Очистка доменного газа реферат

Обновлено: 05.07.2024

ОЧИСТКА ДОМЕННОГО ГАЗА Задачей доменного процесса является восстановление железа в чистом виде из его окислов, т. е. из железной руды (Fe203 или Fe304). Процесс этот возможен при высокой температуре и представляет собой химическую обработку руды .

захватывая при этом мелкие фракции и возгоны некоторых шихтовых материалов. Физико-химические процессы газообразования и восстановления железа в доменной печи рассмотрены в I главе. Подача природного газа ведет к некоторому охлаждению горна, так .

Подаваемого в печь, так как излишне большое содержание влаги ведет к неоправданным затратам тепла на ее разложение. Хотя образующийся при этом водород играет роль восстановителя железа, но оптимальная величина влажности дутья должна учитывать режим .

тационных затратах зависит от условии работы доменной печи, свойств пыли и величины выноса, требовании потребителей к качеству очистки газа, а также от сложившихся традиций на конкретном заводе. 1. КОЛОШНИКОВАЯ ПЫЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА От пылесодержания .

го производства одновременно приводит к упрощению процессов очистки отходящего доменного газа. Так, перевод доменных печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике привел к резкому упрощению системы очистки доменного газа. Далее замена в .

менных скоростных пылеуловителях, в которых обеспечивается высокоэффективная очистка газа до требуемых величин. 4. Способность пылей заряжаться электрическим потенциалом и под действием сильного электрического поля выводиться из потока газа и .

В период выплавки специальных чугунов и особенно ферросплавов (ферромарганца и ферросилиция) создаются серьезные трудности в обеспечении работоспособности газоочистных аппаратов и сохранении высокой степени очистки газа. Это объясняется изменением .

тах и с соблюдением высокой эффективности возможно только при систематизированном исследовании и изучении свойств колошниковой пыли, содержащейся в доменном газе, и условий работы конкретных газоочистных аппаратов. 2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОЧИСТКИ .

Аппараты мокрого пылеулавливания обычно просты и компактны, но часто энергоемки и требуют развитого шламового хозяйства и водоснабжения с соответствующими насосными станциями, осветлителями, сгустителями и охладителями. Капитальные затраты и .

телем эффективной очистки газа следует считать величину конечного пылесодержания газа, которая не должна превышать установленной нормы. Как уже отмечалось, все пылеуловители рассчитаны на преимущественное использование для очистки газа определенных .

равно 40%. По химическому анализу это в основном кокс и железная руда. При этой очистке применяются простые, надежные и экономичные, так называемые сухие пылеуловители, использующие для оседания пыли собственную энергию пылинок без затраты .

составу пригодна для использования в шихте агломерационных фабрик (содержание .железа достигает 50%). Следует подчеркнуть, что первая ступень очистки газа выгодно отличается от последующих наибольшей простотой и надежностью газоочистных .

ливания капельной влаги (циклоны, сепараторы и др)-В технике очистки газа применяют так называемые комплексные газоочистки, сочетающие в одном агрегате две ступени очистки газа — два аппарата. Так, применяют скруббер — электрофильтр, труба Вентури — .

сокую температуру и хорошо регенерирующихся, в скором времени позволят создать достаточно надежный и простой аппарат для сухой очистки доменного газа, обеспечивающий сохранение физической температуры доменного газа. В настоящее время охлажденный газ .

При качественной подготовке шихтовых материалов, которая характерна для современных условий, особенно для крупнщх доменных печей, когда пылесодержание отводимого газа обычно не превышает 15 г/ж3, -а фракционный состав пыли отличается .

как утилизация уловленной сухой колошниковой пыли значительно проще, чем извлечение ее из зашламлен-ной воды после мокрой газоочистки. Радиальные пылеуловители По конструктивному исполнению радиальные пылеуловители существенно не отличаются. На .

В результате такого подвода поток газа в пылеуловителе приобретает вращательное движение и пылинки под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса, где скорость газа незначительная, и пылинки постепенно оседают в бункер .

г Рис. 19. Пылеудаление из сухих пылеуловителей: / — рабочий сброс пыли; // — аварийный сброс; / — клапан; 2 — шнек; Э— контргруз; 4 — тросе к лебедке; 5 —редуктор; б —двигатель; 7 —труба сброса пыли в поднятом состоянии; 8 — то .

последующими пылеуловителями, тогда сопротивление их может находиться в пределах 400—600 мм вод. ст. Доменный газ, проходя первичные пылеуловители, практически не охлаждается и поступает в аппараты полутонкой очистки при температуре около 200—300° .

Процесс очистки газа и теплопередачи в скруббере схематически представлен на рис. 20, на котором по высоте скруббера условно изображены изменения пылесодер-жания, температуры, влагосодержания и теплосодержания газо-водяной среды. Процесс .

шары воды удерживаются в газе. Первый период заканчивается, когда температура газа и его влагосодержа-;ние достигают границы насыщения и начала конденсации (около 100° С). Распространение первого периода по высоте скруббера тем больше, чем меньше .

ностью на испарительном режиме. Сложность работы скруббера на испарительном режиме сопряжена с возможностью скоплений шлама и нарушения надежности .

Второй период, который распространяется до области активного действия системы орошения скруббера или до его деревянной хордовой насадки, характеризуется протеканием довольно спокойных процессов. Температура газа, его теплосодержание и .

эффективности улавливания колошниковой пыли (см. рис.20). В этом периоде в результате действия разбрызгивающих форсунок (или орошаемой деревянной насадки) создается большая поверхность для теплообмена между газом и водой, что благоприятствует .

интенсифицировать скрубберный процесс и даже искусственно предварительно увлажнить газ, например, подачей пара в газопровод перед скруббером, чтобы усилить эффект последующей конденсации, играющий важную роль в скрубберном процессе. При переводе .

за скруббером устанавливают дроссельную группу, вопросам очистки газа в скруббере повышенного давления придают второстепенное значение. Немаловажную роль играет скруббер повышенного давления в увлажнении колошниковой пыли, содержащейся в доменном .

Систему орошения располагают в верхней части скруббера, а разбрызгиваемая форсунками вода должна быть направлена только вверх, чем достигается омы-вание водой всей поверхности скруббера и полное полезное использование его объема. Для лучшего .

доводов. При наружном исполнении системы орошения скруббера исключается необходимость устройства внутри его стационарных площадок, которые могут быть очагами скоплений шлама, появляется возможность проверки чистоты форсунок на ходу (без выключения .

Некоторое увеличение выноса из скруббера капельной влаги, захваченной потоком газа, не вызывает осложнений в работе системы газоочистки. Увеличенная капельная влага, произведя дополнительную полезную работу в последующих за скруббером трубах Вентури .

ды ё скруббере и чувствительности дросселя-регулятора на гидрозатворе применяют различные приборы, имеющие свето-звуковую сигнализацию. Наиболее широкое применение получил метод, хорошо зарекомендовавший себя в приборах сниженного уровня воды в .

мость его от наличия электропитания. Механический регулятор (см. рис. 31) в этом отношении более надежен. Применяют, кроме того, простой и надежный сигнализатор уровня воды, основанный на использовании радио- активных изотопов (рис. 35). Изотопные .

емых соответствующими счетчиками. При выходе уровня воды за нормальные пределы интенсивность облучения счетчиков меняется, что регистрируется ^немедленно оповещается свето-звуковой сигнализацией. Скрубберы повышенного давления в системе .

1) орошение скруббера должно быть хорошо организованным с достаточно мелким распылением воды. Применение крупногабаритных форсунок в данном случае нерационально; 2) скорость газа в рабочем пространстве скруооера должна быть не выше 2 .

шейся практике трубы Вентури часто называют газоочистителями, что не вполне соответствует режиму их работы. Трубы Вентури конструктивно не рассчитаны и не приспособлены для улавливания пыли. Они не имеют накопителей для уловленной пыли, которыми .

и усреднения температур газа и поступающей воды. При подаче на трубу. Вентури сухого горячего газа сразу после сухих пылеуловителей эффективность очистки ^возрастает, поскольку (как и в скруббере) в начальный пери- од происходит бурное испарение .

ление которого затрачивается часть потенциальной энергии давления доменного газа. В процессе эксплуатации наиболее просто измерять величину сопротивления (перепад давления), оказываемого трубой Вентури проходу газа. Зависимость от этого качества .

жненный, что обеспечивает наиболее эффективное протекание процессов в зоне максимального турбулентного движения. Вода, подаваемая в трубу Вентури на орошение газа и необходимая для его охлаждения и улавливания колошниковой пыли, влияет на процессы, .

ние для обеспечения максимальной эффективности очистки газа при наименьших затратах энергии и наименьшем перепаде давления. Опытом установлено, что удельный расход воды на орошение 1000 м3 газа в трубе Вентури, равной является оптимальной величиной. .

во-первых, при таком орошении появляется возможность подавать на трубу Вентури воду с повышенным содержанием взвесей (иногда до 1 г/л) и, во-вторых, при установке трубы на сухом газе уменьшается образование в ней настылей шлама. В трубах Вентури .

сунки соответствует приведенным ранее данным (рис. 28 и табл.11). Трубу Вентури, как правило, устанавливают или вертикально, или наклонно, что обеспечивает хороший сток шламовой воды. Предпочтительно трубу Вентури врезать в следующий за ней .

перед скруббером в сочетании с подачей пара (вместо воды) по осевому соплу (рис. 45). Удлиненная горловина увеличивает объем трубы Вентури (ее активной части). Опыт работы такой установки показывает, что в результате инжекции паром потока газа .

Электрофильтры. Электрофильтры являются наиболее экономичными и эффективными газоочистителями, предназначенными для тонкой очистки газа. Расход электроэнергии в электрофильтрах в десять раз меньше расхода электроэнергии при очистке газа в .

рядочное движение. Далее по направлению движения газа установлены две газораспределительные решетки того же назначения. Основная часть электрофильтра — пылеулавливающая система — состоит из осадительных и коронирующих электродов. В .

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Пыль, содержащаяся в доменном газе, частично попадает из шихты и частично в результате сублимации шлака и металлов. На химический состав, количество и зернистость колошниковой пыли значительно влияют физические и химические свойства доменной шихты. Количество колошниковой пыли колеблется в диапазоне 20–200 кг/т чугуна. Ее концентрация 10–30 мг/м3 газа.

Доменный газ сжигается преимущественно в воздухонагревателях, в коксохимическом заводе и энергетике.

Глава 1. СИСТЕМА ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА В ДОМЕННОМ ЦЕХЕ

Доменный газ сжигается преимущественно в воздухонагревателях, в коксохимическом заводе и энергетике.

Для предотвращения запыления воздухонагревателей, рекуператоров, горелок необходимо удалять дисперсную колошниковую пыль из доменного газа.

Очистка доменного газа производится в три стадии: предварительная грубая очистка, охлаждение, связанное с очисткой, и тонкая очистка.
В процессе предварительной очистки из доменного газа удаляются грубые частицы, что облегчает тонкую очистку и утилизируется пыль, содержащая железо, которую можно повторно использовать как добавку в шихте.

Для предотвращения выхода самых крупных фракций пыли из доменной печи трубопроводы доменного газа, вертикальные ДП в значительной высоте, чтобы крупные фракции собственным весом попадали обратно в печь. Для грубой очистки используются пылеуловители (рис. 1), работающие по принципу осаждения пыли. Они имеют цилиндрическую форму в средней части и конусную в верхней и нижней частях. В верхней части верхнего конуса установлен главный клапан, к которому присоединены наклонные газоотводы от печи. Главный клапан служит для полного отключения пылеуловителя от печи.

Внутри пылеуловителя уложен диффузор, сечение которого значительно увеличивается к низу. При движении газа через диффузор вниз его скорость понижается и под влиянием силы тяжести частицы пыли осаждаются в нижней части пылеуловителя. Далее газ из пылеуловителя по трубопроводу поступает в оборудование тонкой очистки.

Пыль, накопленную в нижней конусной части пылеуловителя, необходимо правильно удалять. Обычно применяются два способа удаления пыли: шнековым конвейером или выносным барабаном.

При удалении шнековым конвейером пыль увлажняется и охлаждается, а затем подается на ленточный конвейер или в железнодорожный вагон.

Пыль в процессе удаления поступает через затвор, управляемый гидроцилиндром простого действия (открытие) и противовесом (закрытие), и через задвижку, управляемую гидроцилиндром двойного действия. Далее пыль осаждается через компенсатор двойным шнековым конвейером в воронку. При увлажнении пыли образуется пар, поэтому конвейер оснащен пароотводом.

Конвейер имеет следующие преимущества:

· лучшее увлажнение, кроме того, пыль с частью пара, образующегося при контакте воды с пылью, применяется для увлажнения пыли.

· в случае отказа, или контроля возможна немедленная отсечка пылеуловителя от конвейера.

· Шнековой конвейер питается от электродвигателя мощностью 22 кВт.

Выносный барабан выполняет такую же функцию, как и шнековый конвейер. Разница только в технологии удаления и увлажнении пыли. К входной части барабана неподвижно крепится шнековый конвейер, равномерно подающий пыль в барабан.

На внутренней стороне барабана в несколько рядов установлены лопасти. При вращении барабана лопасти обеспечивают лучшее смешение пыли. По оси барабана размещена труба с форсунками, орошающими пыль водой. Питание барабана осуществляется от электродвигателя мощностью 7,5 кВт. Ранее применялись только шнековые конвейеры, но из за плохой герметичности и низкой степени их начали заменять барабанами.

В настоящее время снова начинают применять шнековые конвейеры, значительно усовершенствованные.

Тонкая очистка. Для тонкой очистки газа применяется мокрый способ — скруббер, трубы Вентури, дроссельная группа, водоотделитель (рис. 2).

Первая ступень мокрой очистки осуществляется в скруббере, представляющий собой емкость цилиндрической формы, в нижней части конусообразную и в верхней — куполообразную. Газ поступает в нижнюю часть скруббера и, проходя вверх, выходит по трубопроводам, размещенными в верхней части верхнего конуса.

Составной частью мокрого скруббера являются кольцевой трубопровод, от которого выходят трубы со встроенными опрыскивателями. Трубы с опрыскивателями размещены таким способом, чтобы вода покрывала все сечение скруббера.

Принцип очистки заключается в том, что капли воды из опрыскивателей движутся противотоком доменного газа. Частицы пыли увлажняются водой и опускаются в нижнюю конусную часть скруббера в виде шлама. Этот процесс позволяет устранить 80–90% пыли. Газ от скруббера трубопроводом поступает в трубы Вентури. Труба Вентури состоит из конфузора, в котором повышается скорость газа и подается распыленная вода, патрубка, где пыль осаждается на капли воды, и из диффузора, в котором проходят процессы коагуляции и понижение скорости потока. Вследствие понижения скорости газа частицы пыли гравитацией осаждаются в нижней части.

Коэффициент полезного действия трубы Вентури составляет 96–98% при удалении частиц средним диаметром 1–2 μм. Высокодисперсные частицы пыли улавливаются в широком диапазоне ее концентрации в газе (от 0,05–100 г/м3).

При режиме тонкой очистки от высокодисперсной пыли скорость потока в патрубке должна составлять от 100–150 м/с и расход воды от 0,5–1,5 л. При этом потери давления в трубе Вентури составляют 10–20 кПа.

В случае, если труба Вентури работает только в качестве коагулятора перед последующей тонкой очисткой (с применением электрофильтра), или служит только для улавливания частиц с размером 5–10 μм, скорость тока в патрубке можно понизить на 50–100 м/с.

Чистый доменный газ из труб Вентури по трубопроводу подается в дроссельную группу, где устанавливается требуемое давление газа. Газ дополнительно очищается водой, которая применяется для охлаждения клапанов в дроссельной группе. В водоотделителе, куда газ входит тангенционально, возникает вращение потока газа, вследствие чего частицы пыли осаждаются на стенах отделителя и в виде шлама стекают в нижнюю часть. Из водоотделителя в заводскую сеть выходит уже чистый и сухой доменный газ.

При мокрой газоочистке осуществляется рециркуляция воды, новая вода применяется только для возмещения потерь испаряющейся воды и воды, уносимой с частицами пыли.

Для очистки шламовой воды до сих пор применяются большие шламоотстойники (дорры).

Шлам, как отходящий продукт мокрой очистки доменного газа подвергается рециклинсу. Он используется в доменной шихте благодаря высокому содержанию оксидов железа.

В составе шлама входят тяжелые цветные металлы — преимущественно цинк и свинец, флюриды, хлориды, сульфаты. С технологической точки зрения из-за высокого содержания цветных металлов шлам очень сложно переработать. Разделением частиц на тонкие и крупные фракции можно удалить 50–60% цинка и свинца, и переработать 80% всего годового объема образующегося шлама.

Цинк крайне нежелательная примесь в технологическом процессе производства чугуна (прежде всего, он взаимодействует с футеровкой доменной печи). Для сепарации шлама в настоящее время применяются гидроциклоны. Шлам нагнетается в гидроциклон, разделяется там на два встречных вихревых потока. Более крупные частицы, содержащие железо и углерод, выдавливаются вверх (шлам с содержанием Fe), и менее крупные — цинка и свинца (шлам с содержанием Zn) в центр гидроциклона и перемещаются вверх. Шлам с содержанием Fe после водоотведения в вакуум-фильтрах возвращается обратно на агломерацию, а шлам с содержанием Zn исключается из технологического процесса.Для сепарации в настоящее время применяются гидроциклоны. Более крупные частицы, содержащие железо и углерод, выдавливаются в направлении вверх (значит шлам с содержанием Fe), и менее крупные цинка и свинца (шлам с содержанием Zn) в центр гидроциклона и поступают в направлении вверх. Шлам с содержанием Fe после водоотведения в вакуум-фильтрах вращается обратно, и шлам с содержанием Zn после водоотведения на шламо-прессе исключен из технологического процесса.

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА И СОСТАВ ВЫБРОСОВ

Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными- шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м куб. доменного газа со средней теплотой сгорания 3.96 МДж/м куб. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшияся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9-55 г/м куб., а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м куб./т влажного кокса, или 4000 м куб./т сухого кокса, или 2000-2500 м куб. на 1 т чугуна.

Примерный состав колошникового газа	Объемная доля в, %
Примерный состав колошникового газа	СО2	CO	CH4	H2	O2+N2
при работе без повышения давления и комбинированного дутья	11.2	31.2	0.21	2.99	55.1
при работе с повышением давления и комбинированным дутьем	11.3	29.0	0.20	4.30	55.2

Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300-350 градусов цельсия.

Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса наобходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу.

Запыленность газа во время выхлопа составляет 250-700 г/м куб. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи. кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку. Для печей вместимостью 930-2700 м куб. выбросы пыли и оксида углерода (2) составляют соответственно 0.17-0.60 и 5-19 т/сут. Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO2- 14.6; MgO- 4.35; Al2O3- 4.35; CaO- 11.85; S- 0.74; MnO- 3.75, остальное - оксиды железа.

Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса газа под давлением, несколько превышающим давление в печи.

При этих условиях запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство, и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Недостатком этого способа предотвращения выбросов пыли и СО из межконусного пространства печи являются дополнительные энергозатрары, связанные со сжиганием газа, подаваемого в засыпное устройство печи.

Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах:

Размер частицы, мкм	200	200-100	100-60	60-20	20-10	10-1
Массовая доля, %	34.5	12.3	19.0	25	7.5	1.7

Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литеный дворы.

На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м куб.

В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и ковейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.

Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м куб., в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон-весов приходится герметизировать. В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2.5 кг пыли на каждую тонну чугуна. После очистки в атмосферу выбрасывается в среднем около 90 г пыли на 1 т чугуна. На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO2. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150-1500 мг/м куб.; максимальная концентрация наблюдается над главным желобом и ковшом для чугуна.

Средняя концентрацияя СО составляет, мг/м куб.: у чугунной летки - 22. 1250; у шлаковой летки - 11. 680; на уровне фурм - 15. 884; у кольцевого воздухопровода - 11. 5000.

Содержание СО на рабочих местах в период выпуска чугуна составляет 125-250 мг/м куб. Наибольшая концентрация наблюдается в момент выпуска чугуна и шлака у леток и поворотных желобов.

При выпуске горячего шлака из домны сера реагирует с кислородом воздуха с образованием SO2. Этот газ выделяется от шлаковых леток, желобов и шлаководов; средняя концентрация SО2 на этих участках в период выпуска шлака достигает 30мг/м куб.

Валовые выбросы пыли, оксида углерода (2) и оксида серы (4) на литейных дворах типовых доменных печей различного объема приведены в таблице 2.

Выпущенные из печи продукты плавки направляются на дальней шую переработку: чугун - на разливку в чушки на разливочной машине, шлак - на грануляцию, доменный газ - на очистку.

При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяется пыль и СО. Аспирация и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяется в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.

В последнее время все газовые выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединять и направлять их на очистку в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн м куб./ч. Чтобы уменьшить его, все системы отсоса газа от источников пылегазовыделенийснабжают дроссельными клапанами, позволяющими по мере надобности дистационно включать необходимое в данный момент укрытие (зонт).

Пыль колошниковая и от установок аспирации. Колошниковая пыль - давно известный металлургам материал и как вторичное сырье применяется с появлением процессов окускования, брикетирования, агломерации, производства окатышей и гранул.

Ценность этого материала обусловлена близостью его химического состава составу доменной шихты, но по причине высокого содержания углерода и дисперсности он плохо окомковывается, что до поры до времени сдерживало его применение при производстве агломерата. В настоящее время металлургами в той или иной степени решены проблемы использования колошниковой пыли в составе аглошихты, хотя некоторые специалисты считают, что по указанным выше причинам значительная часть пыли не попадает в состав аглоспека, уносится с аглогазами и опять переходит в шлам.

В настоящее время в составе аглошихты доля вторичных продуктов - шлама и колошниковой пыли установок аспирации - составляет 80 – 100 кг/т агломерата.

Простой расчет, а также практика ТЧМ (попытки использования шламов до 150 кг/т агломерата) показывают, что дальнейшее увеличение количества побочных продуктов в аглошихте без надлежащей технологической подготовки приводит к резкому снижению его производства, а также уменьшению прочности агломерата и, как следствие, увеличению в нем количества мелочи и повышенному пылевыделению на перегрузках.

Производство и использование металлургических брикетов. Производство чугуна технологически сопровождается образованием значительного количества различных отходов, около 80% которых составляют шлаки и остальное - шламы, пыли и прочие отходы. Как правило, выход аглодоменного шлама и колошниковой пыли составляет 20-50 кг/т продукции.

Разработанная и внедренная на ТЧМ технология использования аглодоменного шлама и колошниковой пыли при производстве агломерата не позволяет утилизировать указанные отходы в полном объеме.

Причина – ограничения, связанные с ухудшением технологических свойств агломерата при расходе шлама и пыли свыше 100 кг/т агломерата.
Необходимость утилизации ранее накопленных в отстойниках запасов шлама, а также его текущих объемов требовала поиска новых решений вовлечения вторичных железосодержащих ресурсов в состав доменной шихты.

Глава 3. ВЫДЕЛЕНИЕ ГЕРМАНИЯ ИЗ КОЛОШНИКОВОЙ ПЫЛИ ЦИНКОВЫХ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Наиболее целесообразным является выделение германия при переработке германийсодсржащего осадка, получаемого при высаживании цинковой пылью и отделяемого от кадмийсодержащего раствора. Производство германия может рассматриваться в качестве побочного процесса получения кадмия, если получение кадмия является основным процессом.

Схема на рис.1 основана главным образом на данных статьи Томпсона и Мусгрейва, напечатанной в 1952 г. Принципиально процесс не изменен, только использованы некоторые дополнительные технические данные из современной практики. Процесс, в соответствии с рис. 64, начинается с улавливания германиево- и кадмийсодержащих дымов, образующихся в процессе обжига и плавления при переработке рудных концентратов на основе сульфида цинка,

Подсистема выделения германия формируется на стадии, когда после первичной обработки дымной пыли германийсодержащий осадок отделяется от кадмийсодержащего раствора. Частичное осаждение соединений из раствора достигается путем добавления к нему цинковой пыли в количестве достаточном для высаживания меди и германия без выделения соединений кадмия.

Другие примеси, например мышьяк, также осаждаются вместе с медью, и германием. С этого момента дальнейшая обработка осадка с содержанием германия 1 % всегда протекает одинаково независимо от его происхождения — из отходов или колошниковой пыли производства цинка или из золы, получаемой при сгоранииугля. Шлам, содержащий германий, снова растворяется в серной кислоте н концентрация германия увеличивается при повторном осаждении. Полученный концентрат германия высушивается, прокаливается и растворяется в концентрированной соляной кислоте.

Полученный концентрат германия высушивается, прокаливается и растворяется в концентрированной соляной кислоте.

Получающиеся при этом тетрахлорид германия и треххлористый мышьяк отгоняются от раствора и направляются на дальнейшую очистку. Очистка проводится путем многократной перегонки четыреххлористого германия, гидролиза водой,

Влажность доменного газа составляет 3–4 %. Газ такого состава покидает доменную печь с температурой 200–350 °С через газоотводы на колошнике доменной печи и называется колошниковый. Он проходит газоочистку и используется в качестве газообразного топлива.

В доменной печи газ выполняет функции восстановителя, теплоносителя и науглероживателя железа. Компоненты доменного газа СО и Н₂ восстанавливают оксиды железа. Горновой газ покидает зону горения с температурой 2000 0 С. Поднимаясь вверх в доменной печи он отдаёт тепло двигающемуся навстречу потоку шихты и постепенно остывает. Доменная шихта и продукты плавки, напротив, нагревается до 1450–1500 °С. При температурах ниже 700 °С в доменном газе происходит образование сажистого углерода:

Осаждаясь на поверхности свежевосстановленного железа, углерод взаимодействует с ним. В результате содержание углерода в губчатом железе достигает 1,5–2 %, а температура плавления снижается до 1300 °С.

Доменный газ, содержащий до 35 % горючих компонентов и 50-60 г/ м 3 пыли при работе печи с повышенным давлением на колошнике (и 15-20 г/ м 3 . - с нормальным давлением), должен быть очищен от пыли перед его отправкой потребителям - на коксовые батареи, на горелки доменных воздухонагревателей и др. - до достижения концентрации пыли не выше 10 мг/ м 3 . Для очистки газа до столь низких концентраций пыли на металлургических заводах применяют многоступенчатые комбинированные схемы.

Как правило, первоначально очистку доменного газа проводят в сухих пылеуловителях диаметром 5-8 м, в которых осаждаются частички пыли размером 50 мкм и более. В этих аппаратах улавливается 70-90 % пыли, содержащейся в доменном газе, благодаря воздействию сил гравитации и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180 градусов. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи винтового конвейера, смачиваемого водой. Остаточное содержание пыли в доменном газе после грубой очистки не превышает 3-10 г/м куб.

Для второй ступени очистки газа используют системы мокрой очистки. Обычно доменный газ из системы грубой сухой очистки поступает на полутонкую очистку газа, в которой выделяются частички размером 20 мкм и более и газ очищается до остаточного содержания пыли на выходе 0,6-1,6 г/м 3 . Полутонкую очистку осуществляют в аппаратах мокрого типа - форсуночных полых скрубберах и трубах Вентури.

Газы в доменных скрубберах имеют скорость 1-2 м/с при удельном расходе воды, составляющем 3-6 кг/ м 3 газа. Проходящий через скруббер доменный газ охлаждается с 250-300 °С до 40-50 °С и полностью насыщается влагой. Степень очистки газа от пыли в скруббере не превышает 60-70 %.

После скруббера газ в большинстве случаев поступает в две- четыре низконапорные трубы Вентури, скорость газов в горловине которых равна 50-80 м/с при удельном расходе воды 0,2 кг/ м 3 . Здесь завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую очистку доменного газа, содержащего до 10 мг/м 3 пыли, осуществляют в аппаратах 1 класса. В связи с широким внедрением на заводах черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию давления доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), для тонкой очистки газа обычно применяют аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр.

Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ, на отечественных заводах обычно применяют две схемы очистки доменного газа:

1) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - дроссельная группа - каплеуловитель - чистый газ потребителю;

2) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - мокрый электрофильтр - чистый газ на получение электроэнергии в ГУБТ.

Выбор системы очистки доменного газа зависит от требуемой степени его чистоты и экономических показателей пылеочистки.

За трубой Вентури устанавливают каплеуловитель-сепаратор, которым может быть мокрый циклон, скруббер или канальный сепаратор.

В электрофильтрах для промывки и охлаждения электродов расходуется 0,5-1,5 кг воды и 3,6-4,3 МДж электроэнергии на 1000 м 3 газа.

Затраты на устройства для очистки от пыли и газов всех основных источников загрязнения атмосферы доменного цеха, т.е. газов, отводимых при загрузке кокса в бункеры и транспортировании и сортировке руды и кокса перед загрузкой в печь, отводе доменного газа и воды из очистных сооружений и отстойников, составляет примерно 15-20 % суммы всех капиталовложений цеха, включая и все соответствующие вспомогательные службы.

Объем капиталовложений зависит от мощности предприятия и его технической оснащенности. Некоторые устройства используют одновременно для нескольких пылегазоочистных агрегатов (газоходы, отстойники устройства для переработки шлама, вспомогательные агрегаты), благодаря чему объем капиталовложений снижается.

Эксплуатационные затраты на очистные сооружения доменного цеха зависят в основном от стоимости электроэнергии, водоснабжения и обслуживания.

В современных доменных печах на 1 т выплавляемого чугуна образуется 1250—1800 м 3 газа, отводимого из печи через колошник.

Доменный или колошниковый газ используют как топливо воздухонагревателей доменных печей, коксовых печей, нагревательных колодцев и печей прокатных станов, котельных установок.

На выходе из печи доменный газ содержит от 10 до 40 г/м 3 пыли, а перед подачей в горелочные устройства для предотвращения выхода их из строя (засорение и др.) содержание пыли в нем должно быть не более 5 мг/м 3 , в связи с чем требуется обязательная его очистка.

Рис.1. Схема системы отвода и очистки доменного газа

Для каждой доменной печи сооружают индивидуальную систему газоочистки; газ к газоочистным устройствам, располагаемым на нулевой отметке, подают от колошника по наклонному газопроводу (на печи объемом 5000 м 3 их два). Система газоочистки обычно включает несколько последовательно установленных газоочистных аппаратов. На современных отечественных печах, работающих с повышенным давлением газов, применяют две различающиеся схемы газоочистки — с дроссельным устройством, предназначенным для понижения давления газов, и с газовой утилизационной бескомпрессорной турбиной.

Большая часть печей оборудована системой очистки газов с дроссельным устройством, показанной на рис. 1. От колошниковой части 1 печи газы по наклонному газопрободу поступают в сухой радиальный пылеуловитель 2 диаметром до 16 м, имеющий сужение вверху и внизу. Газ в него поступает сверху и изменяет направление движения на 180°, а крупные частицы пыли осаждаются в нижнем конусе пылеуловителя, откуда пыль периодически выпускают в железнодорожные вагоны.

Далее газ попадает в безнасадочный скруббер 3, где частицы пыли захватываются подаваемой через форсунки водой и осаждаются в нижней части скруббера в виде шлама; газ здесь охлаждается до 35—40 °С. Затем газ проходит через нерегулируемые трубы Вентури 4, где частицы пыли поглощаются каплями воды, которые улавливаются в далее расположенном каплеуловителе. Окончательная очистка газа происходит в дроссельном устройстве 6. Последнее предназначено для снижения давления газа и одновременно обеспечивает его очистку, работая как газоочистной аппарат по тому же принципу, что и трубы Вентури. Далее газ проходит через водоотделитель 7 и через листовую задвижку 8 поступает в коллектор 9 (цеховую сеть). По газопроводу 5 газ отводят на колошник для уравновешивания давления в межконусном пространстве.

Вновь сооружаемые доменные печи, а также печи многих существующих цехов с целью экономии энергоресурсов в последние годы оборудуют газовыми утилизационными бескомпрессорными турбинами (ГУБТ), предназначенными для выработки электроэнергии за счет использования энергии повышенного давления доменного газа. В турбине, располагаемой после газоочистки, давление газа снижается, в связи с чем в системе очистки газа не используется дроссельное устройство. В настоящее время в сочетании с ГУБТ в большинстве случаев применяют следующую схему газоочистки: сухой пылеуловитель, полый скруббер, нерегулируемые трубы Вентури с каплеуловителем; применяется также схема, в которой вместо труб Вентури используют мокрые электрофильтры. В обеих схемах сохраняется дроссельное устройство, через которое газ пропускают в случае остановки ГУБТ, что обеспечивает работу доменной печи на повышенном давлении.

Обе эти схемы газоочистки, как показал опыт, недостаточно приспособлены для эффективной работы с ГУБТ. Нерегулируемые трубы Вентури без дроссельного устройства не обеспечивают стабильной очистки газа, особенно при периодических переводах печи на работу с пониженным давлением; мокрые электрофильтры также не работают устойчиво. В связи с этим наблюдаются заносы турбины пылью и требуются периодические ее остановки. Кроме того, при обеих схемах очистки доменный газ охлаждается до 35—40 °С, а затем для обеспечения нормальной работы турбины его приходится нагревать до 120—140 °С.

С учетом этого опыта в дальнейшем Гипромез рекомендует следующие схемы очистки доменного газа при работе с ГУБТ: сухой пылеуловитель, малогабаритный скруббер, регулируемые трубы Вентури, каплеуловитель; сухой пылеуловитель, испарительный скруббер, сухие электрофильтры. При очистке по первой из этих схем газ будет охлаждаться до 55 °С, по второй — до 100—120°С; вторая схема может быть реализована после промышленного опробования сухих электрофильтров.

Газотурбинная расширительная станция. ГУБТ, использующая энергию повышенного давления доменного газа, служит приводом электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Для размещения ГУБТ и электрогенератора вблизи от газоочистки сооружают газотурбинную расширительную станцию (ГТРС); в ней располагают также подогреватель смешивающего типа, который обеспечивает нагрев газа перед турбиной до 120—140 °С за счет сжкгания части (до 5—6%) подаваемого в нее газа.

Применяемые в настоящее время турбины ГУБТ-8 и ГУБТ-12 имеют соответственно мощность около 8 и 12 МВт и пропускную способность в 260 000 и 360 000 м 3 газа в час. Турбину выбирают с учетом того, что она должна обеспечить пропускание всего газа, отводимого от доменной печи.

В существующих ГТРС обычно предусматривали установку одной турбины на каждую доменную печь (для печи объемом 5000 м 3 предусмотрена установка двух параллельно работающих турбин ГУБТ-12). В последующем с целью повышения техникоэкономических показателей и экономии территории Гипромезом рекомендуется сооружение ГТРС с установкой, как правило, одной мощной турбины на две-три доменных печи. Соответственно намечено создание более мощных ГУБТ, чем существующие (в частности, турбины, которая одна обеспечивала бы пропуск газа от лечи объемом 5000 м 3 до 740 000 м 3 /ч).

Читайте также: