Лекции по “Экологическому обеспечению производства чугуна ”

Наиболее распространенным является способ селективного каталитического восстановления аммиаком, обеспечивающий при температурах 300-400 ^оС очистку ~ на 80 %. Метод широко применяется в Японии.

Важнейшим элементом  установок селективного каталитического  восстановления оксидов азота является катализатор, стоимость которого достигает 50 % стоимости всей установки (катализаторы на основе диоксида титана с добавками оксидов ванадия и вольфрама).

Для очистки газов  мартеновских печей, агломерационного производства в качестве катализатора используется оксид ванадия V₂O₅, который при t ~ 240-280 ^оС служит 2 года. Кассета заполненная катализатором (толщина слоя 350 мм), помещается в г газовый поток, предварительно очищенный от пыли, и имеющий влажность не более 35% по объему и скорость 2-3 м/с. Запыленность очищаемого газа не должна превышать 0,1 г/м³.

Перед слоем катализатора в газоход вводится аммиак с равномерным его распределением по сечению. Аммиак дозируется с коэффициентом избытка 1,2, так как при его недостатке снижается степень очистки газа от оксидов азота, а при избытке превышается ПДК по аммиаку, который также является вредным газом. Достигаемая степень очистки 85-90 %.

 

 

 

4.   Очистка газов и снижение вредных выбросов

при производстве агломерата и окатышей

 

1.4.1 Характеристика выбросов  агломерационного производства

 

На металлургических предприятиях с полным металлургическим циклом 50 %  выбросов в атмосферу оксидов углерода, азота и серы приходится на долю агломашин.

Вредные выбросы на аглофабриках включают выбросы технологического происхождения, образующиеся в процессе спекания шихты, охлаждения агломерата и возврата, вентиляционные и неорганизованные выбросы, образующиеся в процессах дробления, грохочения и перегрузок шихтовых материалов и агломерата. Выбросы пыли с аглогазами находятся в пределах 5-20 кг/т агломерата. Запыленность газов после коллектора обычно составляет 2-6 г/м³. Характеристика выбросов пыли от аглофабрик приведена в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 – Характеристика выбросов пыли от аглофабрик [8]

Выбросы	Оборудование, выделяющее пыль	Запыленность газов до  очистки, г/м3	Удельное  количество выбросов, кг/т агломерата
Технологические	Агломерационные машины, охладители агломерата и возврата, обжиговые печи КС	0,7-2,3	17,5/1,11
Вентиляционные	Дробилки измельчения, грохоты, бункерные устройства, транспортеры	0,7-2,5	11,3/0,84
Неорганизованные	Разгрузочные и погрузочные  устройства,  фонари зданий	0,01-3,2	0,4/0,4

 

Удельный выход газов  от агломашины зависит от газопроницаемости  шихты, содержания в ней топлива, величины подсосов воздуха и может  составлять 2500 - 4800 м³ на 1 т агломерата, или 300-400 м³/ч на 1 м² активной площади аглоленты. Средняя температура аглогазов в коллекторе зон спекания 150 ⁰С, в коллекторе зон охлаждения 250 - 300 ⁰С. 

Выбросы пыли с аглогазами зависят от количества мелких фракций  в шихте, ее влажности и степени  подготовки. Распределение газа и пыли по различным вакуум-камерам агломашин неодинаково. Наибольшее количество газа и пыли выходит из первых (пыли до 10 г/м³) и последних вакуум-камер (пыли до 8-18 г/м³ против 0,2 г/м³ пыли из средних вакуум-камер). В головной части ленты мелкие частички шихты проваливаются через отверстия в решетке и уносятся потоком газа. В последних двух камерах процессы сушки и горения подходят вплотную к колосникам, и сырая шихта перестает служить своеобразным фильтром для образовавшейся над ней пыли. Кроме того, в последних камерах слой агломерата растрескивается при подходе ленты к повороту в конце агломашины.

Химический состав агломерационной  пыли колеблется в зависимости от состава руды. Обычно пыль содержит 40 – 50 % оксида железа, 9 – 15 % оксида кремния , 7 – 12 % оксида кальция, 5 – 6 % углерода, 2 – 8 % глинозема, 0,5 – 1,5 % оксида магния, а также некоторые другие компоненты. Плотность пыли 3,8 – 4,0 г/см³ . Средний медианный размер пылинок 16 – 78 мкм.

На машинах, где осуществляется охлаждение агломерата, выход газов (из расчета на 1м²) из зоны охлаждения на 13 – 20 % выше, чем из зоны спекания.

Запыленность организованных (технологических) выбросов агломерационных газов (АГ) зависит от технологических факторов, г/м³:      

         

Z=                 (1.15 )

где И₁, И₂, И₃, К - расход соответственно известняка, доломита, извести и концентрата, т/т агломерата;

q - удельная производительность, т/(м²_*ч).

Из уравнения (1.15) видно, что запыленность АГ растет с увеличением доли концентрата в шихте, состоящего из мелких частиц, легко выносимых газами, и уменьшается с ростом удельной производительности.

Для обжига известняка на аглофабриках устанавливают обжиговые машины типа ПОР, ОПР и др. Выброс газов от одной машины составляет 30-35 тыс. м³/ч при запыленности 2,7-5,0 г/м³. Ниже приведен дисперсный состав пыли обжиговых машин на одной из аглофабрик:

 

Диаметр частиц, мкм  0 – 40  40 – 250 >250

Содержание, %   6,73  85,31  7,96

 

Отсасываемые от охладителей агломерата и обжиговых машин газы в большинстве случаев обеспыливаются в батарейных циклонах или пылеуловителях мокрого типа.

Содержание газообразных компонентов  в АГ зависит от состава руды и  может колебаться в широких пределах: 4 – 10 % CO₂; 12 – 17 % О₂; 0,3 – 3 % СО; 0,01 – 0,09 % (SO₂ + SO₃) при малосернистых рудах; 0,1 - 0,6 % (SO₂ + SO₃) при сернистых рудах; 0,1 – 0,2 % NO_x; остальное N₂ и инертные газы.

Содержание SO₂ на 1 т агломерата в аглогазах можно рассчитывать по формуле:

                                          (1.16 )

 

где S_ш, S_а, S_n  – сера соответственно шихты, агломерата и увлекаемая пылью, кг/т агломерата.

При спекании шихты, содержащей сульфиды железа, выгорает 90 – 96 % S. Степень выгорания сульфатной серы, обычно составляет 40 – 70 %. Увеличение расхода топлива при спекании аглошихты ведет к существенному уменьшению степени десульфурации, так как в зоне горения увеличивается количество железистых и силикатных расплавов, в которых растворяется большое количество FeS, что уменьшает его окисление. Удельный выброс СО в среднем составляет 20 – 25 кг/т, NO_x - 0,4 – 0,6 кг/т.

Формула для приближенного  определения количества CO на 1 т агломерата имеет вид:

 

                              (1.17)

 

где С_ш, С_а, С_n – углерод соответственно шихты, агломерата и увлекаемый пылью, кг/т агл.;

М_СО, М_С – молярные массы, соответственно, СО и С;

отношение объемного содержания СО к СО₂ в аглогазах (~ ).

Основным направлением сокращения выбросов вредных веществ в агломерационном производстве следует считать совершенствование технологических процессов и оборудования. Техническое перевооружение должно обеспечить значительное уменьшение образования пыли и газообразных веществ и их эффективное улавливание.

 

1.4.2   Отвод и обеспыливание  газов агломашин

 

На аглофабриках СНГ  применяют в основном следующую схему сбора и отвода технологических газов от агломашины. Из всех расположенных по длине агломашины вакуум-камер газы собираются в общий коллектор, размещенный сбоку от агломашины параллельно ее оси. На ответвлениях от вакуум-камер к коллектору стоят S-образные инерционные устройства, в которых за счет сил инерции, возникающих при поворотах, происходит отделение только самой крупной пыли. Собираясь в коллекторе, запыленные газы с небольшой скоростью (10 м/с) движутся к головной части машины. При этом крупные частицы пыли под действием собственного веса выпадают из потока и собираются в расположенных под коллектором пылевых бункерах, откуда удаляются обычно с помощью гидросмыва. Эффективность работы коллектора обычно не превышает 50-60 %.

Дальнейшее обеспыливание  газов агломашин на отечественных  аглофабриках осуществляют в батарейных и одиночных циклонах, мокрых пылеуловителях и электрофильтрах (рис.1.14).

 

                                                                                                    а – очистка в батарейном циклоне; б – очистка в центробежном скруббере; в - очистка в батарейном циклоне и центробежном скруббере; г – очистка в скруббере Вентури;               д - очистка в сухом электрофильтре;

 

1 – агломашина; 2 –  коллектор; 3 – батарейный циклон; 4 – эксгаустер; 5 – дымовая труба; 6 – центробежный скруббер; 7 – скруббер Вентури; 8 – каплеуловитель; 9 – электрофильтр

 

Рис. 1.14 – Схемы очистки от пыли газов агломерационных машин

 

 

Первым типовым проектом предусматривалась установка батарейных циклонов (рис. 1.14, а), количество элементов в которых достигало на крупных машинах 1000-2000 шт. Недостатки их эксплуатации:

- неравномерное распределение газов при большом количестве циклонных элементов, приводящее к перераспределению потоков газа между элементами;

- интенсивный и неравномерный износ и забивание пылевыпускных отверстий циклонных элементов;

- забивание пылью направляющих аппаратов циклонных элементов;

- разрушение агломерационной пыли, представляющей собой агрегаты из разнородных частиц, в центробежном поле циклона, что существенно снижает степень очистки газа.

Замена батарейного  циклона одиночным большого диаметра (рис. 1.14, б) уменьшает возможность забивания пылью, и неравномерного распределения газа по элементам. Однако одиночные циклоны не обеспечивают высокой степени очистки  вследствие больших размеров и уменьшения величины центробежных сил. Степень очистки в батарейных и одиночных циклонах низка и не превышает 70-85 %. Запыленность очищенного газа 0,4-0,5 г/м³ является недопустимой:

1. вследствие большого выброса пыли, превышающего санитарные нормы;
2. из-за резкого сокращения срока службы эксгаустера (до 3-4 мес.) вследствие эрозионного износа.

Установка после батарейных циклонов центробежных скрубберов (рис. 1.14, в)   позволяет снизить запыленность очищенного газа до 150-200 мг/м³ и тем самым увеличить срок службы эксгаустеров. Однако такая схема не рекомендуется в качестве типовой, так как к недостаткам батарейных циклонов добавляются недостатки мокрых аппаратов; эксплуатация газоочистки  осложняется, а надежность работы снижается, насыщение газа влагой снижает стойкость роторов эксгаустера, ухудшается рассеивание вредных веществ в атмосфере.

На некоторых агломашинах в  качестве единственного мокрого  аппарата применяют низконапорные  скрубберы Вентури (рис. 1.14, г), которые включаются в газоотводящий тракт агломашины. Вследствие этого возможный для использования перепад давлений ограничен  0,2-0,3 кПа, что соответствует скоростям газа в горловине труб Вентури 60-75 м/с. При таких условиях высокой степени очистки получить нельзя, и остаточная запыленность газа обычно составляет 120-160 мг/м³. Попытки использовать другие аппараты мокрого типа успеха не имели.

В последнее время на зарубежных и отечественных аглофабриках начинают применять сухие пластинчатые электрофильтры (рис. 1.14, д). Эти аппараты лишены недостатков, свойственных батарейным циклонам и мокрым пылеуловителям, и имеют высокую эффективность очистки до содержания пыли менее 100-120 мг/м³. В случае высокой начальной запыленности газа перед электрофильтрами устанавливают группу циклонов.

Вследствие больших расходов аглогазов  электрофильтры должны иметь высокую  производительность. К недостаткам электрофильтров относятся большие габариты и высокая стоимость. В условиях больших разрежений, создаваемых эксгаустерами, электрофильтры должны иметь усиленную конструкцию и газоплотность корпуса. Эффективность электрофильтра снижается при спекании агломерата высокой основности (3-3,5) и наличии в шихте оксидов свинца и цинка или использовании замасленной окалины.

Установка элекрофильтра значительно  снижает выбросы в воздушный  бассейн и повышает срок службы эксгаустеров до 2-3 лет и более.

Так на аглофабрике МК им. Ильича в зоне охлаждения аглокорпуса № 1 запыленность газов в несколько раз превышала ПДК, что обусловило необходимость поиска новых решений по очистке отходящих газов. Наиболее приемлемым оказался проект французской фирмы «SPEIK» (рис. 1.15), которая предложила индивидуальную конструкцию электрофильтра (h=13 м), позволяющую смонтировать ее в ограниченном пространстве между дымососным отделением и аглокорпусом. Установки питаются переменным током. При нормальной работе средняя потребляемая мощность составляет 107 кВт для одного электрофильтра. Расход очищаемого газа 305 000 м³/ч, максимальная температура газов 200 ^оС, максимальное пылесодержание 15 г/м³.

Запыленность газа после электрофильтра составляет 40 - 60 мг/м³. Установка работает в автоматическом режиме. Для измерения параметров работы используется 5 датчиков: температуры и разрежения газов до и после фильтра, а также нефелометр на дымовой трубе для контроля запыленности газов после электрофильтра.  Расчетная площадь очистки каждого электрофильтра 5392 м². Очистка электродов от осевшей пыли производится валом ударной очистки с молотками, который приводится во вращение редукторным двигателем с низкой частотой вращения. Из-под электрофильтра пыль убирается траспортером «Редлер»  на существующие конвейеры возврата и используется в технологическом цикле повторно, что позволяет экономить до 100 т сырья в сутки. На блоке газоочисток за агломашинами № 4 и № 5 предусмотрен резервный вариант уборки пыли мокрым способом при аварийных остановках трактов. Данная реконструкция газоочистки обеспечивает снижение содержания пыли в выбрасываемых в  атмосферу газах   до  уровня  ПДК (< 100 мг/м³).