Мартеновское производство стали
Из всех пылегазовых выбросов из сталеплавильных агрегатов наибольшее количество приходится на мартеновские печи: 90% оксидов серы, 85% оксидов азота и 75% пыли. Основными источниками дымообразования в мартеновской печи являются топливо, газовыделение из сыпучих материалов при их нагреве и разложении и выделяющиеся при окислении углерода шихты углекислый газ и окись углерода. На одну тонну садки в мартеновских печах при отоплении их природным газом образуется от 1000 до 4000 м3/ч газа, имеющего на выходе из печи температуру 700800 °С. Для печей, работающих с подачей мазута(20-50%по теплу), количество продуктов сгорания увеличивается на 5%.Из-заподсосов воздуха к концу кампании объем уходящих газов увеличивается на10-15%.Химический состав газа зависит от вида применяемого топлива, состава шихты и технологии плавки. В нем содержатся оксид и диоксид углерода, оксиды азота и серы, кислород, водород, азот, водяной пар и некоторые другие вещества. Количество оксидов серы зависит от вида применяемого топлива и, например, при отоплении коксодоменным газом может достигать 800 мг/м3. Средний объемный состав уходящих продуктов сгорания печей, работающих на обогащенном кислородом дутье, %:10,5-15,1СО2;16-16,5Н2О;62,3-66,1N2;6,5-7,2О2; следы SO2.
Кроме газообразных примесей, отходящий газ содержит значительные количества пыли - до 15 г/м3. В начальный период плавки пыль крупная, она состоит из частиц руды, известняка и некоторых других компонентов. Пылеобразование связано с растрескиванием шихты при нагреве, а также с угаром оплавляемого металла.
Впериод плавления при продувке ванны кислородом выделяется большое количество мелкодисперсной пыли (размер частиц < 1мкм). Большинство исследователей считают, что основной причиной образования пыли (бурого дыма) является испарение металла в зонах высокой температуры с последующим окислением и конденсацией в атмосфере печи.
Мартеновская пыль состоит в основном из оксидов железа (около 88 %). Кроме того, в ней содержатся оксиды алюминия, марганца и других веществ, входящих в состав шихты; оксиды железа придают газу коричневую окраску.
Пыль, уносимая из печи, в значительной степени оседает по газовому тракту: 50-60%в шлаковике,15-20%в регенераторах,10-15%вкотле-утилизаторе.Таким образом, запыленность газа послекотла-утилизатора(перед газоочисткой) составляет10-15%содержания пыли в газах, выходящих из печи.
Кроме пыли в уходящих мартеновских газах содержатся вредные газообразные компоненты: 30-50мг/м3 окислов серы и200-400мг/м3 окислов азота. Из отходящих газов мартеновских печей газообразные компоненты не улавливаются.
Вмартеновских цехах имеются и неорганизованные источники поступления пыли в
окружающую среду. Например, в воздухе миксерного отделения содержание пыли может доходить до 13 г/м3; в месте разгрузки сыпучих материалов в шихтовом дворе260-460мг/м3;
влюнкеритной установке в разливочном пролете 100-160мг/м3. Отводимый от мартеновской
печи газ, перед выбросом в атмосферу подвергается обязательной очистке. Перед очисткой газ охлаждают в котлах-утилизаторахдо220-250°С.
В РФ, бывших странах СССР и за рубежом наибольшее распространение получили две схемы очистки мартеновского газа: сухая в электрофильтрах (рисунок 40, б) и мокрая в скрубберах Вентури (рисунок 40, а). Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в том и в другом случае запыленность очищенных по этим схемам газов не превышает 100 мг/м3. Данный показатель вполне соответствует санитарным нормам.
1-мартеновскаяпечь;2-котел-утилизатор;3-трубаВентури;4-каплеуловитель;5-дымосос;6-дымоваятруба;7-сухойэлектрофильтр
Рисунок 40 - Применяемые схемы очистки отходящих газов мартеновских печей
Проведенные подсчеты показали, что наименьшая величина капитальных затрат достигается при установке скрубберов Вентури, а минимальный уровень эксплуатационных расходов – при использовании сухих электрофильтров.
Для улучшения экономических, технологических показателей ещё в СССР начали проводить реконструкцию мартеновских печей в двухванные агрегаты (ДСПА), работающие значительно интенсивнее.
Количество отходящих газов из рабочего пространства холодной камеры ДСПА составляет 50 000-60000 м3/ч, их температура1400-1500°С. В газах содержится4-11%СО2,0,2-0,8%СО,8-17%О2. Запыленность отходящих газов составляет15-25г/м3.
При очистке газа, отходящего от двухванного сталеплавильного агрегата, применяются также сухая и мокрая схемы очистки.
При мокрой очистке газа, отходящего от двухванного сталеплавильного агрегата, в скрубберах Вентури его сначала охлаждают до 700-800°С путем впрыскивания воды, затем направляют вкотел-утилизатор.Охлажденные до200-250°С газы поступают далее в скрубберы Вентури, после них - в каплеуловители, а оттуда с помощью дымососов - в дымовую трубу. Эффективность улавливания пыли достигает 99%.
На одном из отечественных южных заводов за ДСПА работает мокрая газоочистка со скрубберами Вентури. На этой установке газы охлаждаются до 900-1000°С в шлаковике впрыскиванием воды. В борове газы охлаждаются до 700 °С разбавлением их воздухом, подаваемым вентилятором через специальное сопло. Одновременно происходит дожигание окиси углерода. На рисунке 41 представлена схема работы описанной системы.
1-камерыпечи;2-шлаковики;3-шиберы;4-горелкидля дожигания СО;5-вентилятордля подачи воздуха;6-дымоваятруба;7-дроссельныйклапан;8-дымососы;9-газоочистнаяустановка;10-котел-утилизатор
Рисунок 41 - Схема охлаждения и мокрой очистки отходящих газов двухванной печи
На рисунке 42 показана принципиальная схема охлаждения и сухой очистки от пыли отходящего газа двухванного сталеплавильного агрегата в электрофильтре с охлаждением газов в скруббере и в котле-утилизаторе.После дожигания оксида углерода газ охлаждается в скруббере (до 200 °С), за которым установлен электрофильтр типа УГ (рисунок 42, а). При такой схеме очистки, если запыленность газа перед скруббером составляла до 7 г/м3, то перед электрофильтром она уже снижалась до 3 г/м3, а за ним - до 0,1 г/м3.
а - с охлаждением в скруббере; б - с охлаждением вкотле-утилизаторе;1-двухваннаяпечь;2-подводвоздуха для дожигания СО;3-скруббер;4-сухой
электрофильтр; 5-дымосос;6-дымоваятруба;7-котел-утилизаторРисунок 42 - Схема охлаждения и сухой очистки отходящих газов двухванных печей
вэлектрофильтре
Внастоящее время необходимо очищать мартеновские газы не только от пыли, но и от оксидов азота. Для удаления их апробирован аммиачно-каталитическийметод. Подготовка газов к каталитической очистке включает их охлаждение и очистку от пыли в тканевых или электрических фильтрах. Процесс восстановления оксидов азота аммиаком до элементарного азота происходит при температуре280-320°С в присутствии ванадиевого катализатора. Разрабатываются методы окисления оксидов азота до диоксидов, для чего используются твердые, жидкие и газообразные окислители (гипохлорид натрия, хлорная известь, диоксид хлора, озон). Получаемый диоксид азота и не прореагировавший оксид азота улавливают щелочным раствором.
Исследуются методы адсорбции оксидов азота твердыми адсорбентами (сланцевой юлой, известью, цеолитами и другими веществами) в неподвижном и кипящем слоях. При этом поглощается до 80% оксидов азота. Контактный аппарат представляет собой цилиндрическую или прямоугольную емкость с перегородкой - перфорированной полкой, на которой размещают адсорбент. При необходимости в аппарате устанавливают несколько полок с адсорбентом, слой которого достигает в высоту 50-100мм, устраивают отдельный коллекторный подвод и отвод газа от каждой полки.