Энергосберегающие технологии очистки конвертерных газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

энергосберегающие технологии очистки конвертерных газов

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

2. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ТЕПЛА КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

5. СИСТЕМЫ ГАЗООЧИСТОК

6. Расчёт циклона

конвертерный газ очистка

ВВЕДЕНИЕ

Кислородно-конвертерный процесс по-прежнему является ведущим сталеплавильным процессом в мире.

Мировое производство конвертерной стали в 2003 году составило 964,8 млн. т или 63,3 % от общего производства.

Конвертерное производство Украины включает 6 цехов с 19 конверторами ёмкостью 2 х 350 т, 2 х 250 т, 12 х (150 - 170 т), 3 х 65 т. Технологический уровень в конвертерных цехах в целом достаточно высокий, лучшие из них входят в число ведущих конвертерных цехов мира.

Конвертерное производство, как и любое другое, является источником загрязнения окружающей природной среды, и основными задачами его являются снижение выбросов, сбросов и уменьшение отходов. Суть данных задач заключается в использовании вторичных энергетических и материальных ресурсов, современного оборудования.

Таким образом, важным аспектом, без которого техническое перевооружение вряд ли возможно, это решение вопросов повышения технологического уровня, экологической безопасности, ресурсо- и энергосбережения.

Проблемы ресурсосбережения решаются крайне медленно: многие десятилетия расходы сырья и энергии на единицу металлопродукции на 30 -- 50 % превышают лучшие мировые достижения.

Исследования и опыт подтверждают рациональность решения двуединой задачи для уменьшения расходов первичных ресурсов и резкого сокращения за счет этого вредных выбросов в атмосферу по всему металлургическому циклу -- от добычи руды до выпуска прокатных изделий.

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

Процесс в кислородном конвертере протекает интенсивно. Обильное газовыделение является одним из главных недостатков этого производства. Очистка газов и предшествующее их охлаждение продолжают оставаться сложными проблемами. Возможны различные способы применения конвертерных газов. Сжигая газ над конвертером в котлах специальной конструкции, получают пар. Улавливание газа после охлаждения и очистки позволяет использовать его как топливо в энергетических агрегатах или в качестве восстановителя в технологических процессах.

В конвертерном газе в незначительном количестве (до 1%) содержатся азот, водород и кислород. Основной составляющей является СО (до 90%) и СО2 (до 10%). Такой состав газа обуславливает высокую теплоту его сгорания (8,5-9,2 МДж/м?) и токсичность. Газовая смесь, содержащая больше 12% CO становится взрывоопасной при концентрации кислорода больше 5 %.

Содержание серы в конвертерных газах зависит в значительной мере от ее содержания в извести и колеблется от 105 мг/м? до 206 мг/м?.

Выход газов, их состав переменны по ходу плавки. Количество конвертерного газа, выходящее из конвертера, составляет 60-80 м? на 1 т садки. Температура конвертерного газа ? 1400-1800?C и близка к температуре металла. Высокая температура газа на выходе из конвертера обуславливает значительные потери физической теплоты с газами, является существенной долей в тепловом балансе конвертерной плавки (до 10%).

Конвертерный газ является высококачественным технологическим и энергетическим топливом. Эти особенности необходимо учитывать при выборе системы и способа отвода и использования. При отводе газа без доступа воздуха пылевидные частицы имеют более крупные размеры. В соответствии с этими особенностями выбирается схема газоочистки. При более мелких фракциях пыли требования к газоочистке повышаются. Температура газа перед газоочисткой не должна превышать 200-300?С. Поскольку температура газа при выходе из кислородного конвертера ?1600?C перед газоочисткой их необходимо охлаждать.

Возможно несколько способов охлаждения:

- разбавление воздухом;

- впрыск воды;

- оборудование газохода водоохлаждаемыми каминами или экранами;

- выработка пара в котлах-утилизаторах за счет физической теплоты конвертерных газов или продуктов их сгорания.

Чаще всего эти способы комбинируются. Способ охлаждения и конструкция охлаждающего оборудования существенно влияют на технологический процесс выплавки стали и показатели конвертерного производства.

Газы отводят из кислородных конверторов различными способами, при которых величина коэффициента расхода воздуха на входе различна:

б>1 - при полном сжигании газа с доступом воздуха;

0<б<1 - с доступом воздуха и частичным сжиганием газа;

б=0 - без доступа воздуха и без сжигания газа.

Газы на выходе из кислородного конвертера содержат энергию ? 0,95-1,05 МДж/т стали (20% физического тепла и 80% химической энергии).

Использование теплоты газов позволяет сэкономить 30 тыс. т. условного топлива на 1 млн. т. стали. При использовании теплоты конвертерного газа можно получить горячую воду и насыщенный водяной пар в охладителях с дожиганием (б>1). Пар направляют для технологических нужд предприятия или после перегрева - для выработки электроэнергии.

В системах без дожигания конвертерных газов (б=0) или с частичным дожиганием в радиационных котлах используют до 10% химической энергии и физическую теплоту газа с последующим улавливанием его и сжиганием в качестве топлива в энергетических или технологических агрегатах. После охлаждения и очистки без дожигания конвертерный газ может использоваться в качестве топлива, химического сырья. Без очистки и охлаждения его можно использовать для подогрева шихтовых материалов конвертерной плавки и как восстановитель железорудного сырья.

В нашей стране в основном применяются системы отвода газов с полным или частичным дожиганием CO в конвертере. В этих схемах химическая энергия отходящих конвертерных газов не используется и теряется.

Применение конвертерного газа в качестве топлива является одним из резервов топливно-энергетических ресурсов. Однако его применение затруднено по следующим причинам:

- непостоянство выхода конвертерного газа, как по времени, так и по количеству;

- резкие колебания состава газа в различные периоды плавки;

- возможность подсоса воздуха, что может привести к образованию газокислородной смеси и взрыву употребляющих агрегатов.

2. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

При выборе аппаратов газоочистки следует учитывать различие фракционного состава пыли в продуктах сгорания (ОКГ с дожиганием) и конвертерном газе (ОКГ без дожигания), поступающих в газовые тракты этих систем. Особое внимание уделяется герметизации газохода в последнем случае в связи с токсичностью оксида углерода (II), составляющего около 90 % конвертерного газа.

Газоотводящий тракт состоит из котла-охладителя, аппаратов мокрой газоочистки с системой сепарации и отвода шлама, нагнетателя газа, дожигательного устройства или газгольдера, арматуры, газопроводов (с нагнетателем и доочисткой в электрофильтре) к потребителю.

Охлажденный и очищенный конвертерный газ может улавливаться с последующим использованием; если же улавливание не предусмотрено, он должен сжигаться на свечах. В конвертерных цехах отечественных заводов конвертерный газ не улавливается.

Принципиальная схема отвода и очистки конвертерного газа без дожигания СО с использованием его химической энергии после газоочистки, применяемая одним из заводов Японии заключается в следующем. Охлажденный газ поступает в струйные промыватели, затем после коагуляции пыли в трубах Вентури он очищается в центробежных скрубберах и направляется в газгольдер или в дымовую трубу. Перед выбросом в атмосферу газ сжигают при помощи специальных горелок.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ТЕПЛА КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА

Конвертерный газ из конвертера поступает в газоотводящий тракт, где его физическая теплота реализуется для получения пара в котле-охладителе. В качестве ОКГ без дожигания применяют радиационно-конвективные котлы с ширмовыми экранами, в которых газ охлаждается до 500 - 600?С. После котла-охладителя перед газоочисткой дополнительное охлаждение осуществляется путём впрыска воды в газоход. В предлагаемой схеме обеспечена возможность использования физического тепла и химической энергии конвертерного газа: физическая теплота используется в котле-охладителе для выработки пара, а сам газ может быть применён как высококачественное топливо после очистки от пыли.

Для максимальной реализации энергетических ресурсов в ККЦ необходимо использовать энергоблок, в состав которого входят аккумуляторная, испарительная и деаэраторная установки, а также вспомогательное оборудование.

Таким образом, предложенная схема предусматривает замкнутый контур: котёл-охладитель - энергоблок - котёл-охладитель. При эффективном использования физического тепла конвертерного газа в ОКГ без дожигания энергоблок вырабатывает пар и конденсат для энергетических и технологических потребителей, а также для собственных нужд цеха.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТЕРНЫХ ГАЗОВ

Химическую энергию отходящих газов рационально использовать для восстановления окатышей. На рис. 3.3 представлена принципиальная схема использования конвертерного газа в качестве восстановителя. За счёт создаваемого нагнетателем разрежения конвертерный газ отбирается из газохода ОКГ при температуре 950 - 1050?С и через обводной газоход направляется в восстановительный аппарат; затем проходит через слой железорудных окатышей, нагревает их до 750 - 850?С и восстанавливает до степени металлизации 95 %. Отработанный газ с температурой 550 - 650?С и содержание СО около 35 % поступает в газоочистку, размещённую в обводном газоходе за восстановительным аппаратом, в каплеуловитель, а затем нагнетателем подаётся на свечу. Остаток СО, образующийся при восстановлении оксидов железа до железа металлического, дожигается на свече.

Из восстановительного аппарата сырьё выгружается периодически во время продувки конвертера или в межпродувочный период в промежуточную футерованную ёмкость, расположенную перед дозатором. Перед очередной плавкой порция горячих металлизованных окатышей загружается в конвертер.

Использование конвертерного газа для восстановления железа из железорудных окатышей, минуя доменный процесс, даёт экономию дефицитных и дорогостоящих восстановителей. По сравнению с использованием лома применение металлизованных окатышей обеспечивает более чистое железо и упрощает транспортировку и загрузку материалов в конвертер. Однако для этого необходимы дополнительные капитальные затраты в цехе, объём которых определяет уровень экономической эффективности системы.

Важной проблемой является подогрев и рафинирование конвертерного лома от загрязняющих его цветных металлов. Значительное количество физического и химического тепла, содержащегося в конвертерных газах, позволяет решить эту проблему за счет тепла отходящих конвертерных газов и тем самым резко снизить энергоёмкость конвертерной стали.

5. СИСТЕМЫ ГАЗООЧИСТОК

В системах газоочистки промышленную проверку прошли следующие аппараты: скрубберы, турбулентные газопромыватели (большие, малые и др.), называемые также трубами Вентури; сухие электростатические фильтры, мокрые электростатические фильтры, пенные фильтры, циклоны-каплеотделители и сухие, гидромеханические фильтры, тканевые (рукавные) фильтры.

Из перечисленных аппаратов основными являются турбулентные газопромыватели (трубы Вентури), электростатические фильтры, тканевые фильтры. Скрубберы, пенные фильтры и циклоны применяют, как правило, в комбинации с трубами Вентури и электрофильтрами.

Температура газов после охладителя, т.е. перед системой очистки, определяется ее типом. Так, при металлических скрубберах температура газов может достигать 400 °С. Если скруббер с огнеупорной футеровкой, то температура может быть значительно выше. Турбулентные газопромыватели, выполненные из углеродистой стали, надежно работают при температуре поступающего газа 350 - 400 °С.

Сухие электростатические фильтры работают удовлетворительно при постоянной температуре поступающих газов (примерно 140 - 160 °С) и влажности газа около 70 г/м?.

Поэтому, как правило, перед сухими электрофильтрами устанавливают стабилизатор, в котором в поток газов автоматически впрыскивается вода или вдувается пар для поддержания требуемой температуры и влажности. Содержание горючих компонентов в газах, поступающих в электрофильтры, должно быть значительно меньше нижнего предела воспламенения соответствующего компонента. Поэтому электростатические фильтры не могут работать в системе отвода газов без дожигания.

При использовании тканевых (рукавных) фильтров предъявляют еще более жесткие требования к температуре входящих газов, она должна находиться в пределах 100 - 110 °С и не превышать 150 °С. При более высоких температурах резко снижается прочность фильтрующей ткани. В случае применения мокрых систем очисток газов не предъявляют таких требований к колебаниям температуры входящих газов и содержания в них СО.

Система очистки газов предопределяет в известной мере схему газоотводящего тракта. Способы отвода и охлаждения в свою очередь влияют значительно на систему и габариты газоочистки. Поэтому для конкретных объектов схемы охлаждения и системы очистки нужно выбирать после тщательного анализа.

6. Расчёт циклона

Исходные данные:

Циклон типа ЦН-15, определить его гидравлическое сопротивление, эффективность и конечную запыленность газа при н.у. V_o=4100 м³/ч, плотность газа при н.у. с_о=1,18 кг/м³, температура газа Т=105 ^оС, барометрическое давление Р_бар=101,7 кПа, разряжение в циклоне Р_ц=28Па, начальная концентрация пыли в газе Z=42г/м³, средний медианный размер частиц d₅₀=4,5 мкм, плотность пыли с_п=2800 кг/м³, м=2,52?10^-6 ,у_п=3,26.

Решение

1) Плотность газа при рабочих условия, кг/м³

2) Расход газа при рабочих условиях, м³/с

3) Диаметр циклона при оптимальной скорости

Принимаем диаметр 900мм и находим действительную скорость газа в циклоне, м/с

Ввиду того, что действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15%, останавливаемся на выбранном диаметре циклона и находим его размеры в соответствии с нормалью.

4) Вычисляем коэффициент сопротивления циклона



Величины К_1, К₂ и это табличные данные

5) Находим гидравлическое сопротивление циклона, Па

6) Определяем размер частиц d_50W улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50%, мкм

где - экспериментальные величины

- величины, соответствующие действительным

условия работы циклона.

7) По величине d₅₀ рассчитаем величину

где - дисперсия экспериментальной пыли, логарифм,

в зависимости от типа выбранного циклона.

8) По таблице (приложение 4) для величины Х=0,0535 находим значение Ф(Х)=0,5214

9) Эффективность циклона определяем из выражения, %

10) Конечная запыленность газа, г/м³

Размещено на Allbest.ru

...