенсивно перемешивается, что обеспечивает однородность слоя по составу и температуре.

Аппаратурно-технологическая схема обжига в КС представлена на Рис .5.1.

Для получения сухой шихты концентраты смешивают для однородности материала. Далее шихту подсушивают до остаточной влажности 6-8%. Если концентраты достаточно сухие, то подсушки не требуется. Подсушенную шихту измельчают и отсеивают крупные комки.

Шихта через бункер подачи IV загружается в загрузочную камеру (форкамеру) V с помощью ленточного питателя III , откуда она поступает в печь. На подине форкамеры расположены специальные сопла для подачи воздуха, необходимые для предотвращения залегания загруженной шихты. Слой шихты в печи КС, пронизываемый восходящим потоком воздуха, находится в псевдоожиженном состоянии и напоминает кипящую жидкость. Слишком мелкие фракции огарка выносятся из КС с дутьём (этому способствуют образующиеся газовые пузыри и всплески на поверхности слоя), а слишком крупные фракции оседают на подину. Грубодисперсная часть огарка выгружается из печи через сливной порог и направляется на выщелачивание.

Очень ответственным элементом печи является воздухо-распределительная подина – это подина печи с вставленными в отверстия соплами для распределения дутья равномерно по площади. Дутьё воздуха в печь подают по воздуховодам в воздушную камеру VI , расположенную под воздухораспределительной подиной. А далее воздух через сопла под определённым давлением поступает в КС.

Для стационарного теплового режима обжига необходим тепловой баланс в КС, который обеспечивается отводом тепла из слоя:

- с обжиговыми газами;

- с огарком;

- с пылью;

- через стенки печи;

Остальное тепло надо отводить специальными средствами, чтобы избежать перегрева в слое. Обычно это осуществляют трубчатыми кессонами VIII испарительного охлаждения.

При обжиге молибденитовых концентратов в печах КС степень пылеуноса составляет 25-40%. Запыленность газов высокая (100-200 г/м и выше). Вследствие большого избытка воздуха, используемого для регулирования температуры, концентрация SО₂ в газах печей КС: 2-2,5%). Кроме того, газы содержат серный ангидрид SО₃ .

Наша система состоит из циклона X , сухого электрофильтра XI и скруббера Вентури XII . В циклонах улавливается 80-85% пыли, остальное количество – в электрофильтре и скруббере.

В связи с усилением внимания к защите окружающей среды, созданы установки для очистки обжиговых газов от сернистого газа.

Газы, направляемые на производство серной кислоты, содержат 3% SО₂ . Для нашего случая применяют очистку обжиговых газов орошением их известковым молоком в скрубберах. Известковое молоко мы получаем подачей в смеситель XIII Са и Н₂ О, откуда оно поступает в отстойник XIV . Улавливание SО₂ основано на образовании малорастворимого сульфита CaSО₃ , который сбрасывают в хвостохранилище, где он окисляется постепенно кислородом до CaSО₄ :

SО₂ + СаСОз + Н₂ О Ca(HSО₃ )₂ + СО₂

Для получения товарного двуводного гипса орошающую пульпу готовят из чистого известняка мелкого помола (сетка 04 по ГОСТ 3584-53). В процессе сорбции для достижения степени очистки 90-95% необходимо поддерживать рН в пределах 5,6-5,8 и высокую степень орошения.

Содержание SО₂ в газах после скрубберов составляет 0,05-0,1%. Отходящие газы, пройдя всю систему аппаратов газоочистки, став наименее вредными для ОС, поступают в трубу через дымосос XV и, следовательно, в окружающую среду.

Вывод : Для обеспечения протекания данного процесса в оптимальных условиях необходимо стабилизировать температуру в КС, разрежение под сводом печи и уровень известкового молока в отстойнике. Так же необходимо контролировать расход шихты; расход воздуха на форкамеру; расход воздуха на подину; расход воды на кессоны; температуру воды на выходе из кессонов; температуру перед циклоном, сухим электрофильтром, скруббером Вентури, дымососом; разрежение перед дымососом.

Характеристика перечисленных контролируемых и регулируемых параметров приведена в Табл . 5.1.

Рис . 5.1. Аппаратурно-технологическая схема обжига в КС

I - Двигатель; II - Редуктор; III - Ленточный питатель; IV - Бункер подачи шихты; V - Форкамера; VI - Воздушная камера; VII - Печь кипящего слоя; VIII - Кессоны; IX - Сливной порог; X - Циклон; XI - Электрофильтр сухой; XII - скруббер Вентури; XIII – Смеситель; XIV - Отстойник; XV - Дымосос.

Характеристика параметров процесса

Таблица 5.1.

*п/п*	*Наименование параметра*	*Условные обозначения*	*Единицы измерения*	*Диапазон измерения*
*п/п*	*Наименование параметра*	*Условные обозначения*	*Единицы измерения*	*min*	*max*
1	Температура в кипящем слое	T _кс	°С	550	580
2	Температура отходящих газов перед циклоном	Т_п.ц	°С	510	530
3	Температура отходящих газов перед электрофильтром	Т_п.э.	°С	430	460
4	Температура отходящих газов перед Скруббером Вентури	Т_п.с.в.	°С	320	400
5	Температура отходящих газов перед дымососом	Т_п.д	°С	150	200
6	Разряжение под сводом печи	Р_п.св.п	Па	20	30
7	Разряжение перед дымососом	Р_п.д.	Па	40	80

4.3. Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Для контроля расхода шихты используем Весоизмеритель ВКТ-5. В качестве вторичного прибора выбираем блок обработки информации БОИ-ЗВ.

В качестве датчика расхода воздуха, поступающего в форкамеру и на подину печи, и воды, поступающей в кессоны используем диафрагма ДБС в комплекте с дифманометром Метран 100ДД, предназначенная для измерения расхода жидкости, паров и газов методом переменного перепада давления.

Для контроля температуры в кипящем слое, температуры воды на выходе из кессонов, перед циклоном, сухим электрофильтром, форсуночным скруббером, мокрым электрофильтром и дымососом выбираем термопару ТХА Метран 201.

Для контроля расхода воздуха на подину печи и в форкамеру; расхода воды на кессоны; контроля давления-разрежения под сводом печи и перед дымососом используем преобразователь Метран 100 с различными модификациями.

Для контроля уровня известкового молока в отстойнике используем акустический уровнемер ЭХО-3, предназначенный для бестактного автоматического измерения уровня жидких сред. Принцип действия уровнемера основан на локации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, и на явлении отражения этого импульса от границы раздела газ – контролируемая среда. Мера уровня – время распределения звуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника.

В качестве вторичного прибора для измерения технологических параметров регистрации и преобразования в нужные сигналы выбираем прибор регистрирующий ДИСК-250 соответствующей модификации в зависимости от типа используемого датчика или входного сигнала.

Для выбора режима дистанционного регулирования при ручном режиме выбираем станцию управления БРУ-21.

В качестве пусковой аппаратуры используются пускатели бесконтактные ПБР-2М.

Для дистанционного указания положения выходного вала электрического исполнительного механизма используем дистанционный указатель положения ДУП-М.

4.4. Разработка и описание функциональной схемы автоматизации

Контроль расхода шихты осуществляется с помощью ленточного питателя, предназначенного для измерения текущих значений расходов и суммарного количества сыпучих материалов. Выходные сигналы датчика скорости (позиция 1а ) с преобразователем (позиция 1б ) и тензометрического датчика силы Т2 (позиция 2а ) поступает на вход блока БОИ-ЗВ (позиция 1в ), где по заданному алгоритму осуществляется их преобразование, математическая обработка и вывод на алфавитно-цифровое табло БОИ-ЗВ значений среднего и суммарного расхода шихты с нарастающим итогом. Токовый сигнал с БОИ-ЗВ пропорциональный среднему значению расхода поступает на показывающий и регистрирующий прибор ДИСК-250 ТН (позиция 1г ).

Контроль расхода воздуха на форкамеру

Выходной сигнал с диафрагмы ДБС (позиция 3а ) поступает на преобразователь дифманометр Метран 100 ДД (позиция 3б ), а затем поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор ДИСК-250 модификации 1011 (позиция 3в ).

Контроль расхода воздуха на подину печи

Данные о количестве расходуемого воздуха в виде унифицированного токового сигнала 4-20 мА с диафрагмы ДБС (позиция 4а ) через расходомер Метран 100 ДД (позиция 4б ), поступает на вторичный прибор ДИСК-250 модификации 1011 (позиция 4в ), который регистрирует и показывает текущее значение измеряемой величины.

Контроль и регулирование температуры в кипящем слое печи

ЭДС с термопары ТХА Метран 201 (позиция 5а ) поступает на вторичный прибор ДИСК 250С-модификации 1021 (позиция 5б ), служащий для отображения и регистрации температуры и преобразования сигнала в унифицированный аналоговый токовый сигнал 4-20 мА передаёт его на регулятор ТРМ -101 (позиция 5в ). Регулятор сравнивает текущее и заданное значение измеряемой величины и в случае превышения или уменьшения предела температуры, через блок ручного управления БРУ-21 (позиция 5г ) воздействует магнитный пускатель ПБР-2М (позиция 5д ), предназначенный для включения двигателя исполнительного механизма (позиция 5е ). Выходной вал исполнительного механизма связан с поворотной заслонкой (позиция 5ж ). Степень открытия заслонки для воздуха контролируется с помощью дистанционного указателя положения ДУП-М (позиция 5з ).

Контроль расхода воды на кессоны

Информация о количестве расходуемой воды с диафрагмы ДБС (позиция 7а ) через расходомер Метран 100 ДД (позиция 7б ) поступает на вторичный прибор ДИСК 250-модификации 1011 (позиция 7в ), который регистрирует и показывает текущее значение измеряемой величины.

Контроль температуры воды на выходе из кессонов ЭДС с термопары ТХА Метран 201 (позиция 8а ) поступает на вторичный прибор обегающее устройство ДИСК 250С (позиция 8б ), служащий для отображения и регистрации температуры.

Контроль и регулирования разрежения под сводом печи

Сигнал с датчика давления – разрежения Метран-100 ДИВ 1331, (с верхним пределом измерения 3,15 кПа) (позиция 9а ) пропорциональный давлению, поступает на вторичный прибор ДИСК 250 ДД (позиция 9б ) после чего сигнал передаётся на регулятор типа ТРМ-101 (позиция 9в ). В случае превышения допустимого предела, регулятор через блок ручного управления БРУ-21 (позиция 9г ) воздействует на магнитный бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М (позиция 9д ), предназначенный для включения двигателя исполнительного механизма (позиция 9е ). Выходной вал исполнительного механизма связан с поворотной заслонкой (позиция 9ж ). Степень открытия заслонки для воздуха контролируется с помощью дистанционного указателя положения ДУП-М (позиция 9з ).

Контроль температуры перед циклоном, сухим электрофильтром и скруббером Вентури, перед дымососом

ЭДС с термопары ТХА Метран 201 (позиция 11а-14а ) поступает на вторичный прибор c обегающим устройством ДИСК 250С (позиция 11б ), служащий для отображения и регистрации температуры.

Контроль разрежения перед дымососом

Сигналы от датчиков давления - разрежения Метран - 100ДВ, (с верхним пределом измерения 3,15 кПа) (позиция 16а ) поступают на вторичный прибор Диск 250ДД (позиция 11б ), который предназначен для сбора, обработки и регистрации информации, поступающей от датчиков и отображении текущих значениях.

Контроль и регулирование уровня известкового молока в отстойнике

Сигнал с датчика уровня (позиция 16а ), через акустический преобразователь ЭХО-3 (позиция 16б ), поступает на вторичный прибор ДИСК 250 ДД (позиция 16в ), после чего сигнал передаётся на регулятор типа ТРМ-101 (позиция 16г ). В случае превышения допустимого предела, регулятор через блок ручного управления БРУ-21 (позиция 16д ) воздействует на магнитный бесконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М (позиция 16е ), предназначенный для включения двигателя исполнительного механизма (позиция 16ж ). Выходной вал исполнительного механизма связан с поворотной заслонкой (позиция 16з ). Степень открытия заслонки для воздуха контролируется с помощью дистанционного указателя положения ДУП-М (позиция 16и ).

4.5. Расчёт оптимальных параметров настройки регулятора по каналу расход концентрата – температура в кипящем слое

4.5.1. Расчёт передаточной функции объекта управления

Для расчёта передаточной функции объекта по каналу: расход концентрата (% открытия регулирующего органа μ) – температура в кипящем слое (Θ, ⁰ С) воспользуемся экспериментально полученной кривой, которая приведена на Рис . 5.2.

Рис .5.2. Кривая разгона объекта

Анализ полученной кривой разгона показывает, что по исследуемому каналу объект управления может быть представлен двумя последовательно соединёнными звеньями (рис.5.3.) – звеном транспортного запаздывания с передаточной функцией и инерционным звеном (n – го порядка) с передаточной функцией .

Рис .5.3. Схема объекта управления

Значение времени транспортного запаздывания τ находим непосредственно по графику кривой разгона. Оно равно 2 мин.

Следовательно

W₁ (p ) = exp (-2p ),

Для определения воспользуемся методом Симою. Для этого кривую разгона без запаздываний разобьём на участки, каждый из которых мало отличается от прямой. Принимаем шаг разбиения по времени 2 мин. Полученные точки приведены в таблице 5.2.

Табл .5.2. Исходные данные для расчёта передаточной функции

t, мин	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Θ, ^о С	550	550,7	553	556,4	560,2	563	565,7	567	567,85	567,99	568

Для расчёта используем пакет MathCAD 11.

Вводим следующие исходные данные:

F₄ < 0

Поэтому принимается передаточная функция

4.5.2. Расчет передаточной функции

Введите следующие исходные данные:

1. Экспериментальную кривую разгона

2. Шаг по времени

3. Приращение входного сигнала

Ввод исходных данных

Получен следующий результат:

4.5.3. Расчет передаточной функции

Вывод результата

Передаточная функция объекта имеет вид:

W(p) =

Дифференциальное уравнение объекта имеет вид:

+ + +y(t)= +

где

Результат решения

Рис 5.4. Передаточная функция объекта

В качестве регулятора применяем пропорционально-интегральный регулятор, который характеризуется хорошими динамическими показателями и исключает статическую ошибку.

4.5.4. Расчет настроек ПИ-регулятора

Ввод исходных данных

Расчет проводится для обеспечения степени затухания переходного процесса.

Передаточная функция объекта

Передаточная функция ПИ-регулятора

Расчет оптимальных параметров настройки осуществляется с помощью программы на базе пакета MathCAD.

Характеристическое уравнение замкнутой системы

Корневой показатель колебательности для f = 0.75

Расширенная ВЧХ

Расширенная МЧХ

Задаем диапазон частот

Задаем начальное приближение

Решаем систему двух уравнений с двумя неизвестными

Поиск максимума

Расчет границы равной степени затухания переходного процесса ψ = 0,75

ВЧХ системы

МЧХ системы

Задаем диапазон частот

Задаем начальное приближение

Решаем систему двух уравнений с двумя неизвестными

Результат решения

Рис .5.5. График решения

Значения оптимальных параметров настройки регулятора

Задаем диапазон частот

Рис . 5.6. ВЧХ системы

Расчет переходного процесса в системе

И тогда передаточная функция регулятора W_p (p) = 0,64 (1 + 1 / 3,611p).

Расчет переходного процесса в системе при оптимальных параметрах настройки проводится для оценки качества регулирования.

Передаточная функция замкнутой системы

Для получения h(t) используется вещественная частотная характеристика U(ω)

Рис . 5.7. График переходного процесса в системе

Интегральный критерий качества

Из полученного результата следует, что в результате расчета получен переходной процесс с заданной в степенью затухания ψ = 0,75. Следовательно, проведенный расчет удовлетворяет заданным исходным условиям функционирования системы.

Найденные в результате расчета оптимальные параметры настройки регулятора следующие:

Коэффициент усиления – k_p = 0,64 [% / ⁰ С],

Время изодрома - T_и = 120 мин.

ГЛАВА 6. Технико-экономические показатели проекта

6.1. Общие положения

Целью экономического расчета является экономическая эффективность проекта системы пылеулавливания процесса обжига молибденитового концентрата завода «Победит».

6.2. Состав и содержание экономической части дипломного проекта

Экономическая часть дипломного проекта включает следующие разделы [19; 20; 21; 22]:

· Введение и технико-экономическое обоснование проекта природоохранного мероприятия.

· Расчет производственной программы.

· Расчеты по определению стоимости проектируемого объекта.

· Расчет численности, годового фонда и среднемесячной зарплаты работников.

· Определение затрат на осуществление природоохранного мероприятия;

· Расчет эколого-экономического ущерба;

· Выводы и технико-экономические показатели проекта.

6.3. Технико-экономическое обоснование проектируемого процесса

При обжиге молибденитовых концентратов в печах КС степень пылеуноса составляет 25-40%. Запыленность газов высокая (100-200 г/м³ и выше). Вследствие большого избытка воздуха, используемого для регулирования температуры, концентрация SO₂ в газах печей КС 2-3%. Кроме того, газы содержат серный ангидрид SO₃ .

Для более эффективной очистки отходящих газов, можно применить следующую технологическую схему очистки газов, состоящую из:

1 – циклона ЦН-15;

2 – сухого электрофильтра типа ЭГА 1-10-6-4-2;

3 – скруббера Вентури.

Для нашего случая на установках меньшего масштаба применяют очистку обжиговых газов орошением их известковым молоком в скрубберах. Известковое молоко мы получаем подачей в смеситель Са и Н₂ О, откуда оно поступает в отстойник. Улавливание SO₂ основано на образовании малорастворимого сульфита CaSO₃ , который сбрасывают в хвосто-хранилище, где он окисляется постепенно кислородом до CaSO₄ :

SO₂ + CaCO₃ + H₂ O → Ca(HSO₃ )₂ + CO₂

Са(HSO₃ )₂ + O₂ + H₂ O → CaSO₄ ∙ 2H₂