Технология и экологическая безопасность мартеновского производства на ЗАО "Макеевский металлургический завод" (стр. 3 из 10)

Переработка отходов производства связана с капитальными вложениями, поэтому инструментом ее управления должны стать не контроль, а наказание, а меры рыночного экономического стимулировано ресурсосберегающих производств и получения экологически чистых продукций.

2. Специальная часть

2.1 Технология улавливания и обеспыливание отходящих мартеновских газов

В мартеновских цехах производится более 50 % всей выпускаемой стали.

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

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, % (объемные):

10,5—15,1 СО2: 16—16,5 Н20; 62,3—66,1 N2; 6,5—7,1 О2; следы S02.

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 (а, б). Изменение запыленности газов мартеновской печи:

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).

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 dm = 0,8 мкм; qч = 3,1.

Пыль, уносимая из печи, в значительной степени оседает по газовому тракту: 50—60 % в шлаковике, 15—20 % 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.

Удельное электрическое сопротивление пыли составляет 107—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.

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 применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури (рис.2 а, б). 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 —

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.

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.

2.2 Аппараты и схемы очистки газов

Очистные сооружения мартеновского цеха.

В цехе установлены мартеновские печи емкостью по 250 и 500 т. с основной футеровкой. Печи однованновые, отапливаются смесью природного и коксового газа с добавлением мазута. Особенностью печей является наличие реформаторов, в которых часть природного газа и весь мазут подвергаются разложению с целью получения сажистого углерода, обеспечивающего высокую светимость факела.

Основные размеры:

• площадь пода на уровне порогов завалочных окон 52 м2;

• глубина ванны 1 м;

• высота свода под уровнем порогов завалочных окон 2,9 м;

• центральный угол свода 86°;

• полезный объем шлаковиков 63 м3;

• объем воздушной насадки регенератора 190 м;

• высота дымовой трубы 75-80 м.

Технологическая схема очистки мартеновских газов приведена на рисунке 3.

1 - рабочее пространство; 2 - шлаковики; 3 - регенераторы; 4 - воздушные клапаны; 5,9- дымовые шиберы; 6, 7, 8 - газовые клапаны; 10 - вентиляторы; 11 - дымовая труба.

Конструкция мартеновской печи: свод печи, правая и левая головки, правый и левый регенераторы для подогрева воздуха и газа, система шиберных затворов, дымовая труба. В верхнем строении печи имеется 5 завалочных окон. В задней стенке имеется сталевыпускное отверстие и желоба для заливки жидкого чугуна в печь.

Рабочее пространство печи ограничено снизу подом, с боков - поперечными и продольными откосами, передней и задней стенкой, а сверху перекрыто сводом. Нижняя часть рабочего пространства от пода до уровня порогов рабочих окон является ванной, в которой находятся жидкий металл и шлак.

Нижнее строение печи состоит из шлаковиков, регенераторов, системы боровов с перекидными и регулирующими газовые потоки устройствами. Шлаковики служат для осаждения в них большей части пыли, содержащейся в продуктах сгорания. Пыль состоит из основных оксидов, в том числе 60-80% оксидов железа, и образуется из частиц, выносимых из жидкой ванны, а также из добавляемых в печь сыпучих материалов - железной руды, извести и другое. В шлаковиках осаждается до 75% пыли.

Из шлаковиков отходящие газы с температурой 1500-1600 °С попадают в насадки регенераторов.

Для управления движением газов и осуществления «перекидок» в боровах и газоходах устанавливают систему шиберов, клапанов, дросселей. Из боровов дымовые газы поступают в дымовую трубу.

При нагреве поступающих в печь газа и воздуха, в регенераторах обеспечивается достаточно высокая температура факела (> 1800 °С). Чем выше удается повысить температуру поступающих в печь газа и воздуха, тем выше температура факела и тем лучше работает печь.

Для интенсификации процесса горения топлива используют турбинный воздух и воздух, обогащенный кислородом. Температура нагрева воздуха в насадках регенераторов 1100-1200 °С.

2.3 Расчёт полого скруббера

Расчётом полого скруббера определяют его объём, а следовательно, и расход воды. Количество тепла Q, кВт, которое газ должен отдать в процессе своего охлаждения до заданной температуры, определяют по формуле:

Q=Vо[ссм(t

– t )+f1(I1п–I2п),

Где Vо – количество сухого газа при нормальных условиях, подлежащее охлаждению, м³/с;

Ссм - объёмная теплоёмкость газа при нормальных условиях, кДж (м³*˚С);

t1 и t2 – температура начального и конечного состояний газов ˚С;

I1п и I2п – энтальпия водяного пара в газе соответственно до и после охлаждения, кДж/м³;

f1 – влагосодержание газа до охлаждения, кг/м³.

Начальную и конечную энтальпию водяного пара, кДж/м³, рассчитывают по формулам:

I1п = 2480 + 1,96 t1

I2п = 2480 + 1,96 t2

Пренебрегая теплопотерями в окружающую среду, полезный рабочий объём скруббера, м³, рассчитывают по формуле:

Vскр = Q/kΔt, где

k – объемный коэффициент теплопередачи в скруббере, Вт/(м³*˚С);

Δt – средняя разность температур газа и жидкости, ˚С.

Среднюю разность температур газа и воды в сруббере (газ и вода движутся противотоком) определяют из выражения:

Δt = [(t1 - tk) – (t2 - tн)]/2,3lg(t1 - tk)/(t2 - tн), где

tk и tн – начальная и конечная температура воды, ˚С.