Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів/Збірка доповідей 4 Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів.- Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2005. - Т.2. - с.114-115
Переработка шлака является одной из основных экологических проблем в современном металлургическом производстве Украины.
Существующая в Украине мокрая грануляция доменных шлаков негативно влияет на окружающую среду. Данный способ грануляции приводит к следующим проблемам:
Для устранения данных недостатков необходимо воспользоваться опытом передовых стран, где активно внедряются способы сухой грануляции.
Исследованиями был проведен сравнительный анализ способов мокрой и сухой грануляции.
В качестве анализируемой установки мокрой грануляции доменного шлака была приняты установки ЗАО «Донецксталь - металлургический завод», расположенные на Полежаковских отвалах. В качестве сухой грануляции была проанализирована установка фирм Davy R & D и Redcar (Великобритания).
Грануляция на участке шлакопереработки г. Донецка осуществляется на гидрожелобной установке. Шлак составами шлаковозных ковшей подается из доменного цеха на установку. Перед сливом корку застывшего в ковше шлака пробивают грузом, подвешенным на крюке башенного крана, или специальным копром. Вода, подаваемая к насадке гидрожелобного агрегата, дробит жидкий шлак на мелкие гранулы, охлаждает их и отбрасывает на склад, где гранулированный шлак частично обезвоживается. Вода с площадки склада отводится в систему оборотного водоснабжения, состоящую из отстойников, расположенных по сторонам склада, резервуара и насосной. Влажность готовой продукции 6-12%.
Процесс предлагаемой сухой грануляции заключается в распылении расплавленного шлака и последующего медленного охлаждения частиц. Частицы охлаждаются при прохождении через воздух, а затем охлаждаются в псевдоожиженном слое. Оба этих процесса обеспечивают быстрое охлаждение, необходимое для образования стекловидного шлакового продукта. Псевдоожиженный слой является подходящим способом содержания частиц шлака, так как он предотвращает спекание горячих частиц, кроме того, обеспечивает быстрое охлаждение. Через закрытый желоб для уменьшения потерь тепла шлак из доменной печи поступает в сосуд, утилизирующий тепло. Желоб доставляет расплавленный шлак прямо на вращающуюся чашу, размещенную в центре сосуда. Под действием центробежной силы шлак разбрызгивается через кромку чаши, и здесь его раздувает сжатый воздух, направленный струями вертикально вверх. При распылении частицы шлака проецируются в противоположную сторону и налетают на стенки сосуда. Частицы шлака падают прямо в первичный псевдоожиженный слой. В первичном псевдоожиженном слое частицы быстро охлаждаются. Затем частицы шлака переходят во вторичный псевдоожиженный слой, где большая часть тепла утилизируется, и температура шлака охлаждается до такой, при которой разгружается шлак. Размер частиц образующегося гранулированного шлака составляет около 2 мм. Частицы шлака охлаждаются достаточно быстро, чтобы содержать в своем составе до 95 % стекла, что необходимо в цементной промышленности.
Ежегодно в г. Донецке на грануляцию поступает около 300 тыс. т доменного шлака.
Известно, что количество воды на грануляцию доменного шлака составляет до 3,5 м3/т шлака, что в нашем маловодном регионе приводит к безвозвратной потере и ухудшению качества питьевой воды. В ходе мокрой грануляции происходит испарение воды, которое может достигать 10 % воды, расходуемой для данного процесса. При этом полученный шлак необходимо обезвоживать, что может потребовать расхода топлива. Следовательно, безвозвратно теряется не только колоссальное количество воды, но и энергоресурсы.
При сухом способе грануляции в рассматриваемой установке распыление шлака происходит при помощи воздуха, а вода используется только на охлаждение стенок данной установки. Очевидно, что в этом случае не будет происходить потребление воды в таких количествах, а также загрязнение ее известью, сероводородом и тиосульфатами.
Необходимо также отметить, что в процессе мокрой грануляции в результате гидролиза сульфидов в парогазовой смеси образуются токсичные серосодержащие газы (сероводород, сернистый ангидрид, элементарная сера).
Уровень загрязнения приземного слоя атмосферы г. Донецка превышает в несколько раз предельно допустимые уровни концентрации по выбросам соединений серы. Мощность выбросов SO2 – 0,033 г/с; Н2S – 80 г/с; интенсивность выбросов – 17 700 м3/с.
При анализе технологии сухой грануляции было найдено, что выбросы в атмосферу сернистых газов и пыли незначительны, так как процесс ведут в закрытых емкостях с отсосом и очисткой выбросов.
В процессе анализа мокрой способа грануляции было выявлено, что физическое тепло шлака в основном расходуется на испарение воды и безвозвратно теряется. Известно, что температура скачиваемого шлака достигает 1350 – 1400 oС; энтальпия его при этой температуре составляет 1680 – 1800 кДж/кг, что дает потерю тепла со шлаком в тепловом балансе доменной плавки около 3,5 – 5 %.
Анализ сухого способа переработки доменного шлака показал, что основным преимуществом данной установки является возможность утилизировать тепло шлака в доменном процессе. Данное тепло может быть использовано в качестве пара или горячего воздуха, что приведет к экономии дорогостоящего кокса и природного газа.
В ходе анализа были получены данные, которые свидетельствуют о том, что при сухой грануляции образуются гранулы, обладающие аналогичными мокрой грануляции свойствами, пригодные для дальнейшего использования в цементной промышленности.
Итак, применение установки сухой грануляции доменного шлака позволяет решить следующие задачи: получение сухих гранул одинакового размера с высокой плотностью, необходимых для цементной промышленности; улучшение состояния окружающей среды (выбросы сернистых газов уменьшаются, а также не происходит загрязнение воды); утилизация тепла шлака.
Следовательно, внедрение установок сухой переработки доменного шлака на металлургических предприятиях Донбасса позволит значительно улучшить экологическую обстановку региона.