Применение доменного газа в металлургической промышленности в связи с началом нагрева дутья в доменном производстве. Химический состав и теплота сгорания колошникового газа. Выбросы доменного производства и их очистка. Очистка газа в трубах-распылителях.
Аннотация к работе
Количество пыли в газе изменяется в зависимости от степени подготовки сырья к плавке, прочности кокса и ровности хода печи. При несовершенных условиях плавки количество пыли в газе может достигать 100 г/м3 газа, находясь при выплавке передельного чугуна в среднем 50 - 60, а при хорошем фракционном составе шихты 30 - 35 г/м3. Содержание пыли в газе резко сокращается при работе печей на режиме повышенного давления газа на колошнике. Тонкая очистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электрических аппаратах или устройствах, работающих по принципу тесного перемешивания газа с водой, а также путем создания больших перепадов давлений газа при прохождении его через соответствующую. На выходе из печи доменный газ содержит от 10 до 40 г/м3 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/м3, в связи с чем требуется обязательная его очистка.Кроме того, при транспортировке запыленного газа по трубопроводам происходит интенсивное эрозионное разрушение металла труб и горелочных устройств, поэтому газ подвергают многоступенчатой тонкой очистке. 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 м3 их два). 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. Газ из доменной печи 1 по четырем вертикальным газоотводам 2 поступает к наклонному газоотводу грязного газа 3 и направляется в пылеуловитель 4 для грубой очистки. Отсюда чистый газ по газопроводу 10 направляется в газовую сеть завода..Дроссельная группа 8 установлена для поддержания повышенного давления газа над колошником и в тракте.Эффективность мокрой очистки определяется способностью частиц смачиваться водой, степенью смешения газа с водой в процессе удаления пыли и развитием процессов укрупнения - коагуляции частиц пыли. В верхней части скруббера размещается несколько рядов форсунок 3-6, обеспечивающих равномерно распределенный по поперечному сечению аппарата поток мелко распыленной воды 7. Загрязненная частицами пыли вода собирается в нижней конической части скруббера и через гидрозатвор 8 сбрасывается в сливной канал 9 и далее в отстойник. Очищенный и охлажденный до 30-50°С газ через патрубок 10 в верхней части корпуса отводится в следующий аппарат. Для повышения эффективности очистки в старых конструкциях внутреннее пространство скруббера заполнялось деревянной насадкой для создания развитой контактной поверхности газа и воды.В коронированном поле образуются ионы обоих знаков, а в остальной области потока газа генерируются ионы, знак которых совпадает со знаком электрода. Внутри корпуса размещены коронируюшие электроды 2, выполненные в виде проводок диаметром 5 мм, для обеспечения натянутости которых прикреплены натяжные грузы, и осадительные электроды 7.Осадительные электроды выполнены из труб внутренним диаметром 233 мм. При работе по тому же принципу, что и труба Вентури, в дроссельной группе уменьшается содержание пыли в газе до 5-10 мг/м*. В газоочистительных комплексах доменных печей, работающих с повышенным давлением газа на колошнике, устанавливаются дроссельные группы для регулирования давления газа и дополнительной очистки его от пыли Принцип их работы аналогичен принципу работы труб-распылителей. Улучшение качества очистки газа после установки труб-распылителей и дроссельных групп в условиях повышенного давления газа на колошнике обусловило возможность перехода на схему очистки газа, принятую, в частности, для доменной печи объемом 5000 м3, а именно: сухой радиальный пылеуловитель - безнасадочный скруббер высокого давления - три трубы - распылителя с каплеуловителем и дроссельной группой.
План
Содержание
Введение
1. Характеристика колошниковых газов
2. Вредные выбросы доменного производства
3. Очистка газов в доменном цехе
4. Грубая газоочистка
5. Полутонкая очистка
6. Тонкая очистка
7. Очистка газа в трубах распылителях - дроссельная группа
Список рекомендуемой литературы
Введение
газ сгорание выброс очистка
Помимо санитарной очистки газовых выбросов перед выпуском их в атмосферу, в доменном производстве первостепенную роль играет очистка технологическая. Применение доменного газа в металлургической промышленности связано с началом нагрева дутья в доменном производстве. Особенно большое развитие оно получило после установки на доменных печах засыпных аппаратов и перехода в связи с этим к более широкому использованию газа как топлива. Состав и основные характеристики доменного газа зависят от шихты и хода плавки и могут в значительной степени изменяться. Доменный газ загрязнен колошниковой пылью, которая представляет смесь мелких частиц руды, кокса, агломерата, известняка и других материалов, загружаемых в доменную печь. Во избежание засорения горелочных устройств и образования отложений в газопроводах доменный газ предварительно должен быть очищен от пыли. Пыль образуется в результате механического измельчения материалов при их приготовлении, транспортировке, загрузке и истирании при движении в шахте печи. Вынос пыли из печи обусловлен увлечением мелких частиц потоком газа, проходящим сквозь слой шихты, а также возгонкой некоторых элементов шихты, т.е. превращением их в парообразное состояние под действием высоких температур. Количество пыли в газе изменяется в зависимости от степени подготовки сырья к плавке, прочности кокса и ровности хода печи.
Состав доменного газа изменяется в следующих пределах, % (объемн.): 25-30 СО; 12-18 СО2; 2-7 Н2; до 0,5 СН4; 47-57 N2.
При несовершенных условиях плавки количество пыли в газе может достигать 100 г/м3 газа, находясь при выплавке передельного чугуна в среднем 50 - 60, а при хорошем фракционном составе шихты 30 - 35 г/м3. Содержание пыли в газе резко сокращается при работе печей на режиме повышенного давления газа на колошнике.
По количеству пыли, остающейся в газе после его очистки, последняя классифицируется на грубую, полутонкую и тонкую. По способу очистки газа газоочистительные средства разделяют на сухие и мокрые. Грубая очистка производится сухим способом. Она основана на изменении скорости и направления движения газа. Назначением грубой очистки является первичное отделение пыли в улавливающей аппаратуре, располагаемой непосредственно около доменных печей.
Полутонкую очистку осуществляют мокрым способом, т.е. обильным увлажнением газа, после которого смоченные частицы пыли удаляются вместе с водой из газовой среды в виде шлама.
Тонкая очистка является конечной стадией очистки газа и требует обязательной предварительной подготовки для получения надлежащего эффекта. Тонкая очистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электрических аппаратах или устройствах, работающих по принципу тесного перемешивания газа с водой, а также путем создания больших перепадов давлений газа при прохождении его через соответствующую. 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/м3 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/м3, в связи с чем требуется обязательная его очистка.
Колошниковый или доменный газ представляет конечный газообразный продукт физико-химических процессов, протекающих в доменной печи, упрощенная схема образования которого может быть представлена следующим образом. При контакте горячего дутья с раскаленным коксом окислители, содержащиеся в дутье - кислород и водяные пары, интенсивно реагируют с углеродом кокса и топливных добавок. За счет избытка кокса в сложившихся температурных условиях горна продуктом этих процессов являются оксид углерода, азот и водород. При работе с дутьем, обогащенным кислородом, состав первичного газа зависит от концентрации кислорода. Так, при увеличении концентрации кислорода от 21 до 30 % и использовании природного газа содержание оксида углерода в горновом газе возрастает от 36 до 40 %, а содержание азота падает от 64 до 50 %. Причем состав первичного газа зависит от соотношения расходов кислорода и природного газа. В результате последующих реакций косвенного и прямого восстановления первичный газ существенно изменяется за счет обогащения оксидом углерода, углекислотой и водяными парами. Конечный состав и температура колошникового газа изменяются в широких пределах в зависимости от конкретных технологических условий.
Выходящий из слоя шихтовых материалов колошниковый газ захватывает из поверхностных слоев мелкие, преимущественно меньше 1 мм, частицы кокса и железосодержащих материалов. Содержание мелких частиц - пыли в колошниковом газе на выходе из печи достигает 15-30 г/м3, а иногда и более.
Удельный выход колошникового газа, т.е. объема газа на 1 т чугуна, зависит от многих факторов и прежде всего от расхода кокса и содержания кислорода в дутье. Уменьшение расхода кокса на выплавку чугуна сопровождается пропорциональным уменьшением удельного выхода колошникового газа в связи с тем, что выход газа на 1 т кокса при прочих равных условиях остается практически неизменным и составляет около 3750 м3. Аналогичным образом влияет и увеличение концентрации кислорода в дутье. Так, по данным Е.А. Ницкевича, повышение содержания кислорода в дутье на 1 % приводит к уменьшению удельного выхода газа на 3 %. Влияние природного газа или других топливных добавок на выход колошникового газа также прежде всего проявляется через изменение расхода кокса. Чем выше коэффициент замены кокса добавками, тем сильнее сокращается выход колошникового газа.
Химический состав и теплота сгорания колошникового газа зависят от тех же факторов, что и его выход. Повышение качества подготовки железосодержащих материалов, увеличение доли агломерата и окатышей, рост температуры дутья и увеличение расхода природного газа приводят к развитию косвенного восстановления и способствуют резкому снижению теплотворной способности колошникового газа. В современных доменных печах, работающих с расходом кокса 420-500 кг/т чугуна, теплотворная способность не превышает 3000-3400 КДЖ/м3.
Измельчение шихтовых материалов происходит при приготовлении, транспортировке и загрузке их в печь. Термические процессы и механическое истирание материалов в печи приводят к образованию новых количеств мелких частиц. Следует отметить, что неровный ход усиливает разрушение шихтовых материалов.
Захват частиц материалов потоком газа при его выходе из слоя происходит, когда подъемная сила, действующая на площадь поперечного сечения частицы, будет больше ее массовых сил. Подъемная сила в основном определяется скоростью газа при обтекании частицы и ее формой. Гранулометрический состав пыли зависит от многих факторов и может сильно меняться в зависимости от условий работы печ.
Основные параметры доменного газа. Состав и основные характеристики доменного газа зависят от состава шихты и хода плавки и могут в значительной степени изменяться.
Для интенсификации доменного процесса и сокращения расхода кокса существует много различных мероприятий, влияющих и на свойства доменного газа: повышение давления, температуры и влажности доменного дутья, обогащение дутья кислородом, вдувание в горн природного газа, мазута и т. п. в результате совокупного действия этих факторов, оказывающих в некоторых случаях противоположное влияние, в составе доменного газа повышается содержание водорода с одновременным уменьшением СО, вследствие чего теплота сгорания его изменяется мало и составляет около 3500-4000 КДЖ/м3, а выход доменного газа снижается с 3800-4000 до 2000-2500 м3/т чугуна.
Примерный состав доменного газа приведен ниже: Таблица 1
Компоненты При работе без повышения давления и комбинированного дутья, % При работе с повышением давления и комбинированным дутьем, % СО2 11,2 11,3 СО 31,2 29,0 СН4 0,21 0,20 Н2 2,99 4,30 О2 N2 55,1 55,2
Температура газа, поступающего на газоочистку при работе печей на повышенном давлении, составляет 200-300°С. Наблюдаются кратковременные повышения температуры до 500°С. При выплавке спецчугунов (литейного, ферросилиция, ферромарганца) температура газа выше, чем при выплавке передельного чугуна, и составляет 300 - 400°С.
Колошниковая пыль, ее вынос и свойства. Доменный газ, образующийся в печи, всегда загрязнен колошниковой пылью, которая представляет собой смесь мелких частиц руды, кокса, агломерата, известняка и других материалов, загружаемых в доменную печь. Пыль образуется в результате механического измельчения материалов при их приготовлении, транспортировании, загрузке и истирании при движении в шахте печи.
Вынос пыли из печи обусловлен увеличением мелких частиц потоком газа, проходящим сквозь слой шихты, а также возгонкой некоторых элементов шихты в область высоких температур и подмешиванием их к газу.
При работе печей с нормальным давлением на колошнике вынос пыли составлял 50 - 60 г/м3, повышаясь в отдельных случаях до 100 г/м3. при переводе печей на работу с повышенным давлением на колошнике запыленность доменного газа уменьшается до 15 -20 г/м3, что в значительной мере объясняется снижением удельных объемов и скоростей газов в печи.
Удельный выход пыли на 1 т чугуна составляет при нормальном давлении на колошнике 50 - 150, при повышенном давлении 25 - 75 кг/т.
При выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлении на колошнике пыль имеет следующий химический состав, %: 6,02FEO; 12,9Fe2O3; 13,8Feобщ; 14,6SIO2; 4,35Al2O3; 4,35MGO; 11,85CAO; 0,74S; 3,75MNO. Потери при прокаливании составляют 27,68 %.
Гранулометрический состав пыли также зависит от многих факторов и может сильно колебаться. О примерном распределении частиц по размерам можно судить по следующим данным: Таблица 2
Размер частиц, мкм 200 200-100 100-60 60-20 20-10 10-1 <1
2. Вредные выбросы доменного производства и их очистка
Доменные цеха загрязняют атмосферу в основном пылью и окисью углерода.
Рудный двор и бункерная эстакада. На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферными кранами, подачи руды на бункерную эстакаду. Удельный 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. На новых металлургических заводах можно ожидать снижения удельных выбросов до 10 кг/т за счет разгрузки и транспортирования сыпучих материалов в закрытых разгрузочных узлах и закрытых галереях с объединением аспирационных систем и очисткой запыленных газов в крупных электрофильтрах.
Подбункерные помещения. В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник: скиповая и транспортерная - значительно снижающая пылевыделение.
Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон - весы и далее 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 заводах кабину машиниста вагон - весов приходится герметизировать. При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.
Валовые выбросы в подбункерных помещениях, кг/т чугуна, для печей различных объемов Vп, м3, приведены ниже: Скиповая подача (Vп<2000)……………0,8 - 1,2.
Транспортерная подача (Vп>2000)…………0,09.
Дисперсный состав пыли в подбункерном помещении приведен ниже: Размер частиц, мкм……………..52.
Содержание, % (объемн.)……......86 13 1.
Для очистки выбросов аспирационных систем применяют в большинстве случаев мокрые пылеуловители.
Колошниковое устройство. Пыле- и газовыделение печи обусловлено тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего грязный газ из межконусного пространства выпускают в атмосферу. Кроме того, пылевыделение происходит при каждой ссыпке скипа в приемную воронку. Для печей емкостью 930 - 2700 м3 выбросы пыли и СО составляют 0,17 - 0,60 и 5 - 19 т/сутки, соответственно.
В редких случаях газ отводят на газоочистку с последующим использованием в качестве топлива.
Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса компремированного газа давлением, несколько превышающем давление в печи. В этом случае грязный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Однако при этом появляются дополнительные энергозатраты, связанные со сжатием газа, подаваемого в межконусное пространство.
Литейный двор. 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 - 0,15 кг СО, 120 - 170 SO2. пыль и газы удаляются частично через фонари здания, частично с помощью аспирационных систем с очисткой от пыли перед выбросом в атмосферу, преимущественно в батарейных циклонах.
При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяются пыль и окись углерода. Аспирация и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяются в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.
Все выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединить и направлять их для очистки в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн. м3/ч. Чтобы его уменьшить все системы снабжают дроссельными клапанами (ДК), позволяющими по мере надобности включать дистанционно необходимое в данный момент укрытие (зонт).
Воздухонагреватели. Воздухонагреватели доменных печей загрязняют атмосферу преимущественно окисью углерода, в среднем 11 - 14 г/т чугуна. Концентрация окиси углерода, удаляемой через аэрационные проемы зданий, составляет в среднем 33 мг/м3.
Пылеуловители. При сухой разгрузке пылеуловителей в атмосферу выделяется 0,75 - 1,0 г пыли на 1 т чугуна. Средняя концентрация пыли при погрузке на открытые железнодорожные платформы составляет 250 мг/м3 на расстоянии 5 м от пылеуловителя при отсутствии ветра. При смачивании пылевыделение значительно сокращается. В настоящее время разработана закрытая система пневматического транспортирования уловленной пыли.
Список литературы
1. Металлургия чугуна / Г.Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982. с. 417-422.
2. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии / С.Б. Старк. М.: «Металлургия», 1977. с. 202-208.
3. Металлургия чугуна / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Похвиснев, Ю.С. Юсфин, В.М. Клемперт. М.: Металлургия, 1989. с.485-492.
4. Техника пылеулавливания и очистка промышленных газов: Справ.изд. / Г.М. Алиев. М.: Металлургия, 1986. с.425 - 429.