Очистка газов доменного производства

В доменном производстве производится технологическая очистка доменного газа и очистка газовых выбросов в атмо­сферу.

Технологическая очистка доменного газа. Доменный или колошниковый газ получается в процессе доменной плавки как газообразный продукт окислительно-восстановительной реакции. Газ содержит 30 – 35% горючих составляющих (в основном СО) и имеет теплоту сгорания 3,5 – 4 МДж/м³. Выход газа составляет 2000 – 2500 м³/т чугуна. Это делает его пригодным к применению в качестве топлива.

Доменный газ на выходе из печи содержит колошнико­вую пыль, которая состоит из частиц, образованных в ре­зультате механического измельчения шихтовых материалов и частиц возгонного происхождения.

При повышенном давлении на колошнике пылевынос составляет 15 – 20 г/м³; при нормальном давлении 50 – 60 г/м³ или на 1 т чугуна соответственно 25 – 75 и 50 – 150 кг/т.

По размеру пыль относится к грубодисперсным. В ее дисперсном составе массовое содержание частиц размером 100 – 800 мкм составляет 40 – 50%, а частиц размером меньше 20 мкм до 10%.

Химический состав пыли отражает состав шихты, %: оксиды железа — 33 – 40, SiO₂ — 8 – 15, СаО — 10 – 12, MgO — 4 – 5, А1₂О₃ — 4 – 5, С — 30 – 32.

Как химический, так и дисперсный состав пыли зависит от многих факторов: состава шихтовых материалов, режи­ма ведения плавки, вида выплавляемого чугуна и т.д.

Методы очистки доменного газа. В связи с требованием низкой конечной запыленности доменный газ проходит две – три ступени очистки. Обычно схема газоочистки со­держит грубую, полутонкую и тонкую ступени. Каждая сту­пень состоит из одного – двух типов аппаратов (рис. 102).

Грубая очистка предназначена для улавливания наибо­лее крупной фракции колошниковой пыли, размером более 100 мкм. Как правило, ее осуществляют в сухих аппара­тах — радиальных или тангенциальных пылеуловителях. В аппаратах используется инерционный принцип охлажде­ния. В радиальном пылеуловителе диаметром 5 – 8 м гряз­ный газ входит по оси аппарата сверху и удаляется после осаждения крупной пыли также сверху. Частицы выпадают за счет поворота потока на 180° и резкого снижения скоро­сти с 20 м/с в подводящей трубе до 0,6 – 1 м/с в аппарате. Инерционный эффект складывается с гравитационным. Пыль из бункера удаляется при помощи шнекового бараба­на, смачиваемого водой. Ступень грубой очистки снижает запыленность доменного газа до 5 – 9 г/м³, осаждая до 60 – 70% колошниковой пыли.

В некоторых схемах газоочистки на печах, работающих без повышенного давления, в ступени грубой очистки применяются тангенциальные пылеуловители. Эффективность их несколько выше, чем у радиальных, но выше и потери давления.

Ступень полутонкой очистки в подавляющем большинст­ве доменных газоочисток выполняется по мокрой скрубберной схеме в полных форсуночных скрубберах и низконапор­ных скрубберах Вентури и завершается в дроссельной груп­пе. Процесс сопровождается коагуляцией частиц на каплях. После этой ступени газ содержит не более 0,5 – 1 г/м³ пыли размером до 20 мкм. Доменные скрубберы имеют диаметр 6 – 9 м и высоту 25 – 30 м. Газ подводится снизу, со скоростью 1 – 2 м/с проходит скруббер и отводится свер­ху. Орошение осуществляется с помощью двух – четырех ярусов форсунок, распределенных равномерно по сечению в верхней части скруббера. Удельный расход воды 4 – 6 л/м³ газа. Очистка газа сопровождается его охлаждением с 250 – 300°С до 40 – 50°С и полным насыщением влагой. Уловленная пыль в виде шлама выводится через гидроза­твор.

На многих металлургических заводах полутонкая и тон­кая очистка завершается в низконапорных скрубберах Вен­тури. Две – четыре параллельно включенных трубы Венту­ри с индивидуальными каплеуловителями работают с перепадом давления до 5 кПа. Удельный расход воды 0,2 – 0,5 л/м³, скорость газа в горловине 50 – 80 м/с.

Тонкая очистка до остаточной запыленности 5 – 10 мг/м³ может быть достигнута в дроссельной группе, мокром элек­трофильтре или скруббере Вентури с перепадом 12 – 15 кПа.

Дроссельная группа, предназначенная в первую очередь для регулирования давления на колошнике доменной печи, устанавливается на горизонтальном участке газопровода и состоит из четырех дроссельных клапанов, перед которыми имеется подвод воды. При подаче 0,4 – 0,6 л/м³ в дроссель­ной группе протекает процесс подобный процессу в трубе Вентури. При перепаде давления 20 – 25 кПа скорость в дросселях достигает 200 – 250 м/с, в результате чего после каплеуловителя остаточная запыленность доменного газа не выше 2 – 5 мг/м³. Недостаток — высокие невосполнимые потери давления доменного газа.

В более экономичных схемах газоочисток с применением турбин ГУБТ, роль гидравлического сопротивления выпол­няет вместо дроссельной группы турбина. Тонкая очистка газа при этом идет в электрофильтрах типа ДМ. Трубча­тый, однозонный, мокрый с вертикальным ходом газа элек­трофильтр обеспечивает не только высокую степень очист­ки от пыли, но и осушку газа. На случай остановки тур­бины предусматривается байпасная линия с дроссельной группой.

По техническим условиям работы ГУБТ температура газа на входе не должна быть ниже 100°С. В связи с этим газ после мокрой очистки приходится подогревать в смеси­тельных теплообменниках.

Перспективной является сухая схема газоочистки, при которой температура газа достаточно высока.

В проектах сухих схем, которые близки к реализации, тонкая очистка газа идет в горизонтальных пластинчатых электрофильтрах, работающих при повышенном давлении и температуре, или в тканевых рукавных фильтрах, а полу­тонкая — в сухих механических (центробежных) аппара­тах.

Наибольшее распространение в мокрых схемах газоочи­стки имеет оборотная система водоснабжения. На 1000 м³ очищаемого газа образуется 4 – 6 м³ сточных вод. Общее количество сточных вод, образующихся от смыва осыпи и пыли, составляет 300 – 360 м³/ч на каждую доменную печь. Общий расход воды на очистку доменного газа крупного металлургического завода составляет 10% общего водопотребления завода или около 10 тыс. м³/ч. Вода, выходящая из аппаратов, выносит уловленную пыль и содержит раство­ренные газовые компоненты. Оборотный цикл водоснабже­ния включает сооружения для осветления воды (радиаль­ные отстойники, гидроциклоны), охлаждения и нейтрализа­ции воды, насосы для перекачки воды и сооружения для переработки шлама.

Очистка вредных выбросов в атмосферу. Причиной за­грязнения атмосферы в доменном цехе являются неоргани­зованные выбросы. Среди основных видов вредностей — пыль и окись углерода, которые поступают с выбросами колошникового газа из межконусного пространства, а так­же выброс пыли на тракте движения сырья, в подбункерном помещении и при движении продуктов плавки на литейном дворе.

Радикальным средством подавления этого выброса яв­ляется подача компремированного газа в межконусное про­странство с давлением больше, чем в печи (рис. 103). В результате чего, туда в момент открытия большого конуса не поступает газ из печи. А при открытии малого конуса в атмосферу выбрасывается чистый газ.

Второе место по валовым выбросам занимают аспирационные системы подбункерных помещений. Выброс пыли в узлах пересыпки сыпучих в вагон-весы и скип и через трубы аспирационных систем достигает 1200 г/т чугуна, а запыленность воздуха в подбункерном помещении доходит до 500 мг/м³. Существенное улучшение достигается при пе­реходе на транспортерную подачу сырья, при герметизации узлов пересыпки и совершенствовании систем аспирации. Опыт показывает, что на печах объемом 2000 и 5000 м³ вы­бросы удается сократить до 100 г/т чугуна.

Очистку воздуха аспирационных систем чаще выполня­ют в скрубберах, эффективность которых достигает 90 – 95%.

Основные выделения пыли и газов на литейном дворе образуются вблизи леток, желобов и мест слива в ковши (рис. 104).

Средняя концентрация пыли в воздухе вблизи желоба в период выпуска чугуна составляет 150 – 1500 мг/м³, раз­мер частиц d_m = 15 ¸ 20 мкм. Валовый выброс, поступаю­щий в воздушный бассейн через фонари здания и аспирационную систему, составляет: пыли 0,4 – 0,7 кг/т, оксида углерода 0,7 – 1,0 кг/т.

Объем поступающего на очистку аспирационного возду­ха литейного двора крупных печей достигает 1 млн. м³/ч. Очистку производят в сухих электрофильтрах.

Сокращения неорганизованных выбросов можно до­стичь, повышая газоплотность печи, арматуры и трубопро­водов, совершенствуя конструкции укрытий желобов и ле­ток, схему промышленной вентиляции.