Доменное производство характеризуется наличием организованных и неорганизованных выбросов вредных газов и пыли в атмосферу. При работе доменной печи в результате сгорания кокса и осуществления восстановительных процессов образуется доменный (колошниковый) газ; его состав зависит от состава шихты и различается по предприятиям.
Доменный, или колошниковый, газ является побочным продуктом доменного производства. Это низкокалорийный газ, содержащий около 30-35%горючих составляющих и большое количество балласта (азот и углекислота). Поэтому использование его в высокотемпературных печах затруднено, а передача на значительные расстояния экономически невыгодна.
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, в составе доменного газа повышается содержание водорода с одновременным уменьшением СО, вследствие чего теплота сгорания его изменяется мало, и составляет около3500-4000кДж/м3, а выход доменного газа снижается с3800-4000до2000-2500м3/т чугуна.
В среднем доменный газ содержит:3,5-6,5%водорода;0,1-0,4%кислорода;0,1-0,5%метана; около 55% азота;25-32%оксида углерода;10-11%диоксида углерода; значительное количество пыли. На каждую тонну получаемого чугуна образуется около 2 тыс. м3 доменного газа. Он является все же достаточно хорошим топливом, и после очистки от пыли используется в самом доменном цехе для отопления воздухонагревателей; им также отапливают мартеновские печи, коксовые батареи, нагревательные колодцы (для нагрева слитков перед прокаткой) и другие объекты. Поэтому основное количество доменного газа не поступает в атмосферу. Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно300-350°С.
Помимо санитарной очистки газовых выбросов перед выпуском их в атмосферу, в доменном производстве первостепенное значение имеет очистка технологическая. Во избежание засорения горелочных устройств и образования отложений в газопроводах доменный газ предварительно должен быть очищен от пыли.
Доменный газ, образующийся в печи, всегда загрязнен колошниковой пылью, которая представляет собой смесь мелких частиц руда, 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 увлечением мелких частиц потоком газа, проходящим сквозь слой шихты, а также возгонкой некоторых элементов шихты, в области высоких температур и подмешиванием их к газу.
При работе доменных печей с нормальным давлением на колошнике вынос пыли составлял 50-60г/м3, повышаясь в отдельных случаях до 100 г/м3. При переводе печей на работу с повышенным давлением на колошнике запыленность доменного газа уменьшалась до15-20г/м3, что в значительной мере объясняется снижением удельных объемов и скоростей газа в печи.
Удельный выход пыли на 1 т чугуна составляет при нормальном давлении на колошнике 50-150,при повышенном давлении25-75кг/т.
При выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике пыль имеет следующий химический состав, %: 6,02 FеО; 12,9 Fе2О3; 13,8 Fеобщ; 14,6 SiO2; 4,35 Al2О3; 4,35 MgO; l1,85 CaO; 0,74 S; 3,75 MnО. Потери при прокаливании составляют 27,68%.
Гранулометрический состав пыли также зависят от многих факторов, и может сильно колебаться. О примерном распределении частиц по размерам можно судить по следующим данным:
| Размер частиц, мкм | 200-100 | 100-60 | 60-2020-10 | 10-1 | <1 | |
| Массовое содержание, % | 34,5 | 12,3 | 19,0 | 25,0 7,5 | 1,65 | 0,05. |
| Доменный газ подвергается многоступенчатой очистке от пыли: |
-грубой– в сухих пылеуловителях до содержания пыли в газе не более3-10г/м3;-полутонкой– в мокрых пылеуловителях (обычных скрубберах и скрубберах Вентури)
до содержания пыли в газе не более 0,5 г/м3;-тонкой– в дроссельной группе или мокрых трубчатых электрофильтрах до
содержания пыли менее 10 мг/м3.
Наиболее распространен мокрый способ очистки доменного газа (рисунок 32).
1 – пылеуловитель, А – завихритель, Б – разделительная решетка; 2 – малогабаритный скруббер; 3 – регулируемые трубы Вентури; 4 – устройство сухого типа с глушением шума для регулирования заданного давления газа на колошнике; 5 – отсечной клапан; 6 – ГУБТ.
Рисунок 32 - Схема мокрой очистки доменного газа
Газ из колошника доменной печи по газоходу отводится в систему газоочистки, где в сухом пылеуловителе центробежного или инерционного типа очищается от крупной пыли до концентрации 5-10г/м3. Затем газ охлаждается и очищается от крупной пыли в полом скруббере до содержания не выше2-4г/м3. Дальнейшая очистка доменного газа осуществляется в скоростном пылеуловителе с трубами Вентури, где происходит укрупнение мелкодисперсной пыли. Крупная пыль и капли жидкости выводятся из газа в инерционном пыле- и брызгоуловителе, окончательная очистка газа от пыли до установленного содержания осуществляется в центробежном скруббере. Очищенный газ отводится в коллектор чистого газа, откуда подается потребителю.
Источником поступления пыли в окружающую среду являются также вентиляционные газы, отбираемые из подбункерных помещений доменных цехов. Эти газы содержат пыль в количестве 2-5г/м3, для очистки от которой в основном используются электрофильтры. Они снижают содержание пыли в выбрасываемых газах до60-80мг/м3. Выбросы литейного двора, содержащие пыль и газы (СО и SO2), также очищаются в электрофильтрах; эффективность пылеулавливания составляет93-96%.
При работе загрузочного устройства доменной печи возникает необходимость перед открыванием конусов устранить разность давлений в подконусном и надконусном пространствах. Для этого газ, содержащийся в межконусном пространстве, выбрасывают в атмосферу. Такой выброс при нормальной работе печи происходит за небольшой промежуток времени (4-6с); при изношенном большом конусе периодичность выбросов
достигает примерно 20 раз в час. Выбрасываемый газ содержит большое количество пыли (в среднем 250 г/м3), а также пары воды. Водяной пар постоянно подают в межконусное пространство печи для предотвращения взрыва доменного газа при его выбросе в атмосферу.
Удалять пыль и вредные примеси из доменного газа, выбрасываемого из межконусного пространства, очень сложно из-запериодичности выбросов и резкого изменения давления. В настоящее время на доменных печах 3200 и 5000 м3 предусматриваются устройства для улавливания и очистки выбросов из межконусного пространства; такая очистка ведется в трубах Вентури.
Радикальным решением, почти полностью исключающим выброс пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса компремированного газа давлением, несколько превышающим 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. Схема установки по исключению выбросов из межконусного пространства доменной печи приведена на рисунке 33.
1-большойконус;2-малыйконус;3-уравнительныйклапан;4-редукционныйклапан; 5- взрывной клапан;6-рессивер;7-компрессор;8-газопроводполучистого газа;9-скруббер
Рисунок 33 - Принципиальная схема установки по исключению выбросов из межконусного пространства доменной печи
Основная задача загрузочного устройства – обеспечить равномерное распределение загружаемых материалов, не нарушая при этом герметичности печи, иначе из неё при загрузке каждой порции шихты вырывались бы восстановительные газы. Применяются двух-,трех- и четырехконусные устройства с газоуплотнительными клапанами. На крупнейших доменных печах (Новолипецкий, Криворожский металлургические комбинаты) наиболее эффективными оказались загрузочные устройства нового типа – бесконусные. Приемная воронка таких устройств перемещается и распределяет шихту слоями в промежуточныебункера-накопители;из них с помощью дозирующих клапанов шихта попадает в центральную загрузочную трубу, через неё на желоб и далее в рабочее пространство печи. Полную герметичность печи обеспечивают и специальные газоуплотнительные клапаны. Применяют подвижные плиты на колошнике, позволяющие как бы изменять его диаметр и таким образом регулировать распределение шихты в процессе загрузки. При использовании таких плит расход кокса уменьшается весьма значительно – на 10 кг/т чугуна. Уменьшение расхода топлива ведет к снижению количества вредных выбросов.
Снижение вредных выбросов из загрузочного устройства доменной печи достигается за счет следующего: перед сходом шихты в печь в бункер загрузочного устройства подается азот, при этом создается давление, на 100 Па превышающее давление газа под колошником печи, в результате чего исключается переток запыленного газа из колошника в загрузочное устройство. Эффективность подавления пыли составляет 99,6%. При этом на 87% уменьшается выделение оксида углерода (из доменной печи ежесуточно, кроме пыли, выделяется в атмосферу 8-12т оксида углерода).
Новые доменные печи работают с давлением газа под колошником >250 кПа, что уменьшает вынос пыли из печи почти в 2 раза. Перевод доменных печей на режим повышенного давления внес некоторые изменения в существующую технологию очистки газов. С повышением давления газа под колошником изменился гранулометрический состав выносимой из печи пыли: уменьшился размер частиц. Запыленность доменного газа при работе печи с повышенным давлением под колошником составляет 15-20г/м3; при очистке газа печей, работающих с низким давлением, запыленность составляет40-50г/м.
На ряде предприятий действуют автоматизированные установки для производства товарного гранулированного шлака непосредственно у доменной печи (например, у печи объемом 5000 м3 на Криворожском металлургическом комбинате). При тушении и грануляции доменного шлака в атмосферу выделяется большое количество сероводорода, сернистого и серного ангидритов. Их улавливание осуществляется известковым молоком в скрубберах и газоходах при плотности орошения2-6л/(с·м2). Степень очистки газов составляет80-90%.Поглотительный раствор циркулирует в замкнутом цикле без сброса сточных вод. Разработаны более герметизированные газоочистные системы для установок воздушной грануляции шлака (в настоящее время эти системы находятся в стадии промышленного испытания). В них приготовленное в отдельной емкости известковое молоко (рисунок 34) дозируют в оборотную воду, которую затем насосами подают в гидромониторы для получения гранулированного шлака или пемзы. При этом нейтрализуется или связывается50-70%сернистых соединений, остальную часть обезвреживают созданием водяных завес над местом тушения шлака, организацией отсоса парогазовых выделений с орошением их в абсорберах известковым молоком.
1-шлаковыйжелоб;2-отработаннаявода на грануляцию шлака;3-бункердля пульпы; 4- полый скруббер;5-каплеуловитель;6-дымоваятруба;7-коллекторыс орошающими форсунками;8-циркуляционныйнасос;9-насосдля пульпы гранулированного шлака; 10сборник с известковым раствором;11-подачаизвести;12-подачаоборотной воды;13-отводгранулированного шлака на обезвоживание
Рисунок 34 - Схема абсорбционной очистки газов, отходящих от установки тушения доменного шлака от сернистых соединений
Перспективным направлением очистки от вредных веществ парогазовых выбросов грануляционных установок является применение фильтров из ионообменных смол и синтетических материалов (полипропилена, лавсана), полученных иглопробивным способом.
Принципиальная схема очистки газов, образующихся в процессе внедоменной десулъфурации чугуна (путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом), приведена на рисунке 35. Применяют газоочистные установки сухого типа с электрофильтрами и мокрого типа с трубами Вентури. Сухой способ очистки газов наиболее
эффективен, так как уловленную в сухом виде пыль, состоящую в основном из графита, используют в литейном производстве.
1-ковшс жидким чугуном;2-зонт-укрытие;3-фурма;4-фильтр;5-контейнердля пыли;6-дымосос
Рисунок 35 - Схема очистки газов, образующихся в процессе десульфурации чугуна
