Аналіз очистки доменного газу при виробництві чавуну

  – отримати стабільну  і ефективну роботу ГУБТ для  вироблення електроенергії, тому  що концентрація пилу в доменному  газі зменшується до 2–3 мг/м  ³, що збільшує термін служби  повітронагрівачів, а також підвищує  продуктивність ГУБТ на 30% і стійкість  лопаток ГУБТ — до 1 року;

 – збільшити використання  ВМР у зв’язку з виключенням утворення шламу;

 – виключити з виробництва  використання води для мокрих  газоочисток, у зв’язку з чим виключаються або скорочуються обсяги будівництва ряду об’єктів водного господарства доменної печі: шламової перекачувальної станції газоочистки, відстійників і флокулятору шламу, насосної станції перекачування пульпи, циркуляційної насосної станції оборотного циклу газоочистки та м.;

  – підвищити температуру  нагрівання доменного дуття і  використовувати фізичне тепло  доменного газу, тому що температура  газу після сухого очищення  складає 100–120 °С, що на 50–70 °С  вище, ніж при використанні мокрої  газоочистки; вологість газу знижується  на 50–60 г/м³, що в сукупності рівноцінно  збільшення калорійності доменного  газу на 50–60 ккал / м³.

На основі закордонного досвіду  пропонується технологічна схема газоочистки  для знепилювання колошникових газів  сухим методом, яка була розроблена підприємстві ВАТ «Запоріжсталь».

Принцип роботи системи сухого очищення доменного газу заснований на проходженні доменного газу через  фільтруючі елементи секцій рукавного  фільтра.

На жаль, через високий  тиск газу застосувати наявні схеми  регенерації зворотної продувкою  або імпульсом стисненого повітря  не представляється можливим. Тому для такої газоочистки потрібна установка ГУБТ. У цьому випадку  за рахунок комбінації з перепадами тиску до і після ГУБТ є можливість проводити регенерацію фільтру очищеним колошниковим газом.

Для регенерації фільтрувальних елементів використовується імпульсне  продування стисненим повітрям через  швидкодіючі продувні клапани.

Ефективність знепилювання газів в фільтрі залежить від  дисперсності частинок пилу, характеристик  фільтрувального полотна, способу  і режиму регенерації, величини питомого навантаження, гідравлічного опору  апарату.

Фільтри оснащені високоефективною і надійною системою регенерації  стисненим повітрям із застосуванням  швидкодіючих продувних клапанів.

Робота установки повністю автоматизована.

Фільтр складається з  корпусу і механічного устаткування. Корпус є несучою конструкцією. Він  розділений на камери чистого і брудного газу горизонтальними перегородками  — рукавними дошками з отворами для кріплення фільтрувальних рукавів. Фільтрувальні рукави розміщуються в камері брудного газу.

Верхня частина камери чистого газу обладнана зйомними кришками, що забезпечують доступ до рукавів  при проведенні технічного обслуговування. Камера брудного газу являє собою  єдину секцію без перегородок.

Камера чистого газу розділена  на секції вертикальними перегородками  по числу відсічних клапанів (у  разі оснащення фільтра відсічними клапанами). Вихід чистого газу —  загальний.

Нижню частину корпусу  фільтру становлять пірамідальні або  щілинні бункера, що закінчуються фланцями для установки шлюзових живильників  або гвинтових конвеєрів. Також  можлива установка системи пневмотранспорту уловленого пилу і системи пневмопилеобрушенія, що накопичується в бункері пилу.

Застосування варіанту технології очищення доменного газу сухим способом за допомогою рукавного фільтру  істотно знижує негативний вплив  на навколишнє середовище, який дає  використання технології очищення доменного  газу мокрим способом.

У результаті впровадження технології сухого очинення доменного газу за допомогою рукавного фільтру істотно знижується негативний вплив доменного виробництва на рослинний і тваринний світ та здоров’я людей, а також поліпшується екологічна обстановка на заводі у зв’язку з більш якісним очищенням газу від пилу і усуненням шламового господарства.

 

2.1. Очищення доменного газу мокрими способами

Газоочисні системи (ГОС) доменного газу (ДГ) на всіх підприємствах  чорної металургії країн СНД, як правило  включають: пиловловлювач радіального  типу для первинного сухого очищення колошникового газу від грубого  пилу фракції 80-100 мкм, в якому осідає 25-40% пилу, що виноситься з доменної печі (колошниковий пил); скрубер з  нижнім введенням газу для напівтонкого очищення газу від пилу (в основному > 25 мкм) до 0,5-1,0 г/нм³ і охолодження газу до 40-45°С; труби Вентурі з водовіддільником для часткового (при перепаді тиску 3-5 кПа) до 50-150 мг/нм³ або остаточного нормативного тонкого (при перепаді тиску 20 кПа) до 4 мг/нм³ очищення газу від пилу й охолодження на 4-5°С; редукційно-дросельну групу (РДГ), зрошувану водою, з водовіддільником для регулювання заданого тиску на колошнику і попутного очищення газу від пилу до < 4 мг/нм³, краплевловлювач для сепарації крапельної вологи.

З метою використання надлишкової  механічної та теплової енергії стисненого ДГ для вироблення електроенергії (без  витрат палива) застосовується газоутилізаційна турбіна (ГУБТ). За деякими печами сухе первинне очищення ДГ здійснюється послідовно в радиальному і тангенціальному пиловловлювачах з сумарним ККД=80%. За іншими (в основному малими печами) ДГ очищається за спрощеною схемою, радіальний пиловловлювач – скрубер – РДГ – краплевловлювач. В залежності від наявності або відсутності ГУБТ на вітчизняних підприємствах застосовують різні схеми очистки доменного газу.

 

 

 

 

Рис. 3.1. Схема очищення доменного газу із застосуванням електрофільтру

 

1 – доменна піч; 2 –  сухий інерційний пиловловлювач; 3 – порожнистий скрубер; 4 – труба Вентурі; 5 – краплевловлювач; 6 – засувка; 7 – дросельна група; 8 – колектор чистого газу; 9 – мокрий електрофільтр; 10 – підігрівач газу; 11 – ГУБТ; 12 – електрогенератор.

У зв'язку з широким впровадженням  на підприємствах чорної металургії газорозширювальних станцій, які використовують потенційну енергію доменного газу для вироблення електроенергії в  ГУБТ, застосування дросельних груп для  тонкої очистки газу стає нерентабельним. Економічно доцільніше використовувати  весь можливий перепад тиску в  ГУБТ, а для тонкої очистки газу застосовувати апарати, що працюють з малою втратою тиску, наприклад  мокрий електрофільтр типу ДМ (для  тонкого очищення доменного газу). Дросельну групу зберігають лише на випадок виходу з ладу ГУБТ (рис. 3.1).

Внаслідок того, що трубчасті  електрофільтри типу ДМ працюють недостатньо  надійно, особливо при високому тиску  газу під колошником, була запропонована  схема тонкого очищення газу в  скруберах Вентурі та використанням його енергії в ГУБТ. Після блоку з 5-7 труб Вентурі встановлюють відцентрові скрубери (краплевловлювачі), з яких газ відводиться в ГУБТ і далі до споживачів. Як правило, в якості резерву до ГУБТ зберігають дросельну групу з відцентровим скрубером. Дана схема характеризується підвищеною надійністю роботи; недолік - втрата частини тиску газу на подолання гідравлічного опору скрубера Вентурі.

 

 

Рис. 3.2. Схема очистки доменного газа без электрофильтра

1 – доменна піч; 2 –  сухий інерційний пиловловлювач; 3 – порожнистий скрубер; 4 – труба  Вентурі; 5 – краплевловлювач; 6 –  засувка; 7 – дросельна група; 8 –  колектор чистого газу; 9 – підігрівач  газу; 10 – ГУБТ; 11 – електрогенератор.

 

Дослідження показали, що існуючі  ГОС морально застаріли, громіздкі  і матеріалоємні, не відповідають параметрам, досягнутим в результаті вдосконалення  доменної плавки. На підставі детального вивчення проблеми була розроблена на рівні винаходу універсальна ГОС доменного газу, ефективна як при установці ГУБТ, так і без неї (рис. 3.3.). Система включає пиловловлювач 1 з завихрювачем А і розділюючою решіткою Б для попередньої сухої очистки газу; малогабаритний скрубер 2 з верхнім введенням газу для напівтонкої очистки і попереднього охолодження; регульовані труби Вентурі 3 для остаточного очищення від пилу й охолодження газу з водовіддільником для сепарації крапельної вологи; пристрій 4 сухого типу з глушінням шуму для регулювання заданого тиску газу на колошнику; відсічний клапан 5; газоутилізаційну турбіну 6 (при економічному обґрунтуванні).

 

Рис. 3.3. Принципова схема  універсальної ГОС доменного  газу

 

 

1 – пиловловлювач, А  – завіхрювач, Б – розділююча решітка; 2 – малогабаритний скрубер; 3 – регульовані труби Вентурі; 4 – пристрій сухого типу з глушінням шуму для регулювання заданого тиску газу на колошнику; 5 – відсічний клапан; 6 – газоутилізаційна турбіна.

 

Доменний газ з-під  колошника надходить в сухий пиловловлювач, далі -  у скрубер і в три елементи з кільцевим зазором (ЕКЗ) типу труб Вентурі, краплевловлювач і спрямовується на ГУБТ. Дана схема відрізняється від подібних систем на території СНД відсутністю дросельної групи. У сухому пиловловлювачі радіального типу уловлюється великий колошниковий пил в результаті зміни напрямку руху газового потоку. Колошниковий пил повністю використовується крім того, при збільшенні ступеня його уловлювання практично вдвічі зменьшується запиленість газу перед скрубером і відповідна кількість шламів, які направляються у шламонакопичувачі.

У нижній частині скрубера доменний газ потрапляє в три  елементи з кільцевим зазором, де відбувається охолодження газу і  уловлювання великого пилу. Кожен  елемент складається з корпусу  труби типу Вентури і регулюючого  конуса, які утворюють кільцевої  зазор. За допомогою ЕКЗ підтримується  необхідний надлишковий тиск газу на колошнику і одночасно газ  очищається до кінцевої запиленості 4-5 мг/м³.

Основні недоліки використання мокрої схеми очищення доменного  газу:

- зниження ефективності  застосування ДГ як джерела  ВЕР. Теплота згоряння знижується  за рахунок насичення газу  водяними парами;

- повна втрата фізичного  тепла з водяними парами;

- ускладнення застосування  ГУБТ через наявність водяної  пари і низької ефективності  очищення газів від пилу;

- ускладнення використання  ВМР у вигляді шламів;

- необхідність утримання  водно-шламового господарства та  відведення великих територій  під шлами.

 

 

3. Основні техніко-економічні показники доменної плавки

      Основними показниками є продуктивність за одиницю часу та витрати коксу на тонну виплавленого чавуну.  

З технічного погляду продуктивність доменних печей оцінюють коефіцієнтом використання корисного об’єму (КВКО), що показує відношення корисного об’єму печі до середньої виплавки чавуну за добу. Чим менше значення коефіцієнта, тим продуктивніше працює піч. У 80-ті роки він складав 0,55-0,45.

Можна користуватися ще зворотним показником КВКО – зніманням чавуну з 1 м3 корисного об’єму.   Продуктивність доменної печі даного об’єму залежить від інтенсивності плавки (яка становила у 80-ті роки в середньому 0,95-1,25 т/м3 на добу) та питомих витрат коксу (на 1 т переробного чавуну складає 360-540 кг/т – в залежності від якості виробництва).

Ще один показник: витрати залізовмісної частини шихти на 1 т чавуну; складає 1,5-1,9 т, коефіцієнт використання заліза при цьому 0,96-0,98.

З економічного погляду для оцінки результатів роботи колективів доменних цехів використовують показники продуктивності праці та собівартості чавуну.

Продуктивність праці виражається річною виплавкою чавуну, що припадає на одного робітника доменного цеху, виражається у тоннах переробного чавуну і складає близько 8 тис. тонн на одного робітника.

Собівартість чавуну враховує витрати матеріалів, живої праці і основних фондів у грошовому відношенні. Середня структура собівартості чавуну складає приблизно такі витрати у процентах: сирі матеріали – 42 %, технічне паливо – 50 %, заробітна платня – 1,5 %, амортизація – 1,5 %, інші витрати – 5,0 %.

За іншими даними: матеріальні витрати – 82,9 %, амортизація основних фондів – 0,8 %, основна заробітна платня – 2,6 %, відрахування на соціальні заходи – 3,1 %, інші витрати – 10,6 %.

Для оцінки теплової роботи доменної печі можна прийняти, що витрати тепла на один кг переробного чавуну становлять 12300 кДж (2900 ккал), а для добре працюючих печей – навіть 11200-11500 кДж (2650-2700 ккал).  Виробництво залізної руди в Україні і повний обсяг продукції – 105,0 млн. т; на душу населення – 2023 кг (1990 р.); 119,9 млн. т. (2004 р.) .

 

3.1. Економічна  ефективність очистки доменного  газу

Вибір системи очищення доменного  газу залежить від необхідного ступеня  його чистоти та економічних показників пилиочисткі. При застосуванні труби Вентурі витрачається близько 600-800 кг води і 10.8-14.4 МДж електроенергії на 1000 м куб. газу.

За трубою Вентурі встановлюють каплеуловлювач-сепаратор, яким може бути мокрий циклон, скрубер або канальний сепаратор.

У електрофільтрах для  промивання й охолодження електродів витрачається 0.5-1.5 кг води і 3.6-4.3 МДж електроенергії на 1000 м куб. газу.

Витрати на пристрої для  очищення від пилу і газів всіх основних джерел забруднення атмосфери  доменного цеху, тобто газів, що відводяться  при завантаженні коксу в бункери6 транспортуванні та сортування руди і коксу перед завантаженням  у піч, відвід доменного газу та води з очисних споруд і відстійників, становить приблизно 15-20% суми всіх капіталовкладень цеху, включаючи і  всі відповідні допоміжні служби.

Обсяг капіталовкладень залежить від потужності підприємства і його технічної оснащеності. Деякі пристрої використовують одночасно для декількох  пилогазоочисних агрегатів (газоходи, відстійники пристрої для переробки  шламу, допоміжні агрегати), завдяки  чому обсяг капіталовкладень знижується.