Защита атмосферы от вредных выбросов ферросплавного производства
Ферросплавы получают из руд или концентратов различными способами: электротермическим, алюминотермическим, продувкой углеродистых сплавов окислительными газами, вакуумированием жидких и твердых сплавов, методом смешения расплавов. В печах специальной конструкции выплавляют ферросилиций, силикомарганец, феррохром, ферромарганец, силикохром.
До недавнего времени ферросплавы получали в открытыхрудно-термических(рудовосстановительных) печах, которые представляют собой электрические электродуговые печи, преимущественно с тремя электродами. В настоящее время для производства ферросплавов находят применение более перспективные закрытые ферросплавные печи(рудно-термические)с колошником, перекрытым сводом.
При получении ферросплавов, как в открытых, так и в закрытых печах образуются газы, содержащие большое количество пыли и оксида углерода (до 80% по объему). В отходящих газах находятся также цианиды, фториды, сернистые и другие весьма вредные вещества. Источниками загрязнения воздуха являются также печи для сушки и обжига шихтовых материалов. В связи с тем, что в состав отходящих газов входит много различных химических соединений, очистка их связана с большими затратами. Например, стоимость системы очистки газов закрытой печи составляет 10% от стоимости всей печной установки. Для открытой печи стоимость возрастает до 90%.
В открытых печах содержащийся в отходящем газе СО смешивается с кислородом воздуха и сгорает с образованием СО2, при этом почти полностью разлагаются цианиды, а остальные вредные вещества выбрасываются в атмосферу. В закрытых печах на 1 т получаемой продукции образуется до400-800м3 газа, содержащего15-30г/м3 пыли. В современных ферросплавных цехах с помощью различных пылеулавливающих систем добиваются очистки отходящих газов от пыли на66-99,9%.
Очистке подвергаются газы, отходящие и от открытых и от закрытых электропечей. Газы, отходящие от открытых печей, улавливают с помощью зонта, расположенного
над печью. При этом вместе с газами в зонт всасывается воздух и происходит сгорание составляющих газа при смешивании их с кислородом воздуха. Образуются большие объемы (до 400 тыс. м3/ч)газо-воздушнойсмеси, имеющей температуру до 300 °С. Очистка газа в таком количестве требует установки газоочистки больших размеров и соответствующих эксплуатационных затрат. Кроме того, часть газа попадает в цех, загрязняя воздух рабочей зоны. Удаление такого газа происходит через фонарь.Из-забольшого разбавления воздухом газ, поступающий на очистку, имеет запыленность1-3г/м3. Очистку газов от открытых ферросплавных печей осуществляют в тканевых фильтрах, скоростных пылеуловителях с трубами Вентури и электрофильтрах. На большинстве открытых электропечей небольшой мощности работают батарейные циклоны с элементами диаметром 250 мм и эффективностью50-80%.Более совершенны2-хступенчатые схемы очистки. Ввиду
большого электрического сопротивления пыли сухие фильтры работают неустойчиво; в зарубежной практике используют и мокрую очистку.
Закрытые ферросплавные печи имеют свод с отверстиями для прохода электродов и воронки для подачи шихты. Отвод газов из закрытой печи осуществляется через отверстие в своде и газоотводные стаканы, количество которых может быть от 2 до 6 в зависимости от мощности печи, ее конструкции и марки выплавляемого ферросплава. Основной составляющей газа является СО, в среднем 70-90%.Бóльшее содержание СО соответствует выплавке кремнистых сплавов, меньшее - выплавке углеродистого феррохрома. Кроме того,
в газе содержится, %: 2-19СО2,2-11Н2,0,3-5,0СН4, 0,1- 4,0 N2,0,2-2,0О2. Горючую часть газа составляют СО, Н2 и СН4, в небольшом количестве имеются SO2, H2S и другие компоненты, приводящие к коррозии газового тракта, аппаратов пыле- и газоочистки и шламового хозяйства. Температура газа может быть от 400 до 1150 °С.
Пыль состоит из SiO2, CaO, MgO, Al2O3, FeO+Fe2O3, Cr2O3 и др. компонентов;
содержание этих составляющих меняется в зависимости от типа сплава и состава шихты. Запыленность газа 15-40г/м3.65-80%частиц пыли имеют размерность менее 5 мкм и 98% - менее 10 мкм.
Основная масса газа (до 85%) выводится на очистку, в цех попадает небольшая его часть. Из цеха газ удаляется через фонарь.
От пыли газ очищают мокрыми и сухими способами. При мокрых способах применяются группы скрубберов Вентури и рукавные фильтры с использованием тканей повышенной термостойкости. Электрофильтры применяют реже, так как удельное электрическое сопротивление сухой пыли более 1011 Ом·см.
а - с форсуночным скруббером и скруббером Вентури; б - с двумя скрубберами Вентури, работающими последовательно; в - с вакуумным насосом;
1-наклонныйгазоход;2-скруббер;3-скрубберВентури;4-каплеуловитель;5- вентилятор;
6-вакуумныйнасос;7-инерционныйводоохладитель;8-ферросплавнаяпечь Рисунок 38 - Схемы очистки от пыли газов закрытых ферросплавных печей
Газы, отходящие от закрытых электропечей, очищаются в две ступени (рисунок 38, а): первая ступень - полый скруббер, вторая - высоконапорный скруббер Вентури. Иногда вместо полого скруббера применяется низконапорный скруббер Вентури (рисунок 38, б), а вместо вентиляторов - водокольцевые вакуумные насосы (рисунок 38, в), за которыми устанавливаются инерционные каплеуловители.
Из газоотводного стакана газ поступает на газоочистную установку, которая на современных предприятиях выполняется по одной из трех схем: 1) наклонный орошаемый газоход - труба Вентури - каплеуловитель; 2) наклонный орошаемый газоход - труба Вентури (низконапорная) - труба Вентури (высоконапорная) - каплеуловитель; 3) наклонная труба Вентури (низконапорная) - труба Вентури (высоконапорная) - каплеуловитель.
Отсос газов из печи осуществляется центробежными газодувками или вакуумнасосами. Для стабилизации степени очистки газа применяются различные конструкции
труб Вентури с регулируемым сечением горловины. Концентрация пыли в очищенном газе
30 мг/м3.
Газ после очистки либо используется в качестве топлива, либо выбрасывается в атмосферу с дожиганием.
Из-завысокой взрывоопасности СО отвод газа из печи осуществляется при небольшом избыточном давлении под сводом(1-5Па), а газоотводящий такт и систему газоочистки делают герметичными. Из каждого газоотводящего патрубка газ отводят на отдельную газоочистку; имеется возможность отключения каждой из них на случай ремонта без остановки печи.
Для закрытых ферросплавных печей разработан метод очистки газов с применением ионообменных фильтров, в качестве которых служат гранулы или волокнистый материал. Сухая очистка газов закрытых печей в РФ пока еще редко применяется, но за рубежом работают установки по очистке газов в тканевых фильтрах с предварительным охлаждением газов.
За рудно-термическимипечами в ферросплавном производстве устанавливают газоочистки, в которых процесс очистки протекает в полых скрубберах при противотоке газов и известкового молока. При скорости газов в скруббере2-5м/с обеспечивается степень очистки газов более 95%. Отработанную суспензию фильтруют на автоматических фильтрпрессах. Воду возвращают на приготовление суспензии, а шлам после подсушки используют в качестве добавок к сырью.
Разработан способ каталитической очистки газов с применением промышленных катализаторов, используемых в производстве серной кислоты. Метод предусматривает получение серной кислоты окислением SO2 до SO3 кислородом, содержащимся в отходящих газах, в присутствии ванадиевого катализатора. Влага, выделяющаяся при охлаждении газов, поглощает серный ангидрид, в результате чего образуется разбавленная серная кислота, которую используют для травления металлов.
Наиболее перспективным является способ обеспыливания газов открытых электропечей в тканевых фильтрах повышенной термостойкости, обеспечивающих конечную запыленность газа до 30 мг/м3 при наименьших эксплуатационных затратах по сравнению с другими типами газоочистки. Очистка газов в тканевых фильтрах позволяет использовать уловленную пыль, что особенно важно при выплавке ценных ферросплавов.
Сложным вопросом является очистка газов при производстве высококремнистого ферросилиция. В связи с мелкодисперсностью пыли и большими объемами отходящих газов (до 250-350тыс. м3) требуются значительные затраты энергии на их очистку в трубах Вентури, е также большоеводно-шламовоехозяйство. Кроме того, мокрая очистка вызывает коррозию оборудования(из-заналичия кислородных соединений серы в газе). Электрофильтры для очистки газов открытых печей требуют меньших энергетических и эксплуатационных затрат по сравнению с трубами Вентури, однако пыль ферросилициевых печей при температуре ниже 260 °С имеет высокое удельное электрическое сопротивление (до 1,2·1013 Ом-см),что затрудняет эффективность улавливания. Для увлажнения пыли с целью снижения ее электрического сопротивления требуется сооружение испарительного скруббера больших размеров, но и при этом удельное сопротивление пыли ферросилиция снижается на незначительную величину, что не позволяет достичь требуемой очистки газов. Очистка газов от ферросилициевой пыли до остаточной запыленности 100 мг/м3осуществляется в мокрых электрофильтрах, однако такой электрофильтр требует очистки значительного количества загрязненных сточных вод: 100 м3/ч и более на одну печь.
В качестве шлакообразующей присадки в ферросплавном производстве используют известь, плавиковый шпат, кварцит, бокситы и высокосортные железные руды. Лучшей по качеству присадкой является известь, полученная обжигом во вращающихся трубчатых печах. Для очистки газов обжиговых печей от диоксида серы при большом его содержании в газе (30-60г/м3) разработана непрерывно действующая установка. Диоксид серы поглощается известковым раствором с содержанием твердых веществ в свежей суспензии до
200 г/л.
