Результаты испытания новой системы очистки доменного газа

Докт. техн. наук Д. В. Сталинский, канд. техн. наук Г. М. Каненко, научный сотрудник В. В. Алхасова ГОУВПО

УкрГНТЦ «Энергосталь» (г. Харьков, Украина)

Источник: «Сталь».№3 - 2009 г., с. 73-76.

При установке газовых утилизационных бескомпрессорных турбин (ГУБТ) для выработки электроэнергии за счет использования давления доменного газа необходима реконструкция системы с применением регулируемых труб Вентури и увеличением гидравлического сопротивления до 20 кПа для очистки газа до конечной запыленности 4 — 5 мг/нм³. Распространенные в России и Украине системы очистки доменного газа состоят из противоточного скруббера с нижним подводом газа, двумя-тремя ярусами орошения и регулируемых труб Вентури [1 — 3].

Основное отличие схем очистки доменного газа, применяемых за рубежом фирмами «Бишофф», «П. Вюрт» и др. [I, 4|, — наличие прямоточного скруббера с верхним подводом газа и расположенными в нижней части одной или несколькими регулируемыми тру¬бами Вентури. Причем в публикации [3] отмечается, что преимущества таких скрубберов состоят в их малых габаритах (ввиду повышенных до 3 - 4 м/с скоростей газа) и эффективной очистке газа от пыли.

В связи с пуском в эксплуатацию первой в СНГ новой системы очистки доменного газа фирмы «П. Вюрт» в комплексе с ГУБТ за доменной печью № 6 ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (НТМК) специалистами УкрГНТЦ «Энергосталь» совместно с работниками газового цеха были проведены испытания и анализ эффективности работы газоочистки. При этом оптимизировали параметры ее работы в комплексе с ГУБТ для обеспечения эффективности и увеличения выработки электроэнергии. При рабочих параметрах доменного газа на колошнике (давлении и расходе) этого можно добиться путем снижения гидравлического сопротивления на газоочистке и увеличения температуры газа перед ГУБТ, а также повышения КПД турбины [1].

Рис. 1. Схема газоочистки «П. Вюрт»:
1 — скруббер; 2 — ЭКЗ; 3 — каплеуловитель; 4 — подвод воды; 5 — отвод шлама; 6 — привод

Особенность технологического процесса доменной печи № 6 объемом 2200 м³ — выплавка ванадиевого чугуна. Шихтовую смесь загружали через бесконусное загрузочное устройство, 7 подач в час (52 — за смену), выход чугуна — до 4800 т/сут.

Доменный газ из-под колошника поступает в сухой пылеуловитель, далее — в скруббер и в три элемента с кольцевым зазором (ЭКЗ) типа труб Вентури, каплеуловитель и направляется на ГУБТ. Данная схема отли¬чается от подобных систем на территории СНГ отсутствием дроссельной группы. В сухом пылеуловителе радиального типа улавливается крупная колошниковая пыль в результате изменения направления движения газового потока. В ходе реконструкции печи № 6 сухой пылеуловитель оставили без изменений, в то время как на печи № 5 установили новый по проекту фирмы «П. Вюрт». По данным за апрель 2008 г. улавливание колошниковой пыли на печах № 6 и 5 составляет 18 и 30 кг/т чугуна, что подтверждает возможность повышения эффективности улавливания в центробежном пылеуловителе [1]. Колошниковая пыль полностью используется, кроме того, при увеличении степени ее улавливания практически вдвое уменьшаются запыленность газа перед скруббером и соответствующее количество шламов, направляемых в шламонакопители.

В скруббере, верхняя часть которого имеет цилиндрическую форму, а в нижней части расположены три ЭКЗ (рис. 1) типа регулируемых труб Вентури, происходят охлаждение газа и доулавливание крупной пыли.

 Скруббер имеет диаметр 5,6 м, высоту цилиндрической части 15 м и 11 ярусов орошения, на каждом из которых установлено по одной эвольвентной форсунке, расположенной по центру скруббера. Часть форсунок распыляет воду в обоих направлениях — по ходу движения газового потока и против него. Рециркулируемая вода после ЭКЗ подается на верхние форсунки № 1 - 3, вода из оборотного цикла водоснабжения — на форсунки № 4 — 11 (нумерация форсунок по ходу течения газа). Установка форсунок производительностью 80 — 105 м³/ч, с одной стороны, позволяет работать на малом давлении и воде низкого качества, с другой стороны, образующиеся более крупные капли жидкости ухудшают процессы теплообмена и очистки, что приводит к увеличению расхода воды.

 В нижней части скруббера доменный газ попадает в три элемента с кольцевым зазором. Каждый элемент состоит из корпуса типа трубы Вентури и регулирующего конуса, которые образуют кольцевой зазор (рис. 2). При помощи ЭКЗ поддерживается необходимое избыточное давление газа на колошнике путем ав¬томатического изменения положения регулирующего конуса и одновременно газ очищается до конечной запыленности 4 — 5 мг/нм³. При верхнем положении конус устанавливается на уровне начала конфузора, при этом в нижней части конуса обеспечивается минималь¬ная ширина зазора между стенками диффузора и конуса (10 мм), ход конуса составляет 500 мм. Гидравлические цилиндры и система управления конусами размешены в нижней части скруббера под коническим бункером и соединены с ЭКЗ при помощи штоков.

Все три ЭКЗ перемещаются одновременно и параллельно, в случае повреждения один из них фиксируется в определенном положении, а два других регулируют давление газа на колошнике. Каждый ЭКЗ орошается с помощью одной эвольвентной форсунки, расположенной над конфузором. Загрязненная вода из бункера под ЭКЗ направляется на три верхние форсунки скруббера рециркуляционными насосами. Вода из оборотного цикла водоснабжения на газоочистку подается с температурой 37 — 43 °С, давлением 0,7 МПа.

 При проведении испытаний фиксировали параметры гидравлического и температурного режимов работы системы по приборам, выведенным на монитор пультов газоочистки и ГУБТ. Для каждого режима замеряли конечную запыленность доменного газа методом внешней фильтрации. С учетом низкой конечной запыленности и высокого давления доменного газа в точке замера установлено специальное оборудование и разработана методика измерений, соответствующая действующим нормативным документам [5].

 В ходе испытаний определены параметры для пяти режимов газоочистки: 1) рабочего; 2) с уменьшением расхода воды путем перекрытия части форсунок скруббера, а также расхода воды на ЭКЗ; 3) с уменьшением расхода воды при прикрытии задвижки подачи воды на общем водоводе (с уменьшением давления воды перед всеми форсунками); 4) со снижением гидравлического сопротивления ЭКЗ; 5) с его увеличением. Необходимо отметить нестабильный режим работы газоочистки по расходу газа при передвижении регулирующих конусов, поддерживающих необходимое давление на колошнике, что связано с переменными параметрами доменной печи, периодичностью загрузки, периодами слива чугуна, шлака и др.

 При изменении давления доменного газа на колошнике от 184 до 190 кПа расход газа колеблется в пределах 260 - 310 тыс. нм3/ч, что ниже проектных параметров — 380 тыс. нм³/ч. Перед очисткой температура газа составляет 170 - 190°С, после нее — 45 — 47 °С (по проекту — 50 °С). В ГУБТ он охлаждается до 23 — 25°С. Расход воды на газоочистку, принятый по условиям: начальная температура газа — 350 °С, расход — 380 тыс. нм³/ч, соответствует проектным данным (1400 м³/ч).

 По результатам испытаний фактическая скорость газа в скруббере составляет 1,3— 1,7 м/с при удельном расходе воды 4,62 — 5 л/нм³. С уменьшением расхода воды на скруббер от 1030 до 700 - 840 м3/ч температура газа после очистки возросла от 45 до 47 "С, что сви-детельствует о возможности дальнейшего уменьшения расхода воды на скруббер для повышения температуры газа до 50 - 55 °С. В табл. 1 представлены усредненные параметры газоочистки.

Сопоставление результатов испытаний работы скруббера «П. Вюрт» с данными,полученными в исследовании [1], показывает, что по конструктивным (объем скруббера, система орошения, тип форсунки) и режимным (удельный расход воды, скорость газа, коэффициент теплообмена) параметрам скрубберы фирмы «П. Вюрт» не имеют преимуществ перед скрубберами высокого давления газоочисток, работающих в Украине. С уменьшением расхода воды (не только на скруббер, но и на ЭКЗ) (режим 2) возросла конечная запыленность доменного газа, что можно объяснить ухудшением распыления жидкости одной форсункой в ЭКЗ при снижении давления распыляемой воды перед ней от 0,3 до 0,1 МПа. Поэтому для существующей системы орошения с одной эвольвентной форсункой в ЭКЗ расход воды не может быть менее 280 — 300 м³/ч (удельный расход воды — до 1,0 л/м³).

 С уменьшением гидравлического сопротивления на ЭКЗ от 26 — 27 до 21 кПа конечная запыленность газа повышается от 4,5 до 6,2 мг/нм³, что допускает возможность работы газоочистки при таких значениях гидравлического сопротивления. Дальнейшее его снижение на ЭКЗ < 20 кПа приводит, по данным работы [1], к увеличению конечной запыленности газа, однако про¬верить такие режимы по техническим возможностям газоочистки «П. Вюрт» не представилось возможным.

Интересно сопоставить полученные данные о конечной запыленности доменного газа с результатами испытаний других газоочисток [2, 4, 6], представленных на рис. 3 (заштрихованная область — это данные по металлургическому заводу в г. Рурорт (Германия) [4]). Результаты испытаний газоочисток на заводах в г. Рустави (Грузия) и г. Рурорт [2, 4] показывают возможность достижения требуемой конечной запыленности 4 — 5 мг/нм³ при гидравлических сопротивлениях труб Вентури до 20 кПа. На заводе в г. Рурорт при снижении гидравлического сопротивления от 22 до 16 кПа конечная запыленность возрастает всего на 1 мг/\г [4]. Повышение гидравлического сопротивления на трубе Вентури (конструкции УкрГНТЦ «Энергосталь») Руставского металлургического завода от 15 до 18 кПа, связанное с увеличением удельного расхода воды, не привело к снижению конечной запыленности газа. Результаты испытаний газоочистки (с трубами Вентури конструкции «Гипрогазоочистка») за печью № 5 ОАО «Северсталь» [61 имеют разброс данных, эффективная очистка газа (до 3 — 6 мг/нм³) получена при средних значениях гидравлического сопротивления 20 кПа. На газоочистке фирмы «П. Вюрт» конечная запыленность 4,5 — 6,2 мг/м³ получена при средних значениях гидравлического сопротивления 21 и 26 кПа. Значение 26 кПа вызвано необходимостью поддерживать давление газа на колошнике, а не только по условиям очистки. Из представленных данных только на газоочистке «П. Вюрт» трубы Вентури (ЭКЗ) обеспечивают надежное регулирование расхода газа и поддержание в необходимых пределах давления на колошнике для эффективной работы печи.

В 2007 г. за газоочисткой печи № 6 введена в эксплуатацию ранее законсервированная ГУБТ-12 производства ОАО «Уральский турбинный завод». Вместо дроссельной группы параллельно турбине установлен плотнокроюший быстро открывающийся клапан (БОК), при помощи которого доменный газ направляется непосредственно в газовую сеть. Дополнительный регулирующий клапан (КРП) пропускает до 15 % газа для регулирования давления на колошнике. Параметры работы ГУБТ-12 в период испытаний приведены в табл. 2, расходы газа даны с учетом пропуска части газа через КРП.
 В последующем при повышении давления газа на колошнике до 235 кПа и расхода до 310 тыс. нм³/ч выработка электроэнергии на турбине увеличилась до 8 МВт · ч. При работе доменной печи на пониженном давлении газа на колошнике (при ремонтах и аварийных ситуациях) для поддержания минимально необходимого давления перед ГУБТ гидравлическое сопро¬тивление ЭКЗ снижается до 15 кПа, при этом увеличивается вынос пыли на ГУБТ, образуются отложения на лопатках турбины и уменьшается выработка электроэнергии.

Проведенная в период испытаний очистка поверхности лопаток струями воды привела к увеличению выработки электроэнергии (на 30 %) при рабочих значениях давления и расхода газа перед ней (режимы 4 и 5). Система смыва отложений пыли с лопаток турбины требует увеличения угла раскрытия факела струи жидкости и применения полного факела орошения. Выводы 1. В новой системе газоочистки фирмы «П. Вюрт» обеспечивается охлаждение газа до 45 — 47 °С, очистка — до конечной запыленности 4,5 — 6,2 мг/нм3 при гидравлическом сопротивлении на ЭКЗ (трубах Венту-ри) 21—26 кПа. При помощи ЭКЗ поддерживается необходимое давление доменного газа на колошнике. 2. Увеличить выработку электроэнергии в ГУБТ можно снижением гидравлического сопротивления на ЭКЗ с 21 — 26 до 18-20 кПа, увеличением давления, температуры и расхода газа перед турбиной до проектных параметров, а также улучшением работы системы смыва отложений с лопаток турбины.

Библиографический список