Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов/ Сборник докладов XIII Международной научно-практической конференции 6-10 июня 2005 г. - Щелкино, 2005
Переработка шлака является одной из основных экологических проблем в современном металлургическом производстве Украины.
Доменный шлак является побочной продукцией доменного производства, количество которого составляет около 300 кг/т чугуна.
Существующие способы грануляции шлака связаны с его увлажнением большими количествами воды.
Был проведен анализ мокрого способа грануляции доменного шлака, где были рассмотрены установки ЗАО «Донецксталь - металлургический завод».
Грануляция на участке шлакопереработки г. Донецка осуществляется на гидрожелобной установке. Схема данной установки приведена на рис.1. 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%.
Рисунок 1 – Схема установки гидрожелобной грануляции доменного шлака.
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.[1]
Одним из недостатков мокрого способа грануляции является несовершенство систем оборотного водоснабжения и загрязнение воды.
Оборотные воды систем грануляции шлаков имеют температуру 45 – 75оС, содержат взвешенные вещества (ионы Ca2+,SO32-,HS-,Cl-) и обладают щелочной реакцией и высокой жесткостью.
Загрязняющими воду веществами являются известь, сероводород, тиосульфаты и аммиак при общей нейтрализации до 5,15 г/л. Сброс такой воды в водоемы общественного пользования вызывает их тепловое, химическое и механическое загрязнение. [2]
Необходимо также отметить, что в процессе мокрой грануляции в результате гидролиза сульфидов в парогазовой смеси образуются токсичные серосодержащие газы (сероводород, сернистый ангидрид, элементарная сера).[3]
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.[1] 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 оС; 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 %.[3] Итак, данный способ грануляции приводит к следующим проблемам:Для устранения данных недостатков необходимо воспользоваться опытом передовых стран, где активно внедряются способы сухой грануляции.
В качестве сухой грануляции была проанализирована установка фирм Davy R & D и Redcar (Великобритания).
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. Принципиальная схема данного процесса представлена на рис.2. 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.[4]
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.
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.[5]
Анализ сухого способа переработки доменного шлака показал, что основным преимуществом данной установки является возможность утилизировать тепло шлака в доменном процессе.
Наиболее лучшим способом утилизации извлекаемого тепла является использование его в доменной печи. Это означает, что тепло не нужно транспортировать на большие расстояния.
Данное тепло может быть использовано в качестве пара или горячего воздуха.
Пар используется в доменных печах в основном для того, чтобы увлажнить горячее дутье. Количество пара, полученного при извлечении тепла при сухой грануляции, образуется в количестве необходимом для увлажнения. Использование пара, образованного в результате извлечения тепла, на увлажнение дутья будет давать возможность большему количеству пара идти на выработку электричества. Тепло, извлеченное в качестве горячего воздуха, составляет около 8 % тепла, необходимого для производства горячего воздуха.
Подогрев воздуха, поступающего на горение в воздухонагреватели с помощью горячего воздуха, предлагает три метода экономии топлива:
Воздухонагреватели сжигают доменный газ, обогащенный коксовым газом для получения более высокой температуры факела. Доменный газ менее калориен (около 3МДж/м3) по сравнению с коксовым газом (18МДж/м3). Коксовый газ может быть использован в большем количестве процессов. Следовательно, использование подогретого воздуха по первому методу, поступающего на горение в воздухонагреватели, может значительно уменьшить количество требуемого коксового газа при поддержании постоянных температур факела. Это является хорошим применением извлекаемого тепла, так как оно позволяет низкокачественному топливу быть заменителем высококачественного топлива.
В качестве альтернативы для замены некоторых смешанных газов для горения может быть использован подогретый воздух для горения (второй метод). Использование подогретого воздуха без изменения состава для горения может привести к повышенной температуре факела и большему количеству тепла, подаваемого в воздухонагреватели. Это уменьшает объемный расход газов для горения, проходящих через воздухонагреватели. Более высокие температуры и низкие объемы горячих газов приводит к большим эффективностям воздухонагревателей.
Если подогреть воздух для горения, подаваемый в воздухонагреватели, и использовать такое же количество газа для горения, то температура дутья может быть увеличена (третий метод). Это может привести к экономии кокса. [4]
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. [5]
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, не происходит загрязнение воды); утилизация тепла шлака.
Следовательно, внедрение установок сухой переработки доменного шлака на металлургических предприятиях Донбасса позволит значительно улучшить экологическую обстановку региона.
Список использованной литературы