РЕЦИРКУЛЯЦИЯ АГЛОМЕРАЦИОННЫХ ГАЗОВ

 

Д. Л. Безбородов, А. Ю. Калиниченко, М. А. Заика

Донецкий национальный технический университет

 

Не секрет, что черная металлургия является лидером по потреблению энергетических ресурсов и сырья, что влечет за собой и лидерство в сфере вредных выбросов. Оптимизация физико-химических процессов спекания шихты, формирование структуры агломерата не может рассматриваться в отрыве от экологических проблем загрязнения окружающей среды вредными выбросами SOx, CO, NOx, и т.д. Известно что совершенствование технологии процесса агломерации приводит к сокращению выбросов вредных веществ и токсичных газов

            Изменение интенсивности выделения или поглощения кислорода окислами железа по высоте зоны горения определяет кинетику окислительно-восстановительных реакций и в конечном счете влияет на состав отходящих газов, в которых концентрация оксидов углерода (СО) может достигать 3-5%. В слое интенсивно протекает процесс газификации углерода и тем сильнее, чем выше слой агломерационной шихты. Это происходит до тех пор, пока слоевой процесс не перейдет в область явного недостатка воздушного кислорода. По мере значительного остывания газо-воздушного потока в верхних участках процесс перевода углерода в СО постепенно замирает. Процесс возмещается свежим топливом, лежащим в нижней части слоя при усиленной тепловой обработке потоком горячих газов и отдающим в этот поток газы разложения в том числе водород и СО.

            Одним из методов снижения в дымовых газах СО, NOx и пыли является процесс с рециркуляцией агломерационных газов. На Алчевском металлургическом комбинате были проведены эксперименты по спеканию шихты магнезитового концентрата с применением рециркуляции. Во время эксперимента содержание углерода твердого топлива Сг = 2,2 – 2,6 %; концентрация СО в период зажигания 1%, в период спекания изменилась от 3,08 до 3,22%. В зависимости от содержания СО, концентрация свободного кислорода изменилась от 0,5 до 6,2% соответственно.

            Рециркуляция осуществлялась путем отбора отходящих газов из двух последних вакуум-камер и подачи их специальным дымососом по трубопроводу в теплоизолированный колпак, расположенный непосредственно за зажигательным горном. При прохождении через зону охлаждения спека, оксид углерода (СО), содержащийся в рециркулируемом  газе догорает до СО2.

            С увеличением степени рециркуляции агломерационного газа пропорционально увеличивается и доля СО2, возвращаемого в процессе спекания. Понижение концентрации кислорода в просасываемом газе приводит к понижению полноты окисления углерода твердого топлива. Снижение концентрации кислорода начинает проявляться при достижении степени рециркуляции r = 15%. Повышение степени рециркуляции до 47% приводит к уменьшению отношения степеней использования химической энергии углерода твердого топлива при спекании с рециркуляцией  (hс хим)р и с прососом воздуха (hс хим)в  (Рисунок 1).

            Из рисунка1 видно, что повышение степени рециркуляции r выше 30%


Рисунок 1. Влияние степени рециркуляции газа на химическую полноту сгорания углерода твердого топлива, где

Кхим - отношения степеней использования химической энергии углерода твердого топлива при спекании с рециркуляцией  (hс хим)р и с прососом воздуха (hс хим)в

нецелесообразно. Степень рециркуляции влияет на Кхим = (hс хим)р / (hс хим)в по зависимости, описываемой следующим уравнением:

y = 4·10-8 ·x4 - 8·10-6·x3 + 0,0005·x2 - 0,0111·x + 1,0788.

При степени рециркуляции r = 30% оксид углерода (СО) горит до СО2 на поверхности двухвалентного железа, а оксиды азота в атмосфере СО восстанавливаются до нейтрального азота по реакции  NO + CO = 0.5N2 + CO2 . Также при использовании рециркуляции агломерационного газа можно увеличить степень обессеривания шихты, не добавляя в нее топлива, так как при рециркуляции осуществляется дополнительный обогрев спекаемого слоя. Проследить динамику таких показателей как концентрация СО, SO2 и содержания пыли (%) в отходящих газах можно по Рисунку 2.

Подпись: Содержание SО2 в уход. газах, % Подпись: Содержание пыли, %Подпись: Концентрация СО, %

СО
 

S
 

Пыль
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 2. Зависимость концентрации СО, SO2 и содержания пыли (%) от степени рециркуляции (r) агломерационного газа.

Таким образом процесс спекания агломерационной шихты с рециркуляцией дымовых газов способствует снижению вредных выбросов (СО- полностью, SO2- до 0,8% ), а также снижению валового выброса пыли на 20% и может быть рекомендован для использования в агломерации.