КГ – колошниковый газ, м3/т чугуна;
Кокс – расход кокса, кг/т чугуна;
П – производительность, %;
Рисунок 1 – График результатов расчета
Коксохимическое производство является в настоящий момент одним из наиболее экологически вредных производств черной металлургии. Кроме того, коксующиеся угли являются первичным природным сырьем. Поэтому актуальной остается проблема замены кокса другими альтернативными источниками топлива для использования в процессе доменной плавки.
В качестве альтернативных источников в настоящее время являются различные газо-дутьевые добавки, такие как природный газ, коксовый газ, колошниковый газ, пылеугольное топливо, мазут.
Наиболее целесообразно использование коксового и колошникового газов, так как в отличие от природного газа и пылеугольного топлива они являются побочными продуктами плавки, а не исходными природными ресурсами, что также является преимуществом с экологической точки зрения. Применение в качестве альтернативной дутьевой добавки очищенного колошникового газа предпочтительнее, т.к. он образуется в процессе плавки непосредственно в доменном цехе и нет необходимости дальней транспортировки.
Перед вдуванием в доменную печь колошниковый газ необходимо очистить.
На первом этапе газ проходит стандартную трехступенчатую очистку от пыли: грубую, полутонкую и тонкую.
Разработаны две схемы очистки доменного газа – мокрая и сухая.
По мокрой схеме газ из колошника доменной печи по газоходу отводится в систему газоочистки. В сухом пылеуловителе инерционного или центробежного типа доменный газ очищается от крупной пыли до конечного пылесодержания 5-10 мг/м3. В полом скруббере газ охлаждается и очищается от крупной пыли. Запыленность доменного газа после скруббера составляет 2-4 мг/м3, а иногда и меньше. Окончательная очистка доменного газа осуществляется в скоростном пылеуловителе с трубами Вентури. В трубе или трубах Вентури (в зависимости от объема доменной печи) происходит укрупнение мелкодисперсной пыли. Наиболее укрупненная пыль и капли жидкости выводятся из газа в инерционном пыле- и брызгоуловителе. А окончательная очистка газа от пыли до требуемого конечного пылесодержания осуществляется в центробежном скруббере. Очищенный газ отводится в коллектор чистого газа и оттуда подается потребителям. Для повышения давления газа в доменной печи перед центробежным скруббером установлена дроссельная группа.
После очистки от пыли газ необходимо очистить от диоксида углерода. Наличие во вдуваемом газе таких окислительных компонентов как диоксид углерода и вода отрицательно влияет на его восстановительную способность дутьевой добавки.
Для этого могут быть применены несколько методов:
Часто отмывка колошникового газа совмещается с отмывкой продуктов конверсии другого топлива, богатого СО и водородом, вводимого в циркулирующий поток колошникового газа. Сокращение расхода кокса достигается именно благодаря высокой восстановительной способности монооксида углерода, а также водорода.
При использовании очищенного колошникового газа можно почти полностью исключить использование более дефицитного природного газа и снизить затраты на производство чугуна.
Возможно использование горячих восстановительных газов, полученных из колошникового газа.
Способы производства горячих восстановительных газов из колошникового газа существенно отличаются от способа их производства методами конверсии газов, жидкого топлива, газификации твердого углерода. Возможность повторного использования колошникового газа в технологическом процессе на протяжении ряда лет были предметом внимания многих исследователей. В настоящее время использование колошникового газа предусматривает его очистку от окислителей методом их взаимодействия со специально вводимыми реагентами и удаления продуктов взаимодействия из дальнейшего участия в процессе. При последующем нагреве очищенный колошниковый газ позволяет получить горячие восстановительные газы, которые лишены основных недостатков, присущих газам, полученным методом конверсии: не происходит выпадение сажи, значительно увеличивается стабильность состава газа, существенно уменьшается количество окислителей. В получении горячих восстановительных газов из колошникового газа есть еще одно значительное преимущество. Дело в том, что в лабораторных и даже полупромышленных масштабах при разработке способов производства горячих восстановительных газов метолами конверсии природного газа получаемый газ отвечал основным требованиям доменного процесса, однако, при производстве в увеличенных количествах, соизмеримых с потребностью доменных печей, выявлялись многие из указанных ранее недостатков. При производстве же горячих восстановительных газов методами очистки колошникового газа от окислителей большинство недостатков в промышленном масштабе может быть ликвидировано полностью (выпадение сажи), либо в значительной степени уменьшено (колебания в содержании отдельных составляющих, содержание окислителей).
Заслуживает внимания способ производства горячих восстановительных газов в рециркуляционном цикле методом очистки колошникового газа с помощью моноэтаноламина. Характеристики вдуваемого газа улучшаются, если в рециркуляционный цикл вводить другой газ, имеющий в своем составе или способный дать при реформации, как преобладающую составляющую, восстановительные компоненты. Соотношение восстановителей и азота можно регулировать количеством газа, как вводимого из цикла, так и вводимого дополнительно.
В рециркуляционном цикле, как и в других способах производства горячих восстановительных газов, эффективность их применения в значительной степени определяется уровнем нагрева. Таким образом, очистка от окислителей, ввод дополнительного восстановительного газа, высокая температура нагрева – отличительные черты способа производства горячего восстановительного газа в рециркуляционном цикле из колошникового газа, обеспечивающие его эффективное применение.
Доменный процесс с вдуванием колошникового газа, очищенного от окислителей, таких как двуокись углерода и вода, в рециркуляционном режиме является более устойчивым по сравнению с обычным, так как изменение количества восстановителей, вносимых в печь с вдуваемым газом, вызванное колебанием степени непрямого восстановления, действуем на изменение степени непрямого восстановления в противоположном направлении, что обеспечивает саморегулирование процесса. Регулирование процесса легче осуществлять при меньшем времени оборота газа, т.е при меньшей протяженности трубопроводов и емкости газоочистки.
Существуют различные варианты вдувания газа в доменную печь: в горн, в шахту печи.
С помощью программы расчета основных показателей доменной плавки по методу профессора А.Н. Рама был проведен расчет изменения расхода кокса и производительности, результаты которого отображены на графике.
КГ – колошниковый газ, м3/т чугуна;
Кокс – расход кокса, кг/т чугуна;
П – производительность, %;
Рисунок 1 – График результатов расчета
Из графика видно, в результате вдувания колошникового газа расход кокса снижается на 1 %, а производительность увеличивается. Однако при вдувании газа в размере более 80 м3/ т чугуна расход кокса постепенно начинает увеличиваться, а производительность снижается.
Таким образом, вдувание колошникового газа, очищенного от окислителей положительно влияет на процесс доменной плавки, снижает расход кокса, что выгодно с экологической и экономической точки зрения.