Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

 

Примерный химический состав, %:

- доменного  газа – 11,2 СО₂; 31,2 СО; 0,21 СН₄; 2,99 Н₂; 54,4 N₂;

- пыли – 32,2 С; 8,2 SiO₂; 12,8 FeO; 26,4 Fe₂O₃; 4,7 Al₂O₃; 2,7 MnO; 8,6 CaO; 3,8 MgO; 0,3 S и др.

 

Примерный дисперсный состав пыли (d₅₀ = 72 мкм):

Размер частиц, мкм    >200    200-100 100-60     60-20     20-10 10-1 <1

Содержание, %

(по массе)                     34,5       12,3         19,0        25,0         7,5     1,65    0,05

 

 Наряду с санитарной очисткой газов перед выбросом их в атмосферу в доменном производстве первостепенное значение имеет технологическая очистка доменного газа (п. 2.2), используемого в качестве топлива. Очистка доменного газа от пыли необходима по техническим причинам (неочищенный доменный газ вызывает оплавление насадок воздухонагревателей, абразивный износ и засорение пылью газоходов, горелочных устройств и других элементов). Содержание пыли в доменном газе по нормам не должно превышать 10 мг/м³.

 

1.5.1.1 Схемы очистки доменного газа

 

В настоящее  время широко применяют многоступенчатую очистку в 3 - 4 последовательно включенных аппаратах. Грубая предварительная очистка сводится к улавливанию наиболее крупных частиц размером более 60—70 мкм. Ее осуществляют в сухих пылеуловителях, где используют гравитационные и инерционные силы. Полутонкая очистка производится в аппаратах мокрого типа — форсуночных полых скрубберах или низконапорных трубах Вентури. Тонкую очистку осуществляют в дроссельной группе, высоконапорных трубах Вентури или мокрых электрофильтрах. Схемы доменной газоочистки включают различные комбинации перечисленных аппаратов.

Наибольшее  распространение получила следующая  схема очистки (рис. 1.18, 1.19, а). Грубая очистка производится в сухом пылеуловителе. Далее газ поступает в скруббер высокого давления с форсуночным орошением, затем в низконапорные трубы Вентури, после чего его подают в дроссельную группу и каплеуловитель. Очищенный газ поступает в сеть.

Известное распространение  получила схема, в которой последовательно установлены сухой пылеуловитель, скруббер высокого давления, низконапорные трубы Вентури, мокрые электрофильтры, дроссельная группа и каплеуловитель. В связи с появлением дроссельных групп, регулирующих давление в печи, и подачей воды для обеспечения их стойкости отпала необходимость в электрофильтрах вследствие высокой степени очистки газа в этой группе. Мокрые электрофильтры применяются только при работе доменных печей на обычном давлении и поэтому после перехода на повышенное давление используются лишь как каплеуловители, а тонкую очистку обеспечивает дроссельная группа. Мокрые электрофильтры, модернизированные для работы на повышенном давлении, эксплуатируются только в комплексе с газовыми утилизационными бескомпрессорными турбинами (на доменных печах № 1 и 3 Череповецкого комбината).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - колошниковая часть печи; 2 – инерционный пылеуловитель; 3 – скруббер;

4 – газопровод; 5 –  труба Вентури; 6 – бункер; 7 –  каплеуловитель; 8 – дроссель;

9 – задвижка

 

Рис. 1.18 – Схема очистки доменного газа

 

 

За рубежом  используют и другие схемы очистки. Например, газ проходит последовательно сухой пылеуловитель, две ступени труб Вентури с каплеуловителем и дроссельную группу, также снабженную каплеуловителем. Основными элементами тонкой очистки являются две трубы Вентури. Известны попытки объединить скруббер, трубу Вентури и каплеуловитель в одном компактном аппарате. Труба Вентури с кольцевой щелью присоединена к корпусу охладителя так, что образуется прямоточный поток. Улавливание капельной влаги производится сначала в бункере, затем в каплеуловителе с завихрителем. Ниже приведены данные об устройстве и работе отдельных элементов установок очистки доменного газа.

Наибольшее распространение  получила мокрая газоочистка доменного газа. Ее недостатками являются большой расход воды на очистку газа, что обусловливает  необходимость в дорогостоящем и сложном оборотном водоснабжении и шламовом хозяйстве; охлаждение газа в процессе очистки (потери тепла); получение уловленной пыли в виде шлама, что затрудняет возврат в производство уловленного продукта; необходимость подогрева газа перед его использованием в ГУБТ.

Использование дроссельной  группы в качестве газоочистного  аппарата позволяет при работе с  повышенным давлением газа под колошником существенно упростить и удешевить систему газоочистки (рис. 1.19, б).

 

1 - сухой инерционный  пылеуловитель; 2 – полый форсуночный  скруббер;

3 – труба Вентури; 4 – дроссельная группа; 5 – каплеуловитель;

6 – коллектор чистого  газа

 

Рис. 1.19 – Схемы очистки доменного газа при отсутствии ГУБТ

 

 

Дроссельная группа представляет собой систему дроссельных клапанов разных диаметров, вводимую в газовый  тракт в качестве дополнительного  сопротивления, обеспечивающего в  доменной печи повышенное давление (рис. 1.20). Изменяя степень открытия клапанов большого диаметра, можно устанавливать в доменной печи требуемую технологическим процессом величину избыточного давления. Клапан меньшего диаметра служит для автоматического регулирования этого давления. Для снижения абразивного износа клапанов и коагуляции пыли к дроссельным клапанам подводят воду, разбрызгиваемую при помощи форсунок.

Практика работы дроссельных  групп показала, что при достаточных  перепадах давления и скоростях  газа в клапанах до 200-250 м/с являются высокоэффективным газоочистным устройством. Работая по тому же принципу, что и труба Вентури, дроссельная группа при перепаде давления более 20-30 кПа снижает содержание пыли до 5-10 мг/м³ при малой чувствительности к начальному содержанию пыли. Основным недостатком тонкой очистки газа с использованием дроссельной группы является большая потеря давления, которая не восстанавливается даже частично, что вызывает высокие энергозатраты. Кроме того, из-за возможных временных переходов доменной печи на работу с нормальным давлением в ряде случаев необходим аппарат тонкой очистки, резервирующий дроссельную группу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – дроссельные клапаны  грубой регулировки давления; 2 –  дроссельный клапан тонкой регулировки давления; аварийное проходное отверстие;

4 – система орошения

 

Рис. 1.20 – Дроссельная  группа

 

 

1.5.1.2  Схемы очистки  доменного газа с установкой ГУБТ

 

В связи с широким  внедрением на предприятиях черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), применение дроссельных групп для тонкой очистки газа становится нерентабельным. Экономически целесообразнее использовать весь возможный перепад давления в ГУБТ, а для тонкой очистки газа применять аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр типа ДМ (для тонкой очистки доменного газа). Дроссельную группу сохраняют лишь на случай выхода из строя ГУБТ (рис. 1.21, а). Вследствие того, что трубчатые электрофильтры типа ДМ работают недостаточно надежно, особенно при высоком давлении газа под колошником, была предложена схема с тонкой очисткой газа в скрубберах Вентури и использованием энергии в ГУБТ (рис. 1.21, б). После блока из пяти-семи труб Вентури устанавливают центробежные скрубберы (каплеуловители), из которых газ отводится в ГУБТ и далее  к потребителям.

а – при отсутствии ГУБТ; б – при наличии ГУБТ с электрофильтром; в – при  наличии ГУБТ без электрофильтра; г – при сухом пылеуловителе; 1 – сухой инерционный

пылеуловитель; 2 – полый  форсуночный скруббер; 3 – труба  Вентури;

4 - каплеуловитель; 5 – мокрый электрофильтр; 6 – дроссельная группа; 7 – доменная печь; 8 – коллектор чистого газа; 9 – подогреватель газа;

10 – ГУБТ; 11 - электрогенератор; 12 – циклон; 13 – сухой электрофильтр или фильтр; 14 -  задвижка

 

Рис. 1.21 – Схемы очистки  доменного газа с ГУБТ

 

По техническим условиям ГУБТ температура поступающего в них газа должна быть в пределах 100-200 ^оС. Между тем, в случае мокрой очистки температура газа снижается до 30-40 ^оС и перед турбиной его приходится снова подогревать, сжигая часть газа (рис. 1.21, в).

Поэтому чрезвычайно  актуальной является сухая очистка  доменного газа, при которой он будет поступать в ГУБТ с требуемой  температурой и расход газа на подогрев, а также необходимое для подогрева оборудование станет ненужным.

1.5.2 Борьба с выбросами  в системе шихтоподачи

 

Доменные цехи по грузообороту превосходят остальные цехи МК. При складировании, усреднении и транспортировке руды и других шихтовых материалов для аглофабрики и доменных печей, выделяется значительное количество пыли. Увеличение объема печей, повышение их производительности связаны с возрастанием количества поступающих шихтовых материалов, интенсификацией разгрузочных работ на тракте шихтоподачи и, следовательно, увеличением количества образующейся пыли.

Особо пылящими являются агломерат и окатыши (содержание мелочи до 15 - 20%).

 

1.5.2.1 Рудный двор и бункерная эстакада

На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферными кранами, подаче её на бункерную эстакаду. дельный  выброс пыли на 1 т чугуна ориентировочно принимают равным:

- на рудном дворе  50 кг;

- на бункерной эстакаде 22 кг при высоте выделений 6 - 15 м.

   Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде может достигать 1000 мг/м3. Снизать удельные выбросы до 10 кг/т на новых предприятиях возможно за счет разгрузки и транспортировки сыпучих материалов в закрытых разгрузочных узлах с объединением аспирационных систем и очисткой запыленных газов в крупных электрофильтрах.

 

1.5.2.2 Подбункерные помещения

Запыленность в подбункерных  помещениях зависит от типа систем подачи шихтовых материалов на колошник и составляет примерно 2,5-3,5 кг/т чугуна при подаче транспортёрами.

В доменных печах существует две системы подачи сырых материалов на колошник:

  - скиповая, применявшаяся на старых печах;

  - транспортёрная, применяемая на новых печах и обеспечивающая значительное снижение пылевыделений.

 Воздух подбункерных  помещений загрязнён пылью. Особенно  сильное загрязнение происходит  во время работы вагон-весов.  Попавшая в подбункерную галерею пыль оседает на строительных конструкциях и оборудовании. Количества осевшей пыли достигает 3 мг/м2*сут; над карманами вагон-весов доходит до 20 мг/м2*сут; в скиповой яме оседает до 26 мг/м2*сут пыли вместе с просыпью.

 Дисперсный состав  пыли в подбункерных помещениях:

<13 мкм - 25%; 13 - 52 мкм  - 65%; >52 - 10% (объёмная доля).

  Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, оборудованном вагон-весами (2,5 - 3,5 кг/т чугуна), при выгрузке сырых материалов в вагон-весы и дальше в скип. Пыль выбрасывается в атмосферу через окна и проемы для скипов и через выхлопные отверстия аспирационных систем при высоте выделений 10 м. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений составляет около 500 мг/м3, в связи с чем на многих предприятиях кабина машиниста вагон-весов герметизирована.

При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше. Удельные выбросы снижены до 0,2 кг/т чугуна.

 

1.5.2.3 Системы аспирации подбункерных помещений

На доменных печах, где  шихтоподача осуществляется вагон-весами, обеспылевание воздуха при работе вагон-весов представляет собой актуальную и вместе с тем сложную задачу. Основная трудность состоит в том, что выполнение перегрузочных операций и транспортировка сыпучих материалов осуществляется передвижным устройством (вагон-весами).

Передвижные аспирационные установки состоят из отсасывающих патрубков двух вентиляторов ТБИОТ-ПВ общей производительностью 25 тыс. м³/ч и сепараторов-каплеуловителей. Воздух, отсасываемый у мест пылевыделения, подвергается инерционной и гидравлической очистке в самих пылеотсасывающих вентиляторах. От вентиляторов он поступает в сепараторы для улавливания мелких капель воды и выбрасывается в верхнюю зону подбункерной галереи, а пыль из вентиляторов и шлам из сепараторов непрерывно сбрасываются в желоба, проложенные вдоль путей вагон-весов. Установка описанного типа испытывалась на печах № 1 КМК и № 3 Днепропетровского завода им. Петровского.

Аспирационная установка, разработанная Укргипромезом применительно к вагон-весам, грузоподъемностью 40 т. Устройство включает два размещенных на концах рамы вагон-весов пылевых вентилятора ЦП7 — 40 № 8, снабженных всасывающими выхлопными патрубками. В верхней части у колонн подбункерного помещения прокладывается продольный коллектор с большим количеством пылеприемных патрубков. При контакте с ними выхлопных патрубков вентиляторов запыленный воздух отводится в коллектор пылесборника, из которого дымососом он непрерывно подается в батарейный циклон для очистки перед выбросом в атмосферу. Производительность двух пылевых вентиляторов составляет 50, дымососа 75 тыс. м³/ч.

Стационарная  аспирационная установка была смонтирована на до-менной печи № 2 КМК. Она включала четыре вентилятора ТБИОТ-ПВ общей производительностью 20 тыс. м /ч, отсасывающие зонты, два из которых были расположены выше уровня троллей вагон-весов (в зоне выхода вагон-весов из-под шатра бункерной галереи) и два зонта — напротив скиповой ямы.