Агрегаты экологической безопасности доменного цеха. батарея очистки

Очистка доменного газа на современном металлургическом заводе — большое и ответственное хозяйство. Количество пыли, которое осаждается в различных устройствах, очень велико. Считается, что при форсированной работе и обычном давление на колошнике в 1 м³ газа, выходящего из печи, содержится от 35 (на подготовленной шихте) от 50—60 (на пылеватой руде), а в некоторых случаях и до 100 г пыли. Кроме пылеватости шихтовых материалов, на вынос пыли влияют:

1) расход дутья — чем его больше, тем больше скорость газов на колошнике и тем 'больше вынос пыли;

2) ширина колошника — чем он уже, тем больше скорость газов и вынос пыли;

3) температура и давление газов на колошнике — чем выше температура и ниже давление, тем больше объем и скорость газов, а следовательно, и вынос пыли;

4) ход доменной лечи — чем он равнее, тем меньше вынос. К наиболее эффективным мероприятиям, снижающим вынос

пыли, относится повышение давления колошниковых газов с переходом на работу при повышенном давлении на колошнике количество пыли, уносимой газами из доменной печи, сократилось больше чем наполовину, в связи с чем очистка газа значительно облегчилась и стала намного дешевле.

Газоочистку л од разделяют на грубую (или первичную) в сухих пылеуловителях и циклонах, полутонкую в скрубберах и тонкую в дезинтеграторах (мокрая газоочистка), в тканевых фильтрах (сухая газоочистка) и электрофильтрах. В последние годы широкое распространение получает очистка газа в так называемых трубах-распылителях (трубы Вентури).

Сухие пылеуловители представляют собой цилиндрические вертикальные емкости, ограниченные сверху и снизу коническими торцами. Газ прежде подводился сбоку пылеуловителя и отводился сверху. В настоящее время газ подводится сверху через центральную трубу, опущенную внутрь пылеуловителя наполовину, а отводится от верхней конической части пылеуловителя. Осаждение пыли в сухом пылеуловителе основано на резком уменьшении (до десяти раз) скорости, изменении направления, газа при выходе ее из газопровода в пылеуловитель и происходит под действием силы тяжести. Степень очистки зависит, с одной стороны, от скорости газа, а с другой — от времени пребывания его в пылеуловителе. Скорость газа должна быть меньше скорости осаждения частиц данного размера и обыкновенно принимается равной 0,8—1,2 м/сек.

Поперечные размеры пылеуловителя, его диаметр должны быть таковы, чтобы скорость газа не была выше указанных пределов. Высота пылеуловителя определяется временем пребывания газа в нем и для одинаковой степени очистки может быть одинакова у пылеуловителей различного объема. Практически диаметр сухих пылеуловителей равняется от 4 до 12 ж, а высота цилиндрической части — около 12 м. В пылеуловителях осаждается от 50 до 80% пыли, в выносимой колошниковыми газами содержание ее снижается до 3—12 г/м³.

До внедрения повышенного давления обычно устанавливалось минимум два, а в некоторых случаях три и четыре пылеуловителя на одну доменную печь. Теперь даже на печи полезным объемом 2002 м³ строится только один пылеуловитель.

В некоторых доменных цехах сухая грубая очистка газа дополнительно проводится в так называемых циклонах, устанавливаемых за пылеуловителями.

Циклон

Циклон представляет собой цилиндр, но значительно меньшего диаметра, чем первый пылеуловитель. Газ к нему подводится по касательной (тангенциально), вследствие чего газовый поток движется в цилиндре помирали и с большой скоростью. Частицы пыли приобретают при этом центробежное ускорение и под действием его отбрасываются к стенкам циклона, теряют при ударе живую силу и скатываются в нижнюю часть цилиндра. Степень очистки в циклонах тем выше, чем больше скорость и меньше радиус вращения газового потока. Это привело к созданию циклонов малого диаметра выполняемых в виде батарей из труб и называемых: мультициклонами. Количество пыли в газе после последовательной очистки его в двух мультициклонах с элементами диаметром 250 и 160 мм снижается до 3 г/м³. Так как работа воздухонагревателей и котлов на таком газе не улучшилась, а мультициклоны быстро и основательно засорялись, что требовало частого их отключения и чистки, от установки мультициклонов в. настоящее время отказались. В связи с облегчением очистки газа при повышенном давлении установка и обычных циклонов выполняющих роль вторых пылеуловителей, не целесообразна.

Скруббер

В скрубберах с помощью .воды, подаваемой из форсунок навстречу выходящему тазовому потоку, происходит полутонкая очистка газа. Содержание пыли при этом, уменьшаясь на 80 — 90%, снижается с 3—12 до 0,6—1,8 г/м³. Скруббер — высокая цилиндрическая башня несколько меньших поперечных размеров, чем сухой пылеуловитель, но большей высоты. Внутри него расположено 3—4 ряда деревянных насадок (решеток), над которыми установлено большое количество форсунок. Газ подается вниз скруббера радиально, поднимается кверху навстречу водяному дождю из мельчайших капелек, смачивающих и увлекающих вниз частицы пыли, и отводится сверху по оси. Считается, что орошаемые насадки, увеличивая поверхность воды в скруббере, повышают степень очистки газа. Наиболее распространенной является хордовая насадка из деревянных досок толщиной 10 – 15 и высотой 100—150 мм. Очень важное значение имеет тонкое распыление воды, что зависит и от давления, и от количества воды. Обычно давление поддерживается в пределах 2— 5 атм, оптимальный расход воды 3,5—4,5 л/м³, производительность— до 250000 м³/ч и выше.

Опыт очистки таза повышенного давления внес некоторые изменения в представление о механизме мокрой очистки. Теперь считается, что осаждение пыли в скруббере происходит не только в результате прямого воздействия капель воды на частицы пыли, а главным образом в результате конденсации паров воды (испарившейся в нижней зоне) на частицах пыли в верхней зоне скруббера. В соответствии с этим для создания лучших условий парообразования и конденсации вода на одном из южных заводов подается в меньшем количестве (2,6—3,5 л/нм³), более высокого давления (10—12 атм), через вдвое меньшее количество спиральных форсунок (через 80). Это подтверждается и практикой работы заводов ФРГ, где скрубберы имеют центрально расположенные сопла высокого давления.

Дезинтегратор

По старой схеме газ из скруббера для тонкой очистки направляется в дезинтеграторы, представляющие собой центробежные вентиляторы, в которых пыль, обильно омачиваемая водой, осаждается под действием центробежной силы. Производительность дезинтеграторов, впервые примененных в 1909 г., к настоящему времени достигла в СССР 80000 м^г/ч при расходе воды 0,4—0,8 л/м³ и степени очистки до 0,0115—0,020 г/м³ (15— 20 мг/м^г). Доменный газ после очистки в дезинтеграторах содержит много влаги. Во избежание выделения ее в газопроводах газ пропускают через специальные башни — водоотделители. В Западной Европе и США дезинтеграторы в усовершенствованном виде находят применение до сих пор. В СССР за последние годы дезинтеграторная очистка на новых доменных печах не предусматривается. Вместо нее применяют тонкую очистку в электрофильтр ах.

Электрофильтр

Электрофильтр представляет собой вертикальный, стоящий на колоннах металлический цилиндр, в который газ подводится снизу, а отводится из него сверху. В верхней внутренней части расположены электроды: аноды (положительные электроды), выполненные в виде стальных труб диаметром до 325 мм длиной до 4 м и катоды (отрицательные электроды) — в виде натянутых внутри труб (по оси) железных проволок диаметром до 5 мм. К электродам подводится постоянный электрический ток очень высокого (50000—100000 в) напряжения, в результате чего между ними возникает неоднородное электрическое поле. По достижении определенной напряженности этого поля у поверхности отрицательного электрода (катода) начинается ионизация проходящего через фильтр доменного газа: расчленение его электрически нейтральных молекул на положительно и отрицательно заряженные части — ионы. Внешне ионизация проявляется в слабом свечении вокруг катода, напоминающем «корону», отчего и само явление получило название «коронного разряда», а катод — «корронирующего» электрода. При этом отрицательные ионы газа оседают на взвешенных в газе частицах пыли, влаги и заряжают их. Отрицательно заряженные частицы пыли и влаги под воздействием сил электрического поля направляются к положительно заряженному электроду — аноду, где теряют свой заряд и оседают. Поэтому анод называют еще «осадительным» электродом. Пыль с анода удаляют встряхиванием в сухих электрофильтрах и смыванием в мокрых. Установлено практикой, что для эффективной работы электрофильтра важно поддержать в поступающем газе определенную влажность (50— 60 г/м³). Вот почему часто скруббер и электрофильтр совмещают в одном агрегате. В электрофильтрах достигается та же степень очистки, что и в дезинтеграторах, т. е. 15—20 г/м³ (осаждается до 90—95%), но с меньшей затратой воды и энергии.

Для очистки газа доменных печей, работающих на низком давлении (до 0,3 атм), отечественные и зарубежные заводы широко используют совмещенные со скрубберами мокрые электрофильтры типа ДМ, в которых горячий газ (200° С) охлаждается до 30—35° С и очищается до 20 мг/нм³.

Очистка газа больших доменных печей, работающих с повышенным давлением на колошнике, институт «Гипрогазоочистка» запроектировал по схеме: сухой пылеуловитель — безнасадочный скруббер — труба-распылитель — электрофильтр — неорошаемая дроссельная группа.

Труба Вентури

Труба-распылитель, или как ее называют труба Вентури, представляет собой вертикальную (реже горизонтальную) трубу с пережимом, в котором происходит обильное смачивание газа водой из форсунок и значительно увеличивается скорость газа (в 2,5—3,5 раза). Струи воды направлены перпендикулярно к газовому потоку; для уменьшения их высоты иногда пережим делают прямоугольным с расположением форсунок по длинной стороне. Степень очистки газа достигает 20—100 мг/м^г и колебания ее не зависят от начальной запыленности. На эффективность очистки влияет расход воды (оптимум 0,6—0,7 л/нм³) и скорость газа в горловине (чем больше, тем лучше). Размер пережима 450—600 мм; производительность — до 180 тыс. м³1ч.

Опыт эксплуатации газоочисток такого типа, но с орошаемой дроссельной группой показал возможность получения очищенного до 10 мг/м³ газа без участия электрофильтров, что снижает стоимость очистки, а для новых печей и капитальные затраты, при строительстве новых газоочисток следует резервировать место для электрофильтров на случай установки в газовой сети турбин-расширителей, использующих энергию сжатого доменного газа. Одна подобная установка проходит промышленные испытания на ММК.

На Челябинском металлургическом заводе система газоочистки построена по схеме: пылеуловитель — безнасадочный скруббер — трубы Вентури — орошаемая водой дроссельная группа.

Практикой ММК установлена другая рациональная схема газоочистки: пылеуловитель — скруббер с одноярусной насадкой — труба-распылитель — дроссельная группа без орошения — водоотделитель. Удельный расход воды при этом составляет 2,26—2,67 л/нм³, а запыленность редко превышает 2 мг/нм³.

Испытывается в производственных условиях схема газоочистки с турбулентным промывателем, представляющим сочетание трубы-распылителя и каплеуловителя.

Очистка газа в электрофильтрах и трубах Вентури получила широкое распространение и за рубежом. Мощность электрофильтров в Англии достигает 570 тыс. нм³/ч при конечном содержании пыли 5 мг/нм³, в США —до 700 тыс. нм³/ч при запыленности 3—10 мг/нм³. Строятся комбинированные установки из электрофильтров и встроенных в их корпусы труб-распылителей; находит применение очистка газа в дроссельных группах и в комбинациях их с трубами Вентури. Тонкая сухая очистка доменного газа в тканевых фильтрах получила некоторое распространение в ФРГ. В СССР до второй мировой войны имелась одна установка для тонкой сухой очистки на Керченском металлургическом заводе.

Была испытана в работе асбестовая ткань, позволяющая очищать горячий газ (350° С). Результаты испытаний оказались неплохими. В настоящее время возможность сухой горячей очистки доменного газа прорабатывается и исследуется в СССР, США, ФРГ с применением не асбестовой ткани, а стеклоткани, выдерживающей температуру до 400° С. Принципиальная возможность очистки сухого горячего доменного газа фильтрацией через стеклоткань до содержания пыли 5—10 мг/нм³ доказана НИИОГАЗом еще в 1957 г.

Сухая горячая очистка доменного газа имеет очень важное значение в связи с предстоящим в недалеком будущем широким использованием энергии сжатого газа в турбинах-расширителях. Использование сухого горячего чистого газа упрощает и удешевляет всю установку, так как потребуется подогревателей и компрессоров сжатого воздуха для горения.