ВВЕДЕНИЕ
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
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.
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.
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.
Удельные технологические выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100; СО-640; О2 - 0.08-0.45.
| Примерный состав колошникового газа | Объемная доля в, % | ||||
| 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.