Состав мелкодисперсных выбросов доменных печей

Пугин К.Г., Юшков В.С.

Источник: http://ecology.ostu.ru

Развитие черной металлургии всегда было тесно связано с использованием собственных отходов или отходов смежных отраслей. Металлургия является отраслью, полностью перерабатывающей отходы потребления из черных металлов, замыкая, таким образом, их жизненный цикл.

 Предприятия черной металлургии относятся к числу наиболее крупных народнохозяйственных объектов, в значительной степени определяющих уровень экономического развития России. Одновременно они являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. На их долю приходится 15–20% промышленных выбросов России в атмосферу (1,6 млн. т/год твердых дисперсных материалов; 7,3 млн. т/год газообразных веществ, в том числе оксидов азота, серы, углерода) и в водоемы (около 4 млрд. т/год) [1].

Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными - шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м³ доменного газа со средней теплотой сгорания 3,96 МДж/м³. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов (рис. 1) [2].

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20–100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9–55 г/м³, а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м³.

Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м³/т влажного кокса, или 4000 м³/т сухого кокса, или 2000–2500 м³ на 1 т чугуна. Удельные технологические выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100; СО-640; О₂ – 0,08–0,45 табл. 1, 2.
Таблица 1 Примерный состав колошникового газа             

Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300-3500 °С.

Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO₂ – 14,6; MgO – 4,35; Al₂O₃ – 4,35; CaO – 11,85; S – 0,74; MnO – 3,75, остальное - оксиды железа.

Таблица 2 Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах     

Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса газа под давлением, несколько превышающим давление в печи. При этих условиях запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство, и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым.

Недостатком этого способа предотвращения выбросов пыли и СО из межконусного пространства печи являются дополнительные энергозатрары, связанные со сжиганием газа, подаваемого в засыпное устройство печи.

 Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литейный дворы.

На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м³.

В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и конвейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.

 Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м³, в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон-весов приходится герметизировать. В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2,5 кг пыли на каждую тонну чугуна. После очистки в атмосферу выбрасывается в среднем около 90 г пыли на 1 т чугуна.

На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0,7-1,15 кг СО, 120-170 г SO₂. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150-1500 мг/м³; максимальная концентрация наблюдается над главным желобом и ковшом для чугуна.

 Средняя концентрация СО составляет, мг/м³: у чугунной летки - 22...1250; у шлаковой летки - 11...680; на уровне фурм 15...884; у кольцевого воздухопровода - 11...5000.

Содержание СО на рабочих местах в период выпуска чугуна составляет 125-250 мг/м³. Наибольшая концентрация наблюдается в момент выпуска чугуна и шлака у леток и поворотных желобов.

При выпуске горячего шлака из домны сера реагирует с кислородом воздуха с образованием SO₂. Этот газ выделяется от шлаковых леток, желобов и шлаководов; средняя концентрация SО₂ на этих участках в период выпуска шлака достигает 30 мг/м³. Валовые выбросы пыли, оксида углерода и оксида серы на литейных дворах типовых доменных печей различного объема приведены в табл. 3.

Таблица 3 Валовые выделения примесей на литейном заводе

Выпущенные из печи продукты плавки направляются на дальнейшую переработку: чугун - на разливку в чушки на разливочной машине, шлак - на грануляцию, доменный газ - на очистку.

В последнее время все газовые выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединять и направлять их на очистку в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн. м³/ч. Чтобы уменьшить его, все системы отсоса газа от источников пылегазовыделений снабжают дроссельными клапанами, позволяющими по мере надобности дистанционно включать необходимое в данный момент укрытие (зонт).

Литература

1. Юсфин Ю.С. Промышленность и окружающая среда / Ю.С. Юсфин, Л.И. Леонтьев, П.И. Черноусов. – М.: ИКЦ Академкнига, 2002.
   
2. Доменная печь - агрегат XXI века. Москва, «Сталь», 1995, N 8, с.1-8. Авторы: Ю.С.Юсфин, И.Г.Товаровский, П.И.Черноусов.