Выбор и расчет оборудования для охлаждения и очистки доменного газа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Альтернативные варианты очистки доменного газа

3.1 Очистка  доменного газа

Запыленность очищенного доменного газа должна быть не более 10 мг/м^3. Для ограничения количества влаги в газе, подаваемом потребителю температура доменного газа после очистки должна быть 35—40 °С. При отсутствии в газе влаги в капельном состоянии снижает теплоту сгорания его, является причиной отложения пыли на стенках аппаратов и газопроводов и способствует их коррозии. Перед подачей очищенного доменного газа в ГУБТ его подогревают до 120-140 °С.

Для очистки доменного газа от пыли применяет как мокрые, так и сухие способы.

Поэтому на металлургических предприятиях применяют, как правило, многоступенчатую очистку доменного  газа, которая предусматривает обеспыливание его не менее чем в трех — четырех последовательно включенных аппаратах.

Грубая очистка газа предусматривает  отделение наиболее крупных частиц (размером>0,1 мм). Ее осуществляют в  сухих пылеуловителях диаметром 5—8 м, где выпадение твердых частиц происходит за счет гравитации и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180°. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи шнека, смачиваемого водой. В сухом пылеуловителе улавливают до 65—75 % всей пыли, содержащейся в газовом потоке, выходящем из доменной печи. Содержание пыли в газе после грубой очистки обычно не превышает 3—10 г/м³.

Полутонкая  очистка газа позволяет осадить  частицы пыли размером до 0,02 мм и  очистить газ до содержания пыли в  нем 0,6—1,6 г/м³. Полутонкую очистку осуществляют в аппаратах мокрого типа: форсуночных полых скрубберах и трубах Вентури. Доменные скрубберы работают со скоростями газа 1— 2 м/с при удельном расходе воды 3—6 дм/м³ газа. Проходящий через скруббер доменный газ охлаждается с 250—300 до 40— 50°С и полностью насыщается влагой. Степень очистки газа в скруббере не превышает 60—70 %.

После скруббера  в большинстве случаев газ  поступает в две — четыре низконапорные  трубы Вентури, работающие со скоростью газов в горловине 50—80 м/с и удельным расходом воды 0,2 дм³/м³; в них завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую очистку  доменного газа с содержанием  пыли в нем до 10 мг/м³ осуществляют в дроссельной группе или в мокром электрофильтре.

Наиболее распространена следующая схема очистки доменного газа (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 Схема очистки доменного газа.

Газ из колошника 2 доменной печи 1 по газопроводу 3 отводится в систему газоочистки. В сухом пылеуловиле 4 инерционного или центробежного типа доменный газ очищается крупной пыли до конечного пылесодержания 5—10 г/м³. Пыль удаляется из бункера пылеуловителя периодически в железнодорожный вагон через устройство, состоящее из отсечного клапана, шнекового транспортера системы подачи воды или пара для увлажнения пыли. В полом скруббере 5 газ охлаждается и очищается от крупной пыли. Запыленность до доменного газа после полого скруббера составляет 2—4 г/м³, а иногда меньше. Окончательная очистка доменного газа осуществляется в скоростном пылеуловителе с трубами-Вентури. В трубе или трубах Вентури 6 (в зависимости от объема доменной печи) происходит укрупнение мелко дисперсной пыли. Наиболее крупная пыль и капли жидкости выводятся газа в инерционном пыле- и брызгоуловителе 7, а окончательная очистка газа от пыли до требуемого конечного пылесодержания осуществляется в центробежном скруббере 9. Очищенный газ отводится в коллектор чистого газа 10, откуда подается потребителям. Для повышения давления газа в доменной печи перед центробежным скруббером установлена дроссельная группа 8. Все аппараты, расположенные между доменной печью и дроссельной группой, работают под повышенным давлением газа, поэтому их конструкцию делают жесткой, способной выдерживать это давление. Дроссельную группу в зависимости от ее конструкции устанавливают на горизонтальном или вертикальном участках газопровода.

Дроссельная группа представляет собой систему дроссельных  клапанов разных диаметров, вводимую после  полутонкой очистки в газовый  тракт в качестве дополнительного сопротивления, обеспечивающего в доменной печи повышенное давление (рисунок 3.2). Изменяя степень открытия клапанов большого диаметра, можно устанавливать в доменной печи требуемую технологическим процессом величину избыточного давления. Клапан меньшего диаметра служит для автоматического регулирования этого давления. Для снижения абразивного износа клапанов и коагуляции пыли к дроссельным клапанам подводят воду, разбрызгиваемую при помощи форсунок.

Практика работы дроссельных групп показала, что при достаточных перепадах давления и скоростях газа в клапанах до 200—250 м/с они являются высокоэффективным газоочистным устройством. Работая по тому же принципу, что и труба Вентури, дроссельная группа при перепаде давления более 20-30 кПа снижает содержание пыли в газе до 5-10 мг/м³ при малой чувствительности к начальному содержанию пыли.

Использование дроссельной группы в качестве газоочистного  аппарата позволяет при работе с  повышенным давлением газа под колошником резко упростить и удешевить систему газоочистки (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Дроссельная группа.

Три патрубка имеют дроссели 1, которые при повороте на некоторый угол уменьшают сечение для прохода газа и обеспечивают грубую регулировку давления в доменной печи. Поворот этих дросселей осуществляется с помощью электродвигателя 5, соединенного с валом дросселя рез редуктор. Дроссель 2 связан с регулятором и поддерживает постоянное давление газа в доменной печи, которое создано за счет дросселей. Патрубок 3 обычно не имеет дросселя и предназначен для пропуска воды в систему канализации. Для смыва пыли, осевшей на лопастях дросселя перед патрубками (на расстоянии 600-800 мм) устанавливают форсунки 4, к которым подается вода из водопровода 6. Скорость газового тока в дроссельной группе достигает 250-320 м/с. Поэтому дроссель группа является эффективным устройством для укрупнения частиц ли и действует аналогично трубе Вентури. Поэтому на некоторых заводах не используют трубы Вентури после полого скруббера. Из мокрых пылеуловителей шлам через гидрозатворы отводится в шламовую канализацию.

Основным недостатком  тонкой очистки газа с использованием дроссельной группы является большая  потеря давления, которая не восстанавливается  даже частично (как это имеет место  в трубе Вентури), что вызывает высокие энергозатраты. Кроме того, из-за возможных временных переходов доменной печи на работу с нормальным давлением в ряде случаев необходим аппарат тонкой очистки, резервирующий дроссельную группу.

В связи с  широким внедрением на предприятиях черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), применение дроссельных групп для тонкой очистки газа становится нерентабельным. Экономически целесообразнее использовать весь возможный перепад давления в ГУБТ, а для тонкой очистки газа применять аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр типа ДМ (для тонкой очистки доменного газа). Дроссельную группу сохраняют лишь на случай выхода из строя ГУБТ. Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ на отечественных предприятиях применяют различные схемы очистки доменного газа (рисунок 3.3).

Вследствие  того что трубчатые электрофильтры типа ДМ работают недостаточно надежно, особенно при высоком давлении газа под колошником, была предложена схема с тонкой очисткой газа в скрубберах Вентури и использованием его энергии в ГУБТ. После блока из пяти — семи труб Вентури устанавливают центробежные скрубберы (каплеуловители), из которых газ отводится в ГУБТ и далее к потребителям.

Опыт эксплуатации систем для очистки доменного газа показал, что для всех них характерна эффективная очистка газа от пыли. Однако вследствие высокой температуры воды, поступающей на орошение аппаратов из оборотного цикла водоснабжения, температура очищенного газа превышает нормативную величину (35 °С) и достигает 45—50 °С зимой и 50—60 °С летом. Более интенсивное охлаждение газа, чем в полом скруббере, может быть осуществлено в трубе Вентури при скорости газового потока 120-160 м/с и удельном расходе воды 1,25-1,5 л/м³. При таких условиях температура газа будет близка к температуре мокрого термометра.

 

Рисунок 3.3 Схемы очистки доменного газа: 1 - сухой пылеуловитель; 2 - полый скруббер; 3 - труба Вентури; 4 - дроссельная группа; 5 -центробежный скруббер; 6 - свеча для сжигания избытка газа; 7-коллектор чистого газа; 8 - инерционный пыле- и брызгоуловитель; 9 - электрофильтр; 10 - подогреватель газа; 11 - задвижка с электроприводом; 22 - ГУБТ; 13- бункер с сепараторами; 14 -доменная печь

Схема газоочистки без полого скруббера показана на рисунке 3.3, г. В ней охлаждение газа осуществляется в трубе Вентури, а коагуляция мелкодисперсной пыли в дроссельной группе. Такая схема очистки доменного газа с использованием ГУБТ приведена на рисунке 3.3, д. За рубежом получила распространение схема очистки доменного газа, в которой после сухого инерционного пылеуловителя последовательно установлены на инерционные пыле- и брызгоуловители две трубы Вентури. В первой низконапорной трубе Вентури осуществляется охлаждение газа, а во второй, высоконапорной, — коагуляция пыли. Далее газ о очищается в центробежном скруббере и, проходя через дроссельную группу освобождается от капельной влаги во втором центробежном скруббере. Имеются и другие схемы мокрой очистки доменного газа.

В последнее время внедряется очистка доменного газа в сухих аппаратах (пластинчатых электрофильтрах, тканевых фильтрах, металлокерамических фильтрах), в которых газ не охлаждается, а поэтому нагревать его перед подачей в турбину не требуется.

Рисунок 3.4 Схема очистки газов из межконусного пространства: 1 — доменная печь; 2 — атмосферный клапан; 3 — труба Вентури; 4 — уравнительный газопровод; 5 — каплеуловитель системы газоочистки доменной печи; 6 — Колектор очищенного доменного газа; 7 — орошаемый газоход; 8 — трубопровод получистого газа после скруббера.

Однако промышленного применения в нашей стране сухие фильтры для очистки доменного газа пока еще не получили.[7]

По техническим условиям ГУБТ температура поступающего в них доменного газа должна быть 100—200°С. Между тем в случае мокрой очистки температура газа снижается до 30— 40°С и перед турбиной его приходится снова подогревать, сжигая часть газа. Поэтому чрезвычайно актуальной является сухая очистка доменного газа, при которой он будет поступать в ГУБТ с требуемой температурой.

В настоящее  время ведутся работы по использованию  для очистки доменного газа высокотемпературных  механических фильтров и сухих электрофильтров. [8]

 

3.1.1 Новые системы очистки доменного газа

При установке  газовых утилизационных бескомпрессорных турбин (ГУБТ) для выработки электроэнергии за счет использования давления доменного  газа необходима реконструкция системы  с применением регулируемых труб Вентури и увеличением гидравлического сопротивления до 20 кПа для очистки газа до конечной запыленности 4 — 5 мг/нм³.

Основное отличие  схем очистки доменного газа, применяемых  за рубежом фирмами «Бишофф», «П. Вюрт» и др. - наличие прямоточного скруббера с верхним подводом газа и расположенными в нижней части одной или несколькими регулируемыми трубами Вентури. [9]

В связи с  пуском в эксплуатацию первой в СНГ  новой системы очистки доменного  газа фирмы были проведены испытания и анализ эффективности работы газоочистки, при этом оптимизировали параметры «П. Вюрт» и ее работы в комплексе с ГУБТ для обеспечения эффективности и увеличения выработки электроэнергии. При рабочих параметрах доменного газа на колошнике (давлении и расходе) этого можно добиться путем снижения гидравлического сопротивления на газоочистке и увеличения температуры газа перед ГУБТ, а также повышения КПД турбины.

Рисунок 3.5 Схема газоочистки «П. Вюрт»:

1 — скруббер; 2 — ЭКЗ; 3 — каплеуловитель; 4 —  подвод воды; 5 — отвод шлама; 6 — привод

Доменный газ  из-под колошника поступает в сухой пылеуловитель, далее в скруббер и в три элемента с кольцевым зазором (ЭКЗ) типа труб Вентури, каплеуловитель и направляется на ГУБТ. Данная схема отличается от подобных систем на территории СНГ отсутствием дроссельной группы. В сухом пылеуловителе радиального типа улавливается крупная колошниковая пыль в результате изменения направления движения газового потока. Колошниковая пыль полностью используется, кроме того, при увеличении степени ее улавливания практически вдвое уменьшаются запыленность газа перед скруббером и соответствующее количество шламов, направляемых в шламонакопители.

При изменении  давления доменного газа на колошнике  от 184 до 190 кПа расход газа колеблется в пределах 260 - 310 тыс. нм³/ч, что ниже проектных параметров — 380 тыс. нм³/ч. Перед очисткой температура газа составляет 170 - 190°С, после нее – 45- 47 °С (по проекту — 50 °С). В ГУБТ он охлаждается до 23-25°С. Расход воды на газоочистку, принятый по условиям: начальная температура газа - 350 °С, расход-380 тыс. нм³/ч, соответствует проектным данным (1400 м³/ч).

 По результатам  испытаний фактическая скорость  газа в скруббере составляет 1,3-1,7 м/с при удельном расходе воды 4,62- 5 л/нм³. С уменьшением расхода воды на скруббер от 1030 до 700 - 840 м³/ч температура газа после очистки возросла от 45 до 47 ⁰С, что свидетельствует о возможности дальнейшего уменьшения расхода воды на скруббер для повышения температуры газа до 50 - 55 °С.

Выводы 

1. В новой  системе газоочистки фирмы «П. Вюрт» обеспечивается охлаждение газа до 45 — 47 °С, очистка — до конечной запыленности 4,5 — 6,2 мг/нм3 при гидравлическом сопротивлении на ЭКЗ (трубах Вентури) 21—26 кПа. При помощи ЭКЗ поддерживается необходимое давление доменного газа на колошнике.

2. Увеличить выработку электроэнергии в ГУБТ можно снижением гидравлического сопротивления на ЭКЗ с 21 — 26 до 18-20 кПа, увеличением давления, температуры и расхода газа перед турбиной до проектных параметров, а также улучшением работы системы смыва отложений с лопаток турбины.[11], [12]

3.2 Очистка  аспирационного воздуха подбункерных  помещений 

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

Наибольшее  количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы и далее в скип. Пыль выбрасывается в атмосферу через окна и проемы для скипов и через выхлопные отверстия аспира-ционных систем при высоте выделений 10 м.