По материалам
XII международной научно-практической конференции
(31 мая -
4 июня 2004г.)
СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ
КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Каненко Г.М. Пиконец Г.А.
Кислородно-конвертерный процесс по–прежнему
является ведущим сталеплавильным
процессом в мире.
Мировое производство конвертерной стали
в 2003 году составило 964,8 млн. т или
63,3 % от общего производства.
Конвертерное производство Украины
включает 6 цехов с 19 конверторами
ёмкостью 2 х 350 т, 2 х 250 т, 12 х (150
– 170 т), 3 х 65 т. Технологический
уровень в конвертерных цехах в целом
достаточно высокий, лучшие из них входят
в число ведущих конвертерных цехов мира.
Конвертерное производство, как и любое
другое, является источником загрязнения
окружающей природной среды, и основными
задачами его являются снижение выбросов,
сбросов и уменьшение отходов. Суть
данных задач заключается в использовании
вторичных энергетических и материальных
ресурсов, современного оборудования.
Таким образом, важным аспектом, без
которого техническое перевооружение вряд
ли возможно является решение вопросов
повышения технологического уровня,
экологической безопасности, ресурсо- и
энергосбережения.
Проблемы ресурсосбережения решаются
крайне медленно: многие десятилетия
расходы сырья и энергии на единицу
металлопродукции на 30 — 50 % превышают
лучшие мировые достижения.
Исследования и опыт подтверждают
рациональность решения двуединой задачи
для уменьшения расходов первичных
ресурсов и резкого сокращения за счет
этого вредных выбросов в атмосферу по
всему металлургическому циклу — от
добычи руды до выпуска прокатных изделий.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНВЕРТЕРНЫХ
ГАЗОВ
Процесс в кислородном конвертере
протекает интенсивно. Обильное
газовыделение является одним из главных
недостатков этого производства. Очистка
газов и предшествующее их охлаждение
продолжают оставаться сложными
проблемами. Возможны различные способы
применения конвертерных газов. Сжигая
газ над конвертером в котлах специальной
конструкции, получают пар. Улавливание
газа после охлаждения и очистки
позволяет использовать его как топливо в
энергетических агрегатах или в качестве
восстановителя в технологических
процессах.
В конвертерном газе в незначительном
количестве (до 1%) содержатся азот,
водород и кислород. Основной
составляющей является СО (до 90%) и СО2
(до 10%). Такой состав газа
обуславливает высокую теплоту его
сгорания (8,5-9,2 МДж/м³) и токсичность.
Газовая смесь, содержащая больше 12% CO
становится взрывоопасной при
концентрации кислорода больше 5 %.
Содержание серы в конвертерных газах
зависит в значительной мере от ее
содержания в извести и колеблется от 105
мг/м³ до 206 мг/м³.
Выход газов, их состав переменны по ходу
плавки. Количество конвертерного газа,
выходящее из конвертера, составляет
60-80 м³ на 1 т садки. Температура
конвертерного газа ≈ 1400-1800˚C и
близка к температуре металла. Высокая
температура газа на выходе из конвертера
обуславливает значительные потери
физической теплоты с газами, является
существенной долей в тепловом балансе
конвертерной плавки (до 10%).
Конвертерный газ является
высококачественным технологическим и
энергетическим топливом. Эти особенности
необходимо учитывать при выборе системы
и способа отвода и использования. При
отводе газа без доступа воздуха
пылевидные частицы имеют более крупные
размеры. В соответствии с этими
особенностями выбирается схема
газоочистки. При более мелких фракциях
пыли требования к газоочистке повышаются.
Температура газа перед газоочисткой не
должна превышать 200-300˚С. Поскольку
температура газа при выходе из
кислородного конвертера ≈1600˚C перед
газоочисткой их необходимо охлаждать.
Возможно несколько способов охлаждения:
- разбавление
воздухом;
- впрыск
воды;
-
оборудование газохода водоохлаждаемыми
каминами или экранами;
- выработка
пара в котлах-утилизаторах за счет
физической теплоты конвертерных газов
или продуктов их сгорания.
Чаще всего эти способы комбинируются.
Способ охлаждения и конструкция
охлаждающего оборудования существенно
влияют на технологический процесс
выплавки стали и показатели
конвертерного производства.
Газы отводят из кислородных конверторов
различными способами, при которых
величина коэффициента расхода воздуха на
входе различна:
α>1 – при полном сжигании газа с
доступом воздуха;
0<α<1 – с доступом воздуха и частичным
сжиганием газа;
α=0 – без доступа воздуха и без сжигания
газа.
Газы на выходе из кислородного
конвертера содержат энергию ≈ 0,95-1,05
МДж/т стали (20% физического тепла и 80%
химической энергии).
Использование теплоты газов позволяет
сэкономить 30 тыс. т. условного топлива
на 1 млн. т. стали. При использовании
теплоты конвертерного газа можно
получить горячую воду и насыщенный
водяной пар в охладителях с дожиганием
(α>1). Пар направляют для
технологических нужд предприятия или
после перегрева – для выработки
электроэнергии.
В системах без дожигания конвертерных
газов (α=0) или с частичным дожиганием в
радиационных котлах используют до 10%
химической энергии и физическую теплоту
газа с последующим улавливанием его и
сжиганием в качестве топлива в
энергетических или технологических
агрегатах. После охлаждения и очистки
без дожигания конвертерный газ может
использоваться в качестве топлива,
химического сырья. Без очистки и
охлаждения его можно использовать для
подогрева шихтовых материалов
конвертерной плавки и как восстановитель
железорудного сырья.
В нашей стране в основном применяются
системы отвода газов с полным или
частичным дожиганием CO в конвертере. В
этих схемах химическая энергия отходящих
конвертерных газов не используется и
теряется.
Применение конвертерного газа в качестве
топлива является одним из резервов
топливно-энергетических ресурсов. Однако
его применение затруднено по следующим
причинам:
- непостоянство
выхода конвертерного газа, как по
времени, так и по количеству;
- резкие
колебания состава газа в различные
периоды плавки;
- возможность
подсоса воздуха, что может привести к
образованию газокислородной смеси и
взрыву употребляющих агрегатов.
СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
При
выборе аппаратов газоочистки следует
учитывать различие фракционного состава
пыли в продуктах сгорания (ОКГ с
дожиганием) и конвертерном газе (ОКГ без
дожигания), поступающих в газовые тракты
этих систем. Особое внимание уделяется
герметизации газохода в последнем
случае в связи с токсичностью оксида
углерода (II),
составляющего около 90 % конвертерного
газа.
Газоотводящий тракт состоит из
котла-охладителя, аппаратов мокрой
газоочистки с системой сепарации и
отвода шлама, нагнетателя газа,
дожигательного устройства или
газгольдера, арматуры, газопроводов
(с нагнетателем и доочисткой в
электрофильтре) к потребителю.
Охлажденный и очищенный конвертерный газ
может улавливаться с последующим
использованием; если же улавливание не
предусмотрено, он должен сжигаться на
свечах. В конвертерных цехах
отечественных заводов конвертерный газ
не улавливается.
Принципиальная схема отвода и очистки
конвертерного газа без дожигания СО с
использованием его химической энергии
после газоочистки, применяемая одним из
заводов Японии заключается в следующем.
Охлажденный газ поступает в струйные
промыватели, затем после коагуляции пыли
в трубах Вентури он очищается в
центробежных скрубберах и направляется в
газгольдер или в дымовую трубу. Перед
выбросом в атмосферу газ сжигают при
помощи специальных горелок.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ТЕПЛА
КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА
Конвертерный газ из конвертера поступает
в газоотводящий тракт, где его
физическая теплота реализуется для
получения пара в котле-охладителе. В
качестве ОКГ без дожигания применяют
радиационно-конвективные котлы с
ширмовыми экранами, в которых газ
охлаждается до 500 – 600˚С. После
котла-охладителя перед газоочисткой
дополнительное охлаждение осуществляется
путём впрыска воды в газоход. В
предлагаемой схеме обеспечена
возможность использования физического
тепла и химической энергии конвертерного
газа: физическая теплота используется в
котле-охладителе для выработки пара, а
сам газ может быть применён как
высококачественное топливо после очистки
от пыли.
Для максимальной реализации
энергетических ресурсов в ККЦ необходимо
использовать энергоблок, в состав
которого входят аккумуляторная,
испарительная и деаэраторная установки,
а также вспомогательное оборудование.
Таким образом, предложенная схема
предусматривает замкнутый контур:
котёл-охладитель – энергоблок –
котёл-охладитель. При эффективном
использования физического тепла
конвертерного газа в ОКГ без дожигания
энергоблок вырабатывает пар и конденсат
для энергетических и технологических
потребителей, а также для собственных
нужд цеха.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ
ГАЗОВ
Химическую энергию отходящих газов
рационально использовать для
восстановления окатышей. На рис. 3.3
представлена принципиальная схема
использования конвертерного газа в
качестве восстановителя. За счёт
создаваемого нагнетателем разрежения
конвертерный газ отбирается из газохода
ОКГ при температуре 950 – 1050˚С и через
обводной газоход направляется в
восстановительный аппарат; затем
проходит через слой железорудных
окатышей, нагревает их до 750 – 850˚С и
восстанавливает до степени металлизации
95 %. Отработанный газ с температурой
550 – 650˚С и содержание СО около 35 %
поступает в газоочистку, размещённую в
обводном газоходе за восстановительным
аппаратом, в каплеуловитель, а затем
нагнетателем подаётся на свечу. Остаток
СО, образующийся при восстановлении
оксидов железа до железа металлического,
дожигается на свече.
Из восстановительного аппарата сырьё
выгружается периодически во время
продувки конвертера или в межпродувочный
период в промежуточную футерованную
ёмкость, расположенную перед дозатором.
Перед очередной плавкой порция горячих
металлизованных окатышей загружается в
конвертер.
Использование конвертерного газа для
восстановления железа из железорудных
окатышей, минуя доменный процесс, даёт
экономию дефицитных и дорогостоящих
восстановителей. По сравнению с
использованием лома применение
металлизованных окатышей обеспечивает
более чистое железо и упрощает
транспортировку и загрузку материалов в
конвертер. Однако для этого необходимы
дополнительные капитальные затраты в
цехе, объём которых определяет уровень
экономической эффективности системы.
Важной проблемой является подогрев и
рафинирование конвертерного лома от
загрязняющих его цветных металлов.
Значительное количество физического и
химического тепла, содержащегося в
конвертерных газах, позволяет решить эту
проблему за счет тепла отходящих
конвертерных газов и тем самым резко
снизить энергоёмкость конвертерной стали.
СИСТЕМЫ ГАЗООЧИСТОК
В системах газоочистки промышленную
проверку прошли следующие аппараты:
скрубберы, турбулентные газопромыватели
(большие, малые и др.), называемые также
трубами Вентури; сухие
электростатические фильтры, мокрые
электростатические фильтры, пенные
фильтры, циклоны-каплеотделители и сухие,
гидромеханические фильтры, тканевые (рукавные)
фильтры.
Из перечисленных аппаратов основными
являются турбулентные газопромыватели (трубы
Вентури), электростатические фильтры,
тканевые фильтры. Скрубберы, пенные
фильтры и циклоны применяют, как правило,
в комбинации с трубами Вентури и
электрофильтрами.
Температура газов после охладителя, т.е.
перед системой очистки, определяется ее
типом. Так, при металлических скрубберах
температура газов может достигать 400
°С. Если скруббер с огнеупорной
футеровкой, то температура может быть
значительно выше. Турбулентные
газопромыватели, выполненные из
углеродистой стали, надежно работают при
температуре поступающего газа 350 – 400
°С.
Сухие электростатические фильтры
работают удовлетворительно при
постоянной температуре поступающих газов
(примерно 140 – 160 °С) и влажности газа
около 70 г/м³.
Поэтому, как правило, перед сухими
электрофильтрами устанавливают
стабилизатор, в котором в поток газов
автоматически впрыскивается вода или
вдувается пар для поддержания требуемой
температуры и влажности. Содержание
горючих компонентов в газах, поступающих
в электрофильтры, должно быть
значительно меньше нижнего предела
воспламенения соответствующего
компонента. Поэтому электростатические
фильтры не могут работать в системе
отвода газов без дожигания.
При использовании тканевых (рукавных)
фильтров предъявляют еще более жесткие
требования к температуре входящих газов,
она должна находиться в пределах 100 –
110 °С и не превышать 150 °С. При более
высоких температурах резко снижается
прочность фильтрующей ткани. В случае
применения мокрых систем очисток газов
не предъявляют таких требований к
колебаниям температуры входящих газов и
содержания в них СО.
Система очистки газов предопределяет в
известной мере схему газоотводящего
тракта. Способы отвода и охлаждения в
свою очередь влияют значительно на
систему и габариты газоочистки. Поэтому
для конкретных объектов схемы охлаждения
и системы очистки нужно выбирать после
тщательного анализа.
|