Выбор и расчет оборудования для охлаждения и очистки доменного газа

 

1.3 Технико-экономические  показатели доменного процесса 

Основными показателями доменной плавки являются:

а) производительность печи;

б) интенсивность  плавки;

в) удельный расход топлива и других материалов;

г) себестоимость  чугуна.

Производительность  печи определяется обычно суточной выплавкой  передельного чугуна. Если на печи выплавляют чугун другого сорта, то количество выплавленного чугуна пересчитывают на передельный, пользуясь следующими эмпирическими переводными коэффициентами:

Передельный чугун . . 1,0 Зеркальный чугун . . . 1,50

Литейный чугун .... 1,15 Ферросилиций.....2,50

Ванадистый  чугун ... 1,35 Ферромарганец .... 2,05

Удельный расход кокса, К – это отношение расхода  кокса за сутки А(т) к количеству чугуна, выплавленного за это же время Р(т).

К=А/Р

Удельный расход кокса в доменных печах составляет  0,5…0,7  (для передовых – 0,36…0,4)

K – важный  показатель, так как стоимость  кокса составляет более 50% стоимости  чугуна.

Для оценки работы печей разного объема применяют коэффициент использования полезного объема доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м³) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна.

КИПО=V/P (м³/т)

Этот показатель будет более точно характеризовать  работу печи, если пользоваться не суточной выплавкой чугуна, а среднесуточной производительностью печи, для чего общую производительность за какой-либо период (например, месяц) делят на календарное число рабочих суток.

Чем ниже КИПО, тем выше производительность печи. Для большинства доменных печей  КИПО = 0,5…0,7  (для передовых – 0,45)

Интенсивность плавки вычисляют разными способами: по отношению количества дутья к  объему печи, расходу кокса на 1 м3 площади горна, отношению расхода  кокса за сутки на 1 м³ объема печи, отношению количества кокса или углерода топлива, загруженного за сутки, к объему печи. Наиболее распространенным в нашей практике является показатель I, представляющий собой отношение количества кокса, израсходованного за сутки Q, в кг к полезному объему печи V в м³.[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Воздействие доменного производства на окружающую среду

2.1 Воздействие  доменного производства на атмосферу

Основным продуктом  доменной плавки является чугун, а побочными- шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м³ доменного газа со средней теплотой сгорания 3.96 МДж/ м³. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшияся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т  чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9-55 г/м³., а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м³/т влажного кокса, или 4000 м³/т сухого кокса, или 2000-2500 м³ на 1 т чугуна.

Удельные технологические  выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100; СО-640; О₂ - 0.08-0.45.

Таблица 2.1 Примерный  состав колошникового газа

ПРИМЕРНЫЙ СОСТАВ КОЛОШНИКОВОГО  ГАЗА	ОБЪЕМНАЯ ДОЛЯ В , %
	СО2	CO	CH4	H2	O2+N2
при работе без повышения  давления и комбинированного дутья	11.2	31.2	0.21	2.99	55.1
при работе с повышением давления и комбинированным дутьем	11.3	29.0	0.20	4.30	55.2

 

 

 

Температура доменного  газа на выходе из печи составляет обычно 300-350 градусов цельсия.

Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса наобходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу.

Запыленность  газа во время выхлопа составляет 250-700 г/ м³. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи, кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку. Для печей вместимостью 930-2700 м³  выбросы пыли и оксида углерода (II) составляют соответственно 0.17-0.60 и 5-19 т/сут. Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO₂- 14.6; MgO- 4.35; Al₂O₃- 4.35; CaO- 11.85; S- 0.74; MnO- 3.75, остальное - оксиды железа.

Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах.

Таблица 2.2 Дисперсный состав пыли

Размер частицы, мкм	200	200-100	100-60	60-20	20-10	10-1
Массовая доля, %	34.5	12.3	19.0	25	7.5	1.7

 

 

Кроме колошникового  устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного  цеха являются рудный и литеный дворы.

На рудном дворе  пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную  эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м³.

В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и ковейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.

Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м³, в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон–весов приходится герметизировать. В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2.5 кг пыли на каждую тонну чугуна. После очистки в атмосферу выбрасывается в среднем около 90 г пыли на 1 т чугуна. На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO₂. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150 – 1500 мг/ м³, максимальная концентрация наблюдается над главным желобом и ковшом для чугуна.

Средняя концентрацияя  СО составляет, мг/м куб.: у чугунной летки - 22...1250; у шлаковой летки - 11...680; на уровне фурм - 15...884; у кольцевого воздухопровода - 11...5000.

Содержание СО на рабочих местах в период выпуска  чугуна составляет 125-250 мг/м³. Наибольшая концентрация наблюдается в момент выпуска чугуна и шлака у леток и поворотных желобов.

При выпуске  горячего шлака из домны сера реагирует  с кислородом воздуха с образованием SO₂. Этот газ выделяется от шлаковых леток, желобов и шлаководов; средняя концентрация SО₂ на этих участках в период выпуска шлака достигает 30мг/м³.

При разливке чугуна в помещении разливочных машин  выделяется пыль и СО. Аспирация  и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяется в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна. [5]

 

2.2 Сточные воды доменных цехов

Доменное производство является одним из крупнейших потребителей воды. Из общего количества воды, потребляемой предприятиями из источников, до 10-15 % составляют безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, приготовлением химически очищенной воды, потерями в технологических процессах и др. Остальная вода после использования возвращается в водоем в виде сточных вод. Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. Доля водопотребления и водоотведения составляет: на охлаждение оборудования – 49%, очистку газов и воздуха – 26%, обработку и отделку металла – 12%, гидравлическую транспортировку отходов производства – 11%, прочие нужды – 2% .

Сточные воды в  доменном производстве образуются при  газоочистке доменного газа, гидравлической сборке осевшей пыли и просыпи  в подбункерных помещениях, а также от установок грануляции доменного шлака и разливочных машин.

На 1000 м³ очищаемого газа образуется 4-6 м³ сточных вод. Стоки окрашены в красно-бурый цвет, для них характерно высокое содержание взвешенных веществ, кроме того в них присутствуют ионы кальция, магния, хлориды и сульфаты. От доменного цеха образуются также загрязненные воды из подбункерных помещений. При транспортировке, грохочении и дозировке шихты в подбункерных эстакадах выделяется пыль и просыпается некоторое количество материала на пол, который убирают водой смывом из дырчатых труб и сопел. Общее количество сточных вод, образующихся от смыва осыпи и пыли, составляет в среднем 300-360 м³/час на каждую доменную печь. Сточные воды загрязнены только механическими примесями – мелочью агломерата в виде частиц руды, кокса и известняка. В процессе грануляции доменного шлака сточные воды образуются в количестве 2 м³ на 1 т гранулированного шлака. Сточные воды имеют повышенную температуру (до 60 °С) и высокую концентрацию взвешенных частиц – до 2,0 г/л.

Сточные воды разливочных  машин получаются от охлаждения чугуна, разлитого в мульды на машине, и  от охлаждения слитков чугуна после  машины на вагонах с помощью душирующих устройств. Количество сточных вод от данного технологического процесса составляет 70-80 % потребляемой на охлаждение воды. Сточные воды имеют высокую щелочность и содержат до 200 мг/л взвеси.[6]

 

2.3 Сточные воды от  очистки доменного газа

Сточные воды доменных цехов могут  содержать взвешенные вещества, нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли, фенолы, цианиды. Для вновь проектируемых цехов ставится задача обеспечить очистку сбрасываемых вод до такой степени, чтобы это не вызывало каких-либо изменений в водоемах. В существующих цехах используют следующие меры защиты водоемов от вредного воздействия содержащихся в сточных водах примесей:

• очистка сточных вод с помощью механических, химических, физико-химических и биологических методов;
• применение оборотных циклов водоснабжения, существенно уменьшающих количество сбрасываемой воды;
• применение бессточных систем водоснабжения, предусматривающих глубокую очистку циркулирующей воды. Способ полностью предотвращает загрязнение водоемов;
• сооружение установок и систем для утилизации улавливаемых из очищаемых вод примесей (шламов, солей, масел, эмульсий и др.).
• При разработке проектов сооружения новых и реконструкции существующих доменных  цехов  ставится задача исключить или свести до минимума вредные выбросы в воздушный и водный бассейны. Для выполнения этих задач обязательными являются следующие проектные решения:
• применение бессточных оборотных систем водоснабжения, а в случае невозможности их использования — обеспечение полной очистки сточных вод с обеспечением в обоих случаях утилизации улавливаемых примесей;
• обязательное оборудование всех источников пылевыделений устройствами для улавливания выделяющихся газов и их очистки от пыли, что предполагает разработку систем улавливания неорганизованных выбросов;
• применение во всех возможных случаях отработанных систем очистки отходящих газов от вредных химических веществ.

Наряду с обязательным применением  перечисленных мер важнейшими задачами проектирования с целью предотвращения загрязнения окружающей среды являются:

• разработка новых эффективных систем очистки отходящих газов и сбрасываемых вод и в первую очередь систем и способов очистки газов от вредных химических соединений;
• совершенствование и оптимизация технологических процессов с  целью уменьшения  выделении  в атмосферу и водный бассейн;
• совершенствование технологических процессов с целью сокращения водопотребления;
• разработка новых маловодных и малоотходных технологий;
• применение испарительного охлаждения металлургических печей, позволяющего в несколько раз снизить потребление воды;
• разработка методов подавления выноса пыли из агрегатов;
• предварительная подготовка сырья с целью уменьшения вредных выбросов и пыли;
• сокращение или полнее прекращение использования в производстве материалов, применение которых вызывает значительные выделения вредных веществ и газов;
• эффективная герметизация оборудования и участков, характеризующихся значительным выделением пыли и газов;
• максимальное использование отходов производства, вторичных энергоресурсов, создание безотходной технологии;
• разработка и внедрение систем автоматического контроля и управления объектами охраны окружающей среды.