Очистка газов в мартеновском производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Очистка газов в мартеновском производстве

Содержание

1. Характеристика отходящих газов и пыли

2. Обеспыливание отходящих газов мартеновских печей

3. Очистка отходящих газов двухванных печей

4. Оксиды азота и борьба с ними в мартеновском производстве

5. Неорганизованные выбросы и борьба с ними

1. Характеристика отходящих газов и пыли

газ пыль очистка выброс

Количество, состав и параметры дымовых газов.

В мартеновских цехах производится более 50 % всей выпускаемой стали.

В мартеновской печи дымовые газы образуются в результате сгорания топлива, нагрева и разложения сыпучих материалов и окисления углерода шихты (углекислый газ и оксид углерода).

Ниже приведено максимально возможное количество продуктов сгорания, поступающих на газоочистку при работе на природном газе:

Садка печи, т.. 100 200 300 400 500 600 900 Vmax.тыс- м³/⁴ * 68 80 90 101 112 125 161.

Как показывают промышленные исследования, на современных мартеновских печах количество продуктов сгорания перед газоочисткой из-за присосов по газовому тракту оказывается в 1,8-2,0 раза больше количества газов, образующихся в печи. Для печей, работающих с подачей мазута (20-50 % по теплу), количество продуктов сгорания увеличивается на 5%. Вследствие увеличения присосов к концу кампании объем уходящих газов увеличивается на 10-15%.

Температура газов после регенераторов - в среднем 600- 700 °С, в период заливки чугуна на короткое время она повышается до 700-800 °С.

Средний состав уходящих продуктов сгорания печей, работающих на дутье, обогащенном кислородом, % (объемн.)-10,5-15,1 СО₂; 16-16,5 Н₂О; 62,3-66,1 N₂; 6,5-7,1 О₂; следы SO₂.

Пылевынос и физико-химические свойства пыли. Уходящие газы мартеновских печей содержат большое количество пыли, выделение которой по ходу плавки (рис.1, а) неравномерно. Максимальное пылевыделение наблюдается в период плавления при продувке ванны кислородом.

В начальный период плавки пыль крупная, она состоит из частиц руды, известняка и некоторых других компонентов. Пылеобразование связано с растрескиванием шихты при нагреве, а также с угаром оплавляемого металла.

Рис. 1 Изменение запыленности газов мартеновской печи: / - прогрев (без кислорода); // - плавление (продувка кислородом); /// - доводка (без кислорода) / - в вертикальном канале; 2 - под насадкой; 3 - в общем борове

В период плавления при продувке ванны кислородом выделяется большое количество мелкодисперсной пыли (размер частиц <1 мкм). Большинство исследователей считают, что основной причиной образования пыли (бурого дыма) является испарение металла в зонах высокой температуры с последующим окислением и конденсацией в атмосфере печи. С увеличением удельного расхода (интенсивности продувки) кислорода количество выделяющейся пыли резко увеличивается (рис.1, б). Ниже приведен удельный вынос пыли при подаче в ванну кислорода:

Расход кислорода, м³/(т-ч) ... О 5 10 15 Выбросы, кг/т . . 2,4 7,2 16,7

Интенсивность пылевыделения существенно снижается с рассредоточением подачи кислорода. Оптимальными считают шестисопловые фурмы с наклоном сопел 20-30° по отношению к горизонту.

Для снижения температуры в зоне продувки в струю кислорода иногда добавляют топливо (природный газ или мазут), сыпучие материалы (железорудный концентрат или известь) или просто воду. При этом выбросы пыли заметно сокращаются (на 20-30 %)

Основную часть пыли составляют оксиды железа, количество которых достигает 65-92%. Примерный состав мартеновской пыли перед газоочисткой при работе печи с продувкой кислородом, %: 92,7 Fe₂O₃; 0,9 А1₂О₃; 1,65 СаО; 0,9 MgO; 1,1 МnО; 0,8 SiO₂.

Дисперсный состав пыли во многом зависит от интенсивности продувки ванны и для средних условий может быть выражен следующими цифрами:

Размер частиц, мкм . <1 1-5 >5.

Содержание, %. 60 34 6.

Обработка этих данных показывает, что d_m = 0,8 мкм;

Пыль, уносимая из печи, в значительной степени оседает по газовому тракту: 50-60 % в шлаковике, 15-20 % в регенераторах, 10-15% в котле-утилизаторе. Таким образом, запыленность газа после котла-утилизатора (перед газоочисткой) составляет 10-15 % содержания пыли в газах, выходящих из печи. При расчетах запыленность газа можно принимать следующей,:

Без кислородной продувки .... 3-5/0,4-0,7.

С кислородной продувкой 25-30/3-6.

Примечание. В числителе - на выходе из печи, в знаменателе - перед газоочисткой.

Удельное электрическое сопротивление пыли составляет10⁷-10¹⁰ Ом-см².

В уходящих газах мартеновских печей, кроме пыли, содержатся вредные газообразные компоненты: 30-50 мг/м³ оксидов серы и 200-400 мг/м³ оксидов азота.

Из отходящих газов мартеновских печей газообразные компоненты в настоящее время не улавливаются.

2. Обеспыливание отходящих газов мартеновских печей

Практически за всеми крупными мартеновскими печами установлены котлы-утилизаторы, в которых за счет выработки водяного пара температура отходящих газов снижается с 600-700 до 220-250 °С. Котлы-утилизаторы мартеновских печей типизированы и изготовляются в серийном порядке котлостроительными заводами.

Для очистки отходящих газов мартеновских печей как в бывшем СССР, так и за рубежом применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури (рис. 2). Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м³, что соответствует санитарным требованиям.

Наиболее подходят для очистки мартеновских газов электрофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газов 1-5 м/с

Рис. 2 Применяемые схемы охлаждения и очистки газов мартеновских печей: а - мокрая очистка в скрубберах Вентури; б - сухая очистка в электрофильтрах. 1 - мартеновская печь; 2- котел-утилизатор; 3 - трубы Вентури; 4 - каплеуловитель; 5 -дымосос; 6 -дымовая труба; 7 - сухой электрофильтр

Таблица 1

Технико-экономические показатели схемы очистки газов мартеновских печей

Примечание. В числителе - очистка газов в скрубберах Вентури (с учетом стоимости водного хозяйства), в знаменателе - очистка газов в электрофильтрах. При скорости 1,2 м/с степень очистки 98-99 %. Примерно такую же степень очистки могут дать прямоугольные трубы Вентури с регулируемой горловиной, работающие со скоростью газов в горловине 100-120 м/с и удельным расходом воды 1 -1,2 дм³/м³. Технико-экономическое сравнение обоих вариантов для печей различной емкости дает следующие результаты (табл. 1). Результаты технико-экономического анализа показывают, что очистка газов в электрофильтрах дешевле, чем в скрубберах Вентури: суммарные удельные затраты уменьшаются по мере увеличения емкости печи, причем в варианте с электрофильтрами более быстрыми темпами. Стоимость газоочистки составляет в среднем около 20-25 % общей стоимости цеха.

Таким образом, в современных условиях для очистки отходящих газов мартеновских печей следует рекомендовать электрофильтры типа ЭГА. Только в тех случаях, когда электрофильтр из-за отсутствия места установить невозможно, следует применять скрубберы Вентури, из которых наиболее подходящими являются трубы Вентури с регулируемым сечением прямоугольной горловины, снабженные каплеуловителями с завихрителем.

3. Очистка отходящих газов двухванных печей

На ряде металлургических предприятий мартеновские печи реконструированы в двухванные, которые работают значительно интенсивнее. Количество отходящих газов из рабочего пространства холодной камеры равно 50 000-60 000 м³/ч, их температура 1400-1500 °С. В отходящих газах содержится, %: 4-11 СО₂; 0,2-0,8 СО; 8-17 О₂. При неполном сгорании содержание СО увеличивается до 10 % и выше.

Запыленность отходящих газов 15-25 г/м³. Пыль, содержащаяся в газах, имеет следующий химический состав, %: 86,4 Fe₂O₃; 2,61 FeO; 5,9 SiO₂; 1,94 А1₂О₃; 2,26 CaO; 2,16 MgO; 0,47 MnO; 1,7 S.

Ниже приведен дисперсный состав пыли, замеренный при расходе 6000-6500 м³/ч кислорода на продувку ванны:

Размер частиц, мкм. <1 1-3 3-10 >10 Содержание, % (по массе) 35 37 21 7

Высокая температура отходящих газов требует применения для их охлаждения котлов-утилизаторов радиационно-конвективного типа (серии РК). Такие котлы-утилизаторы разработаны Центроэнергочерметом, однако до настоящего времени в серийном порядке не изготовляются. Вследствие этого охлаждение отходящих газов двухванных печей перед очисткой приходится осуществлять нерациональными способами - впрыскиванием воды или разбавлением воздухом. Используют и котлы-утилизаторы серии КУ, предназначенные для мартеновских печей.

В СССР имелся опыт эксплуатации за двухванными печами сухой и мокрой систем газоочистки. При сухой схеме газоочистки (рис.3) дымовые газы, выходящие из холодной камеры двухванной печи с температурой 1400-1500 °С, по вертикальному каналу поступают в шлаковик, где охлаждаются впрыскиванием воды до 900-1000 °С. Дальнейшее охлаждение газов до 700 °С, предусматривающее также дожигание оксида углерода, осуществляют подсосом холодного воздуха в общий боров через специальные люки. Далее по футерованному шамотным кирпичом газоходу газы отводят или в котел-утилизатор типа КУ (рис.3 а), или в форсуночный скруббер полного испарения, частично футерованный огнеупорным кирпичом.

Рис. 3 Применяемые схемы охлаждения и сухой очистки отходящих газов двухванных печей в электрофильтрах: а - с охлаждением в котле-утилизаторе; б - с охлаждением в скруббере 1- двухванная печь; 2 - подвод воздуха для дожигания СО охлаждения,; 3 - испарительный скруббер; 4 - сухой электрофильтр; 5 - дымосос; 6 - дымовая труба; 7 - котел-утилизатор

В скруббере газы охлаждаются до 200 °С и увлажняются до состояния насыщения. После скруббера установлен электрофильтр типа ЭГА с игольчатыми коронирующими и С-образными осадительными электродами. Надежным и устойчивым является режим работы при следующих параметрах:

В пределах данного режима газоочистка за двухванной печью работоспособна и эффективна.

На одном из предприятий Юга страны за двухванной печью работает мокрая газоочистка со скрубберами Вентури. На этой установке газы также охлаждаются до 900-1000 °С в шлаковике впрыскиванием воды. В борове газы охлаждаются до 700 °С путем разбавления их воздухом, подаваемым вентилятором через специальное сопло диаметром 700 мм, установленное на входе в боров. Одновременно происходит дожигание оксида углерода, для чего в борове размещены специальные горелки.

Охлажденные до 700-800 °С газы направляются в серийный котел-утилизатор типа КУ-80 (рис.4), после чего с температурой 220-250 °С они поступают на газоочистку. Система газоочистки включает 10 параллельно работающих труб Вентури круглого сечедаия с диаметром горловины 250 мм, изготовленных из стали Х18Н10Т, устойчивой к воздействию высоких температур и агрессивных сред. После труб Вентури газы поступают в каплеуловители, а затем дымососами ВМ-100/1200 выбрасываются в дымовую трубу. При скоростях газа в горловине труб Вентури в пределах 115-125 м/с и удельном расходе воды 1-1,2 дм³/м³ газоочистка работает со степенью очистки более 99 % при расходе кислорода на продувку 4000-6000.

Рис. 4 Схема охлаждения и мокрой очистки отходящих газов двухванных печей: 1 - двухванная печь; 2 - шла-ковики; 3 - шиберы: 4 - горелки для дожигания СО,; 5 - вентилятор для подачи воздуха; в - дымовая труба; 7 - дроссельный клапан; 8 - дымососы; 9 - скруббер Вентури; 10 - котел-утилизатор

В случае отключения котла-утилизатора газы с температурой 700-800 и даже 900 °С подаются прямо в трубы Вентури. Эффективность работы газоочистки при этом не снижается.

4. Оксиды азота и борьба с ними в мартеновском производстве

В отходящих газах мартеновских печей из оксидов азота содержится в основном NO, которая в атмосфере очень медленно окисляется и переходит в NO₂. При работе мартеновских печей с кислородной продувкой содержание оксидов азота в дымовых газах колеблется от 500 до 1200 мг/м³, возрастая в период доводки до 2200 мг/м³. Удельный выход оксидов азота 0,6-1,8 кг/т стали. В дымовых газах двухванных печей содержание оксидов азота ниже и находится в пределах 120- 320 мг/м³, а удельный выход их равен 0,06-0,23 кг/т стали. Несколько снизить выход оксидов азота можно путем подачи при продувке в кислородные фурмы природного газа. Однако при этом снижается скорость выгорания углерода, а следовательно, и производительность печи. Другим технологическим мероприятием, снижающим выход оксидов азота, является перевод печей с мазутного и газомазутного отопления на отопление чистым природным газом, так как при этом устраняется переход в NO связанного азота, находящегося в мазуте. Однако это усложняет конструкцию и эксплуатацию мартеновской печи, требуя применения специальных горелочных устройств (реформаторов) для образования сажистых частиц и повышения светимости факела. В заводской практике ни тот, ни другой способы не нашли широкого применения.

Наиболее перспективным способом очистки мартеновских газов от оксидов азота является каталитическое восстановление газов аммиаком,. Оксид ванадия (V), применяемый в качестве катализатора, требует, чтобы температура газа была не ниже 250-300 °С, а запыленность не выше 0,1 r/м³. Поэтому в случае очистки газов в электрофильтрах реактор целесообразно размещать после электрофильтра, повышая температуру газа до указанных пределов за счет недоохлаждения его в котле-утилизаторе. В случае мокрой очистки следует применять подогрев очищенного газа перед реактором за счет сжигания природного газа.

5. Неорганизованные выбросы и борьба с ними

Помимо выбросов через дымовые трубы, газы, загрязненные пылью и вредными газообразными компонентами, выделяются внутрь цеха через завалочные окна печей, от разливочных ковшей и другого оборудования. Выбросы от мартеновских печей садкой 500-900 т приближенно могут быть оценены следующими цифрами, м³/ч, в межпродувочный период 3000-5000; в период кислородной продувки 6000-12 000. В результате этих выбросов воздух в цехе оказывается весьма загрязненным. Концентрации пыли и СО составляют соответственно 4-10 и 0,01-0,03 мг/м³.

Валовые выбросы оксида углерода на основных участках сталеплавильного цеха составляют, кг/т чугуна (стали):

Систем принудительной вентиляции в сталеплавильных цехах обычно нет. Вентиляция цеха осуществляется посредством аэрации, загрязненные выбросы выходят в атмосферу через аэрационные фонари.

Борьба с выбросами газов через окна печей ведется в двух направлениях: отвод выбивающихся газов с помощью аспирационных систем и создание воздушных завес на окнах. Аспирационные системы занимают много места, дороги в эксплуатации и мешают при проведении ремонта печи. Поэтому более перспективно второе направление. Из сопел диаметром 12- 15 мм, размещенных с шагом 65 мм, вытекают со скоростью 80-120 м/с струи воздуха, перекрывающие площадь рам. При оптимальном разрежении под сводом 35-45 Па полное устранение пылегазовых выбросов достигается при расходах сжатого воздуха около 2,6 тыс. м³/ч на каждое открытое и около 1,3 тыс. м³/ч на каждое закрытое окно. При этом количество поступающих в тракт газов увеличивается на 5-7 %

Размещено на Allbest.ru