Газоочистка в агломерационном производстве. Система "Эрфан" для удаления диоксина из отходящих газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Газоочистка в агломерационном производстве.

Система "Эрфан" для удаления диоксина из отходящих газов

Содержание

Введение

1. Система "Эрфайн" для удаления диоксина из отходящих газов аглопроизводства и электродуговых печей

1.1 Выбросы диоксина

1.2 Обработка отходящих газов аглофабрики

2. Обработка отходящих газов ЭДП

3. Новая система газоочистки "Ветфайн" для цехов по производству агломерата и окатышей

4. Водоочистка

Библиографический список

Введение

Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк.

Агломерация руд в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.

За последние годы в отрасли проведена существенная работа по подъему технического уровня металлургического производства. На предприятиях введены в строй и эксплуатируются крупные доменные печи. Дальнейший прогресс в доменном производстве в значительной мере зависит от уровня подготовки железорудного сырья к переделу. Следовательно, одним из реальных путей к сокращению расхода кокса и повышению производительности агломерационных машин путем интенсификации процесса окускования с одновременным повышением качества готового агломерата.

Чтобы в полной мере реализовать поставленную задачу, необходимо проводить модернизацию существующих агломерационных фабрик с оснащением и внедрением новых технологий по усреднению поступающего сырья, смешиванию, окомкованию, спеканию, охлаждению и многостадийному дроблению и грохочению спека. Это позволит повысить технико-экономические показатели работы агломерационных цехов при минимальных затратах.

1. Система "Эрфайн" для удаления диоксина из отходящих газов аглопроизводства и электродуговых печей

С начала 1990-х годов на черную металлургию оказываю существенное давление соответствующие органы власти партии "зеленых", требующие резкого сокращения объема диоксинов и других вредных выбросов. В этот период ФАИ начинает разработку нового поколения системы очистки отходящих газов аглофабрик и электродуговых печей (ЭДП). Одна из особенностей этой задачи состояла в том, чтобы создать систему, которая эффективно удаляла бы из струи отходящего газа не только пыль, но и диоксины и другие нежелательные вещества. В результате были разработаны системы с эффективностью удаления диоксина от 80 до 99 %. Это означает, что его концентриция в очищенном газе составляет 0,1 - 0,4 нг I - МЭТ (международный эквивалент токсичности).

1.1 Выбросы диоксина

Диоксины (ядовитые органические соединения) образуются как нежелательная побочная продукция при производстве гербицидов или в промышленном процессе горения, выделяющем тепло. Происхождение диоксинов - тепловое или химическое - определяется на основании так называемых "отпечатков пальцев", которые характеризуют распределение гомологического рода диоксинов и фуранов. Соответствующие признаки, присущие выбросам аглофвабрик (рис 1) и ЭДП, - типичны для теплового происхождения вследствие реакции органических компонентов и хлорида в отходящем газе. В общем, на образование диоксинов сильное воздействие оказывает объем летучих веществ в шихте.

Диоксины образуются при 200 - 550 , в связи с этим температурные границы теплового процесса приобретают решающее значение для концентрации выделившегося диоксина. Это означает, что, когда горячие отходящие газы металлургических процессов охлаждаются для очистки, то период времени, требуемый для преодоления температурного интервала, в котором происходит синтез (между 250 и 450 ), должен быть как можно меньше. Таким образом, для достижения минимального содержания диоксинов в отходящих газах необходимы технологии, обеспечивающие по возможности быстрейшее охлаждение горячего отходящего газа до температуры ниже 250.

1.2 Обработка отходящих газов аглофабрики

До конца 1980-х годов для удаления пыли из отходящих газов аглофабрики использовали в основном процессы сухой очистки. Вследствие неуклонного ужесточения правил по охране окружающей среды сухая очистка пыли больше не могла удовлетворять требования технических условий по уровню содержания загрязняющих веществ в выбросах, в результате этого появилась газоочистка мокрого типа.

Большую проблему для эффективной очистки отходящих газов аглоцеха от пыли создают частицы размером менее микрометра, состоящие в основном из щелочных хлоридов. Они образуются при спекании сырых материалов, которые, как правило, содержат в небольших количествах щелочь и хлорид. агломерация диоксин газ электродуговой

Как известно очистительная способность электростатических фильтров сухого типа резко снижается, если на удельное сопротивление пыли оказывает отрицательное влияние содержание щелочного хлорида.

Интенсивный поиск эффективного решения по отфильтровыванию субмикронной фракции отходящего газа аглофабрики привел к разработке процесса "Эрфайн® (Airfine®)". Установка очистки отходящих фуран. газов аглофабрики мокрого типа впервые успешно внедрена в 1993 г. на аглофабрике компании "Фест-Аль-пине Шталь Линц". С помощью данной системы одновременное извлечение пыли и других загрязняющих веществ, таких как НС 1, HF, NOх, SO2, тяжелые металлы, диоксины и фураны, выполняется в едином процессе, как видно из технологической схемы, приведенной на (рис. 2).

На заводе с полным металлургическим циклом компании "КОРУС" (Эймуйден, Нидерланды), смонтировали единственную установку "Эрфайн" с целью очистки общего объема отходящих газов с трех агломашин. Более того, десульфурацию проводили, вдувая каустическую соду в контур охлаждающей воды (рис. 3).

В процессе "Эрфайн" можно выделить три основные стадии: охлаждения, отделения пыли и обработки воды. На стадии охлаждения отходящий газ охлаждается и насыщается. Крупные частицы (фракцией > 10мкм) удаляются в результате вспрыскивания распыленной циркуляционной воды в противоток отходящему газу посредством форсунок, работающих на одном виде жидкости. Десульфурацию выполняют путем добавки к циркуляционной воде охлаждения каустической соды NaOH гидрооксида магния Mg(OH)₂ или известкового молока Ca(OH)₂-.

На стадии отделения пыли в системе скруббера тонкой очисткиспециально разработанные форсунки двойного потока (патент ФАИ) впрыскивают воду и сжатый воздух в виде водовоздушной струи под высоким давлением. Это позволяет удалить мельчайшие частицы пыли и вредные компоненты (тяжелые металлы ПХДД/ПХДФ - полихлордибензодиоксин и полихлордибензофуран) со степенью эффективности, не достижимой при использовании типовых систем. Более чем 90% общего содержания пыли и аэрозоли эффективно устраняется из отходящих газов под воздействием инерционных сил, диффузии и местных эффектов перенасыщения.

На стадии обработки воды, взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы удаляют из сбросовых стоков данного процесса в установке обработки воды в три этапа: отделяют взвешенные твердые частицы (в основном компоненты железа) в бассейне-отстойнике, обезвоживают в камерном фильтр-прессе и возвращают на агломашину; удаляют тяжелые металлы в бассейне выпадения в осадок, добавляя известковое молоко, сульфид натрия и хлорид железа (III); выполняют тонкое фильтрование и конечную нейтрализацию очищенной воды.

Отделенные твердые частицы обезвоживают в камерном фильтр-прессе, выгружают в контейнер и складируют для переработки. С этой целью к отфильтрованной массе можно добавлять шлак сталеплавильного процесса ЛД, который связывает тяжелые металлы в нерастворимую матрицу. Затраты на переработку отходов можно таким образом существенно снизить. На ряде предприятий 100 % шлама подвергают вторичной переработке без отрицательного воздействия на продукцию или ход процесса.

Диоксины обладают довольно высокой температурой испарения. На стадии охлаждения в процессе "Эрфайн" температура отходящих газов аглофабрики быстро снижается, что не только сводит к минимуму образование диоксинов (новый синтез), но и вынуждает имеющиеся диоксины конденсироваться на поверхности частиц пыли. Кроме того, большая площадь поверхности мельчайших капелек воды, создаваемых форсунками двойного потока, способствует конденсации и/или поглощению газообразных диоксинов. Диоксины, которые цепляются как за мелкие частицы пыли, так и за капельки воды, затем отделяются от газа в скруббере тонкой очистки, обусловливающем высокую очистительную эффективность процесса "Эрфайн" (рис. 4).

Хлорид железа (III), который добавляют к сбрасываемой воде процесса "Эрфайн", в ходе обработки тяжелых металлов образует большое количество гидроксида железа (III), обеспечивающего удаление и последующее осаждение свободных и поглощенных из воды диоксинов. После обработки в камерном фильтр-прессе обезвоженные отфильтрованные осадки № 1 (содержащий нерастворимые твердые частицы) и № 2 (состоящий в основном из природного гипса и небольших объемов тяжелых металлов) могут быть возвращены на агломашину, где большая часть диоксинов распадается (рис. 5). Из маслянистого шлама, скачиваемого с поверхности бассейна-отстойника, удаляют лишнюю воду и возвращают его на аглофабрику.

2. Обработка отходящих газов ЭДП

К основным источникам диоксинов на металлургическом предприятии относится также электродуговая печь. Металлолом, используемый для производства стали, обычно привносит масло, пластмассу и другие органические компоненты, поэтому требуется эффективное решение по переработке отходящих газов и устранению проблем, связанных с ними. С внедрением технологий предварительного подогрева металлолома в конце 1980-х годов были разработаны специальные технические решения по очистке отходящих газов с целью борьбы с возросшими объемами летучих органических соединений (ЛОС) и диоксинов, присутствующих в отходящих газах (рис. 6).

Как предварительный подогрев металлолома, так и завалка скрапа с высокой загрязненностью маслом в ЭДП способствуют выделению ПХДД/ПХДФ в отходящие газы. Исследования показали, что для снижения концентрации этих ядовитых веществ наиболее эффективно использование последующего дожигания сразу за печью. Во избежание превращения разложившихся фракций вновь в ПХДД/ПХДФ необходимо, чтобы отходящие газы при охлаждении как можно быстрее преодолели температурный интервал, в котором происходит повторный синтез. В качестве эффективного метода зарекомендовало себя использование охлаждающих распылителей. С их помощью температуру отходящих газов печей можно снизить от 650 до 200 °С менее чем за 1 с. Применение форсунок с двойным потоком, используемых в оборудовании "Эрфайн" так же ускоряет охлаждение.

Любые оставшиеся или же вновь образованные органические соединения могут быть удалены вдуванием таких адсорбентов, как активированный уголь и специальные виды кокса (лигнитовый кокс). При этом адсорбенты должны быстро и равномерно распределяться в потоке отходящего газа. Данная технология поглощения в электросталеплавильном производстве, известная под названием "наилучшая имеющаяся технология", минимизирует выбросы органических хлоринов, особенно ПХДД/ПХДФ и ПХД. С помощью этой технологии легко выполняются требования по выбросам пыли, монооксида углерода (СО), вредных компонентов (NOх), диоксида серы (SO2), ЛОС и ПХДД/ПХДФ (рис. 7).

В современных электродуговых печах реально получить концентрацию пыли менее чем 5 мг/м ³ в очищенном газе с помощью тканевого фильтра. Дальнейшее уменьшение данной концентрации пыли не даст значительного снижения содержания ПХДД/ПХДФ в очищенном газе. Распределение родственных ПХДД/ПХДФ в очищенном отходящем газе ЭДП без вдувания адсорбентов почти такое же, как и в чистом отходящем газе с аглофабрики. Относительно эффективности удаления родственных веществ в отходящих газах ЭДП можно заметить разницу в работе с вдуванием адсорбента и без него (рис. 8). Улавливающая способность тканевого фильтра без вдувания адсорбента колеблется от 50 до 85 %. При вдувании адсорбента удаляется -99,8 % фуранов, а диоксинов - 97,8 %. Выбросы ПХДД/ПХДФ сокращаются до величины менее 0,1 нг 1-МЭТ/м ³, что эквивалентно общей эффективности очистки примерно 99%.

При использовании тканевого фильтра снижение содержание ПХДД/ПХДФ в отходящих газах в основном зависит от температуры газа на входе в фильтр, когда в поток отходящих газов не вдуваются адсорбенты. В общем, температура должна быть менее 80 °С однако следует не забывать о проблеме потенциальной конденсации.

Вывод по технологии "Эрфайн". Зарекомендовала себя эффективной системой для удаления пыли и снижения содержания ПХДД/ПХДФ в выбросах аглофабрик и предприятий по производству окатышей до величин значительно меньше ПДК, указанных в регламентах по охране окружающей среды. В качестве признания ее достижений Европейская комиссия по комплексному предотвращению и регулированию загрязнения окружающей (КПРЗОС) назвала "Эрфайн" лучшей существующей технологией по очистке отходящих газов.

В результате постоянных исследований и разработок ФАИ появился процесс "Встфайн® (Wetfine®)", нацеленный на получение еще меньшего содержания вредных веществ в очищенных отходящих газах наряду со снижением потребности в энергопитании. В основном "Эрфайн" отличается от "Ветфайн" тем, что с целью улавливания пыли форсунки двойного потока в скруббере тонкой очистки системы "Эрфайн" заменены в оборудовании "Ветфайн" мокрым электрофильтром. Первая установка новой технологии монтируется на заводе "Луккини Сервола" в Италии, ее пуск запланирован на начало 2002 г.

Для эффективной очистки отходящих газов ЭДП сочетание термической обработки, вдувания адсорбента и охлаждения обеспечивает возможность снизить содержание ПХДД/ПХДФ до величин ниже ПДК. С целью оптимизации технологии вдувания адсорбентов исследуются другие реагенты для вдувания, углеродсодержащие и безуглеродистые. При использовании без углеродистых веществ устраняется опасность возгорания и возникновения взрыва, следовательно, отпадает необходимость в мерах по технике безопасности.

3. Новая система газоочистки "Ветфайн" для цехов по производству агломерата и окатышей

В последние десятилетия резко возросли требования к охране окружающей среды, что обусловило разработку новых технологий отвечающих более строгим положениям законодательства [1]. Учитывая это, ФАИ разработала систему "Ветфайн" ("Wetfine®"), которая в состоянии снизить до недостижимых ранее показателей уровень выбросов от таких источников загрязнения, как фабрики по производству агломерата и окатышей, мусоросжигательные и стекловаренные печи. Установка "Ветфайн" состоит из скруббера и мокрого электрофильтра, которые улавливают наряду с ПХДД/ПХДФ и соединениями оксидов серы мелкую пыль, такую как частицы щелочных хлоридов.

Система "Ветфайн"

Сначала отходящий газ направляется на душирующее устройство пo принципу противотока. После предварительной очистки он поступает через каплеотделитель в мокрый электрофильтр, а затем через дымовую (выводную) трубу выбрасывается в атмосферу. Система " Ветфайн" спроектирована в соответствии со специфическими требованиями конкретного объекта. Данная система состоит из модулей и рассчитана на большие объемы отходящего газа - свыше 2000 тыс. м ³/ч (при стандартных температуре и давлении). Каждый модуль способен перерабатывать поток газа объемом 70 - 300 м'/ч. Таким образом, компоновка системы может быть достаточно гибкой и приспособлена к потребностям предприятия (рис. 1).

Секция душирования

Для оптимальной работы установки "Ветфайн" требуется насыщенное состояние газа. Секция душирования обеспечивает быстрое охлаждение, насыщения и предварительное удаление крупных частиц в процессе противоиоковой обработки с использованием рециркулируемой воды.

Воду для душирования подают ступени распыления, где ее пульверизуют с помощью форсунок. При помощи такой системы можно получить эффективное соотношение жидкость/газ - 0,005 - 0,008 л/м 3 (при нормальных температуре и давлении). В процессе циркуляции распыленной воды поглощаются кислотные газообразные компоненты, в том числе хлористый водород НС 1, фтористый водород HF и диоксид серы SO2, вследствие их высокой растворимости в воде. В результате вода становится исключительно кислой, рН приближается к 1.

Для десульфурации к циркуляционной воде могут быть добавлены щелочные вещества - известняк СаСО ₃, известковое молоко Са(ОН)2, гидрооксид магния Mg(OH), или каустическая сода NaOH [2]. Степень десульфурации регулируется с помощью показателя рН и усыновленного соотношения жидкость/газ (рис. 2). Поглощение и частичная конденсация газообразных ПХДД/ПХДФ (диоксинов и фуранов) и других органических компонентов с высокой температурой испарения происходят в процессе охлаждения в душирующей секции. Это значит, что большая часть органических компонентов, поступивших в душирующую секцию в виде газа, превращается в макрочастицы или находится в поглощенном состоянии на поверхности водяных капелек или мельчайших частиц пыли, благодаря чему эти компоненты в значительной степени могут быть удалены из отходящего газа [3].

С целью поддержания постоянной концентрации взвешенных твердых частиц и растворенных веществ воду постоянно сливают из бассейна душирующей секции, регулируя с помощью электрической проводимости потока отходящих газов. Увлеченные потоком капельки воды отделяются в капелеотделителе еще до того, как газ поступает в мокрый электрофильтр.

Электрофильтр мокрой очистки

Мелкая пыль газового потока улавливается электростатическими силами, воздействующими на ее частицы, которые получают электрический заряд с помощью двух различных механизмов. Частицы большого размера (> 1 мкм) заряжаются, когда они сталкиваются с движущимися ионами газа (зарядка полем), а более мелкие частицы (< 0,2 мкм) - в основном диффузией (беспорядочное движение газовых ионов вокруг частиц). Таким образом, эффективность улавливания частиц размером от 0,2 до 1 мкм низкая. В данном диапазоне оба механизма лишь незначительно воздействуют на зарядку частиц. Для эффективной зарядки всех частиц требуется высокая плотность тока, которая обеспечивается с помощью специальной конструкции коронирующих электродов.

После получения заряда частицы перемещаются в сильном однородном электростатическом поле к коллекторным электродам. Общее миграционное ускорение частиц зависит от распределения электрического поля между коронирующими (отрицательными) и коллекторными (положительными) электродами, а также от разницы напряжения между электродами. Как только заряженные частицы достигают коллекторных электродов, они разряжаются на них и периодически удаляются впрыскиванием воды. Таким образом, исключается необходимость в оборудовании системы стряхивания. Триоксид серы SO, в условиях водонасыщенности образует аэрозоль, поскольку вода конденсируется на SO₃. Распыленные в воздухе частицы обладают исключительно малыми диаметрами и должны осаждаться в таком пылеуловителе, как мокрый электрофильтр, размер которого зависит от требуемой концентрации пыли в очищенном газе. Это также соотносится с энергопотреблением данной системы (рис. 3).

Установка "Ветфайн" не имеет таких эксплуатационных недостатков сухих электрофильтров, как обратный выброс и повторный захват частиц потоком газа. Водяная пленка на частицах пыли снижает электросопротивление пыли, и когда на коллекторных электродах имеется водяная пленка, то не возникает проблем обратного коронирования. Сплошная влажная пыль на коллекторном электроде предотвращает повторный захват частиц потоком газа. В ходе душирования отходящий газ быстро охлаждается, что сводит к минимуму образование диоксинов (повторный синтез) и приводит к поглощению содержащихся диоксинов и их конденсации на поверхности частиц пыли. Эти диоксины затем отделяются от газа мокрым ЭФ. Именно благодаря этому получена исключительная эффективность очистки данной системы (рис. 4).

Каждый модуль снабжается двумя последовательно расположенными секциями мокрого ЭФ с целью обеспечения высокоэффективного улавливания тяжелоулавливаемых частиц пыли. Наконец, высокопроизводительные каплеотделители устраняют капельки из потока газа перед выпуском его в дымоход и затем в объем в атмосферу. Ниже приведены типичные (мировые) показатели уровня выбросов аглоцехов(неочищенный газ до улвливания пли), мг/м 3

Пыль 400 - 800

Sox 400 - 1000

NOx 230 - 370

Pb 1 - 10

Zn 0,1 - 1

HCl 1 - 20

HF 0,1 - 2

Hg 150

Углеводороды 20 - 90

ПХДД/ПХДФ 0,5 - 5,0

Система циркуляции и воды

Система "Ветфайн" состоит из двух водяных контуров - душирования и промывки мокрого ЭФ - спроектированных для обеспечения производительной работы установки при минимальном расходе воды. В секции душирования вода впрыскивается в поток газа для охлаждения, насыщения и улавливания крупных частиц пыли. Данная вода циркулирует, и растворенные твердые вещества концентрируются, испаряясь за счет тепловой энергии газового потока. Концентрация в водяном контуре поддерживается на постоянном уровне подпиткой воды из водяных контуров мокрого ЭФ и сбросом на установку водоочистки. Эта концентрация регулируется с помощью электрической проводимости воды. Пена, образующаяся в результате конденсации органических веществ из потока газа, удаляется вместе со сбрасываемой водой. Подпиточную воду подают в промывочный контур и используют для очистки коллекторных электродов и каплеотделителей. Из промывочного контура после очистительных контуров вода поступает на контур душирования.

4. Водоочистка

Поскольку для работы системы "Ветфайн" используется вода, то образуется определенный объем загрязненной сточной воды, требующей очистки. Стоки могут быть очищены до разного конечного состояния в зависимости от возможности сбыта и планируемых объемов сточной воды и уловленных твердых веществ. Исследованы следующие варианты:

- извлечение тяжелых металлов, выпаривание оставшейся воды и сбыт солей;

- одноступенчатое испарение оставшейся воды без предварительного извлечения тяжелых металлов и выбрасывание твердого осадка в отвалы;

- извлечение тяжелых металлов и сброс воды в соответствующую канализационную систему.

Извлечение тяжелых металлов и выпаривание.

При данном варианте необходимо, чтобы тяжелые металлы выпали в осадок в ходе двухступенчато процесса - нейтрализация кислотной воды известковым молоком Са(ОН)т и добавка сульфида натрия Na-,S для обеспечения эффективного выпадения в осадок гидрооксидов и сульфидов тяжелых металлов. Затем к раствору добавляют хлорид железа (III) - Fed, в качестве хлопьеобразующего агента. Шлам удаляют, а оставшуюся жидкость можно обрабатывать в установке испарения и кристаллизации. Осадок тяжелых металлов на фильтре может быть выброшен в отвал на обычную площадку, потому что смесь в отвале стабильна и не допускает выщелачивания тяжелых металлов. После переработки жидкости на установке испарения и кристаллизации осадок состоит из хлорида калия и небольших количеств других компонентов. Такой вариант обеспечивает решение с нулевым выбросом в отходы (рис. 5).

Одноступенчатое испарение.

Смесь тяжелых металлов и солей можно испарить и кристаллизовать без предварительного извлечения тяжелых металлов, пропуская жидкость через сушилку с распылением.

Конечный продукт будет представлять собой соль с некоторым содержанием тяжелых металлов. Этот вариант уменьшает затраты и объем тяжелых веществ.

Установка водоочистки

Обработка сбросовой воды включает три этапа:

1) нейтрализацию кислотной воды с помощь Са(ОН)2

2) добавку сульфида натрия Na2S для обеспечения эффективного выпадения В осадок гидроксидов и сульфидов;

3) присадку FeCl, в качестве хлопьеобразующего агента.

После такой обработки шлам пропускают через отстойник с целью удаления твердых веществ, находящихся во взвешенном состоянии. Окончательным этапом является регулирование показателя рН обработанной воды до нейтрального диапазона с помощью соляной кислоты и сброс воды в соответствующую канализационную систему.

В случае необходимости возможна конечная очистка при помощи песчаного фильтра или фильтра с активированным углем.

Эффективность улавливания

Как показано ниже, система "Ветфайн" является эффективным решением для очистки, %, отходящего газа в течение длительного периода измерения в аглоцехе:

Библиографический список

1. Мартыненко В.А., Кухарь А.С. Производство агломерата. - М.: Металлургия, 1985. - 72с.

2. Селезнев А.Е. Оборудование агломерационных фабрик черной металлургии. - М.: Металлургия, 1960. - 316с.

3. Геберт В., Ленер Й,// Сталь. 2001. №12. С.81 - 84.

4. Харанау Э.Л. М., Видал Ж.А. Н., Рампль Х., Гоулд Л. // Сталь. 1999. №4. С.3 - 6.

Размещено на Allbest.ru