Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

Все выбросы литейного  двора крупных доменных печей стремятся объединять и направлять для очистки в электрофильтры (рис.1.32). Общее количество отсасываемого газа для больших печей достигает 1 млн. м³/ч. Чтобы уменьшить его, все системы снабжают дроссельными клапанами, позволяющими по мере надобности включать дистанционно необходимое в данный момент укрытие (зонт).

 

 

 

Рис. 1.32 – Принципиальная схема вытяжной вентиляции

литейного двора

 

 

1.5.4.3 Подавление бурого дыма азотом при сливе чугуна в ковш

 

При переливах чугуна выделяется значительное количество пыли, состоящей в основном из мелкодисперсных оксидов железа (бурый дым) и графитной спели. Графитная спель на 99 % улавливается циклонами, в то время как оксиды железа практически полностью выбрасываются в атмосферу. Для улавливания бурого дыма требуется проведение второй ступени очистки, для чего предлагаются электрофильтры или тканевые фильтры.

При переливах чугуна бурый дым выделяется в случае диспергирования металла. При медленных переливах с небольшой высоты или со спокойной поверхности металла выбросы бурого дыма отсутствуют, то есть бурый дым при переливах чугуна образуется в результате взаимодействия брызг металла с кислородом газовой фазы. Следовательно, снижая концентрацию кислорода газовой фазы, можно уменьшить интенсивность выделения бурого дыма.

Проверку полученного  вывода проводили в промышленных условиях в миксерном отделении  ККЦ МК «Азовсталь» и в отделении  перелива чугуна ККЦ-2 ЗСМК. При наполнении ковша на струю жидкого чугуна подавали газообразный азот через сопла, расположенные над кромкой ковша на высоте около 500 мм, под углом 30^о и выступающие в плане за кромку ковша на 50 мм.  С увеличением скорости истечения азота затрудняется доступ свежего воздуха и снижается образование бурого дыма. Однако, при увеличении динамического воздействия на жидкий металл, увеличивается степень его диспергирования и возрастает концентрация пыли в выбросах. Применение данного способа пылеподавления азотом позволяет существенно снизить выбросы бурого дыма в атмосферу после очистки в циклонах без применения второй ступени газоочистки. Одновременно за счет подавления неорганизованных выбросов снижается концентрация пыли на рабочих местах в 3-4 раза и повышается содержание графита за счет снижения доли оксидов  железа.

 

 

1.5.5 Выбросы миксерного  отделения и их очистка

 

Миксерные отделения являются существенным источником загрязнения окружающей среды. Основными составляющими пыли миксерных отделений являются плавильная пыль, состоящая в большей части из оксидов железа, и графитная спель, имеющая большую ценность как сырье для получения остродефицитной графитовой продукции.

Наибольшее распространение на отечественных металлургических предприятиях получили миксеры емкостью 600, 1300 и 2500 т. Пылегазовыделение из миксеров происходит при проведении следующих технологических операций: заливка чугуна в миксер, скачивание шлака и слив чугуна из миксера в ковш. Отвод запыленных газов от миксера производится с помощью специальных аспирационных систем.

Пыль миксерных отделений полидисперсна: при скачивании шлака среднемедианный размер частиц составляет d_m = 40 мкм. При заливке чугуна в миксер и его сливе из миксера в ковш d_m = 20 мкм.

Основные данные по миксерным выбросам (в отсасывающем газоходе) приведены в табл. 1.4.

 

Таблица 1.4 - Характеристика миксерных выбросов

 

Технологическая операция	Миксеры емкостью, т			температура газов,   оС
	600	1300	2500
Заливка чугуна в миксер Скачивание шлака Слив чугуна из миксера	114/0,22 2 82/3,1 44/0,46	139/0,45 67/1,9 65/1,06	150/0,52 61/2,2 85/4,13	30—40 70—90 50—180

 

Обеспыливание аспирируемых выбросов для миксеров емкостью 600 и 1300 т рекомендуется производить в циклонах типа ЦН-15 и СКЦН-34 соответственно, а для миксеров емкостью 2500 т —в циклонах типа ЦН-15 и тканевых фильтрах или электрофильтрах (вторая ступень). Опасность возгорания ткани исключается, так как раскаленные частицы чугуна, талька и графитной спели полностью улавливаются в циклонах. Опасность пробоя электрофильтров также исключена, так как после первой ступени в газе нет графитной спели, обладающей высокой электропроводностью.

Дымососы рекомендуется устанавливать перед газоочистными аппаратами, что позволяет значительно уменьшить подсосы атмосферного воздуха в газоходы. Абразивного износа дымососов при такой установке не наблюдается вследствие смазывающих свойств графитной спели.

 

 

1.5.6 Борьба с выбросами при переработке шлака

 

В настоящее время  известны два способа предварительной переработки доменных шлаков перед их использованием в качестве сырья в промышленности строительных материалов. Это обессеривание шлака продувкой его окислителем и грануляция шлака.

 

Улавливание оксидов серы при десульфурации  шлака. Для удаления сульфидной серы из огненно-жидкого шлака используют воздух, кислород и водяной пар или их смеси, в том числе с добавкой природного газа.

При продувке воздухом и  кислородом процесс протекает следующим образом: 2MeS+3О₂=2MeO+2SО₂; при продувке водяным паром протекает реакция MeS+H₂O=MeO+H₂S. Кроме газообразных выделений, в отходящих газах содержится твердая взвесь. Концентрация SO₂ в отходящих газах зависит от расхода окислителя и концентрации сери в шлаке и составляет от 1 до 20%. Время продувки одного шлаковозного ковша составляет 20—30 мин. Под конец продувки концентрация SO₂ в отходящих газах падает. Степень десульфурации шлака можно довести до 80%. При наличии в шлаке 2% сульфидной серы и 80%-ной десульфурации (расход воздуха на один шлаковозный ковш 100— 120 м³) из 1 млн. т шлака можно получить 16 тыс. т S или 32 тыс. SO₂, что обеспечивает производство 50 тыс. т 80%-ной H₂SO₄ при 85%-ном окислении SО₂ до SО₃ и его улавливании водой. Принципиальная схема десульфурации шлака и переработки SO₂ в H₂SО₄ представлена на рис. 1.33. Ковш 1 с огненно-жидким шлаком (1350—1450° С) укрывают вытяжным зонтом 2 с подъемным механизмом 3 и опускают в шлак фурму 4. Воздухом (кислородом, кислородом с метаном) продувают шлак; газы, содержащие 1—20% SО₂ (в зависимости от количества подсасываемого воздуха в систему), с температурой 1000° С и выше направляют и систему очистки. Для снижении температуры газов до 500— 600° С в газоходе форсункой 5 распыляют воду или подсасывают атмосферный воздух через зазор 6.

 

Рис 1.33 - Схема десульфурации шлака с переработкой SO₂ в H₂SO₄

 

Газы с температурой 500—600° С обеспыливают в слоевом фильтре полунепрерывного действия 7, заполненном граншлаком 8 размером зерен 3—6 мм, толщиной слоя 150 мм. Свежий шлак подают в бункер 10 и удаляют из бункера 11 с автоматической задвижкой 12, сблокированной с системой замера перепада давления в слое. Газы, содержащие 30—60 мг/м³ пыли, проходят через слой ванадиевого катализатора 9 толщиной 200 мм (степень окисления SO₂ не менее 90% при объемной скорости газов 15 тыс. 1/ч). Затем контактные газы поступают в конденсатор 13, где охлаждаются орошением водой до 200° С и через распределительное устройство 14 направляются в абсорбер 15, где SO₃ практически полностью поглощается циркулирующей в замкнутой системе Н₂SO₄. Увлажненный газы с температурой около 80^о С поступают и капле- и туманоуловитель 16, оснащенный синтетическим фильтром из волокнистого лавсана 17. Степень очистки газа от капельной влаги и кислых компонентов составляет 95—97 %. Очищенные газы дымососом 20 выбрасывают в атмосферу. Раствор H₂SO₄ охлаждают в трубчатом холодильнике 18 водой и насосом 19 подают в систему охлаждения газов 21 и поглощения SО₃. Часть насыщенного раствора концентрацией не ниже 70% выводят из системы на сторону по отводу 22, а на всас насоса подают недостающее количество очищенной воды. H₂SO₄ можно использовать в. металлургии в процессах травлении металла. Обессеренный шлак наряду с производством цемента и других продуктов можно было бы использовать для получения дренажных труб, плиток для тротуаров, площадок вместо асфальта.

Утилизацию    SO₂    можно провести и с получением элементарной серы,  пользующейся  большим    спросом.

Для реализации процесса получения элементарной серы необходимо продувку шлака проводить и восстановительном режиме с выжиганием избытка кислорода, например, природным газом или получать эквимолярную смесь SО₂ и H₂S (при соотношении 1:1). Этого можно достигнуть продувкой шлака воздухом и паром или добавлением в обогащенный кислородом воздух природного (коксового, доменного газов) газа дли связывания  избыточного кислорода. Этим способом из 1 млн. т шлака можно получить 8 тыс. т SO₂ и 4,6 т H₂S, что при 90%-ном превращении дает более 7 тыс. т/год 100%-ной серы. Однако процесс получения элементарной серы хотя и заманчив, но довольно сложен и вряд ли может быть реализован практически в ближайшее время.

 

Улавливание вредных выбросов при мокрой грануляции шлака. Обычно на старых заводах шлак сливают из ковшей в траншеи слоем 150—200 мм с последующим орошением слоя водой (через 2—2,5 ч после слива). Охлажденный шлак разрабатывают экскаваторами, дробят на конусных, щековых или роторных дробилках и после грохочения отправляют потребителю. При этом извлекают дополнительно и металл.

В связи с техническими трудностями организации отсоса газов при траншейном сливе шлака затруднена и очистка выбросов от сернистых соединений. Некоторого уменьшения вредных выделений при сливе  шлака из ковшей можно добиться организацией процесса орошения слоя шлака известковой водой (до pH 11 —12). Пылеподавление при дроблении, размоле и грохочении можно осуществить локализацией и пылеочисткой выбросов в циклонах, подачей на узлы переработки распыленной воды.

Снижение уровня загрязнения  приземного слоя воздуха вредными сернистыми газами, тушения доменного шлака можно достигнуть несколькими способами. Например, герметизацией грануляционной установки с последующим удалением парогазовых выбросов в атмосферу через высокие (120—180 м) дымовые трубы. Однако при этом решается лишь узкая задача: уменьшается загрязнение в окрестности доменного цеха.

Вторым методом предотвращения загрязнения воздуха является способ связывания летучих соединений в нелетучие их нейтрализацией в момент образования: при соприкосновении жидкого шлака с водой, подщелоченной   известью,  или   с   высокоосновным шлаком. Этим способом можно обезвредить SO₂ газов на 40-60 %.

Третьим и наиболее эффективным  методом является поглощение сернистых выделений известковым раствором в скруббере или газоходе. При этом отходящие газы   отсасывают   с    грануляционной   установки   дымососом.

Для уменьшения расхода  технической воды на подпитку и с  целью сокращения сброса загрязненных сточных вод доменного цикла на подпитку и для приготовления поглотительных растворов забирают сбрасываемую в водоемы воду из отстойников-осветлителей (прудов). Для повышения эффективности работы газоочистной системы до 90% (по сернистым соединениям) рекомендуется применять для грануляции подщелоченную воду и очищать выделяющиеся газы в скрубберах. На рис. 1.34 приведена схема очистки газов мокрой грануляции шлака в наклонном газоходе.

 

 

 

                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. - ковш с жидким шлаком; 2 - приемный лоток для слива шлака; 3 - желоб,

в котором осуществляется мокрая грануляция; 4 – форсунки для подачи воды;

5- укрытие желоба; 6 –  укрытие камеры грануляционного  бассейна;

7 –грануляционный бассейн; 8–накопитель гранулированного шлака; 9 – площадка

для шлака; 10 – система  орошения газохода; 11 – газоход; 12 –  выброс очищенного

газа в атмосферу; 13- корпус  каплеохладителя; 14 – труба для выброса очищенного

 газа в атмосферу; 15 – сток раствора из каплеохладителя; 16 – сток воды из накопителя 

в осветлитель; 17 – осветлитель; 18 – установка для получения  раствора извести;

19 - насос

 

Рис. 1.34 - Схема очистки газов мокрой грануляцией шлака от сернистых

соединений в наклонном  газоходе орошением известковым  раствором

 

Шлак из ковша сливают  в приемный лоток и далее в  наклонный желоб, куда посредством  форсунок подают насосом воду на тушение — грануляцию. Гидрожелоб оснащен укрытием. Поток воды разрывает шлак на гранулы и выносит их в грануляционный бассейн. Шлак краном выгружают на наклонную площадку; избыточное количество воды стекает в осветлитель. Затем шлак перегружают на склад, где он охлаждается и готовый продукт подают в вагоны для отправки потребителю или и бункер-хранилище. Известь или известковую пушонку дозатором подают в шаровую мельницу-гаситель с классификатором. В мельницу подают также воду из оборотного цикла. Водный раствор извести стекает в емкость с мешалкой. Готовый раствор по мере надобности перекачивают насосом в осветлитель или подают на всас насоса. Вода из гранбассейна стекает в осветлитель, а ее недостаток пополняется подпиткой из оборотного цикла. Образующиеся при грануляции шлака газы в смеси с воздухом поступают в орошаемый газоход и через каплеотделитель в дымовую трубу. Процесс абсорбции сернистых соединений проходит эффективно при рН поглотительного раствора не ниже 11,5—12,5.  Расход извести на обезвреживание сернистых газов с учетом потерь на связывание СО₂ и избыточную щелочность будет составлять 1,8—2,2 кг активной СаО на 1 т шлака. При производительности установки 3000 т/сут шлака расход извести составит примерно 5,8 т/сут, или 110 м³ раствора. Дозировку извести в сборник можно  осуществить секторным питателем с регулируемым числом оборотов.

При гидроэкранном способе  тушения шлака и получении из него вспученной массы — шлаковой  пемзы  подавление образования и очистку газовых выбросов целесообразно проводить в две—три ступени. На первой стадии связывание сернистых соединений  проходит в момент соприкосновения раскаленного шлака с холодной водой и кислородом воздуха. Гидрооксид кальция, оксиды других  щелочноземельных  элементов, содержащиеся в оборотной воде с рН 10—12, реагируют с сульфидами металлов и образовавшимися летучими сернистыми соединениями, связывая  их в нелетучие вещества. Вторая ступень очистки газов осуществляется форсуночным распылением щелочной воды, например над первым грануляционным желобом с экраном.

Процесс выделения и поглощения сероводорода и других химических примесей будет продолжиться и в процессе дальнейшего продвижения гранулированного шлака вплоть до его погружения на отправку, хотя во все меньших количествах. Абсорбция газообразных сернистых примесей в этом случае будет проходить за счет наличия и шлаке подщелоченной воды, которая с избытком расходуется при тушении. Третья ступень проходит в абсорбере, установленном над пластинчатым транспортером, или в газоходе, куда подают подщелоченную воду в два—три коллектора с эвольвентными распылительными форсунками. Таким способом степень очистки газов можно довести до 90%. Схема очистки газов приведена на рис. 1.35.