Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк.

Агломерация руд в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.

За последние годы в отрасли проведена существенная работа по подъему технического уровня металлургического производства. На предприятиях введены в строй и эксплуатируются крупные доменные печи. Дальнейший прогресс в доменном производстве в значительной мере зависит от уровня подготовки железнорудного сырья к переделу. Следовательно, одним из реальных путей к сокращению расхода кокса и повышению производительности агломерационных машин путем интенсификации процесса окускования с одновременным повышением качества готового агломерата.

Чтобы в полной мере реализовать поставленную задачу, наобходимо проводить модернизациюсущесвующих агломерационных фабрик с оснащением и внедрением новых технологий по усреднению поступающего сырья, смешиванию, окомкованию, спеканию, охлажденю и многостадийному дроблению и грохочению спека. Это позволит повысить технико-экономические показатекли работы агломерационных цехов при минимальных затратах.

Система “Эрфайн” для удаления диоксина из отходящих газов аглопроизводства и электродуговых печей.

С начала 1990-х годов на черную металлургию оказываю существенное давление соответствующие органы власти партии "зеленых", требующие резкого сокращения объема диоксинов и других вредных выбросов. В этот период ФАИ начинает разработку нового поколения системы очистки отходящих газов аглофабрик и электродуговых печей (ЭДП). Одна из особенностей этой задачи состояла в том, чтобы создать систему, которая эффективно удаляла бы из струи отходящего газа не только пыль, но и диоксины и другие нежелательные вещества.В результате были разработаны системы с эффективностью удаления диоксина от 80 до 99 %. Это означает, что его концентриция в очищенном газе составляет 0,1 – 0,4 нг I – МЭТ(международный эквивалент токсичности).

Выбросы диоксина

Диоксины (ядовитые органические соединения) образуются как нежелательная побочная продукция при производстве гербицидов или в промышленном процессе горения, выделяющем тепло. Происхождение диоксинов – тепловое или химическое – определяется на основании так называемых “отпечатков пальцев”, которые характеризуют распределение гомологического рчда диоксинов и фуранов. Соответствующие признаки, присущие выбросам аглофвабрик (рис 1) и ЭДП, - типичны для теплового происхождения вследствии реакции органических компонентов и хлорида в отходящем газе. В общем, на образование диоксинов сильное воздействие оказывает объем летучих веществ в шихте.

Диоксины образуются при 200 – 550 , в связи с этим температурные границы теплового процесса приобретают решающее значение для концентрации выделившегося диоксина. Это означает,что, когда горячие отходящие газы металлургических процессов охлаждаются для очистки, то период времени, требуемый для преодаления температурного интервала, в котором происходит синтез (между 250 и 450 ), должен быть как можно меньше. Таким образом, для достижения минимального содержания диоксинов в отходящих газах необходимы технологии, обеспечивающие по возможности быстрейшее охлаждение горячего отхо дящего газа до температуры ниже 250 .

 Обработка отходящих газов аглофабрики

До конца 1980-х годов для удаления пыли из отходящих газов аглофабрики использовали в основном процессы сухой очистки. Вследствие неуклонного ужесточения правил по охране окружающей среды сухая очистка пыли больше не могла удовлетворять требования технических условий по уровню содержания загрязняющих веществ в выбросах, в результате этого появилась газоочистка мокрого типа.

Большую проблему для эффективной очистки отходящих газов аглоцеха от пыли создают частицы размером менее микрометра, состоящие в основном из щелочных хлоридов. Они образуются при спекании сырых материалов, которые, как правило, содержат в небольших количествах щелочь и хлорид.

Как известно очистительная способность электростатических фильтров сухого типа резко снижается, если на удельное сопротивление пыли оказывает отрицательное влияние содержание щелочного хлорида.

Интенсивный поиск эффективного решения по отфильтровыванию субмикронной фракции отходящего газа аглофабрики привел к разработке процесса "Эрфайн® (Airfine®)". Установка очистки отходящих фуран. газов аглофабрики мокрого типа впервые успешно внедрена в 1993 г. на аглофабрике компании "Фест-Аль-пине Шталь Линц". С помощью данной системы одновременное извлечение пыли и других загрязняющих веществ, таких как НС1, HF, NOх, SO2, тяжелые металлы, диоксины и фураны, выполняется в едином процессе, как видно из технологической схемы, приведенной на (рис. 2).

На заводе с полным металлургическим циклом компании "КОРУС" (Эймуйден, Нидерланды), смонтировали единственную установку "Эрфайн" с целью очистки общего объема отходящих газов с трех агломашин. Более того, десульфурацию проводили, вдувая каустическую соду в контур охлаждающей воды (рис. 3).

В процессе "Эрфайн" можно выделить три основные стадии: охлаждения, отделения пыли и обработки воды. На стадии охлаждения отходящий газ охлаждается и насыщаетс. Крупные частицы (фракцией > 10мкм) удаляются в результате вспрыскивания распыленной циркуляционной воды в противоток отходящему газу посредством форсунок, работающих на одном виде жидкости. Десульфурацию выполняют путем добавки к циркуляционной воде охлаждения каустической соды NaOH гидрооксида магния Mg(OH)₂ или известкового молока Ca(OH)₂-.

На стадии отделения пыли в системе скруббера тонкой очисткиспециально разработанные форсунки двойного потока (патент ФАИ) впрыскивают воду и сжатый воздух в виде водовоздушной струи под высоким давлением. Это позволяет удалить мельчайшие частицы пыли и вредные компоненты (тяжелые металлы ПХДД/ПХДФ – полихлордибензодиоксин и полихлордибензофуран) со степенью эффективности, не достижимой при использовании типовых систем. Более чем 90% общего содержания пыли и аэрозоли эффективно устраняется из отходящих газов под воздействием инерционных сил, диффузии и местных эффектов перенасыщения.

На стадии обработки воды взвешенные твердые частицы и тяжелые металлы удаляют из сбросовых стоков данного процесса в установке обработки воды в три этапа: отделяют взвешенные твердые частицы (в основном компоненты железа) в бассейне-отстойнике, обезвоживают в камерном фильтр-прессе и возвращают на агломашину; удаляют тяжелые металлы в бассейне выпадения в осадок, добавляя известковое молоко, сульфид натрия и хлорид железа (III); выполняют тонкое фильтрование и конечную нейтрализацию очищенной воды.

Отделенные твердые частицы обезвоживают в камерном фильтр-прессе, выгружают в контейнер и складируют для переработки. С этой целью к отфильтрованной массе можно добавлять шлак сталеплавильного процесса ЛД, который связывает тяжелые металлы в нерастворимую матрицу. Затраты на переработку отходов можно таким образом существенно снизить. На ряде предприятий 100 % шлама подвергают вторичной переработке без

отрицательного воздействия на продукцию или ход процесса.

Диоксины обладают довольно высокой температурой испарения. На стадии охлаждения в процессе "Эрфайн" температура отходящих газов аглофабрики быстро снижается, что не только сводит к минимуму образование диоксинов (новый синтез), но и вынуждает имеющиеся диоксины конденсироваться на поверхности частиц пыли. Кроме того, большая площадь поверхности мельчайших капелек воды, создаваемых форсунками двойного потока, способствует конденсации и/или поглощению газообразных диоксинов. Диоксины, которые цепляются как за мелкие частицы пыли, так и за капельки воды, затем отделяются от газа в скруббере тонкой очистки, обусловливающем высокую очистительную эффективность процесса "Эрфайн" (рис. 4).

Хлорид железа (III), который добавляют к сбрасываемой воде процесса "Эрфайн", в ходе обработки тяжелых металлов образует большое количество гид- рооксида железа (III), обеспечивающего удаление и последующее осаждение свободных и поглощенных из воды диоксинов. После обработки в камерном фильтр-прессе обезвоженные отфильтрованные осадки № 1 (содержащий нерастворимые твердые частицы) и № 2 (состоящий в основном из природного гипса и небольших объемов тяжелых металлов) могут быть возвращены на агломашину, где большая часть диоксинов распадается (рис. 5). Из маслянистого шлама, скачиваемого с поверхности бассейна-отстойника, удаляют лишнюю воду и возвращают его на аглофабрику.

Обработка отходящих газов ЭДП

К основным источникам диоксинов на металлургическом предприятии относится также электродуговая печь. Металлолом, используемый для производства стали, обычно привносит масло, пластмассу и другие органические компоненты, поэтому требуется эффективное решение по переработке отходящих газов и устранению проблем, связанных с ними. С внедрением технологий предварительного подогрева металлолома в конце 1980-х годов были разработаны специальные технические решения по очистке отходящих газов с целью борьбы с возросшими объемами летучих органических соединений (ЛОС) и диоксинов, присутствующих в отходящих газах (рис. 6).

Как предварительный подогрев металлолома, так и завалка скрапа с высокой загрязненностью маслом в ЭДП способствуют выделению ПХДД/ПХДФ в отходящие газы. Исследования показали, что для снижения концентрации этих ядовитых веществ наиболее эффективно использование последующего дожигания сразу за печью. Во избежание превращения разложившихся фракций вновь в ПХДД/ПХДФ необходимо, чтобы отходящие газы при охлаждении как можно быстрее преодолели температурный интервал, в котором происходит повторный синтез. В качестве эффективного метода зарекомендовало себя использование охлаждающих распылителей. С их помощью температуру отходящих газов печей можно снизить от 650 до 200 °С менее чем за 1 с. Применение форсунок с двойным потоком, используемых в оборудовании “Эрфайн” так же ускоряет охлаждение.

Любые оставшиеся или же вновь образованные органические соединения могут быть удалены вдуванием таких адсорбентов, как активированный уголь и специальные виды кокса (лигнитовый кокс). При этом адсорбенты должны быстро и равномерно распределяться в потоке отходящего газа. Данная технология поглощения в электросталеплавильном производстве, известная под названием "наилучшая имеющаяся технология", минимизирует выбросы органических хлоринов, особенно ПХДД/ПХДФ и ПХД. С помощью этой технологии легко выполняются требования по выбросам пыли, монооксида углерода (СО), вредных компонентов (NOх), диоксида серы (SO2), ЛОС и ПХДД/ПХДФ (рис. 7).

В современных электродуговых печах реально получить концентрацию пыли менее чем 5 мг/м³ в очищенном газе с помощью тканевого фильтра. Дальнейшее уменьшение данной концентрации пыли не даст значительного снижения содержания ПХДД/ПХДФ в очищенном газе. Распределение родственных ПХДД/ПХДФ в очищенном отходящем газе ЭДП без вдувания адсорбентов почти такое же, как и в чистом отходящем газе с аглофабрики. Относительно эффективности удаления родственных веществ в отходящих газах ЭДП можно заметить разницу в работе с вдуванием адсорбента и без него (рис. 8). Улавливающая способность тканевого фильтра без вдувания адсорбента колеблется от 50 до 85 %. При вдувании адсорбента удаляется -99,8 % фуранов, а диоксинов — 97,8 %. Выбросы ПХДД/ПХДФ сокращаются до величины менее 0,1 нг 1-МЭТ/м³, что эквивалентно общей эффективности очистки примерно 99%.

При использовании тканевого фильтра снижение содержание ПХДД/ПХДФ в отходящих газах в основном зависит от температуры газа на входе в фильтр, когда в поток отходящих газов не вдуваются адсорбенты. В общем, температура должна быть менее 80 °С однако следует не забывать о проблеме потенциальной конденсации.

Технология "Эрфайн" зарекомендовала себя эффективной системой для удаления пыли и снижения содержания ПХДД/ПХДФ в выбросах аглофабрик и преднриятий по производству окатышей до величин значитсльно меньше ПДК, указанных в регламентах по охране окружающей среды. В качестве признания ее достижений Европейская комиссия по комплексному предотвращению и регулированию загрязнения окружающей (КПРЗОС) назвала "Эрфайн" лучшей существующей технологией по очистке отходящих газов.

В результате постоянных исследований и разработок ФАИ появился процесс "Встфайн® (Wetfine®)", нацеленный на получение еще меньшего содержания вредных веществ в очищенных отходящих газах наряду со снижением погребности в энергопитании. В основном "Эрфайн" отличается от "Вегфайн" тем, что с целью улавливания пыли форсунки двойного потока в скруббере тонкой очистки системы "Эрфайн" заменены в оборудовании "Ветфайн" мокрым электрофильтром. Первая установка новой технологии монтируется на заводе "Луккини Сервола" в Италии, ее пуск запланирован на начало 2002 г.

Для эффективной очистки отходящих газов ЭДП сочетание термической обработки, вдувания адсорбента и охлаждения обеспечивает возможность снизить содержание ПХДД/ПХДФ до величин ниже ПДК. С целью оптимизации технологии вдувания адсорбентов исследуются другие реагенты для вдувания, углеродсодержащие и безуглсродистые. При использовании безуглеродистых веществ устраняется опасность возгорания и возникновения взрыва, едовательно, отпадасг необходимость в мерах по технике безопасности.

Новая система газоочистки Ветфайн для цехов по производству агломерата и окатышей

В последние десятилетия резко возросли требования к охране окружающей среды, что обусловило разработку новых технологий отвечающих более строгим положениям законодательства [1]. Учитывая это, ФАИ разработала систему "Вотфайл" ("Wetfine®"), которая в состоянии снизить до недостижимых ранее показателей уровень выбросов от таких источников загрязнения, как фабрики по производству агломерата и окатышей, мусоросжигательные и стекловаренные печи. Установка "Ветфайн" состоит из скруббера и мокрого электрофильтра, которые улавливают наряду с ПХДД/ПХДФ и соединениями оксидов серы мелкую пыль, такую как частицы щелочных хлоридов.

Система “Ветфайн”

Сначала отходящий газ направляется на душирующее усгройство no принципу противотока. После предварительной очистки он поступает через каплеотделитель в мокрый электрофильтр, а затем через дымовую (выводную) трубу выбрасывается в атмосферу. Система " Ветфайн" спроектирована в соответствии со специфическими требованиями конкретного объекта. Данная система состоит из модулей и рассчитана на большие объемы отходящего газа — свыше 2000 тыс. м³/ч (при стандартных температуре и давлении). Каждый модуль способен перерабатывать поток газа объемом 70 - 300 м'/ч. Таким образом, компоновка системы может быть достаточно гибкой и приспособлена к потребностям предприятия (рис. 1).

Секция душирования

Для оптимальной работы установки "Ветфайн" требуется насыщенное состояние газа. Секция душирования обеспечивает быстрое охлаждение, насыщения и предварительное удаление крупных частиц в процессе

противоиоковой обработки с использованием рециркулируемой воды.

Воду для душирования подают ступени распыления, где ее пульверизуют с помощью форсунок. При помощи такой системы можно получить эффективное соотношение жидкость/газ — 0,005 - 0,008 л/м3 (при нормальных температуре и давлении). В процессе циркуляции распыленной воды поглощаются кислотные газообразные компоненты, в том числе хлористый водород НС1, фтористый водород HF и диоксид серы SO2, вследствие их высокой растворимости в воде. В результате вода становится исключительно кислой, рН приближается к 1.

Для десульфурации к циркуляционной воде могут быть добавлены щелочные вещества — известняк СаСО₃, известковое молоко Са(ОН)2, гидрооксид магния Mg(OH), или каустическая сода NaOH [2]. Степень десульфурации регулируется с помощью показателя рН и усыновленного соотношения жидкость/газ (рис. 2). Поглощение и частичная конденсация газообразных ПХДД/ПХДФ (диоксинов и фуранов) и других органических компонентов с высокой температурой испарения происходят в процессе охлаждения в душирующей секции. Это значит, что большая часть органических компонентов, поступивших в душирующую секцию в виде газа, превращается в макрочастицы или находится в поглощенном состоянии на поверхности водяных капелек или мельчайших частиц пыли, благодаря чему эти компоненты в значительной степени могут быть удалены из отходящего газа [3].

С целью поддержания постоянной концентрации взвешенных твердых частиц и растворенных веществ воду постоянно сливают из бассейна душирующей секции, регулируя с помощью электрической проводимости потока отходящих газов. Увлеченные потоком капельки воды отделяются в капелеотделителе еще до того, как газ поступает в мокрый электрофильтр.

Электрофильтр мокрой очистки

Мелкая пыль газового потока улавливается электростатическими силами, воздействующими на ее частицы, которые получают электрический заряд с помощью двух различных механизмов. Частицы большого размера (> 1 мкм) заряжаются, когда они сталкиваются с движущимися ионами газа (зарядка полем), а более мелкие частицы (< 0,2 мкм) — в основном диффузией (беспорядочное движение газовых ионов вокруг частиц). Таким образом, эффективность улавливания частиц размером от 0,2 до 1 мкм низкая. В данном диапазоне оба механизма лишь незначительно воздействуют на зарядку частиц. Для эффективной зарядки всех частиц требуется высокая плотность тока, которая обеспечивается с помощью специальной конструкции коронирующих электродов.

После получения заряда частицы перемещаются в сильном однородном электростатическом поле к коллекторным электродам. Общее миграционное ускорение частиц зависит от распределения электрического поля между коронирующими (отрицательными) и коллекторными (положительными) электродами, а также от разницы напряжения между электродами. Как только заряженные частицы достиигают коллекторных электродов, они разряжаются на них и периодически удаляются впрыскиванием воды Таким образом, исключается необходимость в обору довании системы стряхивания. Триоксид серы SO, в условиях водонасыщенности образует аэрозоль, поскольку вода конденсируется на SO₃. Распыленные в воздухе частицы обладают исключительно малыми диаметрами и должны осаждаться в таком пылеуловителе, как мокрый электрофильтр, размер которого зависит от требуемой концентрации пыли в очищенном газе. Это также соотносится с энергопотреблением данной системы (рис. 3).

Установка "Ветфайн" не имеет таких эксплуатационных недостатков сухих электрофильтров, как обратный выброс и повторный захват частиц потоком газа. Водяная пленка на частицах пыли снижает электросопротивление пыли, и когда на коллекторных электродах имеется водяная пленка, то не возникает проблем обратного коронирования. Сплошная влажная пыль на коллекторном электроде предотвращает повторный захват частиц потоком газа. В ходе душирования отходящий газ быстро охлаждается, что сводит к минимуму образование диоксинов (повторный синтез) и приводит к поглощению содержащихся диоксинов и их конденсации на поверхности частиц пыли. Эти диоксины затем отделяются от газа мокрым ЭФ. Именно благодаря этому получена исключительная эффективность очистки данной системы (рис. 4).

Каждый модуль снабжается двумя последовательно расположенными секциями мокрого ЭФ с целью обеспечения высокоэффективного улавливания тяжелоулавливаемых частиц пыли. Наконец, высокопроизводительные каплеотделители устраняют капельки из потока газа перед выпуском его в дымоход и затем в объем в атмосферу. Ниже приведены типичные (мировые) показатели уровня выбросов аглоцехов( неочищенный газ до улвливания пли ), мг/м3

Пыль 400 – 800

Sox 400 – 1000

NOx 230 – 370

Pb 1 – 10

Zn 0,1 – 1

HCl 1 – 20

HF 0,1 – 2

Hg 150

Углеводороды 20 – 90

ПХДД/ПХДФ 0,5 – 5,0

Система циркуляции и воды

Система "Ветфайн" состоит из двух водяных контуров — душирования и промывки мокрого ЭФ — спроектированных для обеспечения производительной работы установки при минимальном расходе воды. В секции душирования вода впрыскивается в поток газа для охлаждения, насыщения и улавливания крупных частиц пыли. Данная вода циркулирует, и растворенные твердые вещества концентрируются, испаряясь за счет тепловой энергии газового потока. Концентрация в водяном контуре поддерживается на постоянном уровне подпиткой воды из водяных контуров мокрого ЭФ и сбросом на установку водоочистки. Эта концентрация регулируется с помощью электрической проводимости воды. Пена, образующаяся в результате конденсации органических веществ из потока газа, удаляется вместе со сбрасываемой водой. Подпиточную воду подают в промывочный контур и используют для очистки коллекторных электродов и каплеотделителей. Из промывочного контура после очистительных контуров вода поступает на контур душирования.

 Водоочистка

Поскольку для работы системы "Ветфайн" используется вода, то образуется определенный объем загрязненной сточной воды, требующей очистки. Стоки могут быть очищены до разного конечного состояния в зависимости от возможности сбыта и планируемых объемов сточной воды и уловленных твердых веществ. Исследованы следующие варианты:

- извлечение тяжелых металлов, выпаривание оставшейся воды и сбыт солей;

- одноступенчатое испарение оставшейся воды без предварительного извлечения тяжелых металлов и выбрасывание твердого осадка в отвалы;

- извлечение тяжелых металлов и сброс воды в соответствующую канализационную систему.

Извлечение тяжелых металлов и выпаривание.

При данном варианте необходимо, чтобы тяжелые металлы выпали в осадок в ходе двухступенчато процесса — нейтрализация кислотной воды известковым молоком Са(ОН)т и добавка сульфида натрия Na-,S для обеспечения эффективного выпадения в осадок гидрооксидов и сульфидов тяжелых металлов. Затем к раствору добавляют хлорид железа (III) — Fed, в качестве хлопьеобразующего агента. Шлам удаляют, а оставшуюся жидкость можно обрабатывать в установке испарения и кристаллизации. Осадок тяжелых металлов на фильтре может быть выброшен в отвал на обычную площадку, потому что смесь в отвале стабильна и не допускает выщелачивания тяжелых металлов. После переработки жидкости на установке испарения и крисгаллизации осадок состоит из хлорида калия и небольших количеств других компонентов. Такой вариант обеспечивает решение с нулевым выбросом в отходы (рис. 5).

Одноступенчатое испарение

Смесь тяжелых металлов и солей можно испарить и кристаллизовать без предварительного извлечения тяжелых металлов, пропуская жидкость через сушилку с распылением. Конечный продукт будет представлять собой соль с некоторым содержанием тяжелых металлов. Этот вариант уменьшает затраты и объем тяжелых веществ.

Установка водоочистки

Обработка сбросовой воды включает три этапа:

1) нейтрализацию кислотной воды с помощь Са(ОН)2

2) добавку сульфида натрия Na2S для обеспечения эффективного выпадения В осадок гидрооксидов и сульфидов;

3) присадку FeCl, в качестве хлопьеобразующего агента.

После такой обработки шлам пропускают через отстойник с целью удаления твердых веществ, находящихся во взвешенном состоянии. Окончательным этапом являтся регулирование показателя рН обработанной воды до нейтрального диапозона с помощью соляной кислоты и сброс воды в соответствющую канализационную систему. В случае необходимости возможна конечная очистка при помощи песчанногог фильтра или фильтра с активированным углем.

Эффективность улавливания

Как показано ниже, система "Ветфайн" является эффективным решением для очистки, %, отходящего газа в течение длительного периода измерения в аглоцехе:

Газоочистка известеобжигового производства

Защита окружающей среды от вредных выбросов в последнее время стала одной из самых острых проблем современности. Проблема защиты атмосферы от загрязнения является проблемой мирового масштаба, т.к. объемы производства растут, следовательно количество промышленных выбросов возрастает.

Проблема очистки газов известково-обжигового производства возникла когда началось строительство механизированных печей большой мощности и начался рост производства. Извесково-обжигательный цех предназначен для получения извести из известняка в шахтных и вращающихся печах.

Унос пыли из шахтных печей примерно 1 г/м³, после вращающихся- до 100 г/м³.

Пыль образуется при эксплуатации основного технологического оборудования: печей, дробилок, грохотов, мельниц, при работе технологического транспорта: конвейеров, питателей, погрузочно-разгрузочных работах и т.д.

Схемы очистки печных газов быввают двух- и многоступенчатые.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Известняк в железнодорожных вагонах поступает на вагоноопрокидыватель и. разгружается в его бункеры.

Перед разгрузкой на склад или загрузкой расходных бункеров печей известняк проходит грохочение на грохоте с отверстиями решетки 20 мм и на неподвижной решетке с расстоянием между прутьями до 20 мм, где происходит отсев известняка крупностью менее 20 мм.

Производительность грохота должна составлять не более 500 т/час известняка, подвергаемого грохочению, и регулируется перекрытием шиберов на бункерах. Высота слоя известняка при грохочении не должна превышать 120 мм (двойную толщину верхнего предела крупности известняка — 60 мм).

Угол наклона неподвижной решетки должен составлять 45 град., высота слоя известняка на ней не должна превышать толщину верхнего предела крупности известняка — 60 мм.

Машинист вагоноопрокидывателя в агрегатном журнале записывает количество известняка (количество вагонов), шихтовщик —сведения о работе грохотов и о состоянии оборудования (решеток при приемке смен и об очистке поверхностей решеток).

Очистка поверхности решеток осуществляется при грохочении сухого известняка после каждой кантовки; при грохочении влажного известняка — при визуальном определении забивания до 30 % поверхности решетки, но не реже, чем через 1,5-2,0 часа работы грохота. Очистку грохота производят с мостиков, выполненных внутри обшивки грохота. Допускается одновременное параллельное грохочение известняка на решетке и грохоте с разделением потока пополам. После отсева мелкой фракции известняк фракции 20-60 мм поступает на склад известняка вращающихся печей. Перед поступлением на склад известняк подвергается магнитной сепарации на железоотделителе ЭП2М для удаления металлических включений. Со склада системой транспортеров известняк подается в расходные бункеры печей. Из расходных бункеров известняк поступает в шахтный подогреватель, где происходит его частичная декарбонизация и подогрев до температуры 500-750 °С. При подаче известняка из расходного бункера печи в приемные шахты подогревателя, машинист котлов должен осущестлять один раз в полчаса контроль за равномерностью схода известняка по шахтам с устранением причин зависаний известняка, а также обеспечивать за крытие смотровых люков с отметкой в журнале ежечасно. Подогрев известняка в подогревателе осуществляется дымовыми газами. Температура дымовых (отходящих) газов на входе в подогреватель поддерживается в пределах от 900 до 980 °С.

Из подогревателя известняк поступает на качающийся питатель, который регулирует подачу известняка в печь. Максимальный массовый расход известняка, который может обеспечить питатель —56 т/час. С качающегося питателя известняк через загрузочную головку подается в печь. Известь из печи поступает в шахтный охладитель извести, где охлаждается вентиляторным воздухом. Температура извести на выходе из охладителя должна быть не более 60 °С. Охлажденная известь транспортерами подается в здание склада извести. Перед загрузкой в расходные бункеры готовой извести известь проходит через грохот для отсева пыли и мелочи фракции менее 10 мм. При необходимости увеличения количества отсева извести допускается осуществлять отсев пыли и мелочи фракции менее 20 мм. В этом случае качество извести, отгружаемой в конвертерный цех, должно соответствовать СТП 232-109-2002. Высота слоя извести на решетке не должна превышать 80 мм, а угол наклона решетки должен быть от 40 до 45 град. После отсева пыли и мелочи крупная фракция извести по течкам передается на реверсивные челноковые конвейеры, которыми распределяется по бункерам готовой извести. Известь крупностью от 0 до 10 мм или от 0 до 20 мм по системе течек загружается в бункеры отсева извести4.4 Воздух для горения в печь подается вентилятором. Регулировку объемного расхода воздуха осуществлять в соответствии с тепловым режимом.

Горизонтальная вращающаяся механическая печь

Материал, подлежащий обжигу, загружается в печь (рис. 2.1) через желоб 1 и вследствие наклонного положения барабана печи 2 перемещается к разгрузочной части, где через откатную камеру 3 выгружается в охладительный барабан 4. Топливо (пылеуголь, жидкое топливо, газ) подается через форсунку 5 в откатной камере, газы, уходя из печи, уносят с собой большое количество пыли, частично осаждающейся в пылеуловительной камере 6. Для ускорения охлаждения извести охладительный барабан располагается в ванне 7, через которую пропускается вода.

К преимуществам вращающихся печей следует отнести: полную механизацию работ, равномерность обжига и однородность зернового состава выгружаемой извести; возможность применения разнообразных видов топлива (газового, жидкого, пылевидного) и обжига рыхлых и высоковлажных пород известняка (или мела).

К недостаткам вращающихся печей относятся:

- увеличенный удельный расход топлива;

- низкий термический коэффициент полезного действия, вызываемый, главным образом, плохими условиями для передачи тепла от газов к обжигаемому материалу;

- большие первоначальные затраты на 1 т мощности;

- большой расход металла на 1 т мощности;

- значительный унос из печи и из холодильника пыли, для улавливания которой требуется большой объем пылеосадительных камер;

- повышенная скорость прохождения обжигаемого материала (в несколько раз больше скорости в шахтных печах);

- загрязнение извести золой при пылевидном топливе и образование вследствие присадки золы спекшейся пленки, затрудняющей гашение извести;

- большой процент пережога при сжигании жидкого топлива.

В зависимости от длины печи и качества топлива удельный расход тепла, по данным практики, составляет 1800— 2200 ккал/кг полученной СаО при обжиге известняка и 2900—3300 ккал/кг при обжиге известкового шлама. С увеличением длины печи (при всех в прочих равных условиях) температура отходящих газов снижается, поэтому на практике стремятся к установке возможно более длинных печей. Однако длина печи имеет оптимальный предел, и увеличение отношения длины печи к ее диаметру выше 50 считается экономически нецелесообразным. У большинства действующих печей отношение длины к диаметру печей значительно меньше пятидесяти.

В настоящее время имеются печи длиной в 128 м и производительностью 300 т извести в сутки.

Газы, проходящие над обжигаемым материалом в печи (при коэффициенте заполнения барабана материалом от 8 до 15%), передают свое тепло обжигаемому материалу, главным образом лучеиспусканием и конвекцией, в результате чего эти печи имеют низкий термический коэффициент полезного деиствия. Для сравнения в табл. 3.1 приводятся тепловые балансы печей для обжига.

Таблица 3.1. Тепловые балансы шахтной и вращающейся известково-обжигательных печей (в %)

Наименование расходных статей Шахтная Вращающаяся

Полезный расход тепла, %...... 55,5 33,0

Потери тепла . ."......... 44,5 67,0

В том числе:

с сухими отходящими газами . . 9,5 21,4

с водяными парами из топлива 12,2 14,7

с водяными парами из известняка 4,3 5,8

с избыточным воздухом..... 1,3 2,0

от химического недожога .... 3,0 -

с выгруженной известью .... 5,0 9,5

в окружающее пространство . . . 9,2 13,6

Примечание. Для сравнения приведены данные по печам, работающим на природном газе о теплотворной способностью 8900 ккал/м*. При сравнительных испытаниях температура отходящих газов шахтной печи составляла 300°, а вращающейся— 630°.

---

Природоохранные мероприятия

При обжиге известняка во вращающихся печах образуется пыль известняка и извести.

К основным природоохранным мероприятиям в отделении относятся:

-аспирация пыли известняка;

-аспирация, газоочистка и пневматическая уборка пыли извести.

Аспирация пыли известняка осуществляется на участке вагоноопрокидывателя двумя аспирационными установками АУ-7 и АУ-8. Установка АУ-7 состоит из четырех циклонов типа ЦН-15 диаметром 400 мм, которая предназначена для аспирации конвейеров известняка.

Установка АУ-8 состоит из восьми циклонов типа ЦН-15 диаметром 800 мм и предназначена для улавливания пыли при залповом выбросе известняка из вагонов. Аспирация комплекса вращающихся печей предусматривает аспирацию шахтного охладителя извести и аспирацию конвейеров. Отсос пыли из лотковых питателей шахтных охладителей извести осуществляется дымососами по воздуховодам в циклон типа СКЦН-34Б-1000.

Пыль, собранная в циклоне, передается на конвейеры. Отсос пыли из конвейерной галереи осуществляется с помощью дымососов типа Д-13,5. Очистка пыли — двухступенчатая: в первой ступени очистки используются два футерованных сухих циклона; во второй — два циклона типа СКЦН-34Б-1000. Дымовые газы от высокотемпературного подогревателя по газоходам поступают в первую ступень очистки — две группы циклонов типа Ц-15 диаметром 1200 мм. В каждой группе установлены по шесть циклонов. Вторая ступень очистки — электрофильтр фирмы «Спейк».

Система пылеочистки предназначена для уборки пыли извести из бункеров торцевой загрузочной головки, циклонов и бункеров электрофильтра.

Запрещается выполнение технологических операций при отключенном или неисправном оборудовании аспирации, газоочисток.

Водопотребление и водоотведение отделения включает в себя:

1. Систему водяного охлаждения ходовой части вентилятора типа ВВДН-17;

2. Систему водяного охлаждения опорных роликов вращающихся печей;

3. Систему водяного охлаждения ходовой части мельничного вентилятора.

Для охлаждения используют техническую воду, которую подают из цеха водоснабжения. После охлаждения вода поступает .в техническую канализацию, а затем в отстойник.

4. Систему испарительного охлаждения высокотемпературного шахтного подогревателя с естественной циркуляцией и дополнительной подготовкой питательной воды в деаэраторе.

Для испарительного охлаждения применяется химически очищенная вода, подаваемая из теплосилового цеха, которая преобразуется в системе в пар, поступающий в дальнейшем в общекомбинатовский паропровод, а также используемый для нужд цеха. При ведении технологических процессов, связанных с охраной воздушного, водного бассейнов и соблюдением санитарно-гигиеничес ких норм на рабочих местах, необходимо руководствоваться стандартом предприятия: СТП 232-87-98 «Охрана окружающей природной среды. Основные положения», «Правилами эксплуатации установок очистки газов», за­конами Украины: «Об охране природы», «Об охране атмосферного воз­духа», «Об отходах», Водным кодексом Украины, нормативами пре­дельно допустимых выбросов в атмосферу и сбросов во внешние водоемы. 10.3.1 Применение известняка должно осуществляться в соответствии с СП 3905-85 «Санитарные правила для предприятий по добыче и обогащению рудных, нерудных и россыпных полезных ископаемых». Содержание пыли известняка в атмосферном воздухе должно соответствовать требованиям СП 3865-85 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе». Содержание пыли известняка в почве должно соответствовать требованиям СП 3210-85 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в почве».

Шахтные печи в настоящее время являются наиболее распространенным агрегатом для обжига известняка. Конструктивные особенности шахтных печей весьма разнообразны и зависят, главным образом, от способа сжигания топлива и производительности печи. Профиль шахты как по продольному, так и по поперечному сечению отличается значительным разнообразием.

В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания шахтные печи разделяются на пересыпные и газовые.

Шахтные пересыпные печи.

В пересыпных печах (рис. 2.1) известняк вместе с топливом загружается в шахту 1 сверху печи через загрузочные люки 2 и постепенно, по мере выгрузки готовой извести, опускается вниз, проходя зоны подогрева, обжига и охлаждения. Топливо, опускаясь также вниз, сгорает, выделяя тепло, необходимое для обжига известняка. Газы удаляются через газоотвод 3, а готовая известь-с помощью выгрузочного механизма 4.

Воздух для горения топлива входит снизу печи, нагреваясь в зоне охлаждения от соприкосновения с горячей известью, которая при этом охлаждается. Продукты горения топлива, смешиваясь с углекислотой, выделившейся от разложения извёстняка, поднимаются вверх. Проходя в зоне подогрева между кусками свежезагруженного известняка и топлива, печные газы нагревают их, а сами, при этом охлаждаясь, удаляются через верхнюю часть печи.

Теплопередача в этих печах имеет существенные особенности. Процессы теплообмена здесь происходят в слое кусковых материалов, через которые проходят газы, следовательно, шахтные печи представляют собой противоточный теплообменный аппарат. Благодаря противоточному теплообменному принципу, при котором используется теплота отходящих газов для подогрева свежезагруженного известняка и топлива, а также теплота горячей извести для подогрева воздуха, необходимого для сжигания топлива, расход топлива в шахтных пересыпных печах всегда меньше, чем в печах других типов.

Рис. 2.1. Шахтная пересыпная известково-обжигательная печь:

/ — шахта; 2—загрузочные люки; 3—газоотвод; 4 — механизм для выгрузки извести.

Подача топлива в пересыпные печи может происходить несколькими способами:

- топливо предварительно смешивается с известняком и в таком виде подается в печь;

- топливо и известняк подаются последовательно и загружаются послойно;

- топливо спрессовывается с дробленым известняком и загружается в печь в виде «черных» брикетов.

Пересыпные печи просты по конструкции, строительству и надежны в эксплуатации.

Сечение шахты пересыпных печей обычно круглое, что имеет ряд преимуществ по сравнению с прямоугольным как в строительном отношении, так и вследствие уменьшения наружного охлаждения печи и обеспечения равномерности распределения шихты и газов по сечению шахты. Следует отметить, что последнее преимущество имеет место при сохранении цилиндрической формы шахты по всей высоте печи и при постоянстве зернового состава как известняка, так и топлива. В случае же значительного колебания зернового состава известняка и топлива цилиндрическая форма шахты может не обеспечить равномерного распределения шихты и газов по сечению шахты по всей ее высоте.

В случае резкого колебания зернового состава известняка и топлива, при загрузке в печь более крупные куски располагаются у периферии, а более мелкие—у центра печи. В этих условиях основное горение в печи будет происходить по периферии шахты, сопровождающееся местным перегревом футеровки и преждевременным выходом ее из строя.

Следовательно, колебания в зерновом составе известняка не дают возможности поддерживать равномерность процесса горения в печи, являющуюся основным условием хорошего использования теплоты газов, образующихся от сгорания топлива.

Равномерность процесса горения в печи возможна только при одинаковых скоростях продвижения газов по всему сечению печи. Поскольку газы, поднимаясь вверх по печи, выбирают путь наименьшего сопротивления, который будет там, где сосредоточено больше крупных кусков, т.е. у стен печи, скорость продвижения газов у стен печи будет всегда больше, чем в центре.

Явление уменьшения скорости продвижения газов в центре печи по сравнению со скоростью у стен печи называют «эффектом стенки».

При резком колебании зернового состава коническая форма шахты более приемлема, так как она, по мере опускания шихты вниз, благоприятствует отдалению от стенок печи местных очагов горения. Чем больше разность диаметров верхнего основания и распара печи, тем благоприятнее протекают условия обжига. Следовательно, цилиндрическая форма шахты печи приемлема только в случае обеспечения постоянства зернового состава известняка и топлива.

Объемное напряжение шахты в пересыпных печах выше, чем в газовых. Пересыпные печи являются наиболее распространенными и в основном наиболее мощными.

Достоинства пересыпных печей:

-расход топлива меньше, чем в печах других типов, благодаря противоточному теплообменному принципу

-пересыпные печи просты по конструкции, строительству и надежны в эксплуатации

-при сохранении цилиндрической формы шахты по всей высоте печи и при постоянстве зернового состава как известняка, так и топлива, уменьшение наружного охлаждения печи и обеспечение равномерности распределения шихты и газов по сечению шахты

Недостатком этих печей является то, что

-в них могут применяться только короткопламенные виды топлива, так как сжигание длиннопламенного топлива связано с пониженным использованием калорийности топлива.

-в них известь получается загрязненной золой, шла ками и остатками несгоревшего топлива, что для ряда производств-потребителей является нежелательным.

В тех случаях, когда требуется установка печей большой производительности, требования к чистоте извести небольшие и имеется поблизости источник обеспечения короткопламенным топливом, целесообразно обжиг карбонатного сырья вести в пересыпных печах.

В газовых печах известняк загружается отдельно сверху печи, топливо предварительно сжигается в топках, а полученные газообразные продукты (полного сгорания топлива, полугаз или генераторный газ) вводятся в шахту печи примерно на 1/3 высоты от низа.

Газовые печи по способу сжигания топлива разделяются на

-печи с выносными топками полного сгорания;

-с выносными топками неполного сгорания (полугазовыми топками);

-работающие на генераторном газе.

Шахтные газовые печи с выносными топками.

Состоят из двух основных элементов: топки, в которой происходит полное или неполное сжигание топлива, и шахты, в которой производится собственно обжиг известняка за счет только тепла топочных газов или за счет тепла от догорания топочных газов, поступающих в шахту печи.

В топках полного сгорания топливо сжигается на колосниках полностью с необходимым избытком воздуха. Дымовые газы, нагретые до температуры 1100—1200°, поступают в зону обжига, где передают свое тепло известняку, нагревая его до температуры разложения, а затем, пройдя зону подогрева, удаляются в атмосферу.

Учитывая, что в зоне обжига горения топлива не происходит, нет необходимости подводить сюда воздух из зоны охлаждения, так как этот воздух, смешиваясь с дымовыми газами, только снижал бы их температуру, что отрицательно отразилось бы на скорости обжига. Поэтому зона охлаждения в печах с выносными топками полного сгорания должна быть плотно закрыта снизу. Известь из зоны охлаждения выходит очень горячей, что обусловливает повышенную потерю тепла, а следовательно, и повышенный расход топлива на обжиг, не говоря уже о том, что при выгрузке горячей извести ухудшаются условия труда.

Кроме того, потеря тепла происходит также от остывания наружных стен самих выносных топок, в результате чего в печах с выносными топками полного сгорания всегда расходуется больше топлива, чем в печах других конструкций; обычно этот расход составляет~23% условного топлива от веса извести.

Обжиг известняка продуктами полного сгорания обычно производится в печах малой емкости (до 50 м3), и производительность их обычно не превышает 10—25 т обожженной извести в сутки. По условиям сжигания топлива наивысшая температура газов достигается не в шахте печи, не в зоне обжига, а в топках и газовых окнах, что приводит в отдельных случаях к быстрому разрушению кладки в этих местах. Относительно невысокая температура газов в зоне обжига, достигаемая в печах с топками полного сгорания, а вследствие этого их малая производительность ограничивают применение этого типа печей для обжига известняка. В настоящее время печи с топками полного сгорания редко применяются для обжига известняка.

На рис. 2.2 показана шахтная печь с топками полного сгорания. Печь представляет собой шахту 1, снаружи выложенную обыкновенным красным кирпичом 2, а внутри— огнеупорным кирпичом 3. Продолжением шахты печи является дымовая труба 4.

Для обеспечения равномерности обжига известняка по всему сечению шахты предусматриваются несколько, обычно 4—6, небольших размеров топок 5, расположенных вокруг шахты, с колосниковыми решетками 6, на которых сжигается длиннопламенное топливо.

В шахте имеется ряд смотровых отверстий 7 для наблюдения за работой печи.

Выгрузка извести из печи производится через лотки 8. Внутри печи над шахтой проложены рельсы, по которым в печь через загрузочные отверстия 9 вводится тележка с известняком. Эти тележки имеют раскрывающееся дно, и при поворотах рычага весь известняк из тележки высыпается в печь. В печах с выносными топками полного сгорания может быть использовано любое длиннопламенное топливо, позволяющее получить в топке температуру 1000—1200°.

Рис. 2.2. Шахтная газовая извесгково-обжигательная печь с выносными топками полного сгорания: 1 — шахта; 2 — наружная кладка из красного кирпича; 3—кладка из огнеупорного кирпича; 4—дымовая труба; 5 — выносная топка полного сгорания; 6—колосниковая решетка; 7—смотровое отверстие; 8— выгрузочное отверстие; 9— загрузочное отверстие.

Для уменьшения охлаждения горячих газов по пути из топок в шахту печи, топки располагают возможно ближе к газовым окнам. Топки полного сгорания располагаются на 1/3 высоты шахты, и в большинстве случаев в них используются местные виды топлива.

Рис. 2.3. Выносная топка полного сгорания:

1 — камера сгорания; 2 — колосниковая решетка; 3 — топочная камера; 4—зольник; 5—дверцы топки; 6—дверцы зольника; 7 —пламенное окно

Выносная топка полного сгорания (рис. 2.3) представляет собой кирпичную ка­меру 1, футерованную внутри шамотным кирпичом и разделенную горизонтальной колосниковой решеткой 2 на две части—топочную камеру 3 и зольник 4. Во фронтовой стенке топки имеются дверцы топочной камеры 5 для загрузки топлива и дверцы 6, для чистки колосниковой решетки и выгрузки золы из зольника. Продукты горения—газы поступают в шахту печи через окна 7.

Для обеспечения нормального процесса горения топлива большое значение имеет толщина слоя топлива на колосниковой решетке, зависящая от сорта, крупности кусков и влажности топлива. Чем крупнее куски топлива и чем выше его влажность, тем толще может быть слой топлива. Чем мельче и суше топливо, тем тоньше должен быть слой его на колосниковой решетке

Недостатки этих печей:

-потери тепла из-за высокой температуры извести, выходящей из зоны охлаждения, а следовательно, и повышенный расход топлива на обжиг, не говоря уже о том, что при выгрузке горячей извести ухудшаются условия труда;

-потери тепла от остывания наружных стен самих выносных топок, в результате чего в печах с выносными топками полного сгорания всегда расходуется больше топлива, чем в печах других конструкций;

-невысокая температура газов в зоне обжига, а вследствие этого их малая производительность печей.

Природоохранные мероприятия

На шахтных печах установлена двухступенчатая очистка: первая ступень-шесть циклонов типа ЦН-15 диаметром 900 мм, вторая ступень-два циклона типа СКЦН-34 диаметром 2000 мм.

Аспирация пыли на шахтных печах осуществляется двумя аспирационными установками АУ-20 и АУ-21. Очистка пыли двухступенчатая: первая-циклон типа СИОТ №7, вторая-2 циклона типа СКЦН-34Б-1200 либо из 4-х секций рукавных фильтров.

Тканевый (рукавный) фильтр

Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по несколько рукавов. Загрязненный газ подводится в нижнюю часть камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру и через открытый выпускной клапан выходит из нее, поступая в газопровод чистого газа. Частицы пыли оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава постепенно увеличивается. Когла оно достигнет некоторого предельного значения, фильтр переводится в режим регенерации.

Коксохимическое производство является источником образования вредных газообразных, жидких и твердых отходов и выбросов. Поэтому в первую очередь следует направить усилия на сокращение или подавление образования вредных веществ техническими и технологическими способами, снижать потери и расход сырья и топлива, широко практиковать повторное использование отходов производства взамен минерального сырья, использовать вторичное тепло и т. п. Это обеспечивается при строительстве коксохимических заводов вблизи шахт, когда основное количество отходов обогащения углей можно закладывать в подземные выработки. Кроме того, при кооперировании производств, например строительстве коксохимических заводов в черте металлургических предприятий, не только сокращаются пути перевозки продукции, но и появляется возможность использовать коксовый газ в доменном и других производствах, а доменный — в коксовом. Кооперирование коксохимического производства с азотно-туковым позволяет полностью использовать ценные компоненты коксового газа: водород для синтеза аммиака, этилен для получения этилбензола, дихлорэтана и др.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ЦЕХА УГЛЕПОДГОТОВКИ

В цехе углеподготовки осуществляют такие операции, как прием и хранение угля, обогащение, шихтовка (дозирование и смешивание), окончательное измельчение; до заданной крупности, транспортировка и хранение шихты. В этом цехе в процессе подготовки угля образуется; угольная пыль, количество которой зависит от влажности и степени измельчения угля.

Значительное количество вредных газов и пыли образуется при сушке шихты. Уголь в сушильных барабанах сушат продуктами сгорания топлива, разбавленными воздухом. Температура дымовых газов при входе в сушильный барабан составляет 800°С, при входе в дымовую трубу 60—70°С. Ниже приведены величины вредных выбросов из агрегатов сушильного отделения при сушке флотоконцентратов:

Выбросы...................................... СО S0₂ N0_x

Удельный объем газов после
сушильных барабанов, м³/т су­
хого концентрата..................... 2700

Концентрация вредных веществ в газах после сушильных ба­рабанов, г/м³:

максимальная................... 0,25 0,55 0,07

минимальная....................... 0,08 0,017 0,00

средняя................................. 0,10 0,07 0,02

Средние удельные выбросы, г/т

сухого концентрата.... 270 190 55.

Угли, измельченные до 3 мм, целесообразно сушить в кипящем слое топочными газами с температурой до 900° С. Удельный расход тепла при этом составляет примерно 3500 кДж/кг испаренной влаги. Температура сухой шихты около 100° С.

Рекомендуется шихту в печь загружать пневмотранспортом (по трубам с помощью пара или инертного газа). Отсос пылегазовых выбросов необходимо осуществлять дымососами, размещенными на углезагрузочных вагонах через кольцевые зазоры газораспределительных устройств с подачей их в орошаемые водой абсорберы. Для очистки выбросов от СО и органических примесей их дожигают с помощью горелочного устройства. Обеспыленные газы можно также направлять в газосборники. В табл. 13 приведены состав и количество выбросов, которые могут наблюдаться при термической подготовке шихты без использования газоочистки. Глубокая сушка шихты до влажности 1—2% обеспечивает также сокращение выхода надсмольных вод на 0,08 м^э/т кокса.

Источником загрязнения окружающей среды могут быть и углеобогатительные фабрики. Обогащение углей чаще осуществляется на месте их добычи и входит в комплекс угледобывающих предприятий. В ряде случаев эту операцию выполняют на коксохимических заводах.

Обогащение углей заключается в удалении части золы, количество которой до обогащения составляет от 18 до 14%, а также серы и влаги. Содержание серы в углях для коксования не должно превышать 2%, влаги 7—9%. Сера в угле находится в виде пиритной Ре8, сульфатной Са8Од и связанной с органическими веществами угля связями типа К—8Н. Пиритная сера при обогащении удаляется сравнительно легко, сульфатная и органическая переходят в кокс и коксовый газ в среднем на 30— 50%. Степень обессеривания угля, например донецкого, составляет только 15—25%. В результате обогащения получают продукты с различным составом минеральных примесей: концентрат, промежуточный продукт (сростки угля с породой) и хвосты (пустая порода).

Обогащение крупного угля на обогатительных фабриках проводят или в отсадочных машинах, или в магнетитовой суспензии, мелкого — отсадкой, а шламов — флотацией. Такие вредные примеси, как фосфор, количество которого в угле составляет 0,01—0,16%, и незначительные количества ртути, обогащением не отделяются

В доменном процессе при переводе сернистых соединений в шлак на каждые 0,1% серы затрачивается до 1,5% флюсов и кокса, что наряду с увеличением расхода сырья и топлива повышает загрязнение среды продуктами переработки этих материалов. Поэтому повышение степени удаления серы из углей для коксования является хотя и трудной, но весьма важной задачей. Этого можно достигнуть применением усовершенствованных концентрационных столов типа СКГТУ, а также СКПМб. До 35% серы можно перевести из угля в шлам при обогащении угля в тяжелых средах (растворах неорганических солей, тонких взвесях минеральных суспензий и др.). Разделение в гидроциклонах-сепараторах проходит при этом за счет плотности жидкости, большей плотности угля и меньшей, чем порода. Частицы угля всплывают, порода тонет. Схема обогащения угля типовая.

11

рис.1. Схема обогащения угля

При термической подготовке шихту нагревают, до 150—250°С. Схема установки приведена на рис.1. Влажная шихта ленточным транспортером 1 и дозатором 2 подается в бункера-хранилища 3, откуда дозаторами 4 по ленточному конвейеру 5 поступает на цепной забрасыватель 6, с помощью которого шихта загружается в вертикальный сушильный агрегат - трубу 7. Сыпучий продукт подхватывается потоком восходящих газов, поступающих из топки 18, и выносится в зону отделения 8. Здесь шихта отделяется от газа-теплоносителя и выгружается через питатели 9 на скребковые конвейеры 13, которые распределяют шихту по бункерам 14. В бункера подают также азот от кислородной станции для предотвращения самовозгорания угля. Отработанный теплоноситель из отделителя вентилятором рециркуляции 19 отсасывается и подается в топку для явления горячих газов и снижения их температуры до 800—900° С. Теплоноситель получают путем сжигания коксового газа. Отработанный теплоноситель подают на двухступенчатую газоочистку, где он орошается водой в абсорберах 20 и 21. Затем обеспыленные газы через дымовую трубу поступают в атмосферу.

Для уменьшения каплеуноса скорость газов в последнем абсорбере необходимо; поддерживать на уровне 1-1,5 м/с или устанавливать каплеотделитель для дополнительной очистки газов от пыли. Шламовая вода и абсорберов стекает в сборник 22 и насосом 23 подается на разделение 25. Осветленную воду возвращают в цикл на орошение газов. Угольный шлам фильтрации и сушки используют в производстве.

Для очистки газов от пыли и химических примесей необходимо применять электрические и тканевые фильтры мокрое пылепоглощение и щелочно-абсорбционные методы очистки газов от SO₂, NО_x, каталитические методы дожигания СО и органических примесей.

Основное количество пылегазовых выбросов в коксохимическом производстве образуется коксовыми печами. При загрузке холодной шихты в нагретую до высокой температуре печь интенсивно выделяются влага, угольная пыль и газообразные продукты. По мере повышения температуры из угля выделяются пирогенетическая влага и летучие вещества. При завершении коксования образуется примерно 73—75% твердого остатка (кокса) и до 25% летучих веществ, в том числе сернистые и азотистые соединения, непредельные и ароматические углеводороды, аммиак, цианистый водород и другие хи­мические вещества.

Количество серы, содержащейся в идущих на коксование углях, колеблется от 0,5 до 4%.

Содержание серы в коксе в определенной мере влияет на загрязнение окружающей среды, так как при выплавке чугуна часть ее переходит из кокса в доменный газ, используемый в качестве энергетического топлива. Поэтому обогащение углей в значительной степени способствует снижению сернистости шихты, а ограничение содержания серы в коксе имеет не только технологическое значение, но и способствует уменьшению загрязнения окружающей среды. В настоящее время установлены ограничения по содержанию серы в коксе: для донецких углей 1,7—2, кузнецких 0,5, карагандинских 0,8%.

При коксовании азотсодержащие соединения из угля переходят в газ и образуют ряд химических продуктов: аммиак, синильную кислоту, МО_Х, пиридин, хинолин и другие соединения, которые также загрязняют окружающую среду.

К вредным химическим примесям коксохимического производства, обладающим канцерогенными свойствами, относятся ароматические полициклические углеводороды типа бенз[а]пирена (БП), бенз[а]антрацена, дибенз[а]антрацена и др. Например, в каменноугольной смоле содержится канцерогенных углеводородов от 0,16 до 1%, а в пековых дистиллятах от 0.14 до 0,84 и достигает иногда 2,2%. Приведенные в литературных источниках данные о содержании канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в продуктах пиролиза углей изменяются в зависимости от технологических и других факторов.

Бенз[а]пирен хорошо адсорбируется на поверхности твердых частиц золы, сажи, графита, на пылинках соединений кальция и кремния, с которыми из воздуха попадает в водные бассейны и почву. Для сокращения количества канцерогенных углеводородов в первую очередь необходимо обеспечить режим полного сгорания топлива, организовать эффективный локальный отсос газов как организованных, так и неорганизованных (осо­бенно выбросов коксовых и пекококсовых печей) с последующей их химической очисткой. При абсорбционных процессах очистки газов канцерогенные вещества практически не обезвреживаются, а лишь переводятся из газовой в жидкую фазу. При этом следует также учесть, что БП обладает высокой химической, биологической и термической устойчивостью, из-за чего его обезвреживание затруднено. Тем не менее, при воздействии ультрафиолетовых лучей БП подвергается окислительной фотодеградации в атмосферном воздухе, т. е. происходит самоочищение атмосферы.

Таким образом, защита окружающей среды при производстве кокса является весьма сложной задачей как в техническом, так и в технологическом отношении. Данные о количественно-качественном составе вредных пылегазовых выбросов при загрузке угольной шихты и выдаче кокса приведены в табл.3. Для сокращения вредных выбросов можно рекомендовать, например, строительство коксовых батарей большой единичной мощности объемом камер 50 м³ и более, с бездымной загрузкой шихты, беспылевой выдачей и сухим тушением кокса.

Таблица 3. Удельные выбросы вредных веществ в период загрузки коксовых печей углем и при выдаче кокса

Пылегазовые выделения можно также уменьшить, закрыв тракты транспортирования угля и кокса кожухами, загерметизировав пылящее оборудование или организовав локальные отсосы пыли и ее очистку сухими или мокрыми методами. Уменьшить загрязнение воздуха пылью на рабочих местах, площадках и в производственных помещениях коксовых цехов можно своевременной уборкой. В настоящее время разработаны пневматический и роторный механизмы для уборки пло­щадок коксовой батареи. Верх печи, пути коксовоза и помещения под коксосортировкой можно убирать с помощью самоходной пневмомашины. Другие помещения целесообразно убирать гидросмывом, при этом необходимо иметь отдельные лотки и шламопроводы для удаления водных суспензий с мелким шламом и крупными частицами во избежание забивания канализационной сети. Отстойники и хранилища нужно очищать от осадков механизированным способом с применением гидравлической размывки отложений.

Зачистка отложений на дверях и рамах коксовых печей обеспечивает снижение выделений газа и пыли в процессе коксования. Основным источником пылегазовых выбросов является загрузка коксовых печей угольной шихтой. Бездымная загрузка шихты с отсосом пылегазовых выбросов, например, паровой инжекцией (давление пара в форсунках 0,7—0,8 МПа и более) в газосборники резко сокращает загрязнение воздуха коксовыми батареями. Применением гидроинжекции (распылением в стояках фенольной воды под давлением 3—4 МПа) наряду с уменьшением выбросов в атмосферу можно снизить объем сточных фенольных вод. Гидроинжекция улучшает очистку газосборников от отложений, снижает температуру газов, но требует дополнительных агрегатов для отстаивания и осветления оборотной воды. При отсосе пылегазовых выбросов в газосборники смола загрязняется шламом, что требует дополнительных мер для их удаления из сборников смолы. Рекомендуется отстойники смолы оснащать механическими устройствами для уборки фусов и перерабатывать их с целью обеспечения безотходного использования.

На рис.2 приведена схема бездымной загрузки угольной шихты с отсосом газов в газосборники. В коксовую камеру 1 при закрытых дверях 2 через загрузочные люки 3 из бункеров 4 углезагрузочного вагона 5 поочередно загружают угольную шихту. Пылегазовые выбросы отсасывают через стояки 6 паровым инжектированием (или гидроинжекцией) через сопла 7 в газосборник 8. Шихта в коксовой камере разравнивается планировочной штангой 9, оснащенной уплотняющим устройством 10. На коксовыталкивателе 11 установлена штанга 12 для выдачи кокса из печи через нжсонаправляющую 14 двересъемной машины 13 в тушильный вагон. 15. Охлажденный кокс выгружают на коксовую рампу 16 и конвейером подают на коксосортировку. Кроме передвижных газоочистных устройств, можно применять газопровод-коллектор, устанавливаемый

рядом с газосборником. В отдельных случаях к газосборникам можно подсоединять штуцеры-отводы для индивидуальной системы отсоса газов в газосборники, минуя стояки. Однако излишнее усложнение системы соединения газопроводов затрудняет доступ к ним, механизацию и автоматизацию процесса.

Можно применять также и другие методы и аппараты по отводу и очистке газов. Например, бездымная загрузка угольной шихты на одном из коксохимических заводов Японии совмещена с инжектированием газов в газосборник с помощью аммиачной воды. На многих коксохимических заводах ФРГ применяют бездымную загрузку с помощью \глезагрузочных вагонов с отсасыванием и очисткой пылегазовых выбросов трубами Вентури или центробежными промывателями с дожиганием газов на свече или в специальных печах перед выбросом их в атмосферу.

При применении для коксования термоподготовленной угольной шихты сокращаются время коксования и количество вредных выделений в атмосферу. Поэтому система загрузки печей угольной шихтой при 150— 250 °С, содержащей не более 2% влаги, жвляется более перспективной. Сухая шихта хорошо растекается по печи и не требует планирования, образует меньше пылегазовых выделений. Загружать печь можно с помощью специального углезагрузочного вагона через средний люк и одновременно отсасывать газы через оба крайних люка с последующей подачей газа на индивидуальную систему очистки и дожигания горючих компонентов. Локальная аспирационно-очистительная система состоит из двухступенчатой сухой и мокрой газоочистки от пыли, вентилятора и устройства, дожигающего СО и другие органические вещества.

Система загрузки угольной шихты, отсоса и очистки газов (рис. 3) работает следующим образом. Из бункера 2 углезагрузочного вагона / уголь стекает через центральный люк 3 в печь 4. Пиролизные и дымовые газы вместе с пылью через боковые люки 5 отсасываются дымососом 6 и очищаются в сухом -7 и мокром 8 пыле­уловителях. В печи-смесителе 9 дожигаются органические примеси подогревом газов до температуры не ниже 700° С путем сжигания коксового газа в горелке 10. Дымовые газы через трубу 11 выбрасывают в атмосферу. Сухие пылеуловители (циклоны) соединены общим газоходом 12. В дымосос б для коагуляции пыли подают воду из бака 13 насосом 14 в форсунки 75. Шламовую воду собирают в гидрозатворах 16 и периодически отправ­ляет на переработку по трубопроводам. По окончании загрузки шихты отключают локальную систему отсоса, а газы через стояки 17 направляют в газосборники 18. Система несколько сложна в эксплуатации.

Рис. 3 Локальное аспирационное устройство для очистки от газов пыли и дожигания горючих компонентов при загрузке шихты

Не менее важны для защиты среды от загрязнения разработка и промышленное применение системы беспылевой выдачи кокса из коксовых печей, например, с помощью стационарных укрытий коксонаправляющей и тушильного вагона. Известна система с применением передвижных вытяжных зонтов (колпаков) и общего газохода-коллектора для отсоса газов, смонтированного вдоль коксовой батареи. Отсос и очистка газов осуществляются стационарной установкой мокрого типа.

Можно применять также системы беспылевой выдачи кокса с мокрым или сухим тушением его на передвижных устройствах, находящихся рядом с тушильным вагоном и перемещающихся вместе. За рубежом делали попытки полного укрытия коксовой стороны батареи. При этом длинная галерея оснащена мощными дымососами и газоочистками мокрого типа.

Большие количества вредных выбросов образуются при мокром тушении кокса фенольной водой. Количество канцерогенных веществ в воде составляет примерно 0,1% от наличия в воде смолистых соединений. Основная часть летучих соединений не сгорает, а с парами воды поступает в атмосферу, причем в течение 1,5— 2,5 мин упаривается 0,4—0,5 м³ воды на 1 т кокса. Поэтому для тушения кокса рекомендуется применять техническую или оборотную воду, очищенную от фенолов, цианидов и других веществ. Состав вредных выделений при тушении кокса приведен в табл. 4.

После кратковременного отстаивания кокс выдают на рампу, где он находится 10—20 мин. При этом вода с кокса и с рампы стекает в дренажный колодец, который периодически очищают от шлама. Затем кокс перегружают на транспортер и через перегрузочную станцию на валковый грохот коксосортировки.

При сухом тушении кокса на установках сухого тушения (УСТК) системы кокса вредные пылегазовые выбросы минимальны благодаря герметичности системы. Для получения пара используют тепло раскаленного кокса, которое можно также использовать для конверсии коксового газа с получением восстановительного газа. В этом случае CO₂, С>2 и CH₄ можно превратить в СО и Н₂.

Процесс сухого, тушения кокса (рис. 4) проводят по следующей схеме. Раскаленный кокс при 950—1050 °С в специальном тушильном вагоне со съемным кузовом и направляющими стойками 2 подают в шахту подъемника УСТК. Из вагона через загрузочное устройство 3 кокс выгружают в форкамеру 4, из которой он поступа­ет в камеру тушения 5. Камера оснащена периферийными дутьевыми решетками 6, а форкамера, служащая для накопления горячего кокса, имеет кольцевой отвод 7 для циркулирующих инертных газов (продуктов сгорания кокса или коксового газа). Горячий инертный газ из камеры тушения отсасывают в пылеосадительную камеру 8 с перегородкой 9, в которой оседает крупная фракция пыли. Система утилизации тепла

состоит из водотрубного котла-утилизатора 12 с водонагревателем и пароперегревателем. В котле-утилизаторе газы охлаждаются до 150—200 °С, а в циклоне 10 очищаются от мелкой пыли. Уловленную пыль через герметичный бункер 11 выгружают в контейнеры и отправляют на брикетирование. Охлажденный и обеспыленный газ газодувкой 13 подают в камеру тушения кокса. Кокс при 200— 250° С через двойной затвор и разгрузочное устройство 14 выгружается автоматически на коксовую рампу 75 и по ленточному конвейеру 16 отправляется на коксосортировку.

Несмотря на герметичность УСТК, в нее попадает некоторое количество воздуха, что приводит к сгоранию части кокса и дополнительному образованию теплоносителя. Избыточное количество газов периодически сбрасывают в атмосферу. В этих газах обычно содержится около 20 % СО и более, поэтому их обезвреживают сжиганием на свече, оснащенной автоматическим зажигающим устройством, сблокированным с механизмом сброса избытка газов на УСТК. Производительность УСТК до 1200-т кокса в сутки. Конечная температура кокса перед выдачей на рампу не должна превышать 250° С во избежание самовозгорания. Коксовая рампа должна быть механизирована и работать в непрерывном режиме приема и выгрузки кокса на конвейеры, подающие кокс Рис.4 Установка сухого сушения кокса на коксосортировку.

Применение сухого тушения кокса позволяет не только резко сократить пыле-гжэовые выбросы, но и уменьшить тепловые выбросы в атмосферу. При сухом тушении 6 щи. т кокса с использованием тепла можно сэкономить тепло, эквивалентное более 200 :. т угля, и получить пар давлением 2,2 МПа с температурой перегрева 450° С. Затраты производстве такого пара в два раза ниже, чем на ТЭЦ. На 1 т кокса можно полу­около 0,5 т пара выше приведенных параметров.

Завершающей стадией производства кокса является его разделение на классы. При этом вместе с парами воды может выделяться определенная часть пылевидных частиц кокса. Для предотвращения этого на всем пути транспортирования кокса, особенно в местах перевалок, создают специальные укрытия. Конвейеры оснащают виброжелобами для отделения пыли, грохоты укрывают кожухами и оснащают локальными вытяжными устройствами с очисткой выбрасываемого воздуха от пыли. При хорошем техническом состоянии транспортного хозяйства и герметичности систем, удовлетворительной работе вентиляционных установок и циклонов-пылеуловителей унос пыли в атмосферу незначителен. Другие вредные примеси в атмосферу на коксосортировках и при транспортировании кокса, как правило, не выделяются. Так же загрязнение окружающей среды предотвращается при производстве литейного кокса.

Особое место как источник загрязнения окружающей среды в коксохимии занимает пекококсовое производство. Пылегазовые выбросы пекококсового производства обладают высокой токсичностью. Подготовка пековой смолы к коксованию и производство пекового кокса являются основными источниками выбросов веществ с канцерогенными свойствами. Уменьшить эти выбросы можно герметизацией аппаратов и газопроводов, устройством локальных систем отсоса газовых выбросов и их очисткой от химических примесей, разработкой непрерывных процессов окисления и коксования пековой смолы и др. В существующих камерных пекококсовых печах целесообразно внедрить системы отсоса и очистки выбросов, загрузки смолы и выдачи кокса, аналогичные системам, разрабатываемым и применяемым на коксовых печах. Обезвредить выбросы можно, установив системы термокаталитического дожигания с использованием тепла. Выбросы пекококсовых печей необходимо также направлять в газопровод прямого коксового газа. Выбросы из воздушников хранилищ, сборников и других емкостей, содержащих жидкие продукты и выделяющие в атмосферу летучие углеводороды, необходимо направлять в общий газоход с поглощением их, например, поглотительным маслом или обезвреживать термокаталитическим дожиганием, а также направлять в топки котлов.

В настоящее время отсутствует достаточно полная и точная характеристика пылегазовых выбросов коксохимического производства, а имеющиеся сведения требуют уточнения и дополнения. Это обусловлено наличием ,большого числа мелких источников выбросов, в том числе неорганизованных, необходимостью определения состава сложных смесей газов, периодичностью и непостоянством концентрации примесей выбросов и др.

Основное количество вредных веществ в коксохимическом производстве выделяется при загрузке камер коксования угольной шихты при выдаче и тушении кокса, при переработке химических продуктов сгорания.

Для уменьшения загрязнения воздушного бассейна выбросами коксохимического производства необходимо:

1) осуществлять бездымную загрузку коксовых печей с применением пароинжекции или гидроинжекции или оборудовать углезагрукзочные вагоны локальным отсосом и системой очистки газов;

2) совершенствовать методы беспылевой выдачи кокса;

3) внедрять термическую подготовку шихты с эффективным пылеулавливанием;

4) своевременно ремонтировать коксовые батареи;

5) устранять неорганизованные выбросы газов через неплотности загрузочных люков, крышек стояков и дверей коксовых печей;

6) по возможности осуществлять сухое тушение кокса;

7) внедрить технологию производства кокса непрерывным методом;

8) объединить по группам в коллекторы воздушки от аппаратов и хранилищ с одинаковыми продуктами с последующей очисткой выделяющихся газов, использовать резервуары с плавающими крышками, экранами, мембранами, микрошариками, пеной, эмульсиями и т.д.;

9) исключать выбросы из градирни конечного охлаждения коксового газа;

10) полностью утилизировать, образующиеся твердые и жидкие отходы производства;

11) оборудовать места погрузочно-разгрузочных работ площадками с бортами и отводами жидкостей в емкости, а ливневых вод - в фенольную канализацию через контрольные сборники.

Помимо санитарной очистки газовых выбросов перед выпуском их в атмосферу, в доменном производстве первостепенную роль играет очистка технологическая. Применение доменного газа в металлургической промышленности связано с началом нагрева дутья в доменном производстве. Особенно большое развитие оно получило после установки на доменных печах засыпных аппаратов и перехода в связи с этим к более широкому использованию газа как топлива. Состав и основные характеристики доменного газа зависят от шихты и хода плавки и могут в значительной степени изменяться. Доменный газ загрязнен колошниковой пылью, которая представляет смесь мелких частиц руды, кокса, агломерата, известняка и других материалов, загружаемых в доменную печь. Во избежание засорения горелочных устройств и образования отложений в газопроводах доменный газ предварительно должен быть очищен от пыли. Пыль образуется в результате механического измельчения материалов при их приготовлении, транспортировке, загрузке и истирании при движении в шахте печи. Вынос пыли из печи обусловлен увлечением мелких частиц потоком газа, проходящим сквозь слой шихты, а также возгонкой некоторых элементов шихты, т.е. превращением их в парообразное состояние под действием высоких температур. Количество пыли в газе изменяется в зависимости от степени подготовки сырья к плавке, прочности кокса и ровности хода печи.

Состав доменного газа изменяется в следующих пределах, % (объемн.): 25-30 СО; 12-18 СО₂; 2-7 Н₂; до 0,5 СН₄; 47-57 N₂.

При несовершенных условиях плавки количество пыли в газе может достигать 100 г/м³ газа, находясь при выплавке передельного чугуна в среднем 50 – 60, а при хорошем фракционном составе шихты 30 – 35 г/м³. Содержание пыли в газе резко сокращается при работе печей на режиме повышенного давления газа на колошнике.

По количеству пыли, остающейся в газе после его очистки, последняя классифицируется на грубую, полутонкую и тонкую. По способу очистки газа газоочистительные средства разделяют на сухие и мокрые. Грубая очистка производится сухим способом. Она основана на изменении скорости и направления движения газа. Назначением грубой очистки является первичное отделение пыли в улавливающей аппаратуре, располагаемой непосредственно около доменных печей.

Полутонкую очистку осуществляют мокрым способом, т.е. обильным увлажнением газа, после которого смоченные частицы пыли удаляются вместе с водой из газовой среды в виде шлама.

Тонкая очистка является конечной стадией очистки газа и требует обязательной предварительной подготовки для получения надлежащего эффекта. Тонкая очистка осуществляется фильтрацией газа через тканевые фильтры или наэлектризованием частиц пыли и притягиванием их проводниками электрического тока в электрических аппаратах или устройствах, работающих по принципу тесного перемешивания газа с водой, а также путем создания больших перепадов давлений газа при прохождении его через соответствующую. Доменный или колошниковый газ используют как топливо воз­духонагревателей доменных печей, коксовых печей, нагреватель­ных колодцев и печей прокатных станов, котельных установок. На выходе из печи доменный газ содержит от 10 до 40 г/м³ пыли, а перед подачей в горелочные устройства для предотвращения выхода их из строя (засорение и др.) содержание пыли в нем должно быть не более 5 мг/м³, в связи с чем требуется обязательная его очистка.

Характеристика колошниковых газов

Колошниковый или доменный газ представляет конеч­ный газообразный продукт физико-химических процессов, протекаю­щих в доменной печи, упрощенная схема образования которого может быть представлена следующим образом. При контакте горячего дутья с раскаленным коксом окислители, содержащиеся в дутье — кислород и водяные пары, интенсивно реагируют с углеродом кокса и топливных добавок. За счет избытка кокса в сложившихся температурных усло­виях горна продуктом этих процессов являются оксид углерода, азот и водород. При работе с дутьем, обогащенным кислородом, состав пер­вичного газа зависит от концентрации кислорода. Так, при увеличении концентрации кислорода от 21 до 30 % и использовании природного газа содержание оксида углерода в горновом газе возрастает от 36 до 40 %, а содержание азота падает от 64 до 50 %. Причем состав первичного газа зависит от соотношения расходов кислорода и природного газа. В ре­зультате последующих реакций косвенного и прямого восстановления первичный газ существенно изменяется за счет обогащения оксидом углерода, углекислотой и водяными парами. Конечный состав и темпе­ратура колошникового газа изменяются в широких пределах в зависи­мости от конкретных технологических условий.

Выходящий из слоя шихтовых материалов колошниковый газ захватывает из поверхностных слоев мелкие, преимущественно меньше 1 мм, частицы кокса и железосодержащих материалов. Содержание мелких частиц - пыли в колошниковом газе на выходе из печи достигает 15-30 г/м³, а иногда и более.

Удельный выход колошникового газа, т.е. объема газа на 1 т чугуна, зависит от многих факторов и прежде всего от расхода кокса и содержа­ния кислорода в дутье. Уменьшение расхода кокса на выплавку чугуна сопровождается пропорциональным уменьшением удельного выхода колошникового газа в связи с тем, что выход газа на 1 т кокса при про­чих равных условиях остается практически неизменным и составляет около 3750 м³. Аналогичным образом влияет и увеличение концентра­ции кислорода в дутье. Так, по данным Е.А. Ницкевича, повышение содержания кислорода в дутье на 1 % приводит к уменьшению удельно­го выхода газа на 3 %. Влияние природного газа или других топливных добавок на выход колошникового газа также прежде всего проявляется через изменение расхода кокса. Чем выше коэффициент замены кокса добавками, тем сильнее сокращается выход колошникового газа.

Химический состав и теплота сгорания колошникового газа зависят от тех же факторов, что и его выход. Повышение качества подготовки железосодержащих материалов, увеличение доли агломерата и окаты­шей, рост температуры дутья и увеличение расхода природного газа при­водят к развитию косвенного восстановления и способствуют резкому снижению теплотворной способности колошникового газа. В современ­ных доменных печах, работающих с расходом кокса 420—500 кг/т чугу­на, теплотворная способность не превышает 3000—3400 кДж/м³.

Измельчение шихтовых материалов происходит при приготовлении, транспор­тировке и загрузке их в печь. Термические процессы и механическое истирание материалов в печи приводят к образованию новых количеств мелких частиц. Сле­дует отметить, что неровный ход усиливает разрушение шихтовых материалов.

Захват частиц материалов потоком газа при его выходе из слоя происходит, когда подъемная сила, действующая на площадь поперечного сечения частицы, бу­дет больше ее массовых сил. Подъемная сила в основном определяется скоростью газа при обтекании частицы и ее формой. Гранулометрический состав пыли зависит от многих факторов и может сильно меняться в зависимости от условий работы печ

Основные параметры доменного газа. Состав и основные характеристики доменного газа зависят от состава шихты и хода плавки и могут в значительной степени изменяться.

Для интенсификации доменного процесса и сокращения расхода кокса существует много различных мероприятий, влияющих и на свойства доменного газа: повышение давления, температуры и влажности доменного дутья, обогащение дутья кислородом, вдувание в горн природного газа, мазута и т. п. в результате совокупного действия этих факторов, оказывающих в некоторых случаях противоположное влияние, в составе доменного газа повышается содержание водорода с одновременным уменьшением СО, вследствие чего теплота сгорания его изменяется мало и составляет около 3500–4000 кДж/м³, а выход доменного газа снижается с 3800-4000 до 2000-2500 м³/т чугуна.

Примерный состав доменного газа приведен ниже:

Температура газа, поступающего на газоочистку при работе печей на повышенном давлении, составляет 200–300°С. Наблюдаются кратковременные повышения температуры до 500°С. При выплавке спецчугунов (литейного, ферросилиция, ферромарганца) температура газа выше, чем при выплавке передельного чугуна, и составляет 300 – 400°С.

Колошниковая пыль, ее вынос и свойства. Доменный газ, образующийся в печи, всегда загрязнен колошниковой пылью, которая представляет собой смесь мелких частиц руды, кокса, агломерата, известняка и других материалов, загружаемых в доменную печь. Пыль образуется в результате механического измельчения материалов при их приготовлении, транспортировании, загрузке и истирании при движении в шахте печи.

Вынос пыли из печи обусловлен увеличением мелких частиц потоком газа, проходящим сквозь слой шихты, а также возгонкой некоторых элементов шихты в область высоких температур и подмешиванием их к газу.

При работе печей с нормальным давлением на колошнике вынос пыли составлял 50 – 60 г/м³, повышаясь в отдельных случаях до 100 г/м³. при переводе печей на работу с повышенным давлением на колошнике запыленность доменного газа уменьшается до 15 -20 г/м³, что в значительной мере объясняется снижением удельных объемов и скоростей газов в печи.

Удельный выход пыли на 1 т чугуна составляет при нормальном давлении на колошнике 50 – 150, при повышенном давлении 25 – 75 кг/т.

При выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлении на колошнике пыль имеет следующий химический состав, %: 6,02FeO; 12,9Fe₂O₃; 13,8Fe_общ; 14,6SiO₂; 4,35Al₂O₃; 4,35MgO; 11,85CaO; 0,74S; 3,75MnO. Потери при прокаливании составляют 27,68 %.

Гранулометрический состав пыли также зависит от многих факторов и может сильно колебаться. О примерном распределении частиц по размерам можно судить по следующим данным:

Доменные цеха загрязняют атмосферу в основном пылью и окисью углерода.

Рудный двор и бункерная эстакада. На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферными кранами, подачи руды на бункерную эстакаду. Удельный выброс пыли на 1 т чугуна ориентировочно принимают равным: на рудном дворе 50 кг, на бункерной эстакаде 22 кг при высоте выделений 6 -15 м. концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде может достигать 1000 мг/м³. На новых металлургических заводах можно ожидать снижения удельных выбросов до 10 кг/т за счет разгрузки и транспортирования сыпучих материалов в закрытых разгрузочных узлах и закрытых галереях с объединением аспирационных систем и очисткой запыленных газов в крупных электрофильтрах.

Подбункерные помещения. В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник: скиповая и транспортерная – 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 аспирационных систем при высоте выделений 10 м.

Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений составляет около 500 мг/м³, в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон – весов приходится герметизировать. При транспортерной подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.

Валовые выбросы в подбункерных помещениях, кг/т чугуна, для печей различных объемов V_п, м³, приведены ниже:

Скиповая подача (V_п<2000)……………0,8 – 1,2

Транспортерная подача (V_п>2000)…………0,09

Дисперсный состав пыли в подбункерном помещении приведен ниже:

Размер частиц, мкм……………..52

Содержание, % (объемн.)……......86 13 1

Для очистки выбросов аспирационных систем применяют в большинстве случаев мокрые пылеуловители.

Колошниковое устройство. Пыле- и газовыделение печи обусловлено тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего грязный газ из межконусного пространства выпускают в атмосферу. Кроме того, пылевыделение происходит при каждой ссыпке скипа в приемную воронку. Для печей емкостью 930 – 2700 м³ выбросы пыли и СО составляют 0,17 – 0,60 и 5 – 19 т/сутки, соответственно.

В редких случаях газ отводят на газоочистку с последующим использованием в качестве топлива.

Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса компремированного газа давлением, несколько превышающем давление в печи. В этом случае грязный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Однако при этом появляются дополнительные энергозатраты, связанные со сжатием газа, подаваемого в межконусное пространство.

Литейный двор. 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 – 0,15 кг СО, 120 – 170 SO₂. пыль и газы удаляются частично через фонари здания, частично с помощью аспирационных систем с очисткой от пыли перед выбросом в атмосферу, преимущественно в батарейных циклонах.

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

Все выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединить и направлять их для очистки в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн. м³/ч. Чтобы его уменьшить все системы снабжают дроссельными клапанами (ДК), позволяющими по мере надобности включать дистанционно необходимое в данный момент укрытие (зонт).

Воздухонагреватели. Воздухонагреватели доменных печей загрязняют атмосферу преимущественно окисью углерода, в среднем 11 – 14 г/т чугуна. Концентрация окиси углерода, удаляемой через аэрационные проемы зданий, составляет в среднем 33 мг/м³.

Пылеуловители. При сухой разгрузке пылеуловителей в атмосферу выделяется 0,75 – 1,0 г пыли на 1 т чугуна. Средняя концентрация пыли при погрузке на открытые железнодорожные платформы составляет 250 мг/м³ на расстоянии 5 м от пылеуловителя при отсутствии ветра. При смачивании пылевыделение значительно сокращается. В настоящее время разработана закрытая система пневматического транспортирования уловленной пыли.

Несмотря на существенное уменьшение выноса пыли в современных печах, потери железа по этой причине остаются достаточно большими. Кроме того, при транспортировке запыленного газа по трубопроводам происходит интенсивное эрозионное разрушение металла труб и горелочных устройств, поэтому газ подвергают многоступенчатой тонкой очистке. Многоступенчатая очистка позволяет получить требуемое содержание пыли при минимальных экономических и энергетических затратах. Уловленная пыль передается на аглофабрику и применяется как компо­нент шихты.

Для каждой доменной печи сооружают индивидуальную си­стему газоочистки; газ к газоочистным устройствам, располагае­мым на нулевой отметке, подают от колошника по наклонному газопроводу (на печи объемом 5000 м³ их два). Система газо­очистки обычно включает несколько последовательно установлен­ных газоочистных аппаратов. На современных отечественных пе­чах, работающих с повышенным давлением газов, применяют две различающиеся схемы газоочистки — с дроссельным устройством, предназначенным для понижения давления газов, и с газовой ути­лизационной бескомпрессорной турбиной.

Рис. 1. Схема расположения газопроводов и аппаратов очистки доменного газа:

1 — колошник печи; 2 - пылеуловитель; 3 — скруббер; 4 — труба Вентури; 5 — отвод газа на колошник для уравновешивания давления в межконусном пространстве; 6 — дроссельное устройство; 7 — водоотделитель; 8 — листовая задвижка; 9 — коллектор

Для транспортирования газа и его очистки у доменной печи сооружают систему газопроводов и очистных устройств. На рис. 1 показана схема расположения газопроводов и аппаратов для очистки доменного газа, принятая на печах, построенных в последнее время.

Газ из доменной печи 1 по четырем вертикальным газоотводам 2 поступает к наклонному газоотводу грязного газа 3 и направляется в пылеуловитель 4 для грубой очистки. После отде­ления крупных частиц по газопроводу 5 газ поступает в скруббер б для полутон­кой очистки. Для тонкой очистки получистый газ через трубу Вентури 7, дроссель­ную группу 8 попадает в электрофильтр 9. Отсюда чистый газ по газопроводу 10 направляется в газовую сеть завода. .Дроссельная группа 8 установлена для под­держания повышенного давления газа над колошником и в тракте. Верхняя часть трубы Вентури 7 газопроводом 11 соединена с уравнительным клапаном 12 загру­зочного устройства доменной печи.

Аппараты газоочистки. Грубая газоочистка

Газ подвергают последовательно грубой, полутонкой и тонкой очистке.

Грубая газоочистка предусматривает отделение частиц размером больше 0,1 мм, используя в аппаратах грубой очистки инерционные и гравитационные свойства частиц пыли при резком уменьшении скорости и направления газового потока. Для грубой очистки преимущественно используются радиальные пылеуловители (рис. 2). Колошниковый газ поступает в пылеуловитель через вертикальную трубу, установленную по оси камеры 1. Скорость газа в этой трубе составляет 15-20 м/с, а в камере пылеуловителя 2 резко уменьшается до 0,6-1,0 м/с. Помимо снижения скорости поток газа в камере резко меняет направление своего движения. При этом крупные частицы пыли под действием инерционных и массовых сил сохраняют прямолинейное движение в вертикальном направлении и осаждаются в ниж­ней части пылеуловителя 3. Очищенный от крупных частиц газ выпускается через газопровод в верхней части камеры пылеуловителя 4. В нижней конусной части камеры расположено устройство для выпуска пыли 5. В связи с тяжелыми условиями работы пылеуловителя, поскольку через него движется газ с температурой 350-400 С и высокой эрозирующей способностью, внутренняя его поверхность футеруется огнеупорным кирпичом толщиной до 115 мм.

Рис. 2. Радиальный пылеуловитель Рис. 3. Отсекающий клапан

Степень очистки газа в пылеуловителе достигает 90-95 %, а содержание пыли после аппарата составляет 1-3 г/м³. Качество очистки газа зависит как от характеристики пыли, так и от соотношения геометрических размеров аппарата. Чем больше отношение диаметров камеры и вертикальной трубы и больше высота ап­парата, тем эффективнее его работа. Существенное влияние на степень очистки газа оказывает уровень пыли в нижнем конусе аппарата. При переполнении конуса возможен унос пыли за счет захвата ее потоком газа, поэтому большое значение имеет соблюдение графика выпуска пыли.

Для выгрузки пыли под нижним конусом установлен винтовой транспортер-конвейер, состоящий из транспортера, отсечного клапана, задвижки и системы увлажнения. Нормальное положение клапана - закрытое. Открывают его при помо­щи электрической лебедки. Пыль из конуса поступает на два шнека, представляю­щих винтовой конвейер из двух шнеков, которые, вращаясь навстречу друг другу, перемещают пыль к разгрузочному отверстию. При движении пыль увлажняется водой, поступающей через форсунку. В зимнее время перед пуском транспортера через форсунку подают пар для разогрева смерзающихся остатков транспортируе­мой пыли.

В последнее время для уборки пыли используют пылеспускную трубу, вдоль которой установлены форсунки для увлажнения транспортируемой пыли. Пыль выгружается в железорудные вагоны.

Для отсечения пылеуловителя от печи в вертикальной трубе, а иногда и пост пылеуловителя устанавливают отсекающий клапан (рис. 3). Клапан конусного типа состоит из цилиндрического корпуса 2, в нижней части которого размещено седло 1 с двумя контактными поверхностями для повышения надежности отсечения. В полости конуса перемещаются два конуса-тарелки 3, установленные на штанге 4. Нижняя конус-тарелка шарнирно закреплена на штанге 4, а верхняя свободно насажена, что обеспечивает более плотный контакт рабочих поверхности тарелки и седла. Между седлами подают пар 5, давление которого превышает давление колошникового газа, что позволяет полностью исключить утечки газа через клапан. Кроме отсекающего клапана, пылеуловители оборудуются атмосферным клапаном тарельчатого типа для вентиляции во время ремонта.

Полутонкая очистка доменного газа осуществляется до содержания -0,1—0,5 г/м³. Характерной особенностью аппаратов полутонкой очистки является смачивание частиц пыли водой и последующее их удаление в виде шлама. Эффективность мокрой очистки определяется способностью частиц смачиваться водой, степенью смешения газа с водой в процессе удаления пыли и развитием процессов укрупнения - коагуляции частиц пыли.

Скруббер (рис. 4) Представляет собой металлический цилиндр диаметром 6-8 м и высотой до 30 м. Подвод грязного газа осуществляется по центру аппарата с направлением потока 1 на зеркало воды 2, для осаждения крупных частиц. В верхней части скруббера размещается несколько рядов форсунок 3-6, обеспечи­вающих равномерно распределенный по поперечному сечению аппарата поток мел­ко распыленной воды 7. Загрязненная частицами пыли вода собирается в нижней конической части скруббера и через гидрозатвор 8 сбрасывается в сливной канал 9 и далее в отстойник. Очищенный и охлажденный до 30-50°С газ через патрубок 10 в верхней части корпуса отводится в следующий аппарат. Производительность современных скрубберов достигает 100-250 тыс. м³ газа в час. Для повышения эффективности очистки в старых конструкциях внут­реннее пространство скруббера заполнялось деревянной насадкой для создания развитой контактной поверхности газа и воды. Для выравнивания потока газа в по­перечном сечении аппарата насадку устанавливали в несколько ярусов. В настоящее время при работе с повышенным давлением газа на колошнике все большее рас­пространение получают безнасадочные скрубберы. При этом чаще применяют эвольвента о расположенные форсунки, т.е. максимально перекрывающие попе­речное сечение аппарата, с диаметром 12-40 мм. Эти форсунки нетребовательны к качеству воды, поступающей на орошение.

После скрубберов увлажненный до насыщения водой газ поступает, как пра­вило, в низконапорные трубы Вентури. Низконапорная труба - распылитель пред­ставляет собой сопло сложной конфигурации, на входе которого расположены орошающие форсунки. В начальном сужающем участке трубы поток газа разго­няется до 50-80 м/с, при этом вода дробится на мельчайшие капли, образуя туман. Это способствует разрушению газовых оболочек на частицах пыли размером 1-2 мкм и последующей их коагуляции. В расширяющейся части трубы скорость частиц сохраняется практически постоянной, что позволяет осуществлять хорошее отделение жидкости от газа в каплеотделителе, установленном на выходе трубы-распылителя. В качестве каплеотделителя используется скруббер с насадкой из ке­рамических или металлических колец. Вода, загрязненная за счет действия сил инерции и смачивания, осаждается на насадку и смывается водой. Расход воды в скруббере-отделителе составляет 0,4-0,6 л/м³ газа.

Тонкую очистку газа при работе доменных печей с повышенным давлением газов осуществляют в трубах-распылителях, а также в дроссельных устройствах. Труба-распылитель показана на рис. 6.Тонкая очистка обеспечивает снижение содержания пыли в колошниковом газе ниже 0,015 г/м³. Для тонкого отделения используют электрофильтры и трубы Вентури. Работа электрофильтров основана на свойстве перераспределения элект­рических зарядов с положительным и отрицательным знаком в нейтральных части­цах под действием электрического поля и последующем осаждением заряженных частиц на электродах.

В любом нейтральном веществе имеются заряды обоих знаков и при том в рав­ных количествах. При попадании в сильное электрическое поле газ ионизируется, то есть расщепляется на электроны и положительные ионы. Образующиеся электро­ны осаждаются на пылинках и заряжают их. При этом нарушается равномерное распределение зарядов и на частицах возникает избыток отрицательных зарядов. Заряженные частицы выпадают на осадительных электродах.

Рис. 6. Труба-распылитель

Для ионизации газа необходимо со­здать неоднородное электрическое поле и увеличить напряжение на электродах до 50-100 кВ, когда происходит лави­нообразный процесс ударной ионизации движущегося потока газа вблизи цент­рального электрода. Явление ударной ионизации называют коронированием. После создания короны дальнейшее уве­личение напряжения ведет к искровому пробою. В коронированном поле обра­зуются ионы обоих знаков, а в остальной области потока газа генерируются ионы, знак которых совпадает со знаком элек­трода. Благодаря местным дополнитель­ным полям происходит выравнивание величины электрического поля, что ослабляет эффективность газоочистки. Неоднородное электрическое поле мож­но создать только при цилиндрической форме коронирующего электрода.

Эффективность работы электрофильтров зависит не только от состояния газовой среды, но и от состояния электрода, поэтому обязательным условием хорошей работы устройства является чистота поверхности электродов. Для очистки электро­дов применяется их встряхивание и промывка водой.

На рис. 5 приведена схема трубчатого электрофильтра типа ДМ с вертикальным движением газа. Электрофильтр имеет цилиндрический корпус 1 из листового ме­талла. Внутри корпуса размещены коронируюшие электроды 2, выполненные в виде проводок диаметром 5 мм, для обеспечения натянутости которых прикреп­лены натяжные грузы, и осадительные электроды 7.Осадительные электроды выполнены из труб внутренним диаметром 233 мм. Вода для промывки осадительных электродов подается через два коллектора .5, 6. Газ на очистку поступает через патрубок в нижней части аппарата. Для равномерного распределения газа в поперечном сечении фильтра установлены направляющие лопатки и газораспредели­тельные решетки 8.

Поток газа после прохождения выравнивающих решеток 8 поступает в трубы осадительных электродов 7 и электризуется. Заряженные частицы осаждаются на внутренней поверхности труб и затем омываются водой в нижнюю коническую часть аппарата. По мере накопления уловленных частиц шлам через гидроэатвор 10 и сбрасывающие лотки 9 направляется в отстойник.

Для создания давления на колошнике печи в системах газоочистки исполь­зуется дроссельное устройство, в корпусе которого смонтированы три дросселя грубой регулировки 1 диаметром 750 мм и дроссель тонкой регулировки 2 диаметром 400 мм. Дросселями грубой и тонкой регулировки в печи устанавли­вается необходимое повышенное давление, а при помощи клапанного дросселя 3 осуществляется автоматическая его стабилизация при изменении технологических параметров. Для снижения износа клапанов к дроссельной группе через специаль­ную систему орошения 4 подведена вода.

Практика показала, что при достаточном перепаде давления и скорости газа, достигающей 200-250 м/с, дроссельная группа является эффективным газоочист­ным устройством. При работе по тому же принципу, что и труба Вентури, в дрос­сельной группе уменьшается содержание пыли в газе до 5—10 мг/м*.

Основным недостатком дроссельной группы является большая потеря давления, которая даже частично не восстанавливается. В связи с применением на доменных печах бескомпрессорных газоутилизационных турбин, позволяющих использовать перепад давления для выработки электроэнергии, дроссельная группа не исполь­зуется и в схеме газоочистки сохраняется как резервное устройство на случай вы­хода из строя турбин.

Дезинтегратор приведен на рис. 7. Он представляет собой центробежный вентилятор, внутри корпуса которого вращается вал с дисками, снабженными лопастями. В дезинтегратор подают воду. Газ и вода просачиваются между подвижными и неподвижными бичами. В результате пыль тщательно перемешивается с мельчайшими частицами воды, которые отбрасываются к стенкам камер дезинтегратора. Подаваемая на стенки камер вода смывает отбрасываемые ротором мелкие капельки, содержащие частицы пыли. Производительность дезинтеграторов достигает 80 тыс. м3/ч. Степень очистки газа в дезинтеграторах несколько ниже, чем в электрофильтрах, а расход энергии выше. Поэтому этот способ является менее перспективным.

Рис. 7. Дезинтегратор для очистки газа:

1 — неподвижные бичи; 2 — труба для подвода воды; 3 — бичи; 4 — лопатки; 5 — корпус с неподвижными бичами; 6 — диск; 7 — вал; 8 — барабан с отверстиями; 9 — крылья вентилятора; 10 — труба для отвода шлама; 11 — труба для отвода воды

Очищенный газ направляется на отопление воздухонагревателей доменного цеха (15—30 %), коксовых печей (30—32 %), нагревательных колодцев и печей прокатных цехов (20—25 %) и на другие нужды завода.

Сухую колошниковую пыль периодически выпускают из пылеуловителей в специальные вагоны, а загрязненную воду после мокрой газоочистки очищают в отстойниках, в которых осаждается до 92 % пыли в виде шлама, а около 8 % примесей уносится водой.

Трубы – распылители.

В современных газоочистительных схемах широко применяются установки труб – распылителей, называемых обычными трубами Вентури и помещаемых или перед скрубберами на входе в них газа, или, что чаще, после них на выходе. Производительность труб – распылителей достигает 380 тыс. м³/ч.

Принцип работы основан на прохождении газа через трубу, в горловину которой вводится вода для коагуляции частиц пыли. Равномерное распределение воды по всему сечению пережима достигается различной длиной эвольвентных двусторонних сопел (диаметр отверстия 15 мм), расположенных в два яруса и имеющих различное число выходных отверстий (от одного до трех) и различное избыточное давление подаваемой воды 274 – 410 кПа для труб с одним выходом и 68,6 – 206 кПа для труб с тремя выходами. Оптимальный расход воды при этом составляет 1,4 – 1,47 м³/1000 м³ газа.

Струями газового потока, имеющего скорость 60 – 120 м/с, достигается тонкое распыление воды, которая увлекает частицы пыли. Более крупные частицы пыли оседают в шламоотделителе, другие улавливаются в скруббере или электрофильтре в зависимости от места установки трубы – распылителя.

Применяются несколько типов труб – распылителей, схемы которых приведены на рис.3. Имея одинаковый принцип устройства, они различаются способом подвода воды и имеют за рубежом такие названия, как трубы Пис-Анони-Вентури, Кемико-скрубберы (США и Англия) и пылеуловители Баумко (а); трубы SF-Вентури (б); Свенска флакт-фабрикен (в) (Швеция); трубки Кертинга или Аэрожет (Франция).

При работе доменной печи с высоким давлением газа на колошнике в трубах возможно достижение перепада до 49 кПа, что обуславливает высокую степень очистки доменного газа.

Дроссельные группы. В газоочистительных комплексах доменных печей, работающих с повышенным давлением газа на колошнике, устанавливаются дроссельные группы для регулирования давления газа и дополнительной очистки его от пыли Принцип их работы аналогичен принципу работы труб-распылителей. Отличие состоит в том, что в трубе- распылителе около 80% энергии газа восстанавливается в диффузоре, тогда как в дроссельной группе энергия не восстанавливается, а расходуется для турбулентного перемешивания воды и газа. Степень очистки газа в дроссельной группе повышается при увеличении скорости его и количества воды, подаваемой для орошения.

Большая скорость газа в дроссельном устройстве, увлажнение и резкое изменение направления его движения способствует выделению из газового потока пыли и коагуляции ее частиц, что обеспечивает хорошее улавливание их в последующих агрегатах.

Для снижения абразивного износа клапанов и коагуляции пыли к дроссельным клапанам подводят воду, разбрызгиваемую при помощи форсунок.

Улучшение качества очистки газа после установки труб-распылителей и дроссельных групп в условиях повышенного давления газа на колошнике обусловило возможность перехода на схему очистки газа, принятую, в частности, для доменной печи объемом 5000 м³, а именно: сухой радиальный пылеуловитель – безнасадочный скруббер высокого давления – три трубы – распылителя с каплеуловителем и дроссельной группой.

Практика показала, что такая схема может снизить запыленность газа до 2,85 – 3,90 мг/м³ при общем содержании пыли на выходе газа из печи 10,2 – 24,7 г/м³. Поэтому электростатический способ тонкой очистки газа заменяется комбинацией скрубберов высокого давления с трубами Вентури, что вполне обеспечивает необходимую степень очиски газа.

Основным недостатком тонкой очистки при помощи дроссельной группы является большая потеря давления, которое не восстанавливается даже частично, что вызывает высокие энергозатраты.

Перевод доменных печей на работу с повышенным давлением газа на колошнике, уменьшение в связи с этим скорости отвода газа, обогащение кислородом воздушного дутья, замена в шихте сырой железной руды агломератом или окатышей приводят к значительному снижению запыленности доменного газа и изменению фракционного состава пыли.

Повышение давления отходящего доменного газа позволяет использовать потенциальную энергию отходящего сжатого газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ).

Для надежной работы турбин, исключающей выпадение влаги в их хвостовой части, температура газа на выходе из турбины должна превышать точку росы. Поэтому минимальная входная температура на ГУБТ (Р=0,3 МПа) принята равной 120°С. Так как для очистки доменного газа применяются схемы мокрой очистки, то перед подачей газа в ГУБТ его необходимо подогревать.

По техническим условиям ГУБТ температура поступающего в них доменного газа должна быть в пределах 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 и расход газа на подогрев, а также необходимое для подогрева оборудование станет не нужным.

Главным недостатком смешивающего подогрева для ГУБТ является балластирование горючего газа продуктами сгорания. Поверхностные нагреватели не нашли применения из-за их громоздкости и сложности эксплуатации, связанной с возможностью образования отложений пыли на поверхности теплообмена. На это указывает и опыт эксплуатации ГУБТ, когда при размещении смешивающего подогревателя непосредственно перед турбиной пыль не успевает высохнуть, и даже при малой запыленности газа (5 мг/м³) в направляющем аппарате турбины, наблюдаются отложения пыли. Так доменный газ широко используется на металлургических заводах в основном в качестве топлива, допустимая величина содержания пыли в очищенном газе не должна превышать 4 мг/м³.

Рис.5. ГУБТ

1-доменная турбовоздуходувка; 2-паровая турбина; 3- доменная печь; 4-сухие пылеуловители; 5-скрубберы; 6- трубы-распылители; 7-водоотделители; 8-электрофильтры; 9-автоматическое дроссельное устройство; 10- смешивающий подогреватель; 11-ГУБТ; 12- электрогенератор; 12 воздух на горение в смешивающий подогреватель.

Потребители доменного газа – коксовые печи, воздухонагреватели доменных печей, газовые утилизационные бескомпрессорные турбины. Для ограничения количества влаги в подаваемом потребителям доменном газе охлаждение его осуществляется до температуры не ниже 35-40°С при давлении 0,1 МПа (влагосодержание 47-63 г/м³). Это связано с тем, что выпадающая из газа влага способствует коррозии металла газоходов и является причиной затвердеваний отложений пыли на оборудовании. Повышенное содержание влаги снижает калорийность доменного газа и увеличивает потери тепла с отходящими газами.

Стоки доменного производства

В доменном процессе вода используется для охлаждения агрегата и для обеспечения работы газоочисток. Основной объем воды затрачивается на систему охлаждения.

Доменные печи позволяют работать на полном замкнутом цикле.

В системе охлаждения на выходе воды из теплообменной системы должна быть установлена градирня ( где остывает вода). После охлаждения вода опять подается в систему охлаждения доменной печи ( ОАО ММК им. Ильича).

На з-де Азовсталь вода забирается из моря, прогоняется через трубы и сбрасывается обратно. При этом происходит термическое загрязнение воды.

В форсуночных скрубберах и трубах Вентури газоочистка составляет 1.5-1.2 л/м Велик расход воды на газоочистку.

Вода, отходящая из газоочистного аппарата содержит фенол (пришедший с коксом), аммиак, часть оксидов серы, а также пары цветных металлов, t кипения которых =500 ⁰С.

Пары цветных металлов оседают на первой мокрой системе ГО.

При замкнутой системе ГО доменные шламы сливаются в шламоотстойники, где они отстаиваются и разделяются на твердый компоненты чистую воду. Шлам извлекается и поступает на площадку для обезвоживания.

При отсутствии замкнутой системы очистки шлам поступает в шламоотстойник, затем вода с него сливается в шламонакопитель и далее- в водоем. Из шламонакопителя вода извлекается и используется в дальнейшей переработке.

ОТХОДЫ доменного производства

Основным отходом ДП является доменный шлак. Вторым по величине отходом является песок («мусор» литейного двора) с литейных дворов, представляющий собой смесь песка, шлака, металла. Он вывозится на свалку. Во время капитального ремонта доменной печи образуется большое количество огнеупорного материала.

Характеристика отходящих газов и пыли

Количество, состав и параметры дымовых газов.

В мартеновских цехах производится более 50 % всей выпускае­мой стали.

В марте­новской печи дымовые газы образуются в результате сгорания топлива, нагрева и разложения сыпучих материалов и окисле­ния углерода шихты (углекислый газ и оксид углерода).

Ниже приведено максимально возможное количество про­дуктов сгорания, поступающих на газоочистку при ра­боте на природном газе :

Садка печи, т . . 100 200 300 400 500 600 900 Vmax.тыс- м³/⁴ • 68 80 90 101 112 125 161

Как показывают промышленные исследования, на современ­ных мартеновских печах количество продуктов сгорания перед газоочисткой из-за присосов по газовому тракту оказывается в 1,8—2,0 раза больше количества газов, образующихся в печи. Для печей, работающих с подачей мазута (20—50 % по теплу), количество продуктов сгорания увеличивается на 5%. Вследствие увеличения присосов к концу кампании объем уходящих газов увеличивается на 10—15%.

Температура газов после регенераторов — в среднем 600— 700 °С, в период заливки чугуна на короткое время она повы­шается до 700—800 °С.

Средний состав уходящих продуктов сгорания печей, рабо­тающих на дутье, обогащенном кислородом, % (объемн.)-10,5—15,1 СО₂; 16—16,5 Н₂О; 62,3—66,1 N₂; 6,5—7,1 О₂; следы SO₂.

Пылевынос и физико-химические свойства пыли. Уходящие газы мартеновских печей содержат большое количество пыли, выделение которой по ходу плавки (рис.1, а) неравномерно. Максимальное пылевыделение наблюдается в период плавле­ния при продувке ванны кислородом.

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.

Рис. 1. Изменение запыленности газов мартеновской печи:

/ — прогрев (без кислорода); // — плавление (продувка кислородом); /// — доводка

(без кислорода)

/ — в вертикальном канале; 2 — под насадкой; 3 — в общем борове

В период плавления при продувке ванны кислородом вы­деляется большое количество мелкодисперсной пыли (размер частиц <1 мкм). 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. С увеличе­нием удельного расхода (интенсивности продувки) кислорода количество выделяющейся пыли резко увеличивается (рис.1, б). Ниже приведен удельный вынос пыли при подаче в ванну кислорода:

Расход кислоро­да, м³/(т-ч) ... О 5 10 15 Выбросы, кг/т . . 2,4 7,2 16,7

Интенсивность пылевыделения существенно снижается с рассредоточением подачи кислорода. Оптимальными считают шестисопловые фурмы с наклоном сопел 20—30° по отношению к горизонту.

Для снижения температуры в зоне продувки в струю кисло­рода иногда добавляют топливо (природный газ или мазут), сыпучие материалы (железорудный концентрат или известь) или просто воду. При этом выбросы пыли заметно сокраща­ются (на 20—30 %)

Основную часть пыли составляют оксиды железа, количе­ство которых достигает 65—92%. Примерный состав марте­новской пыли перед газоочисткой при работе печи с продувкой кислородом, %: 92,7 Fe₂O₃; 0,9 А1₂О₃; 1,65 СаО; 0,9 MgO; 1,1 МnО; 0,8 SiO₂.

Дисперсный состав пыли во многом зависит от интенсивно­сти продувки ванны и для средних условий может быть выра­жен следующими цифрами:

Размер частиц, мкм . 5
Содержание, % . . 60 34 6

Обработка этих данных показывает, что d_m = 0,8 мкм;

Пыль, уносимая из печи, в значительной степени оседает по газовому тракту: 50—60 % в шлаковике, 15—20 % в регенера­торах, 10—15% в котле-утилизаторе. Таким образом, запылен­ность газа после котла-утилизатора (перед газоочисткой) со­ставляет 10—15 % содержания пыли в газах, выходящих из печи. При расчетах запыленность газа можно принимать сле­дующей,:

Без кислородной продувки .... 3—5/0,4—0,7
С кислородной продувкой ... 25—30/3—6

Примечание. В числителе — на выходе из печи, в знаменателе — перед газо­очисткой.

Удельное электрическое сопротивление пыли составляет10⁷—10¹⁰ Ом-см².

В уходящих газах мартеновских печей, кроме пыли, содер­жатся вредные газообразные компоненты: 30—50 мг/м³ окси­дов серы и 200—400 мг/м³ оксидов азота.

Из отходящих газов мартеновских печей газообразные ком­поненты в настоящее время не улавливаются.

 Обеспыливание отходящих газов мартеновских печей

Практически за всеми крупными мартеновскими печами уста­новлены котлы-утилизаторы, в которых за счет выработки во­дяного пара температура отходящих газов снижается с 600— 700 до 220—250 °С. Котлы-утилизаторы мартеновских печей типизированы и изготовляются в серийном порядке котлостроительными заводами.

Для очистки отходящих газов мартеновских печей как в бывшем СССР, так и за рубежом применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очи­стки в скрубберах Вентури (рис.2). Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в том, и в другом слу­чае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м³, что соответствует санитарным требованиям.

Наиболее подходят для очистки мартеновских газов элек­трофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газов 1-5 м/с

Рис. 26.2. Применяемые схемы охлаждения и очистки газов мартеновских печей:

а — мокрая очистка в скрубберах Вентури ; б — сухая очистка в электрофильтрах.

1 — мартеновская печь; 2— котел-утилизатор; 3 — трубы Вентури; 4 — каплеуловитель;

5 —дымосос; 6 —дымовая труба; 7 — сухой электрофильтр

Таблица 1. Технико-экономические показатели схемы очистки газов мартеновских печей

Примечание. В числителе— очистка газов в скрубберах Вентури (с учетом стоимости водного хозяйства), в знаменателе — очистка газов в электрофильтрах. При скорости 1,2 м/с степень очистки 98—99 %. Примерно такую же степень очистки могут дать прямоугольные трубы Вентури с регули­руемой горловиной, работающие со скоростью газов в горло­вине 100—120 м/с и удельным расходом воды 1 —1,2 дм³/м³. Технико-экономическое сравнение обоих вариантов для печей различной емкости дает следующие результаты (табл.1). Результаты технико-экономического анализа показывают, что очистка газов в электрофиль- трах дешевле, чем в скруббе­рах Вентури: суммарные удельные затраты уменьшаются по мере увеличения емкости печи, причем в варианте с электрофильтрами более быстрыми темпами.Стоимость газоочи­стки составляет в среднем около 20—25 % общей стоимости цеха.

Таким образом, в современных условиях для очистки отхо­дящих газов мартеновских печей следует рекомендовать элек­трофильтры типа ЭГА. Только в тех случаях, когда электро­фильтр из-за отсутствия места установить невозможно, следует применять скрубберы Вентури, из которых наиболее подходя­щими являются трубы Вентури с регулируемым сечением прямо­угольной горловины, снабженные каплеуловителями с завихрителем.

На ряде металлургических предприятий мартеновские печи ре­конструированы в двухванные, которые работают значительно интенсивнее. Количество отходящих газов из рабочего про­странства холодной камеры равно 50 000—60 000 м³/ч, их тем­пература 1400—1500 °С. В отходящих газах содержится, %: 4—11 СО₂; 0,2—0,8 СО; 8—17 О₂. При неполном сгорании со­держание СО увеличивается до 10 % и выше.

Запыленность отходящих газов 15—25 г/м³. Пыль, содержа­щаяся в газах, имеет следующий химический состав, %: 86,4 Fe₂O₃; 2,61 FeO; 5,9 SiO₂; 1,94 А1₂О₃; 2,26 CaO; 2,16 MgO; 0,47 MnO; 1,7 S.

Ниже приведен дисперсный состав пыли, замеренный при расходе 6000—6500 м³/ч кислорода на продувку ванны:

Размер частиц, мкм. 10 Содержание, % (по массе) 35 37 21 7

Высокая температура отходящих газов требует применения для их охлаждения котлов-утилизаторов радиационно-конвективного типа (серии РК). Такие котлы-утилизаторы разрабо­таны Центроэнергочерметом, однако до настоящего времени в серийном порядке не изготовляются. Вследствие этого ох­лаждение отходящих газов двухванных печей перед очисткой приходится осуществлять нерациональными способами — впры­скиванием воды или разбавлением воздухом. Используют и котлы-утилизаторы серии КУ, предназначенные для мартенов­ских печей.

В СССР имелся опыт эксплуатации за двухванными пе­чами сухой и мокрой систем газоочистки. При сухой схеме газоочистки (рис.3) дымовые газы, выходящие из холодной камеры двухванной печи с температурой 1400—1500 °С, по вертикальному каналу поступают в шлаковик, где охлажда­ются впрыскиванием воды до 900—1000 °С. Дальнейшее ох­лаждение газов до 700 °С, предусматривающее также дожига­ние оксида углерода, осуществляют подсосом холодного воз­духа в общий боров через специальные люки. Далее по футерованному шамотным кирпичом газоходу газы отводят или в котел-утилизатор типа КУ (рис.3 а), или в форсуночный скруббер полного испарения, частично футерованный огнеупор-

Рис.3. Применяемые схемы охлаждения и сухой очистки отходящих газов двухванных печей в электрофильтрах:

а — с охлаждением в котле-утилизаторе; б — с охлаждением в скруббере 1— двухванная печь; 2 — подвод воздуха для дожигания СО охлаждения,; 3 — испа­рительный скруббер; 4 — сухой электрофильтр; 5 — дымосос; 6 — дымовая труба; 7 — котел-утилизатор

ным кирпичом. В скруббере газы охлаждаются до 200 °С и увлажняются до состояния насыщения. После скруббера установлен электрофильтр типа ЭГА с игольчатыми коронирующими и С-образными осадительными электродами. Надежным и устойчивым является режим работы при следую­щих параметрах:

В пределах данного режима газоочистка за двухванной печью работоспособна и эффективна.

На одном из предприятий Юга страны за двухванной печью работает мокрая газоочистка со скрубберами Вентури. На этой установке газы также охлаждаются до 900—1000 °С в шлако­вике впрыскиванием воды. В борове газы охлаждаются до 700 °С путем разбавления их воздухом, подаваемым вентиля­тором через специальное сопло диаметром 700 мм, установлен­ное на входе в боров. Одновременно происходит дожигание оксида углерода, для чего в борове размещены специальные горелки.

Охлажденные до 700—800 °С газы направляются в серийный котел-ути­лизатор типа КУ-80 (рис.4), после чего с температурой 220—250 °С они поступают на газоочистку. Система газоочистки включает 10 параллельно работающих труб Вентури круглого сечедаия с диаметром горловины 250 мм, изготовленных из стали Х18Н10Т, устойчивой к воздействию высоких температур и агрессивных сред. После труб Вентури газы по­ступают в каплеуловители, а затем дымососами ВМ-100/1200 выбрасыва­ются в дымовую трубу. При скоростях газа в горловине труб Вентури в пре­делах 115—125 м/с и удельном рас­ходе воды 1—1,2 дм³/м³ газоочистка работает со степенью очистки более 99 % при расходе кислорода на про­дувку 4000—6000.

Рис. 4. Схема охлаждения и мокрой очистки отходящих га­зов двухванных печей: 1 — двухванная печь; 2 — шла-ковики; 3 — шиберы: 4 — горел­ки для дожигания СО,; 5 — вен­тилятор для подачи воздуха; в — дымовая труба; 7 — дрос­сельный клапан; 8 — дымососы; 9 — скруббер Вентури; 10 — ко­тел-утилизатор

В случае отключения котла-утилизатора газы с температу­рой 700—800 и даже 900 °С подаются прямо в трубы Вентури. Эффективность работы газоочистки при этом не снижается.

Оксиды азота и борьба с ними в мартеновском производстве

В отходящих газах мартеновских печей из оксидов азота со­держится в основном NO, которая в атмосфере очень медленно окисляется и переходит в NO₂. При работе мартеновских пе­чей с кислородной продувкой содержание оксидов азота в ды­мовых газах колеблется от 500 до 1200 мг/м³, возрастая в пе­риод доводки до 2200 мг/м³. Удельный выход оксидов азота 0,6—1,8 кг/т стали. В дымовых газах двухванных печей содер­жание оксидов азота ниже и находится в пределах 120— 320 мг/м³, а удельный выход их равен 0,06—0,23 кг/т стали. Несколько снизить выход оксидов азота можно путем подачи при продувке в кислородные фурмы природного газа. Однако при этом снижается скорость выгорания углерода, а следова­тельно, и производительность печи. Другим технологическим мероприятием, снижающим выход оксидов азота, является перевод печей с мазутного и газомазутного отопления на отоп­ление чистым природным газом, так как при этом устраняется переход в NO связанного азота, находящегося в мазуте. Од­нако это усложняет конструкцию и эксплуатацию мартенов­ской печи, требуя применения специальных горелочных устройств (реформаторов) для образования сажистых частиц и повышения светимости факела. В заводской практике ни тот, ни другой способы не нашли широкого применения.

Наиболее перспективным способом очистки мартеновских газов от оксидов азота является каталитическое восстановле­ние газов аммиаком,. Оксид ва­надия (V), применяемый в качестве катализатора, требует, чтобы температура газа была не ниже 250—300 °С, а запылен­ность не выше 0,1 r/м³. Поэтому в случае очистки газов в элек­трофильтрах реактор целесообразно размещать после электро­фильтра, повышая температуру газа до указанных пределов за счет недоохлаждения его в котле-утилизаторе. В случае мокрой очистки следует применять подогрев очищенного газа перед реактором за счет сжигания природного газа.

 Неорганизованные выбросы и борьба с ними

Помимо выбросов через дымовые трубы, газы, загрязненные пылью и вредными газообразными компонентами, выделяются внутрь цеха через завалочные окна печей, от разливочных ков­шей и другого оборудования. Выбросы от мартеновских печей садкой 500—900 т приближенно могут быть оценены следую­щими цифрами, м³/ч, в межпродувочный период 3000—5000; в период кислородной продувки 6000—12 000. В результате этих выбросов воздух в цехе оказывается весьма загрязненным. Концентрации пыли и СО составляют соответственно 4—10 и 0,01—0,03 мг/м³.

Валовые выбросы оксида углерода на основных участках сталеплавильного цеха составляют, кг/т чугуна (стали):

Систем принудительной вентиляции в сталеплавильных це­хах обычно нет. Вентиляция цеха осуществляется посредством аэрации, загрязненные выбросы выходят в атмосферу через аэрационные фонари.

Борьба с выбросами газов через окна печей ведется в двух направлениях: отвод выбивающихся газов с помощью аспирационных систем и создание воздушных завес на окнах. Аспирационные системы занимают много места, дороги в эксплуа­тации и мешают при проведении ремонта печи. Поэтому более перспективно второе направление. Из сопел диаметром 12— 15 мм, размещенных с шагом 65 мм, вытекают со скоростью 80—120 м/с струи воздуха, перекрывающие площадь рам. При оптимальном разрежении под сводом 35—45 Па полное устра­нение пылегазовых выбросов достигается при расходах сжатого воздуха около 2,6 тыс. м³/ч на каждое открытое и около 1,3 тыс. м³/ч на каждое закрытое окно. При этом количество поступающих в тракт газов увеличивается на 5—7 %

Эффективность работы газоочисток, определяемая конструкцией аппаратов очистки, мощностью обору­дования, качеством подаваемой воды, достигается при гидравлическом сопротивлении высоконапорных труб Вентури более 13 кПа и удельном расходе воды не ме­нее 0,8 л/м³.

Анализ результатов работы газоочисток конверте­ров на предприятиях Украины показывает, что только на металлургическом комбинате им. Дзержинского конечное пылесодержание находится на уровне сани­тарных норм — 80 мг/м³.

Газоочистки конвертеров на заводе им. Петров­ского, в ККЦ-2 на комбинате "Криворожсталь" и кон­вертера №3 на комбинате им. Ильича, введенные в эксплуатацию около 20 лет назад, морально и физиче­ски устарели и имеют наихудшие показатели по вы­бросам. В качестве второй ступени очистки применен блок нерегулируемых труб Вентури с неэффективной системой орошения, что не позволяет оптимизировать режим отвода и очистки газа.

Загрузка газоочисток конвертеров на комбинатах "Азовсталь" и им. Дзержинского составляет 70 % ус­тановленной мощности нагнетателей и даже при та ком запасе по мощности на комбинате "Азовсталь" не обеспечивается конечная запыленность газов менее 100 мг/м³.

Требует совершенствования режим охлаждения газа. Расход воды на газоочистку с учетом различной начальной температуры газа 400 - 1000 °С и условий охлаждения составляет 1,7-7 л/м³. Поэтому большое значение имеют снижение начальной температуры га­за перед газоочисткой путем установки дополнитель­ных поверхностей нагрева в ОКГ и оптимизация рас­ходов воды на очистку даже при существующих кон­струкциях ОКГ. На газоочистках конвертеров на ком­бинате "Азовсталь" замена неэффективного пленочно­го орошения на форсуночное позволит снизить расхо­ды воды на 20 %.

При работе оборотных циклов водоснабжения не достигаются требуемые показатели очистки сточных вод — в газоочистку вода поступает с повышенным содержанием взвешенных частиц и соли. Особенно неэффективно работают оборотные циклы на метал­лургических комбинатах "Криворожсталь" (ККЦ-2) и им. Ильича, что приводит к зарастанию подводящих трубопроводов, аппаратов очистки и образованию от­ложений на роторах нагнетателей.

Проведен анализ работы газоочисток по использо­ванию мощности установленного тягодутьевого обо­рудования. Отношение выбросов пыли к потребляе­мой мощности колеблется от 1,75 (г/с)/МВт на ком­бинате им. Дзержинского до 11,9 (г/с)/МВт на заводе им. Петровского. При одинаковой садке конвертера 160 т на комбинатах Енакиевском и им. Ильича (кон­вертер № 3) этот показатель равен соответственно 6,2 и 10,2 (г/с)/МВт, то есть на комбинате им. Ильича почти в 2 раза выше затраты энергии.

На металлургических предприятиях Украины про­водятся работы по сокращению расхода воды и по­требляемой мощности нагнетателей. На комбинате "Криворожсталь" рациональным является перевод ра­боты нагнетателей на меньшее число оборотов (с 1480 до 750 об/мин) в межпродувочный период, а также со­кращение расхода воды на газоочистку и котел-охла­дитель при остановке конвертера более 2 ч.

Режимы с частичным дожиганием СО характери­зуются выбросами СО в начальный и конечный пе­риоды плавки, когда факел на "свече" не зажигается; при продолжительности плавки до 16 мин факел горит 6-8 мин.

Для повышения эффективности пылеулавливания и сокращения выбросов пыли разработаны технические решения для газоотводящих трактов конвертеров.

Большое внимание уделяется совершенствованию режимов охлаждения газов, максимального использо­вания аппаратов для охлаждения, проработаны вари­анты по снижению температуры газов перед газоочи­сткой. Оптимизация режимов охлаждения позволит снизить расход воды на газоочистку при соответст­вующей экономии электроэнергии.

Разработана новая конструкция прямоугольно регулируемой трубы Вентури, предназначенной дл тонкой очистки газов. Многочисленные испытания н стендах и в промышленных условиях показали, что большое значение для эффективной очистки газа пр наименьших энергозатратах имеют система орошении и форма регулировочных лопаток. При внедрении не вой конструкции регулируемой трубы Вентури и конвертере №3 в ККЦ-1 на комбинате "Криворог сталь" установлено, что при расходе газов в труба Вентури 220 - 230 тыс. м³/ч, удельном расходе вод 0,9 л/м³ и гидравлическом сопротивлении 13,5 кЕ конечное пылесодержание снижено со 130-180 д 30-50 мг/м³.

Только путем замены блока круглых нерегулируемых труб Вентури и круглых кольцевых на прямо угольные регулируемые новой конструкции можно добиться оптимизации скорости газа в горловине удельного расхода воды и при соответствующем ги; равлическом сопротивлении снизить выбросы пыли.

Из-за недостаточного улавливания капельной влаги повышаются выбросы пыли при ее налипании на ротор, снижается эксплуатационная надежность нагнетателя. Новая конструкция каплеуловитель с лопастным завихрителем позволяет уменьшить габариты оборудования, снизить гидравлическое сопротивление и значительно повысить эффективное! улавливания "капельной" влаги.

Запыленность конверторных газов в сильной степе­ни зависит от показателей кислородной продувки, а так­же от схемы подачи и качества (гранулометрического состава, влажности) извести и других сыпучих, вводи­мых в конвертор против потока газов и уносимых последним; содержание пыли в газе достигает 250 г/м³ Многочисленные замеры показывают, что повышение ин- тенсивности кислородной продувки не дает существен­ного повышения запыленности газов; на некоторых установках суммарный вынос пыли даже уменьшается (в процентах к массе садки). При этом вследствие ин­тенсификации всегда возрастает количество пыли, про­носимой газами в единицу времени, через Газоотводящий тракт, в результате чего возрастает нагрузка на газоочистную установку.

Способ отвода газов от конверторов (с доступом или без доступа воздуха в газовый поток), а также способ охлаждения газов (поверхностный или впрыскиваемой водой) определяют количество и состав газов и их продуктов сгорания, входящих в газоочистительный аппарат, % также гранулометрический состав пыли, со­держание пыли на 1 м³ газов, степень насыщения вла­гой, состав газов.

Газоочистная установка должна обеспечивать очистку газов от пыли до санитарных норм при любом спо­собе отвода и охлаждения газов. Санитарные нормы запыленности газов, выбрасываемых в атмосферу, из го­да в год ужесточаются. Содержание пыли в газах, вы­брасываемых в атмосферу, не должно превышать 100 мг/м³ (в среднем за период кислородной продувки). В ближайшие годы следует ожидать, что с ростом ин­тенсивности работы основных технологических агрегатов металлургических предприятий величина остаточной запыленности будет снижена, по крайней мере, до 80 мг/м³.

Изложенные условия определяют величину коэффи­циента улавливания пыли в системах газоочистки, т. е. по мере снижения допустимой остаточной запыленности должен повышаться коэффициент улавливания пыли в газоочистке.

Коэффициент улавливания определяли, как отноше­ние массы уловленной пыли к массе пыли, вносимой в газоочистку.

Запыленность газов, их состав, требуемая степень очистки в аппаратах указывают, что при переходе от системы отвода с полным сжиганием газов к системам без дожигания запыленность газа, входящего в газо­очистку, возрастает. В то же время при верхней кисло­родной продувке пыль более крупная, легче отделяется, при донном дутье — более мелкая, и ее отделение ус­ложняется.

Все многочисленные способы очистки газов можно разделить на две основные группы: мокрую и сухую очистку. Для мокрой очистки используют скрубберы, различной конструкции, дезинтеграторы, трубы Вентури (именуемые также трубами-распылителями) различных модификаций, размеров и конструкций. К этому же классу относят и мокрые электрофильтры.

Принципиально для всех аппаратов мокрой очистки характерны смачивание газа и следовательно, находящейся в нем пыли, коагулирование частиц пыли и уда­ление их из потока газов. Поэтому в аппаратах мокрой очистки устанавливают, как правило, сепараторы, влаго-отделители, циклоны или ловушки различных конст­рукций, назначение которых улавливать выносимые из основного потока смоченные и скоагулированные части­цы пыли. Неотъемлемой частью мокрых газоочисток является водное хозяйство. Весьма часто качество очист­ки определяется не собственно конструкцией аппаратов, а качеством воды (содержанием твердых частиц, водо­родным показателем и др.), поступающей на газоочист­ку. По соображениям охраны окружающей среды не до­пускаются работа мокрых очисток по разомкнутому циклу, и даже эпизодический сброс воды из оборотных циклов в водоемы.

Для аппаратов сухой очистки характерно удаление пыли без смачивания, например коагуляция частиц в электрофильтрах вследствие зарядки их частиц в элек­трическом поле в результате адсорбции ионов поверх­ностью частиц в поле коронного разряда, в активной зоне рукавных фильтров за счет статического электри­чества, а на самой ткани в результате автофильтрации.

Один и тот же газоочистной аппарат работает на разных предприятиях даже за одинаковыми технологи­­­ческими агрегатами, в разных условиях: различны запыленность газа, состав, температура и др. Результаты расчета аппаратов очистки газа большей частью не под­­тверждаются достигаемыми на практике результатами. Поэтому наиболее правильным подходом при опреде­лении габаритов и выборе типа аппаратов для очистки газов от пыли является аналогия с действующей или моделирование на экспериментальной установке с вне­сением коррективов, основанных на опыте ее эксплуа­тации, особенностях технологии и новых исследова­ниях.

Многочисленные технико-экономические расчеты по­казывают, что в принципе нельзя отдать предпочтение сухой электростатической или мокрой очистке газа. Вместе с тем следует отметить, что в отдель­ных конкретных условиях в зависимости от эксплуата­ционных показателей (заработной платы, стоимости электроэнергии, наличия водных ресурсов, возможности использования шлама, стоимости оборудования), а также способа отвода и охлаждения газов может оказаться целесообразным применять либо мокрый, либо сухой способ очистки газов.

Сухие газоочистки имеют следующие преимущества:

1) не требуется в большом количестве вода, что поз­воляет обойтись без сопутствующих хозяйств — грязно­го оборотного цикла, установок по стабилизации воды, устройств для дегазации воды (от окиси углерода) и т. д.;

2) сокращается неизбежный выброс окиси углерода в атмосферу, так как зажигание свечи при сухом газе с температурой 150—200 ^СС обеспечивается уже при 12—18% СО, тогда как газы, насыщенные влагой и имеющие температуру 40—50 °С, загораются только при 22—30% СО;

3) увеличивается период использования газа как топлива;

4) значительно сокращается расход электроэнергии на отсос газов.

Несмотря на эти преимущества сухих фильтров, при современном уровне конверторного производства не исключены технологические неполадки, при которых мо­жет образоваться взрывоопасная смесь. Электрофильтр является запалом для такой смеси. Тканевые же фильт­ры сложны, громоздки и не обеспечивают необходимой газоплотности. Именно по этим причинам в настоящее время отдают предпочтение мокрой очистке. В мировой практике большее распространение получили мокрые системы очистки (80%) и только в США при отводе газов с а>1 сухие электростатические (примерно половина газоочисток). Тканевых газоочисток на конец 1978 г. работало только семь.

I. Мокрая очистка

В мокрых газоочистках основным элементом явля­ются трубы-распылители (трубы Вентури); работает несколько установок и с мокрыми электрофильтрами. Газоочистки, включающие трубы-распылители, можно подразделить на две группы, отличающиеся принципом работы: трубы-распылители с высоким гидравлическим сопротивлением и с низким гидравлическим сопротив­лением и использованием эффекта конденсации.

Условно будем считать, что сопротивление газоочист­ки менее 5000 Па является низким, а более 8000 - 10 000 Па высоким. Температура газов, входящих в трубы-распылители с высоким сопротивлением, не пре­вышает 300 - 400 °С, а в трубы, использующие эффект конденсации, равна температуре насыщения (70 - 90 °С). Поэтому в зависимости от температуры газов после ох­ладителя перед трубами-распылителями размещают скруббер или другие устройства, в которых происходит

охлаждение газов до указанных температур. Вслед за трубами-распылителями в тракт включаются сепарато­ры (циклоны или другие влагоотделители). Таким об­разом, мокрая газоочистка является многоступенчатой: как минимум двухступенчатой (труба-распылитель и влагоотделитель); большей частью - трехступенчатой (циклон, труба-распылитель и влагоотделитель); иног­да пятиступенчатой (труба-распылитель большого раз­мера с малой скоростью газа, сепаратор, труба-распы­литель с высокой скоростью газа, сепаратор, влагоотде­литель). Ведутся эксперименты по созданию более про­стых и эффективных газоочисток.

На рис. 42 показаны принципиальные схемы подво­да потоков газа и воды в трубу-распылитель. Как видно, поток газов проходит вдоль трубы, а поток воды подводится через центральное сопло (а), через отвер­стия в горловине трубы (б) или стекает по всей внутренней плоскости конфузора — суживающей части (в). В зависимости от схемы отвода газов, в которой работают трубы — изменением положения диска. При этом сечение трубы может быть круглым или прямоуголь­ным. Малые трубы-распылители с круглым сечением горловины (рис. 43). Трубы-распылители с центральным соплом 2,распыливающим воду, состоят из группы малых труб.

Рис. 42. Принципиальные, схемы труб-распылителей:

а — подвод воды в горловину; б — подвод воды через сопло; в — подвод воды по периметру конфузора; г — труба с изменением сечения горловины поворотными заслонками; о — труба с изменением сечения горловины передвижным конусом; е — труба с изменением сечения передвижным диском

Вода подводится к соплу по оси 3 и тангенциально 4. Все сочленения и арматура выполняются из нержавеющей, коррозионностойкой стали или медными. Трубы-распылители чугунные или из нержавеющего металла.

Весьма часто конфузоры труб выполняют съемными и заменяемыми. Чтобы исключить забивание сопел, во­да, поступающая к ним, не должна содержать взвешен­ных твердых веществ более 50 мг/кг. Сопла тщательно устанавливаются по оси трубы, создавая по периметру равномерный веер разбрызгиваемой воды.

Опыт эксплуатации показывает, что малые трубы-распылители предъявляют повышенные требования к величине водородного показателя (рН) воды оборотного цикла газоочистки. При рН = 89 трубы обычно чистые; при рН около 10 появляются отложения в горловине, которые очень быстро нарастают при рН>12. Практически при рН11 за 16 плавок толщина отложений в горловине труб Вентури достигла 10 мм. Отложения представляют собой чередующиеся слои: белые (известь) и коричневые (конверторная пыль). Радикальной мерой, исключающей такие отложения, являются стабилизация состава воды и поддержание водородного показателя в пределах 8 - 9.

Часто применяются малые трубы с диаметром гор­ловины 90 мм. Степень улавливания пыли в таких трубах-распылителях в зависимости от их сопротивления, по данным Симона, приведена ниже:

Через каждую трубу диаметром 90 мм проходит при­мерно 2000 м³/ч продуктов сгорания; расход воды 1,0 л/м³ газов. Скорость газов в горловине около 90 м/с. На рис. 1 показана конструкция газоочистке “Гипрогазоочистка” состоящая из скруббера 7, труб-распылителей 2 (64 шт. диаметром 90 мм) и циклон­ного влагоотделителя 3. О высоком качестве очистки го­ворит отсутствие влаги в газах перед дымососом. В таблице приведены результаты замеров запыленности газов после такой газоочистки. Расход воды на скруб­бер 1800 м³/ч на сопла труб-распылителей 120 м³/ч. Количество продуктов сгорания за газоочисткой 100000 м³/ч. Интенсивность орошения в скруббере око­ло 18 кг воды 1 м³ газов; удельный расход воды в трубах-распылителях 1,2 л/м³, сопротивление труб 10 000 Па. Содержание пыли после газоочистки показано в табл. 12.

В малых трубах-распылителях с подводом воды че­рез сопло, расположенное по оси, поток газов пересекает водяной веер дважды: перед входом в трубу, а затем, когда поток воды отразился от стенок конфузора, при входе в наиболее узкую часть — горло­вину. В последнем случае скорость газов максимальна. Этим достигается хорошая смачиваемость всех частиц пыли - вода как бы их обволакивает, пыль коагулируется и выводит­ся из потока при резких поворотах после труб или в сепараторах-влагоотделителях, завихрителях и других устройствах.

Приведенные данные подтверждают высокую степень улавливания в таких трубах.

Рис 1. Общий вид газоочистки с малыми трубами:

1 — скруббер; 2 — трубы-распылители; 3 — влагоотделитель

Недостатком этих конструкций является большое количество труб и сопел, подлежащих надзору. В новых установках малые трубы Вентури не применяются.

Большие трубы-распылители. Более простыми явля­ются газоочистки, состоящие из труб-распылителей большого диаметра, так как их количество невелико (одна-две) и в них часто отсутствуют сопла, а вода подается через отверстия по периметру горловины.

В трубах, у которых вода подводится по периметру или подается поперек горловины, переливается через стенки конфузора или направляется по диску, газ встре­чается с потоком воды один раз, поэтому он должен обладать более высокой энергией и скоростью, чтобы раздробить поток воды и увлажнить все частицы. Для обеспечения высокой эффективности гидравлический перепад на больших трубах обычно принимается рав­ным 12 000 Па по сравнению с 9000 Па на малых тру­бах. Скорости газов в горловине больших труб 120 - 180 м/с, а в горловине малых труб 80 - 100 м/с; удель­ные расходы электроэнергии соответственно 5 - 12 и 10 кВт-ч на 1000 м³ продуктов сгорания.

Сопоставлена эффективность очистки газов в малых трубах Вентури и в средних по величи­не (соответственно с диаметрами горловин 90 и 300 мм). Показано, что малые трубы более, эффективны и в них легко достижима очистка до 60 мг/м³.

Газоочистки, состоящие из малых труб-распылите­лей, применяют в настоящее время редко из-за их боль­шого числа и повышенных эксплуатационных расходов; кроме того, при засорении одного - двух сопел очистка газов резко ухудшается. Большие трубы-распылители (в том числе и прямоугольные) без сопел все большое распространение.

Рис. 2. Газоочистка, состоящая из двух последовательных труб-распы­лителей большого (/) и малого (2) диаметров и влагоотделителя (3)

Рис. 3. Газоочистка фирмы «Баумко» из двух последова­тельных труб-распылителей (/) и (2) и угловых сепараторов (3) после каждой трубы

Газоочистки, состоящие из труб как малых, так и больших сечений, обеспечивают равномерное распределение газа по трубам и при чистых соплах в трубах они весьма надежны в эксплуатации. Равномерное распределение газа по трубам определяется тем, что сопротивление тракта до труб несоизмеримо мало по сравнению с сопротивлением труб. Трубы-распылители с горловиной больших сечений применяются во всех схемах отвода конверторных газов.

В зависимости от способа отвода конверторных газов применяются трубы с регулируемым или нерегули­руемым сечением горловины. Регулирование горловины осуществляют подвижным конусом, передвижными иле, поворотными створами, передвижением одной из стен трубы-распылителя.

Сочетание труб-распылителей большого диаметра» выполняющих функцию скруббера, и аппарата тонкой очистки применяется в газоочистках еще с раннего пе­риода развития кислородно-конверторного способа. Фирма «Баумко» дополнила эту схему сепараторами влаги и пыли, устанавливаемыми после каждой ступе­ни трубы Вентури.

Прямоугольные регулируемые трубы широко приме­няются. Практически все конвер­торы емкостью 300 т и более в отечественных кислород­но-конверторных цехах оборудуются такими трубами, выполняемыми с регулируемыми створками; положение створок соответствует давлению над конвертором и, следовательно, количеству газов, выходящих из него. Прямоугольные трубы применяются в регулируемых системах отвода газов без дожигания.

Схема газоочистки- конверторов емкостью 300 т с прямоугольными трубами-распылителями показана на рис. 47. Газы, выходящие из конвертора 7, пройдя котел - охладитель 2 при температуре 1000 - 800 °С, посту­паю; в орошаемый газоход газоочистки 3. Вода к орошаемому газоходу поступает из оборотного цикла по трубам 11. Впрыскиваемая вода охлаждает газы до 250 - 300 °С. К бункеру орошаемого газохода 4 примы­кают две трубы Вентури 5, затем в бункере первой сту­пени 6 газ делает поворот и, пройдя по газоходу 7, по­ступает во вторую регулируемую трубу Вентури 8, за­тем после бункера 9 направляется во влагоотделитель 10 и к эксгаустеру 14. Отвод шлама из элементов газо­очистки осуществляется через гидрозатвор 12

Рис. 4. Схема газоочистки за конверторами емкостью 300 т с трубами Вентури

по отво дящим линиям 13. Газоочистка рассчитана на пропуск­ную способность газов из конвертора при подаче на про­дувку 1500 м³/мин кислорода. Регулируемые трубы обладают рядом преимуществ по сравнению с нерегули­руемыми трубами, так как обеспечивают: а) эффектив­ную очистку отходящих газов независимо от колебаний их расхода и запыленности; б) поддержание необходи­мого давления-разрежения над конвертором; в) исполь­зование при пленочном орошении воды с повышенной концентрацией взвешенных веществ.

В горловине вертикальной прямоугольной регулируе­мой трубы Вентури размещены две плоские поворотные лопасти с горизонтальными осями вращения. Изменяя зазор между лопастями, меняют количество газа, пропускаемого через трубу.

Трубы-распылители (трубы Вентури) применяют, как уже указывалось, не только как основной аппарат газо­очистки, но и как аппарат для предварительного ох­лаждения газов. Подаваемая вода обеспечивает полное насыщение газов парами. В этих условиях трубы-распы­лители выполняют функции скруббера.

Остаточная запыленность очищенного газа, выходящего из газоочисток с большим сопротивлением пото­ку, зависит от суммар­ного сопротивления аппаратов газоочистки.

В установках, работающих по проектам Гипрогазоочистки, такая же остаточная запыленности достигается при более низком сопротивлении (10 - 11 кПа).

В трубах-распылителях с высоким сопротивлением движению потоки газа и воды перекрещиваются; прю этом частицы пыли и воды соударяются, дробятся, пы­линки смачиваются и при движении по диффузору тру­бы коагулируются. В трубах-распылителях с неболь­шим сопротивлением движению имеет место адиабати­ческое расширение, вызывающее состояние перенасы­щения водяного пара. Такое состояние достигается быст­ро; затем происходит относительно медленная конден­сация перенасыщенного водяного пара в многочислен­ных центрах конденсации, которыми являются пылевые частицы.

Использование эффекта конденсации для системы* очистки разрабатывалось многими советскими инжене­рами. Конденсация паров влаги при определенных условиях может привести к значительному снижению остаточной концентрации пыли. Образование вокруг частиц пыли тонкой водяной-оболочки создает благоприятные условия для их коа­гуляции. Минимальное содержание пыли при прочих; равных условиях достигается после аппарата при тем­пературе газов в нем, близкой к точке

Представлены результаты исследований, из которых видно, что минимальная запыленность соответствует точке росы (70°С). Количество конденсируемой влаги Q (г/м³), при которой максимально используется конденсационный эффект, можно опре­делить по формуле

Где - концентрация пыли по массе на входе в трубу Вентури, г/м³; - плотность частиц, кг/м³; - коэффициент, учитывающий количество влаги, образующейся в результате спонтанной конден­сации; - оптимальная толщина пленки, равная 0,5 мм; — средний диаметр частиц.

До сих пор нет единого мнения о том, как получить и под­держать чисто конденсационный эффект паров, влаги, а. газоочистке и о ее влиянии на качество очистки.

Рис. 5. Схема конденсацион­ной газоочистки конверторов емкостью 250 т:

1 ■— скруббер; 2 — вращающиеся разбрызгиватели воды; 3 — ста­ционарные разбрызгиватели; 4 — трубы-распылители; 5 — мульти-влагоотделители; 6 — вход га­зов; 7 — выход газов; 8 — на­сос повторного использования воды

На рис. 5 приведена схема газоочистки, работаю­щая на принципе конденсации паров влаги. Температу­ра воды после скруббера — около 70 °С, эффект конден­сации используется при охлаждении газов до 40 °С. В качестве газоочистки использованы трубы Вентури небольшой длины с малой горловиной. Скорость газа в трубах до 40 м/с. Тонко­распыленная вода подается в газоочистку между каж­дыми двумя ярусами труб Вентури. Сопротивление всех ярусов системы газоочист­ки с трубами Вентури (приостаточной запыленности газа до 200 мг/м³) равна 1800 Па. Удельный расход электроэнергии на 1000 м³ газа составляет 2—2,5 кВт-ч.

После труб-распылителей необходим сепаратор для удаления из потока скоагулировавшеися пыли. Трубы-распылители, использующие эффект конденсации, по мнению автора, в отличие от труб-распылителей с высоким сопротивлением движению предъявляют более жесткие требования к работе в рамках расчетных ре­жимов, и это обстоятельство ограничивает их примене­ние, особенно в системах регулируемого отвода газов без дожигания. При отклонении от расчетных режимов по количеству газов и по тепловой нагрузке скорость и температура газа в газоочистке снижаются, ухудшается эффект конденсации. Так, на конверторах с отводом га­зов без дожигания по регулируемой схеме такие систе­мы с конденсационным эффектом не обеспечивают не­обходимой очистки в кратковременные периоды (при а>1) в начале и конце продувки. Недостаток таких систем - большое количество труб малого диаметра и сложность эксплуатации, поэтому в последнее время их не устанавливают.

Скрубберы широко применяют в системах очистки газов при их температуре перед аппаратами выше 600 - 200°, однако эта температура весьма часто достигает 1200 - 1400 °С. Скрубберы предназначены в основном для охлаждения газов, но в них происходит и отделение наиболее крупных фракций пыли. По принципу работы скрубберы делятся на водяные и испарительные. В первые подается большое количество воды, которая охлаждает газ и при этом нагревается не выше температуры мокрого термометра, во вторых,- впрыскиваемая вода практически полностью испаряется и охлаждает газы до температуры 70 - 250 °С. После скруббера газы поступают в сухой электрофильтр, трубы распылители или другие системы газоочистки.

Скрубберы (имеются в виду только водяные безнасадочные) представляют собой полые цилиндры с бункером в нижней части. По высоте скруббера размещено несколько рядов сопел, обеспечивающих распыление воды, полностью перекрывающей все сечение.

Скруббер, представленный на рис. 53,а, футерован с внутренней стороны. Вода подается вверх через форсунки, смонтированные в три ряда. Газ входит в нижнюю часть скруббера, поднимается вверх а на своем пути движения встречается с охлаждающей водой.

Скруббер, представленный на рис. 53,6, не имеет фу­теровки. Сопловые аппараты размещены равномерно на высоте. Разбрызгивание воды происходит интенсивно по всему сечению, при этом интенсивнее происходит и охлаждение металлических стенок. Над бункером в скруббере размещаются решетки (с ячейкой 100х100 мм или других размеров). В пределах скруббера газ отмывается от известковой пыли, осаждающие крупные частицы шлака и металла; в последующие элементы газоочистки (трубы-распылители и другие) поступают газы, содержащие только плавильную пыль. Ско­рость газа (отнесенная к его выходным параметрам) в скруббере 1,2 – 2 м/с. Некоторые авторы рекомендуют принимать более высокие скорости.

Коэффициент улавливания при интенсивности орошения 15—20 равен примерно 80% (расход воды около 1500 м³/ч; количество конверторных газов 70 000—100 000 м³/ч). В водяных противоточных скруб­берах температура выходящей воды часто выше тем­пературы охлажденного газа.

Прямоточные водяные скрубберы нашли применение и в газоотводящих трактах. В таких скрубберах температура выходящей воды ниже температуры газов, покидающих аппарат. Время пребывания газов в параллельно-прямоточных скрубберах может достигать 1,5 – 2,5 с при скорости 12—20 м/с; при этом газы охлаждаются с 800—900 до 60—80 °С. При интенсив­ности орошения больше 5—8 следует считаться с воз­можностью значительного выноса влаги из скруббера.

В нижней части скрубберов как противоточных, так и прямоточных накапливается большое количество пыли, поэтому для защиты шламоотводных труб от забивания над бункерами размещаются решетки (ячейками 100х100 мм и меньше). Удаление шлама над решеткой представляет трудную операцию. При кон­струировании аппарата и выполнении проекта его установки этой проблеме необходимо уделять соответ­ствующее внимание.

Для облегчения работы при эксплуатации конвер­торного цеха Карагандинского металлургического ком­бината увеличили объем бункера, одна сторона которого выполнена в виде двери с электроприводом. Под бун­кер подается думпкар. При открывании двери содер­жимое бункера сползает в думпкар и отвозится.

П. И. Вернигора, обобщив работу 14 скрубберов, провел исследования скруббера диаметром 7,0 м, вы­сотой 25,75 м, объемом 962 м³ и установил, что зна­чение объемного коэффициента теплопередачи К зави­сит от плотности орошения и с увеличением последней также возрастает.

Величину К рекомендуется определять по уравне­нию , где — плотность орошения, м³/м².

В другой работе утверждается, что на заводах успешно работают безнасадочные скрубберы, но их гео­метрические размеры завышены. Рекомендуется сле­дующая зависимость между объемным коэффициен­том теплопередачи [Вт/(м²·°С)], массовой скоростью газа [кг/(м²·с)] и плотностью орошения: К=1,163х(14,7 + 96,7lg).

Осмотр работающих скрубберов показал, что на многих предприятиях расчетный расход воды значи­тельно выше требуемого, что обусловлено завышением расчетных параметров газа. Авторы указывают, что эффективное орошение происходит в том случае, если давление воды перед брызгалами не менее 0,15 МПа. Испарительные скрубберы применяются большей частью как стабилизаторы перед сухими электрофильт­рами. Чисто испарительные скрубберы в условиях конверторных цехов имеют тот недостаток, что на стенках скруббера могут появляться настыли.

Тепло (Вт), отводимое в испарительном скруббере от газа, определяется по формуле

где V_о — объем газа на входе в скруббер, м³/ч; - начальная и конечная температура газов, ° С; - соответственно начальная и конечная тепло­емкость газа и пара, кДж/(м³·°С); - начальное и конечное влагосодержание газа, м³/м³.

Объемный коэффициент теплопередачи в скруббере где V — активный объем скруббера, м³; — среднелогарифмическая разность температур газов и жидкости, °С:

Рис. 6.

Величина К колеблется от 400 до 1600 кДж/(м³-^оС).
Дисковые распылители. Последние годы во многих отечественных цехах и в различных странах применяют дисковые распылители в качестве газоочистного аппарата для газов кислородных конверторов, отводимых в системах с полным дожиганием и без дожигания. Вся газоочистка состоит из трех - пяти элементов: дискового распылителя, сепаратора, влагоотделителя ; иногда применяют два по­следовательно установленных дис­ковых аппарата с сепаратором между ними.

На рис. 6 представлена схе­ма дискового распылителя. Газы движутся сверху вниз; по пути встречают неподвижный диск 1, отражаются, делают рез­кий поворот и с высокой ско­ростью проходят через кольце­вую щель 2 между наружным корпусом и внутренним диском. Вода под обычным давлением подается по трубе 3, встречает диск, растекается по не­му и стекает веером по периметру, пересекаясь с газом, движущимся в щели с большой скоростью. При этом происходят дробление частиц воды, смачивание пыли и ее коагуляция.

Диск размещен в конусообразной части газохода; он не вращается, но при регулируемых системах отвода газов перемещается вниз и вверх;, при этом меняются ширина и площадь сечения щели, скорость потока, а следовательно, изменяется степень дробления и смачи­вания частиц. Смоченная и скоагулированная пыль выводится из газового потока в сепараторе 4 и влаго-отделителе 5. Напор воды при подходе к дисковому рас­пылителю должен быть достаточен для подъема воды, прохода по диску и истечения с напором, обеспечиваю­щим распыление (0,15—0,2 МПа).

Требования к качеству воды, подводимой к дисковому распылителю значительно ниже, чем к качеству воды, направляемой к трубам-распылителям. Дисковые распылители могут работать при содержании взвешен­ных частиц в воде 200 - 300 мг/кг и более.

Установки с дисковым распылителем смонтированы на многих заводах в схеме от­вода газов без дожигания и с полным дожиганием. Дисковый распылитель имеет ряд преимуществ перед трубами-распылителями: он меньше забивается даже при очень плохом качестве воды, не имеет сопел и требует небольших эксплуатационных затрат. Работа дискового распылителя определяется в основном рабо­той влагоотделителя, т. е. тем, в какой мере последний обеспечивает улавливание скоагулировавшейся пыли.

Сепараторы, циклоны, влагоотделители

Для вывода из потока газов смоченных и скоагули-ровавшихся частиц служат различные аппараты: сепа­раторы, циклоны, пенные решетки и др. На рис. 56 изображены принципиальные схемы таких аппаратов: а) сепаратор угловой; б) циклон или центробежный сепаратор; в) пенная решетка. Принцип работы сепа­ратора и циклона ясен из приведенного рисунка.

По проекту Гипрогазоочистки пенные решетки уста­навливают после труб Вентури. Опыт газоочистки кон­верторов показал, что пенные решетки являются хоро­шим влагоотделителем при скорости газов 3,5 м/с и потере напора 500 Па. При скорости газов в 2 м/с пенная решетка работает неудовлетворительно. Во влагоотделителях целесообразно использовать принцип ма­лых скоростей движения газов после труб-распылителей (до 1 - 1,5 м/с).

Мокрые электрофильтры

Мокрые электрофильтры включают в газоотводящий тракт после котлов-утилизаторов и скрубберов. Через электрофильтр отводят продукты сгорания конвертор­ных газов.

Среди современных установок выделяется газоотво­дящий тракт с мокрым электрофильтром на заводе в Хукингене (ФРГ) [60]

Рис. 7. Схемы влагоотделителей:

а — сепаратор Элбоу; б — циклон; в — пенная решетка; / — ввод запыленного газа; 2 — корпус; 3 — направляющий лист; 4 — кольцо для сбора шлама; 6 — выход очищенного газа; 6 — отвод шлама: 7 — отвод пыли; 8 — решетка; 9 — приемная коробка; 10 — порог; 11 — сливная коробка; 12 ~~ подвод вод»

После котла-охладителя газы с температурой 1100 °С разделяются и поступают в два параллельных скруб­бера (слегка наклоненных к горизонту) и затем при 77 °С в вертикальный трубчатый электрофильтр. Фильтр состоит- из 1000 труб. Трубы являются осадительными электродами; внутри каждой трубы имеется коронирующий электрод; рабочее напряжение электрофильтра со­ставляет 40 кВ.

Шлам, осевший на внутренних поверхностях трубы, смывается водой, проходит циклон и оседает в отстой­нике, а затем насосами подается непосредственно в ба­рабанную мельницу аглофабрики. Система работает с коэффициентом избытка воздуха не ниже 0,75 (газ негорючий), т. е. практически по схеме с недожогом в пределах взрывобезопасности. Из двух работающих систем за конверторами емкостью 200 т с максимальной скоростью обезуглероживания 0,55% С/мин и выходом газов 100 000 м³/ч (продувка 18—20, плавка 40 мин) одна работает с дымососом, другая — на естественной тяге.

Наибольшее распространение получила сухая очист­ка в электростатических фильтрах при отводе газов с полным дожиганием.

Сухие электрофильтры в системах с >0,75

На рис. 8 представлен общий вид электростатиче­ского сухого фильтра Семибратского завода газоочист-

Рис. 8. Сухой электростатический унифицированный горизонтальный фильтр типа УГ

ного оборудования. Электрофильтры — многопольные односекционные аппараты прямоугольной формы со стальным корпусом. Осадительные электроды изготовлены в виде С-образных свободно подвешенных пластин­чатых элементов, нижние концы которых закреплены при помощи направляющих. Расстояние между плоско­стями электродов 265 мм. Коронирующие электроды - .ленты с выштампованными иголками, натянутые на трубчатые рамы.

Электрофильтры подразделяют на три габаритные группы: УГ-1, УГ-2 и УГ-3. Каждая из этих групп вклю­чает несколько типоразмеров. Условное обозначение типоразмера электрофильтра: У — унифицированный, Г — с горизонтальным ходом газа. Цифра после букв обозначает порядковый номер габаритной группы; сле­дующая цифра — число электрических полей; послед­ние цифры — площадь активного сечения, м².

В зависимости от насыпной массы уловленной пы­ли и принятой схемы пылеулавливания корпус электро­фильтра может быть изготовлен в различном исполне­нии, различающемся типом бункера (табл. 2 ).

Таблица 2. Типы корпусов электрофильтров

Электрофильтры первого и второго габаритов мож­но устанавливать вне здания с устройством шатра над :крышкой и механизмами встряхивания электродов. Шатер опирается на корпус электрофильтра. Электро­фильтры третьего габарита устанавливают вне здания *без шатра.

Электрофильтры Семибратского завода получили большое распространение. Температура очищаемых газов до 250 °С, сопротивление фильтра около 150 Па, потребляемая энергия 0,3 кВт-ч/1000 м³, коэффициент улавливания пыли 99,8%.

На заводе в Консетте [61] с конверторами емкостью 100 т работает трехпольный горизонтальный электро­фильтр. Для удаления пыли, осаждаемой на осадительных электродах, используют принцип магнитного импульса; кроме того, на подвесной раме укреплены ударные молоточки, которые сбивают пыль. Коронирующие электроды очищают от пыли электромагнитным вибратором. Эффективность очистки фильтров зависит от качества работы молоточков и вибраторов.

Сухие электрофильтры работают устойчиво при оп­ределенной температуре и влажности входящего газа. Для обеспечения этих условий перед сухим электро­фильтром устанавливается стабилизатор-башня высо­той до 20 м, диаметром 4—5 м, оборудованная соплами для тонкого распыления воды. Количество впрыскивае­мой воды регулируется автоматически по температуре газов на выходе из сухого фильтра, равной 140 - 160 °С.

Ниже приведены рекомендуемые параметры при ра­боте сухих электрофильтров:

Корпуса электрофильтров рассчитываются на работу под разрежением от 3000 до 15 000 Па при заполнении бункеров с насыпной массой от 1500 до 3500 кг/м³.

Такие электростатические фильтры работают в сис­темах отвода газов из конверторов при >0,75, т. е в системах с полным дожиганием и недожогом в пре­делах взрывоопасности.

Сухие электрофильтры в системах 0<<0,75

В 1979 г. в системах отвода газов 0<<0,75 рабо­тали восемь электрофильтров [63, 64]. Первые фильтры были, введены в эксплуатацию на заводе «Зальцгиттер» в 1969 и 1972 гг. Характеристика трактов с сухими электрофильтрами представлена в табл. 14 (на начало 1980 г.).

Практически в крупных промышленных газоотводящих трактах не может быть осуществлено идеальное тампонное течение. Еще до того, как содержание кис­лорода в газах с началом продувки в течение первой минуты снизится с 21 до 0%, в газоотводящем тракте уже появляется и окись углерода.

Однако при быстрой скорости обезуглероживания снижение содержания кис­лорода с 21 до 0% может происходить не за одну ми­нуту, а за несколько секунд. В отходящих газах при этом может присутствовать и кислород, и окись угле­рода. Чем быстрее меняется скорость обезуглерожива­ния в начале продувки, тем больше продолжительность совместного наличия в газах и СО.

При прохождении последовательно через пылеулав­ливающие устройства кислородсодержащих продуктов сгорания и газов, содержащих окись углерода, в связи с наличием мертвых зон, неравномерностью выхода га­зов из конвертора, неравномерностью потока и другими факторами может образоваться взрывоопасная газовая смесь. Поэтому обычный сухой прямоугольный фильтр с пылевыми бункерами не удовлетворяет условиям тех­ники безопасности (много мертвых зон). Более прием­лемыми оказались трубчатые электрофильтры. В круг­лом газоходе газы проходят через систему последова­тельно и при этом предотвращается смешивание газов различного состава.

Созданию промышленной установки предшествовали лабораторные исследования. Были изучены условия, исключающие застойные зоны, условия прочности при возможных хлопках, а также условия достижения тре­буемой очистки.

Опыт эксплуатации трактов показывает, что незави­симо от применяемых способов очистки (сухих или мокрых) в аварийных случаях нельзя исключить хлопки. В связи с этим в описываемых сухих электрофильтрах расчетный перепад давления принят 0,2 МПа; дополнительно на корпусе фильтра предусмотрены предохранительные клапаны. Площадь предохранительных клапанов (м²) определяют по формуле

где — разгрузочное сечение промышленной установ­ки; , - объем и сечение сосуда лабораторной уста­новки; - объем сосуда промышленной установки.

При хлопке, чем больше емкость сосуда, тем мень­ше давление взрыва. Это следует из результатов лабораторных опытов (рис. 59).

В табл. 3 приведена характеристика условий опытов.

Таблица 3. Зависимость давления взрыва от емкости сосуда

Исследования проводились на газовой смеси, содержащей 70% метана и 30% водорода. Результаты ис­следований показали, что при больших объемах повы­шение давления от хлопков происходит медленнее и имеется достаточно времени для снижения давления.

Несущими элементами электрофильтра круглой формы являются (см. рис. 58) кольца /, между которыми помещены обечайки 2, патрубки входа 3 и выхода га­зов 4, сочлененные с коническими днищами 5. Отделенная пыль через отверстия 6 в днище корпуса поступает на лотковый цепной транспортер. Предохранительные пружинные клапаны 7 размещены на днищах. Электро­фильтр разделен на три последовательные зоны очистки.

Очистка коронирующих и осадительных электродов происходит с помощью обстукивающих устройств. Каж­дая зона имеет преобразовательную установку постоян­ного тока высокого напряжения. Высокое напряжение 45 - 60 кВ, плотность тока 0,3—0,5 мА/м² площади осаждения.

Эффективность электрофильтров по отделению пыли определяют по формуле ;

где v — скорость газа; w— скорость перемещения газа в электрическом поле.

Высокому к. п. д. фильтра (.99,9%) сопутствует увла­жнение газов перед фильтром. Для быстрого увлажне­ния при относительно низких температура газов в отдельных случаях вдувают пар. Удельный расход; электроэнергии 1,85 кВт-ч на 1 т жидкой стали; расход: воды 0,08 т на 1 т стали.

Рис. 9. Общий вид сухого электростатического фильтра работающего в схемах с 0<а<0,75.

Уловленную пыль используют главным образом на аглофабрике. Пыль собирают в башне, емкость которой равна суточному выходу. Затем в сухом виде или с небольшой добавкой воды транспортируют в смесительно-окомковательные установки.

Сухие электрофильтры веретенообразной формы на­мечено установить на заводе «Ньювес-Майсонс» (Франция). Взрывоопасная смесь исключается продувкой тракта газовым тампоном [65]. Авторы отмечают, что по мере роста стоимости энергии и ужесточении тре­бований к охране атмосферы эффективность сухих фильтров будет возрастать. При сухой очистке отсутствует сложное водное а шламовое хозяйство. Сопротивление сухих электро­фильтров невелико, поэтому некоторые заводы отдают предпочтение сухой очистке. Однако сухие электро­фильтры имеют более сложное оборудование, чем при мокрой очистке, и требуют большей квалификации и внимания эксплуатационного персонала.

Рис. 10. Общий вид газоотводящего тракта с ткане­выми фильтрами: 1 — конвертор; 2 — охлаж­даемый камин; 3 — аккуму­лятор; 4 — скруббер; 5 —• тканевый фильтр; 6—дымо­сос; 7 — дымовая труба; 5, 9 — клапаны; 10 — вентиля­тор

Фильтры этого типа находят ши­рокое применение в черной металлургии. Известно не­сколько установок (рис. 60), используемых для очистки

конверторных газов [66, 67]. Фильтрацияв этом случае требует тщательного подбора фильтрующей ткани. Конверторная пыль, неоднородная по химическому сос­таву, образует на ткани слой, через поры которого про­никает только газ. Этот слой способствует дальнейшей коагуляции частиц. При отсутствии такого слоя части­цы будут проходить через ткань, поры которой в 50— 100 раз больше размера частиц, поэтому газы не будут очищаться.

Обычные ткани имеют много недостатков (короткие волокна, закрывающие поры и др.), поэтому ткани из естественных волокон уступают тканям из искусствен­ных, которые находят все большее применение в ка­честве фильтровальных. Температура газов перед ру­кавными тканевыми фильтрами должна поддерживаться с минимальными отклонениями в интервале 100—110°С. Имеются волокна (стекловолокно с содержанием сили­кона или графита), допускающие более высокую температуру газов (275—300°С). Ведутся разработки кремнеглиноземистых волокон, которые могут работать при-800—900 °С. Различают ткани с остроконечным ворсом и гладкие, типа фетра.

В тканевых фильтрах конверторного производства применяют тергаль. Для поддержания требуемой тем­пературы газов перед тканевым фильтром их пропус­кают через испарительный скруббер или подключают термостаты, регулирующие подачу подогретого допол­нительного воздуха. На одной из установок имеете» три термостата; два из них включают подсос воздуха при температурах 125 и 135 °С. При достижении пре­дельной температуры для ткани 145 °С третий термо­стат подает сигнал на подъем фурмы. Содержание пы­ли после тканевого фильтра (50-т конвертора на заво­де в Эль-Ходжар в Алжире) составляет 20 мг/м³. Очист­ка тканевых фильтров осуществляется встряхиванием. При работе в системах с полным сжиганием газов встряхивание и переключение секций происходит ав­томатически в любой момент продувки; в схемах с <1 эти операции осуществляют после завершения про­дувки. Содержание пыли в газах после тканевых: фильтров составляет менее 10 мг/м³. Недостаток этих фильтров — высокий расход электроэнергии; 30 кВт-ч на 1 т жидкой стали.

Текущий ремонт фильтров представляет собой тру­доемкую операцию. Одно из направлений упрощения* этой операции — применение крупномасштабных рука­вов диаметром 250—300 мм и высотой 6—10 м, поверх­ность одного элемента которых составляет 6,5—10 м². Тканевые фильтры компонуют также в виде панелей,, блоков, кассет, замена которых может быть выполнена очень быстро.

При проектировании оборотных циклов прежде все­го необходимо решить следующие задачи: 1) определить минимальное количество циркулирующей воды при за­данной интенсивности продувки конвертора; 2) установить подачу такого качества воды, при котором обес­печивается длительная бесперебойная работа аппара­тов газоочистки.

Минимальное количество циркулирующей воды воз­можно при максимальном ее подогреве в период наи­большего обезуглероживания. Между кислородными продувками подачу воды в систему газоочистки сокра­щают или полностью ее отключают. Для этого прикры­вают задвижки или периодически отключают насосы. Максимальный подогрев воды в оборотном цикле можно рассчитать по формуле

где Qmax — максимальное количество тепла, отдавае­мого газами в системе газоочистки, кДж; G_ц — количест­во воды, циркулирующей в системе газоочистки, т/ч; t" _в - температура воды на входе в газоочистку и выходе из нее, °С; t"_в — нагрев воды в газоочистке, °С; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг°С).

В течение кислородной продувки вода после мокрой газоочистки выходит с переменной температурой; боль­шей частью эта температура ниже максимально расчет­ной. В периоды между продувками вода не нагревается. Даже в периоды максимальных тепловых нагрузок вода после газоочистки смешивается с более холодной водой в системе и поступает к охладителям с температурой значительно ниже максимальной.

При емкости системы G_c, температуре воды в ней t_c и количестве циркулирующей воды О_ц температуры перед охладителями (градирнями и другими устройст­вами) рассчитывают по формуле (без учета потерь системой)

На рис. 61 приведены кривые изменения темпера­туры воды. Снижение температуры воды после газо­очистки облегчает работу охладителей в схеме оборот­ного цикла. Схемы и конструкции систем оборотных циклов мно­гообразны. Одна из схем приведена на рис. 62. По ходу кислородной продувки меняются состав и количество взвесей в сточной воде. Согласно замерам по ходу про­дувки содержание взвешенных частиц следующее:

Время продувки, мин. .369 12 15 18 21

Содержание взвеси в воде,

мг/л......................... 410 1040 1790 2700 3900 4600 2100

Вода после газоочистки содержит окислы железа, кальция, марганца, извести и другие элементы, а также газы — двуокись и окись углерода. Содержание газов в воде зависит от состава газов, проходящих через га­зоочистку. В системах с дожиганием вода насыщена двуокисью углерода, в системах без дожигания — окисью углерода.

Растворимость газов зависит от темпе­ратуры воды, парциального .давления и вида газа. Растворимость газов определяется коэффициентом раство­римости р или коэффициентами абсорбции а [69].

Коэффициентом растворимости р называют число объемов газа (без приведения к нормальным условиям), растворившихся в одном объеме воды. Коэффициентом абсорбции а называют число объемов газа, приведен­ного к нормальным условиям, которое поглощается од­ним объемом воды при парциальном давлении газа, равном 1,01 МПа. Значения коэффициентов раствори­мости (абсорбции) газов в воде приведены в табл. 18.

Атмосферный азот содержит 98,815%N₂ и 1,185%Аг. Щелочность и кислотность сточных вод для разных установок различны.

На рис. 63 показано изменение щелочности воды в оборотных системах мокрых газо­очисток для трех различных цехов.

В цехе А после каждой продувки щелочность воды снижалась; для предотвращения кислотной коррозии

оборотную воду подщелачивали известью. В течение одной продувки щелочность воды при выплавке стали понижалась до 0,8 мг-экв/л, а при работе на полупро­дукт — до 0,5 мг-экв/л. При подтопке котла-охладителя коксовым газом, содержащим серу, между продувками щелочность уменьшалась на 0,15 мг-экв/л. В системах с полным сжиганием щелочность воды была достаточной (не менее 3, мг-экв/л) для нейтрализации загряз­няющих кислых компонентов. Оборотные циклы это­го цеха необходимо корректировать для обезвреживания кислых стоков. Рекомендуется вводить известь в тракт после газоочистки (до отстойника). При этом про­текают следующие реакции: СаО + 2НР = СаР2 + Н₂О, а также CaO + H₂S04 = CaSO4 + H₂O, т. е. получаются кальциевые соли, плохо растворимые в воде.

В цехе Б щелочные и кислые стоки балансируются и дополнительной обработки воды не требуется. В цехе В при отсутствии обработки воды наблюдается неуклон­ный рост щелочности. На этой установке при рН сточ­ных вод 7—8 выделения осадков не наблюдалось; при рН около 10 осадки начали выпадать быстро и при рН = 12 горловины труб-распылителей зарастали в те­чение 20 плавок (диаметр их уменьшался с 90 до 70 мм). В этом случае требуется уменьшить время контакта конверторных газов с известью (например, можно пода­вать основное количество извести в шихту конвертора до начала .продувки) и осуществлять подкисление воды.

Возможность стабилизации воды должна предусмат­риваться во всех проектах оборотных циклов, так как предварительно оценить влияние и взаимодействие всех компонентов процесса нельзя.

В системах с полным дожиганием и большим количеством свободной двуокиси углерода, последняя вступает в реакцию с ионами кальция, магния, двухвалентным железом (FeO), образуя бикарбонаты:

Mg(OH)₃ + 2С0₂-Н₂0 -* Mg(HC0₃)₂ + 2Н₂О; Са(ОН)₂ + 2СО₂ • Н₂О -- Са{НСО₃)₂ + 2Н₂О ; Са(ОН)₂ + СО₂ -•• СаСО₃ | + Н_аО.

В период низкого содержания углекислого газа протекают реакции

Mg(HCO₃)₂ + 2Са(ОН)₂ -* 2СаСО₃ 4- + Mg(OH)₂ + 2H_SO; Ca(HCO_s)₂ + 2Са(ОН)₂ -* 2СаСО₃1 + 2Н₂О ; 2NaHCO₃ + Са(ОН)₂-> СаСО₃1 + Na₂CO₃ + 2Н₂О.

При этом происходит загрязнение тракта оборотного цикла соединениями кальция и магния. Свободная двуокись углерода, как известно, вызывает коррозию металла. Водородный показатель газа, равный 6,0—7,0, может повлечь за собой коррозию скруб­бера.

В системах с отводом газов при а 1 (без дожига­ния, частичное сжигание, недожог) необходимо удалять окись углерода из воды, чтобы обеспечить безопасную работу обслуживающего персонала. В системах без до­жигания содержание окиси углерода в газах больше, чем при других способах. В схеме оборотного цикла Карагандинского металлургического комбината, напри­мер, предусмотрена двойная дегазация воды: а) перелив тонким слоем из закрытой трубы в канал на выходе из цеха (на этом участке сделана вытяжная труба); б) вытяжка газов из камеры, распределяющей воду по отстойникам. Ниже приведено содержание окиси угле­рода в воде по тракту, мг/л:

После скруббера....................................... 1800

На выходе из цеха (после перелива) .... 1300

После распределительной камеры......... 700

Над отстойниками (иустителями)............. Нет

В отстойниках ........................................ 80

На одном из заводов для очистки 300 м³/ч воды ра­ботают четыре гравийных фильтра диаметром 2,0 м. Они обеспечивают очистку воды до содержания взвесей 50 мг/л; при этом сопла труб-распылителей всегда чисты. В больших цехах такие фильтры усложняют установку, поэтому следует использовать и другие методы очистки (магнитное поле, уменьшение нагрузки на
радиальный отстойник и т. д.).

Исследование шламов конверторного цеха «Криворожстали» показало, что установка намагничиваю­щих устройств способствует интенсификации осветления сточных вод мокрых газоочисток.

Метод стабилизации воды выбирается в зависимости от количества гидратной щелочи. Известны предложения по обработке воды силикатным раствором. Растворимость извести при этом снижается в результате адсорб­ции силикатного реагента на поверхности поступающих в воду частиц извести и нейтрализации воды у поверх­ности известковых частиц. Силикатный реагент сни­жает также адгезионную способность кристаллов карбо­ната кальция, образующихся из извести, растворившейся в воде.

СТОКИ КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Вода используется для охлаждения отдельных элементов оборудования, фурм, установок непрерывной разливки стали, обеспечения работы КУ, хоз. бытовых нужд.

Кроме хоз. бытовых нужд остальные места использования воды могут быть переведены на замкнутый цикл.

При замкнутом цикле принимается, чтго расход свежей воды составляет 1.5.% от всей оборотной воды.

В нашем конвертерном пр-ве охлаждение и КУ работают на технической воде в замкнутом цикле. Объем потребляемой воды примерно10% от суммарного объема, остальные 90% поступают на обеспечение работы газоочистки.

Стоки газоочистки – основные стоки конвертерного производства. Как и стоки любого сталеплавильного производства они плохо очищаются. Мелкая сталеплавильная пыль плохо осаждается. Шлам конвертерных цехов годами стоит не осветляясь ( в виде пульпы).Мал и слой отстоянной воды. Поэтом использование инерционных способов отстоя шлама не дает возможности металлургическим предприятиям работать на замкнутой системе очистки газов.

На наших металлургических предприятиях работают в открытых системах водоснабжения газоочисток (прямоточной). Каждый раз на газоочистку подают чистую воду (1,2-1.5 л на 1 т газа). Длительное время на Западе использовали мокрую газоочистку и имели подобные проблемы. В настоящее время используется сухой способ очистки газов в ЭФ. В случае использования скруббера жидкий шлам сгущается в гидроциклоне, что повышает время сгущения шлама на порядок.

Такая система позволяет работать на замкнутом водоснабжении. При этом эксплуатация ЭФ для очистки КГ отличается низкими энергозатратами, но высокими капитальными затратами, которые могут быть окупаться путем экономии энергии и воды.

Лучше всего перерабатывать брикеты в вагранках. Длительная работа вагранок с добавками брикетов дает возможность повышать содержание цинка до 30 %. Полученный в результате шлам передается на предприятия цветной металлургии в качестве сырья. Это самая эффективная переработка. На наших предприятиях конвертерные и мартеновские шламы не используются.

Количество сточных вод от газоочистки одного 100—130т конвертера составляет 200 - 300 м3/ч, а 250—300т конвертора — 2000 м3/ч. Конверторный цех состоит из 2—3 агрегатов. Поэтому количество сточных вод от газоочисток современного конверторного цеха достигает 4000—6000 м³/ч.

На тех заводах, где величина продувки систем оборотного водоснабжения сравнительно невелика, общее солесодержание оборотной воды достигает 5 г/л. Химический со став воды на ряде заводов свидетельствует о необходимости ведения стабилизационной обработки с целью предотвраще ния плотных солевых (преимущественно карбонатных) отло жений. Методы предотвращения солевых отложений изложены.

Исследования показали, что нет прямой зависимости скорости коррозии как от величины общего солесодержания, так и от концентрации отдельных компонентов. Однако установлено, что наличие сульфатов способствует торможению процесса коррозии. Таким образом, для практически замкнутых оборотных систем водоснабжения величина концентрации хлоридов и сульфатов в рассматриваемых пределах не должна нормироваться как с точки зрения процессов коррозии, так и образования солевых отложений.

Процесс осаждения взвешенных веществ сточных вод газоочисток конверторов характеризуется кривыми, приведенными на рис. 1. Высота слоя отстаивания 180 мм.

В настоящее время очистка сточных вод газоочисток конверторов осуществляется, как правило, в радиальных отстойниках с удельной гидравлической нагрузкой до 1 м³/(м²*ч).

Проведенные во ВНИПИ - черметэиергоочистке работы по зволяют рекомендовать для очистки этих сточных вод открытые гидроциклоны диаметром 6—8 м с нагрузкой до 14 м³/(м^а-ч) при коагуляции, флокуляторы диаметром 12 м с нагрузкой до 7—8 м³/(м² • ч) или отстойники с камерой флокуляции с нагрузкой до 5 м³/(м²-ч).

Для газоочисток конверторных цехов со 100—1,30-т агрегатами и расходом сточных вод 500—900 м³/ч рекомендуется применять открытые гидроциклоны, а для большегрузных конверторов, работающих по режиму отвода газов без дожигания СО — отстойники с камерой флокуляции.

Рис. 1. Кинетика осаждения взвеси в сточных водах газоочисток конверторов при начальной концентрации, г/л: 1 — 14; 2 — 3,7; 3 — 1,6; 4 — 0,8

При выборе схемы очистных сооружений следует учитывать, что в связи с интенсификацией процесса выплавки стали в результате увеличенной продувки ванн кислородом из конверторов вы носится значительное количество частиц пыли весьма крупных размеров (более 500 мкм). И поэтому в системе необходимо предусматривать предварительное улавливание крупных частиц из сточных вод перед их поступлением на основные очистные сооружения.

Открытый гидроциклон. Для очистки сточных вод газоочисток конверторных цехов применен открытый гидроциклон (см. рис. 2), а также гидроциклон с устройством для циркуляции осадка(рис. 3).

рис. 2. Гидроциклон с устройством для циркуляции осадка:

1 – корпус; 2 – завихритель; 3 - устройств для подъема осадка

рис. 3 Распределение тангенциальных скоростей в гидроциклоне

Открытые гидроциклоны по принципу работы существенно от-личаются от напорных. Ввиду малых скоростей движения воды и больших размеров аппарата центробежные силы играют незначительную роль в процессе осветления. Во многих случаях открытые гидроциклоны работает подобно вертикальным отстойникам.

Основным фактором способствующим задерживанию взвеси, является коагуляции частиц в условиях вращательно-поступательного движения. Как показали эксперименты, выпадение взвешенных веществ из сточных вод происходит быстрее при медленном вращении отстаиваемой жидкости. Кроме того, вращательное движение способствует снижению турбулентности и уменьшению переноса частиц из нижних слоев в верхние. В связи с этим открытый гидроциклон более эффективный, чем близкий к нему по конструкции вертикальный отстойник.

(между лучами у0 и у1) и присоединенный (между лучами у1 и у2). Основной поток поступает на перелив, а присоединенный возвращается в нижнюю часть гидроциклона. Более крупные хлопья взвеси, поступающие в нижнюю часть гидроциклона с присоединенным потоком являются центрами коагуляции для более мелких частиц, что также способствует осветлению воды.

Эффективность осветления воды в открытом гидроциклоне возрастает с увеличением диаметра аппарата (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость концентрации взвеси в осветленной воде от удельной гидравлической нагрузки для гидроциклона пи коагуляции(а) и без нее (б):

1, 2 - с плоской диафрагмой, диаметр соответственно 1250 и 2500 мм; 3 - с конической диафрагмой, диаметр 1250 мм; 4, 5, 6 - для гидроциклона диаметром соответственно 500, 1250 и 2500 мм.

Неорганические коагулянты (сернокислый алюминий А12(SO₄)3, железный купорос FeSO4*H2O, хлорное железо FеС1₃, бентонит и др.) гидролизуются в воде с образованием хлопьев гидроокисей, которые в процессе осаждения сорбируют тонкодисперсные загрязнения, включая коллоидные, чем ускоряется процесс осветления. Таким образом, коагулянты — вещества, введение которых в жидкость, вызывает слипание и выпадение в осадок мелких частиц.

Флокулянты (полиакриламид, активированная кремниевая кислота) способствуют образованию более крупных и прочных хлопьев либо интенсифицируют процесс самокоагуляции частиц (объединение коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты). Применение реагентной обработки позволяет достичь эффективности улавливания (к.п.д.)= 99,5% . Однако такая обработка существенно осложняет эксплуатацию очистных сооружений и поэтому целесообразна лишь в тех случаях, когда к очистке предъявляются повышенные требования — при сбросе очищенных стоков в водоемы и направлении их в системы чистой охлаждающей воды.

ОТХОДЫ КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

К отходам конвертерного производства относятся шлам . Помимо проблем с его сгущение, есть проблемы, связанные с тем, что он содержит большое количество цинка. В случае утилизации в агломерационном производстве цинк возгоняется в верхние горизонты доменной печи, , оседая на колошниках и коадке, ухудшает газопроницаемость и разрушает кладку.

Операции по переработке конвертерного шлама включают стадии:

- сгущение шлама в гидроциклоне;

- отжим шлама на ленточном фильтре;

- брикетирование на специальных устройствах;

- переработка брикетов в сталеплавильных печах.

 Водопотребление в прокатном производстве

Производительность металлургического агрегата не всегда может быть единственным критерием, определяющим его водопотребление. Потребление воды двумя одинаковыми прокатными станами может различаться на 30 – 40 % в зависимости от наличия участка термоупрочнения проката.

Имеются факторы, влияющие на сокращение водопотребления:

а) испарительное охлаждение металлургических печей и кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), позволяющее сократить потребление воды в охлаждаемых деталях в 50 - 60 раз;

б) сухие методы очистки отходящих газов;

в) усовершенствование способов охлаждения прокатного оборудования и металла – замена малоэффективного способа охлаждения при помощи перфорированных труб форсуночным охлаждением, что позволяет в ряде случаев сократить потребление воды на 20 - 30 %;

г) совершенствование способов промывки металла после травления путем применения каскадов, противотока и воздушной промывки;

д) воздушное охлаждения. Замкнутые циркуляционные контуры умягченной воды или эмульсий, применяемые для охлаждения некоторых агрегатов и сред, могут охлаждаться воздухом [1,11].

Основные факторы, увеличивающие потребление воды:

а) увеличение доли стали, разливаемой в МНЛЗ, а также выплавляемой в конверторах и электропечах, за счет сокращения выплавки стали в мартеновских печах и разливки стали в изложницы, менее водоемного процесса за счет меньшего количества охлаждаемых деталей;

б) увеличение доли горячекатаного листа в общем производстве проката. Производство листовой стали является более водоемким процессом, чем сортового проката (примерно на 30 – 40 %), за счет большого количества охлаждаемых механизмов – клетей, рольгангов, моталок и др.;

в) увеличение доли термоупрочненного проката в общем производстве проката. Процесс термоупрочнения связан с использованием значительных расходов воды на быстрое охлаждение металла (с температуры 800 до 150 – 200 ^оС) во время его движения по рольгангу;

г) увеличение доли холоднокатаного листа, в том числе листа с различными покрытиями, а также жести в общем производстве проката. Так, на производство 1 т холоднокатаного листа с покрытиями расходуется около 40 м³, а на 1 т жести – 173 м³ воды [1,12].

Для приближенных расчетов водопотребления удобно пользоваться усредненными по отрасли комплексными показателями расхода воды, включающими все технологические операции данного вида производства, а также расхода воды для энергоносителей и на вспомогательные нужды общезаводского значения (табл.) [1,14]

Среднеотраслевые комплексные удельные расхода воды для прокатного производства

Пыль в прокатном производстве образуется в результате измельчения окалины валками и испарения вследствие мгновенного увеличения давления и повышения температуры. Размер пыли 5 – 10 мкм, которая образуется от испарения окалины, составляет примерно 20 %. В среднем общий выброс пыли от всех источников пылеобразования составляет около 200 г/т товарного проката без огневой зачистки и 510 – 4320 г/т проката при наличии огневой зачистки. Основными источниками технологических выбросов являются прокатные станы, машины огневой зачистки металла, травильные отделения и отделения металлопокрытий. [2,196]

Металлическая пыль прокатных цехов является мелкодисперсной размером менее 50 мкм, которая составляет около 85 %, около 20 % от этого количества составляют пылинки 5 – 10 мкм. Особую опасность для организма человека представляют мелкие частицы пыли размером до 5 мкм, которые находятся в воздухе долгое время во взвешенном состоянии, особенно при повышенной подвижности воздуха.

Пыль, содержащая окислы железа, воздействует на органы дыхания. Проникая глубоко в дыхательные пути, эта пыль может привести к развитию специфического заболевания – сидероза. При большой запыленности воздушной среды попадающие на кожу пылевые частицы могут нарушить деятельность кожи, снизить ее сопротивляемость и затруднить терморегуляцию кожным покровом тела [2,197].

Нетоксичная пыль, находясь в легких длительное время, постепенно вызывает разрастание вокруг каждой пылинки соединительной ткани, которая не способна воспринимать кислород из вдыхаемого воздуха, насыщать им кровь и выделять углекислоту. Этот процесс разрастания соединительной ткани протекает медленно, как правило годами.

Запыленность воздуха у обжимных станов горячей прокатки доходит до 4400 мг/м³, а у местных станов до 2400 кг/м³.

Основными мероприятиями по борьбе с пылью в прокатном производстве являются: усовершенствование оборудования, применение эффективной герметизации и аспирации всех пылевыделяющих источников, увлажнение пыли водой или паром; устройство специальной пылеулавливающей вентиляции от мест пылеобразования с очисткой воздуха перед выбросом его в атмосферу через систему фильтров, регулярная уборка пыли с рабочих мест специальными пылесосами, применение индивидуальных средств защиты (респираторов, очков, специальной одежды).

Иногда изолируют пыльные участки производства от других помещений с помощью установки перегородок или заключения отдельных особо пылящих агрегатов в специальные кожухи – кабины [2,202].

Для подавления пыли при прокатке применяют также гидрообеспыливание, осуществляемое с помощью форсунок с тонким распылением воды, механическим и пневматическим равномерным орошением мест пылевыделения через дырчатые трубы и т. п. Однако такие способы не дали высокой эффективности.

Наилучшие результаты достигаются при смыве пыли компактной струей воды в месте ее образования. Вода подается на прокатываемый металл в месте выхода его из валков и отводится по специальному желобу. При прокате листа толщиной 2 мм степень обеспыливания 98 - 99 %. При этом дополнительного нежелательного охлаждения листа практически не происходит.

При гидросмыве ориентировочный расход воды равен м³/ч: на блюминге 40, слябинге 30, на одну клеть листового стана 6 – 10, непрерывного сортопрокатного стана 2 и на один проход на раскатном стане 1 .

При прокате металла из специальных сталей, когда не допустима подача воды на поверхность проката для борьбы с пылью, применяют укрытие прокатных клетей с отсосом воздуха и очисткой его в мокрых центробежных циклонах.

На станах холодной прокатки металла для охлаждения валков подают эмульсию, которая испаряется и загрязняет производственные помещения [4,298].

Пары эмульсии очень агрессивны и наносят очень большой вред оборудованию, особенно электроаппаратуре и отопительным агрегатам. Для локализации паров эмульсии на стане холодной прокатки предусматривают укрытия, из которых отсасывается воздух (25000 – 40000 м³/ч) на каждое межклетьевое пространство, при чем 70 % из верхней зоны, и 30 % из нижней.

Оседающая на слое эмульсии пыль образует липкие трудноудаляемые отложения, поэтому воздухопровод и вентилятор нужно защищать. Для этой цели по возможности ближе к тану устанавливают два поочередно работающих сетчатых фильтра, регенерация которых осуществляется разогревом пара и промывкой щелочным раствором [3,316].

Наряду с гидрообеспыливанием прокатные станы оборудуются специальными пылеотсасывающими устройствами.

Для улавливания пыли на небольших прокатных станах устанавливают зонты на высоте 2,4 м, чтобы не мешать обслуживанию стана.

Для обеспечения полного улавливания пыли скорость всасывания воздуха в отверстии зонта должна быть не менее 2 м/с и ширина зонта должна быть равна или немного меньше ширины клети стана. Конструкция получается весьма громоздкой вследствие больших присосов воздуха. Расходы воздуха (100 – 900 м³/ч) и энергии весьма значительны. Отсасываемый запыленный воздух очищается наиболее простым в эксплуатации мокрым способом очистки [2,204].

Машины огневой зачистки (МОЗ) устанавливаются в потоке прокатных станов (блюмингов, слябингов или МНЛЗ) и предназначаются для удаления дефектов с поверхности литых или катанных заготовок. Зачистка поверхности заготовок осуществляется при помощи щелевых горелок, работающих на природном газе в смеси с кислородом. На поверхности металла создается температура до 2000 ^оС. В результате поверхностный слой металла толщиной 1 – 3 мм расплавляется и частично сгорает. Для удаления этого верхнего слоя на поверхность металла под высоким давлением подают воду. При этом шлак гранулируется и смывается (водой транспортируется в яму для окалины). Одновременно выделяется большое количество газа, содержащего мелкодисперсную пыль и водяные пары.

Количество газа, выделяющегося от МОЗ, зависит от ее производительности и в смеси с воздухом колеблется от 150 – 200 тыс м³/ч (в зарубежной практике до 350 тыс м³/ч). Температура газов за МОЗ составляет 65 – 70 ^оС. Влагосодержание отсасываемого газа равно в среднем 150 г/м³. состав отсасываемой гозовоздушной смеси приближается к составу атмосферного воздуха, обогащенного кислородом, и характеризуется следующими данными: 1,7 % СО₂; 28,5 % О₂; 69,2 % N₂; 0,6 СО. [4,298].

Вместе с отсасываемым газом выносится большое количество мелкодисперсной пыли, концентрация которой составляет обычно 3 – 6 г/м³, повышаясь в отдельные периоды до 10 – 12 г/м³. Пыль от МОЗ содержит в основном оксиды железа, количество которых достигает 75 – 90 % и в небольшом количестве - окислы кальция, кремния и других элементов. В пыли присутствуют и мелкие фракции:

Фракция, мм 1

Содержание, % 20 -25 60 – 65 10 – 20

Высокая дисперсность пыли заставляет применять для очистки газов МОЗ самые совершенные уловители пыли. Наибольшее распространение получили скрубберы Вентури и электрофильтры. Газоочистные установки рассчитывают на максимальное количество газов 150 – 200 тыс м³/ч. Трубы-распылители работают со скоростями 100 – 150 м/с при удельном расходе воды 1 – 1,2 дм³/м³, каплеуловители прямоточного типа. При этих условиях запыленность уходящих газов удовлетворяет санитарным требованиям.

Ввиду того, что электрическое сопротивление пыли не слишком велико, она достаточно хорошо улавливается электрофильтрами, чему способствует также низкая температура и достаточная влажность газа. Поэтому там, где можно разместить электрофильтры, предпочитают их установку, так как малые эксплуатационные расходы и отсутствие водопотребления обуславливают меньшие приведенные затраты по сравнению с эксплуатацией мокрых газоочисток.

В процессе работы МОЗ вода используется для выполнения следующих операций:

а) гидросбива окалины и шлака с роликов и желобов подающего рольганга;

б) охлаждение оборудования МОЗ и роликов подающего рольганга;

в) очистки газов, образующихся при огневой зачистке заготовок (запыленность газов около 2 г/м³).

На большинстве действующих МОЗ сточные воды сбрасываются в подстановый лоток и проходят очистку совместно со сточными водами прокатных цехов.

Сточные воды МОЗ загрязнены в основном твердыми механическими примесями. Кроме того, в сточные воды в небольших количествах могут попадать масла, применяющиеся для смазки подшипников роликов рольганга.

Концентрация механических примесей (окалины) в общем стоке МОЗ колеблется от 440 до 1500 мг/л, в сточных водах газоочистки – находится в пределах 200 – 400 мг/л.[1,55].

Основная часть взвешенных веществ, содержащаяся в сточных водах газоочисток МОЗ представлена в виде окислов металлов (частицами крупностью менее 5 мкм). Для достижения в осветленной воде концентрации взвеси 150 – 200 мг/л необходимо задерживать частицы со скоростью осаждения U0 = 0,2 мм/с (при естественном осаждении) и 0,8 мм/с (при осаждении с применением коагуляции). В качестве коагулянта рекомендуется использовать полиакриломид (ПАА) до 1 мг/л – очистка на радиальных отстойниках. Перед радиальными отстойниками сточные воды прокатных станов предварительно очищаются в ловушках типа горизонтальных отстойников или открытых гидроциклонов, позволяющих отделить крупнодисперсную фракцию твердых примесей. Время пребывания воды в них 2 – 3 мин, выгрузка осадка осуществляется грейферным краном.

Открытый гидроциклон применяется для очистки вод от грубодисперсных взвешенных веществ, масла. Расход сточных вод 200 м³/ч.

Сточные воды станов горячего проката содержат различные масла и нефтепродукты, попадающие через неплотности в системах смазки. Индустриальные масла и солидолы, содержащиеся в сточных водах, имеют плотность соответственно 0,879 и 0,923 г/м3. Часть масел, содержащихся в сточных водах, задерживается в сооружениях первой ступени очистки (особенно солидолы).

Вторичная очистка вод производится, как правило, в горизонтальных отстойниках. Конструкции указанных отстойников разработаны давно и обладают следующими недостатками:

1) несовершенством устройств впуска, распределения и сбора воды. Это приводит к тому, что в объеме отстойников наблюдается струйность потоков и наличие мертвых зон;

2) несовершенством маслоулавливающих устройств, требующих ручной регулировки при изменении расходов воды;

3) периодическим удалениям шлама, что приводит к сокращению полезного объема отстойников и не позволяет получать стабильное количество очищенной воды.

Удовлетворительная степень очистки сточных вод в горизонтальных отстойниках может быть достигнута при весьма низких удельных гидравлических нагрузках., что требует значительных производственных площадей для размещения очистных сооружений.

Для осветления сточных вод прокатных производств эксплуатируется ряд промышленных установок с открытыми гидроциклонами простейшей конструкции, выполняющих роль ям для окалины. В этом случае отделение окалины улучшается за счет совместного действия гравитационных и центробежных сил.

При очистке сточных вод, расход которых превышает 200 м3/ч, рекомендуется использовать многоярусные низконапорные гидроциклоны. В основу работы этого аппарата положено отстаивание воды в тонких слоях, заключенных между коническими поверхностями секций. В сточных водах, поступающих на очистку в открытые гидроциклоны (с десятью ярусами), содержится 100 – 200 мг/л взвешенных веществ и от 8 до 200 мг/л масел. В очищенной воде концентрация взвеси составляет от 65 до 85 мг/л в зависимости от удельной гидравлической нагрузки. Масла в гидроциклоне улавливаются в незначительном количестве. Величина основной массы задерживаемых частиц взвеси (80 – 90 %) превышает 10 мкм.

Таким образом, низконапорные гидроциклоны рекомендуется применять для очистки сточных вод, содержащих крупнодисперсную взвесь с U₀ = 0,3 мм/с и небольшую концентрацию масел. Следует учитывать, что в гидроциклонах указанной конструкции возможно забивание окалиной и другими случайными предметами шламопроводящих каналов и межъярусных пространств. [1,65].

Применении открытых гидроциклонов качестве единственного средства для вторичной очистки сточных вод нецелесообразно, т. к. потребуется доочистка от твердых механических примесей (мелкодисперсных) и особенно от масел с помощью отстойников или фильтров.

С целью повышения эффективности улавливания масел предложены конструкции гидроциклонов – флотаторов. Сточная вода, подлежащая очистке, подается в верхнюю часть форкамеры. Кроме того, в агрегат вводится часть осветленной (рециркуляционной) воды, насыщенной воздухом под давлением 0,3 – 0,4 МН/м². Расход циркуляционной воды рекомендуется принимать 25 – 30 % от расхода воды, подаваемой на очистку. Вода, насыщенная растворенным воздухом, из напорного бака поступает в распределитель воздушной смеси. Водо-воздушная смесь из распределителя подается в камеру флотации, где давление падает от атмосферного и происходит выделение растворенного воздуха в виде мельчайших пузырьков. Пузырьки воздуха всплывают на поверхность, захватывая при этом капельки масел и мельчайшую взвесь. Количество воздуха, необходимого для насыщения воды, составляет 4 – 8 % от расхода рециркуляционной воды. Время пребывания воды в напорном баке рекомендуется принимать 2 мин.

Во ВНИПИЧерМетЭнергоочистке разработан вихревой аппарат, являющийся разновидностью открытого гидроциклона. Отделение масел обеспечивается с помощью напорной флотации. Насыщение воды воздухом осуществляется до гидроциклонов. Основная часть масла всплывает в распределительной камере, а доочистка происходит в центральной части аппарата. Особенностью является так же то, что вода поступает в центральную часть через перфорированную перегородку с площадью отверстий 10 % от ее боковой поверхности. Это обеспечивает равномерное распределение воды во всем объеме аппарата. Вихревые аппараты рассчитаны на работу с нагрузками до 10 м³/(м^2.ч) с применением коагуляции и флотации. При этом в очищенной воде концентрация взвешенных веществ составляет до 50 мг/л, масел – до 30 мг/л.

Изучение коагулирующего действия известкового молока, сернокислого алюминия, сернокислого железа, хлорного железа и ПАА показало, что наиболее интенсивно процесс укрепления механических примесей происходит при совместном действии 25 мг/л хлорного железа и 1 мг/л ПАА.

За рубежом камеры флокуляции, которые встраиваются в отстойники, чаще всего выполняются в виде круглого резервуара, внутри которого устанавливается механическая мешалка. Процесс хлопьеобразования в камерах этого типа интенсифицируется благодаря наличию градиента скоростей, облегчающих столкновение механических примесей.

В механическую часть отстойников вмонтированы автономные приводы скребковых ферт и мешалок, а также планетарные редукторы, обеспечивающие вращение скребковых ферт и мешалок с различной частотой вращения. [1.69].

5. Очистка сточных вод прокатных станов фильтрованием

Для бесперебойной работы фильтров наибольшее значение имеет предварительная очистка сточных вод, уменьшающая нагрузку на фильтрующую загрузку. Если фильтры монтируют на станах с ямой для окалины недостаточной емкости, перед фильтрами устанавливают дополнительные отстойники, в основном радиального типа, для предварительного отделения твердых механических примесей и масел. Фильтрующий материал представляет собой песок, состоящий из частиц сферической формы диаметром 2 – 3 мм. В качестве поддерживающих слоев используется гравий.

Все более широкое распространение получили процессы фильтрации через сетчатые фильтрующие перегородки, предназначенные как для грубой, так и более тонкой очистки.

Для грубой очистки сточных вод от случайных плавающих предметов часто применяют двухкамерные фильтры со штампованными сетками с ячейками диаметром 6 мм. Рассчитаны они на очистку 2000 м³/ч воды и устанавливают их до основных очистных сооружений (открытых гидроциклонов, радиальных отстойников, и др.) с целью защиты их от попадания крупных предметов, которые засоряют шламоотводящие устройства и системы улавливания масел.

Для повышения эффективности грубой очистки воды НИИПТмаш предложил конструкцию и технологию изготовления сеток с ячейками размером 0,5х14 и 0,95х1,65 мм. Фильтры с указанными сетками указаны в системе водоснабжения стана горячей прокатки листа. Сетки испытанной конструкции удовлетворительно регенерируются методом дублирования в течение 5 – 6 мин при давлении 3 ат. Промывка сеток должна производиться через 200 – 250 ч непрерывной работы.

В настоящее время изготовлены также микрофильтры с тканными сетками из никеля или фосфористой бронзы с размером ячейки 400 мкм. Сетки натянуты на горизонтальные непрерывно вращающиеся барабаны. Загрязненная вода поступает внутрь барабана и фильтруется через сетку. Промывка осуществляется при постоянной подаче струи воды на наружную поверхность сетки. [1,77].

Горизонтальный напорный фильтр с глубокой постелью, корпус которого представляет собой сварной стальной резервуар длиной 10 – 11 м и диаметром 3 м, разделенный на две секции с песчаной и гравийной загрузкой. Высота фильтрующей загрузки 0,9 м. сточные воды последовательно проходят обе секции: вначале через гравийный, а затем – песчаный фильтр. На такие фильтры поступает вода с концентрацией взвешенных веществ в среднем 200 мг/л и масел 50 мг/л при скорости фильтрации 50 м/ч (секция с гравийной загрузкой) и 25 м/ч (секция с песчаной загрузкой). В очищенной воде содержится до 30 мг/л взвешенных веществ и до 20 мг/л масел.

В качестве фильтрующего материала используется стабильная полимерная смола. Марвинол №=2001, отличающийся повышенной грязеемкостью. При скорости фильтрации 140 – 175 м/ч концентрация взвеси в очищаемой воде снижается со 100 – 200 до 1 – 5 мг/л, а масел с 20 – 40 до 0,5 – 3,0 мг/л. [1,74]

Работа описанных фильтров с минеральной загрузкой эффективна благодаря разработанному в ФРГ методу регенерации с помощью регулируемой подачи воздуха, что достигается применением М-образных блоков. Это устройство обеспечивает равномерное распределение воздуха по всей площади фильтра при его промывке и позволяет резко сократить количество промывочной воды.

Для очистки окалиносодержащих сточных вод прокатных станов применяют напорные двухъярусные фильтры с плавающей загрузкой из гранул вспененного полистирола. Двухслойная загрузка состоит из гранул с уменьшающимися размерами по ходу движения воды: первый слой толщиной 600 – 1200 мм с размерами гранул 3 – 5 мм и второй слой той же толщины с размером гранул 2 – 3 мм. Эффективность работы двухслойных фильтров характеризуется следующими данными. При скорости фильтрования 50 – 70 м/ч содержание окалины снижается с 200 до 10 – 15 мг/л. Масло в основном сорбируется на поверхности окалины и удаляется вместе с ней при промывке фильтра. Продолжительность фильтроцикла 9 – 12 – 22 ч, конечные потери напора 8 м, удельная грязеемкость 45 – 60 кг/м³, интенсивность промывки 18 – 22 л/с^.м², расход промывной воды 3 – 4 % профильтованной [5,83]. Фильтры трех размеров: диаметром 3; 2 и 3,4 м.

Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой для очистки сточных вод имеют некоторые недостатки. Вспененный полистирол в промышленных условиях получают по специальной технологии с использованием горячей воды. При длительной работе фильтра гранулы полистирола, несмотря на промывку, обволакиваются маслом, что может привести к кульминации загрузки. В таких фильтрах процессы фильтрации и регенерации загрузки осуществляются непрерывно. Часть загрязненной фильтрующей загрузки непрерывно отводится в специальный промыватель, а затем вновь возвращается в фильтр [1,76].

6.Цехи горячей прокатки

Сточные воды в цехах горячей прокатки образуются при охлаждении станового оборудования, гидросбиве и гидросмыве окалины. Количество окалины зависит от величины нагреваемого слитка и колеблется в пределах от 500 до 2500 г/м³. Количество масла зависит от конструкции подшипников рольгангов. Характеристика сточных вод приведена в табл. 1.

Водоснабжение потребителей грязной воды в прокатных цехах осуществляется по оборотной схеме. Остаточное содержание взвешенных веществ в осветленных водах составляет 40 – 70 г/м³.

В зависимости от количества окалины в сточной воде применяют одно- или двухступенчатую очистку. Первую применяют при содержании окалины в сточной воде до 300 г/м³, вторую – более 300 г/м³.

Первичный отстойник служит для улавливания частиц окалины размером более 1 мм.

Количество окалины составляет: от крупносортных станов – около 3 %, мелкосортных – около 4 % от веса прокатываемого металла; крупных частиц (размером более 1 мм) в окалине 70 – 90 %.

Размеры первичного отстойника определяют в зависимости от количества воды, механизма уборки окалины и места для размещения отстойника.

Время пребывания воды в отстойнике 1 – 1,5 мин, скорость движения воды 0,1 – 0,15 м/сек, глубина проточной части 1,5 м, ширину отстойника выбирают в зависимости от принятого механизма уборки. Длина отстойника

,

где Q – расход загрязненной воды, м3/сек;

t – время пребывания воды в отстойнике, мин;

h_прот – глубина проточной части, м;

В – ширина отстойника, м.

Величина осадочной части отстойника должна быть рассчитана на хранение суточного объема осевшей окалины.

Объемный вес окалины от прокатных станов

Размеры бункера для хранения выгруженной из отстойника окалины принимают конструктивно. Объем бункера должен обеспечивать хранение окалины в течение: от крупносортных станов – одних суток, среднесортных – двух суток, мелкосортных – трех суток.

Уборку окалины из первичного отстойника в зависимости от ее количества можно производить грейферным краном, скреперной лебедкой, многоковшовым транспортером.

Количество окалины в сточных водах после первичного отстойника колеблется в пределах от 100 до 1300 г/м³; среднее количество взвеси – около 300 г/м³.

Рис. 1. Горизонтальный отстойник с трубчатыми элементами

1 — Подводящий лоток; 2 — трубчатые элементы; 3 — скребковое устройство; 4 — приямок.

Вторичный горизонтальный отстойник. Содержание окалины в сточных водах прокатных цехов после их первичного отстаивания можно принять, г/м³: от крупносортных станов 400, среднесортных 200, мелкосортных 100 мг/л. Содержание масла 40 мг/л. Для трубопрокатных цехов содержание окалины – около 300 мг/л, масла 100 мг/л.

Наименьшая скорость выпадения осадка U₀ во вторичных отстойниках составляет мм/сек: от крупносортных станов 0,5 – 0,3, среднесортных 0,3 – 0,2, мелкосортных 0,1.

Из сточных вод от крупносортных станов в течение 15 -20 мин выпадает 80 - 85 % окалины. Выпадение окалины из сточных вод других станов выпадает медленнее.

Для вторичного осветления сточных вод прокатных цехов применяют отстойник, разработанный Гипромезом. Отстойник представляет собой набор секций размером 6 х 18 м, объединенных в блоки по две или четыре. Количество блоков зависит от количества очищаемых сточных вод. Гидравлическая нагрузка на одну секцию отстойника 120 – 150 м³/ч. Расположение отстойника может быть однорядным и двухрядным в зависимости от числа секций и их расположения на генеральном плане. Уборка окалины из отстойника производится грейферным краном. Всплывшее масло при помощи щелевой трубы направляется в специальную секцию. Для сгона масла с поверхности воды предусматривают специальную тележку. Скорость воды в подводящих лотках обычно принимают в пределах 1,2 – 1,5 м/сек.

При определении числа отстойников необходимо производить расчет на хранение окалины в отстойнике.

Напорные гидроциклоны можно применять для вторичного осветления сточных вод со средним содержанием окалины около 300 мг/л.

В комплект к гидроциклону входят сменные песковые насадки двух типоразмеров.

Эффект осветления окалиносодержащих сточных вод в напорных гидроциклонах 70 – 80 %, при этом нагрузка и выход пульпы зависят от напора воды перед ним и его диаметра. Так, при напоре 10 м вод. ст. и диаметре гидроциклона 250 мм расход воды на гидроциклон составляет около 50 м³/ч; при диам. 350 мм – 100 м³/ч, при диам. 500 мм - 200 м³/ч. Количество сбрасываемой пульпы составляет 5 – 10 % от общего расхода.

Рис.2. Гидроциклоны

а — напорный; б — открытый: 1 — подводящий трубопро­вод; 2 — отвод шлама; 3 — отвод очищенной воды.

При наличии поступающих в гидроциклоны сточных водах масла вода после осветления направляется в маслоловушки.

Пульпу от гидроциклонов можно направлять в накопители или на утилизацию, устраивают так же отстойники для хранения окалины в зимний период.

Отработанная эмульсия от прокатных станов сбрасывается периодически – один раз в 2 – 3 суток; ее количество зависит от производительности и числа станов и колеблется в пределах 300 – 500 м³ на каждый стан.

Отработанная эмульсия металлодвижущих станков также сбрасывается периодически; ее количество зависит от мощности и числа станков, практически сброс отработанной эмульсии от металлорежущих станков составляет 20 – 70 м³/сутки.

Для разложения маслоэмульсионных сточных вод применяют отработанный травильный раствор или 26 %-ный раствор поваренной соли.

Маслоэмульсионные сточные воды поступают в смеситель, где смешиваются с реагентом, а затем в резервуар – отстойник; всплывшее масло вытесняется в емкость для масла; осветленная вода направляется в специальную емкость, откуда поступает на нейтрализацию. Расход отработанного травильного раствора составляет 100 л на 1 м³ эмульсии; расход 26 %-ного раствора поваренной соли 78 л на 1 м³ эмульсии. Температура процесса должна быть 50 ^оС.

При количестве сбрасываемой эмульсии порядка 5 – 20 м³/сутки очистка маслоэмульсионных сточных вод производится совместно со сточными водами хозяйственно-фекальной канализации.

7. Вентиляционные установки

Удельный расход воды на очистку 1 м³ воздуха составляет около 0,5 л.

Концентрация взвешенных веществ в сточных водах от вентиляционных устройств колеблется в значительных пределах и может достигать 20000 г/м3. Количество взвешенных веществ можно уменьшить, если это необходимо, разбавлением водой.

Осветление сточных вод вентиляционных установок обычно производят методом отстаивания. Для этой цели применяют горизонтальные или радиальные отстойники.

При установлении размеров отстойника расчетную скорость выпадения взвеси определяют с учетом начальной и конечной концентрации взвешенных частиц в стоках.

При сбросе осветленных вод в водоем остаточная концентрация взвешенных веществ должна удовлетворять санитарным требованиям.

При возврате этих вод тем же потребителям остаточная концентрация взвешенных веществ не должна превышать 150 г/м³.

Устройство локальных очисток наиболее целесообразно для вентиляционных установок, обслуживающих несколько близко расположенных цехов или отдаленный цех.

При большом числе вентиляционных установок сточные воды следует подавать на осветление в заводской шламонакопитель по единой системе гидротранспорта.

8. Травильные отделения

Сточные воды в травильных отделениях образуются в результате обработки изделий из черных металлов кислотами. Они бывают двух видов: отработанный раствор кислот и кислотные воды после промывки изделий.

Обычно из травильных ванн с серной кислотой отработанный раствор сбрасывается с остаточным содержанием серной кислоты 30 – 70 кг/м³ и железного купороса 150 -300 кг/м³. Температура сточных вод достигает 80 ^оС.

Сточные воды после промывки изделий содержат около 0,5 кг/м3 серной кислоты и железного купороса.

Количество сточных вод после обработки изделий другими кислотами незначительно по сравнению с количеством вод после обработки серной кислотой.

Промывочные сточные воды и сточные воды с содержанием других кислот направляют на нейтрализационную установку, где они нейтрализуются известковым молоком, а затем подаются на длительное осветление в шламонакопители. Осветленная вода может быть сброшена в водоем или использована.

При прокате трансформаторных сталей сточные воды

содержат до 15 кг/м3 кремниевой кислоты. Перед тем, как подать эти воды в купоросную, необходимо извлечь кремниевую кислоту на обескремнивающей установке.

Сточные воды, образующиеся при мытье полов травильных отделений, ванн, аппаратуры, обычно направляют на нейтрализационную установку.

Купоросные установки оборудованы вакуум-эжекционными агрегатами периодического действия производительностью 500 – 1500 т/год и непрерывного действия производительностью 3000 т/год.

Травильные растворы с температурой 60 – 90 ^оС подают в испарители, где за счет вакуума, создаваемого пароэжекторами, происходит выпаривание раствора. После этого раствор попадает в кристаллизаторы, где происходит аналогичный процесс. В последнем кристаллизаторе при давлении 7 мм рт. ст. и температуре 10 ^оС образуется смесь кристаллов купороса и раствора серной кислоты, которую добавляют в кристаллизатор для интенсификации процесса высадки купороса. Отделение купороса от маточника происходит в центрифуге. Маточник с содержанием 20 % кислоты и 10 % купороса направляют в травильное отделение.

Нейтрализационная установка. Нейтрализация кислотных сточных вод производится известковым раствором. В зависимости от количества вод, подлежащих нейтрализации, меняется суточный расход извести.

Крепость известкового раствора при нейтрализации 5 – 10 %; при расчете потребности в извести для нейтрализации принята усредненная известь с 50 % активности.

Расход извести на нейтрализацию зависит от концентрации кислоты в промывных водах.

Количество шлама, получающегося в результате нейтрализации сернокислотных сточных вод товарной известью, составляет около 2 т на 1 т извести.

Влажность шлама, получаемого в результате нейтрализации, после трехчасового отстаивания составляет 99 %, т.е. 200 м³ шлама на 1 т товарной извести.

Установка для извлечения кремния из травильных растворов. Кремниевая кислота препятствует кристаллизации купороса и затрудняет процесс травления трансформаторных сталей.

Для выделения кремниевой кислоты из раствора соль кремниевой кислоты путем нейтрализации части кислоты известковым молоком переводится в гель, а затем при помощи вакуум-фильтрации вместе со шламом выводится из раствора. Последний поступает на купоросную установку.

9. Борьба с вредными выбросами травильных отделений

Для удаления окалины с поверхности горячей полосы применяют травление в серной или в соляной кислоте, которое можно осуществлять периодически и непрерывно.

Периодическое травление применяют при подготовке листов к нанесению защитных покрытий (оцинкование). Агрегат карусельного типа расположен в небольшом отдельном помещении, сообщающимся с цехом только проемом, через который карты листов подаются только с поворотного стола в открытую ванну и возвращаются обратно. Для предотвращения выбивания паров ванны снабжены бортовым отсосом и передувом паров (воздушной завесой). Для передува паров рекомендуется применять вентиляторы высокого давления (5 – 10 кПа), при котором значительно сокращаются габариты сдувающего устройства. При этом скорость воздуха в открытом проеме помещения должна быть не менее 1 м/с.

В агрегатах непрерывного травления полоса проходит четыре травильные ванны со щелочным раствором и водой и сушку горячим воздухом, после чего сматывается в рулоны. При отсосе от одной ванны 1200 м³/ч воздуха унос серной кислоты с парами воды составил 7 кг/ч, т.е. около 3 % в сутки. Для уменьшения этих выделений ванны снабжают двойным крышками и гидравлическими затворами у бортов. Значительно сокращают испарение и унос травильного раствора пенообразующие добавки.

Суммарное количество воздуха, отсасываемого от агрегата непрерывного травления, составляет 14000 – 18000 м³/ч. Среднее содержание кислоты в воздухе 2,5 – 2,7 г/м³.

Для очистки газов от паров кислот применяют пенные аппараты, обеспечивающие высокую степень очистки от химических примесей (95 – 99 %). Однако даже при этой степени очистки остаточное содержание кислот в воздухе составляет 0,05 г/м³, что значительно превышает санитарную норму.

Для промывки воздуха в пенном аппарате используют слабоподкисленную воду промывной ванны с содержанием 12 – 16 г/дм³ кислоты. После промывки содержание кислоты в воде повышается до 19 – 20 г/дм³ и вода направляется на регенерационную установку.

На одном предприятий успешно применяется абсорбционная очистка газов ванн травления изделий из нержавеющей стали известковым молоком в полых скоростных скрубберах. Основные технические показатели установки:

Расход газа на 1 абсорбер, тыс м³/ч t газов, ^оС 235

t газов, ^оС 25 - 30

Содержание NO_х, мг/м³ 80 - 300

Содержание тумана кислот, мг/м³ 30 - 60

Диаметр абсорбера и каплеуловителя, м 4

Скорость газа в абсорбере, м/с 5

Удельное орошение газа, л/м³ 3,5

Сопротивление системы, кПа 3,2 – 3,3

Концентрация взвеси в растворе, г/л 1,5 – 2,0

Степень поглощения NO_х, % < 80

Степень поглощения тумана кислот, % 95 - 98

За год очищает 800 тыс м³/ч.

В ряде случаев для очистки газов, отходящих от ванн травления, используют волокнистые фильтры – туманоуловители , материал фильтра – лавсан., толщина слоя волокна – 10 мм.

В установках небольшой производительности иногда применяют адсорбционные методы очистки. Адсорберами могут служить синтетические и природные цеолиты, активированный уголь, селикогели, бетонитовые глины и др.

Перспективной является ионообменная очистка выбросов травильных ванн.

---

Очистка сточных вод прокатного и трубопрокатного производства

Сточные воды прокатных и трубопрокатных цехов

В прокатных цехах стальные слитки превращаются в изделия самого разнообразного профиля, являющиеся полуфабрикатом или окончательной продукцией металлургического завода (блюмы, слябы, балки, рельсы, сортовая сталь, листовая сталь, трубы, про­волока, лента и др.). Технологический процесс разделяется на два основных цикла: предварительный нагрев слитков в печах или колод­цах и прокатка нагретых слитков.

Загрязненные сточные воды в прокатных цехах получаются от охлаждения валков, шеек валков и подшипников, от смыва и транс­портирования окалины, а также от охлаждения вспомогательных механизмов — пил, ножниц и др. В трубопрокатных цехах загрязненные сточные воды могут быть еще от гидравлического испытания труб.

Количество загрязненных сточных вод от прокатных станов на, единицу продукции колеблется в широких пределах, в зависимости от типа установленного стана и вспомогательного оборудования, а также от сорта проката. Можно считать, что на 1 т прокатанного металла получается следующее количество загрязненных сточных вод, м³:

На заготовку и крупный сорт …………………………………….2—6

- средний сорт …………………………………………………….3—7

- листопрокат ……………………………………………………..4—6

- мелкий сортопрокат …………………………………………….8—15

- проволоку………………………………………………………Около 10

- катаные трубы …………………………………………………. 9—16 и более

- трубы, полученные холодным волочением ………………….. 6—8

Температура сточных вод превышает температуру воды, пода­ваемой на прокатные станы, примерно на 5 град. Характерным загряз­нением вод являются окалина и масло.

При прокатке предварительно нагретого металла на его поверх­ности образуется окалина, которая осыпается в сточные каналы, расположенные под станами, и уносится водой, стекающей с валков и подшипников; если этой воды недостаточно, то специально для смыва окалины подают воду под напором. Смазочное масло поступает главным образом от вспомогательных механизмов.

Образующуюся окалину делят на крупную, оставшуюся под ста­ном в яме (крупностью выше 10 мм); среднюю, вымываемую из ямы под станом и уносимую водой по дну канала (крупностью 10 мм и менее), и мелкую (крупностью менее 2 мм), находящуюся в воде во взвешенном состоянии. В среднем количество всей окалины (в процен­тах по массе прокатываемого металла) составляет для станов:

Заготовительных.....3 Мелкосортных ......4

Крупносортных .....2 Проволочных .......4

Среднесортных .....3

Количество мелкой и средней окалины (по отношению к общему количеству окалины), %, составляет для станов:

Заготовительных и крупносортных………….. 10

Среднесортных и трубопрокатных……………20

Мелкосортных …………………………………30

Абсолютное количество средней и мелкой окалины, уносимой водой из-под станов, колеблется в зависимости от типа их и прокаты­ваемого сорта металла: от крупносортных в пределах 0,6—2,5 г/л; от среднесортных 0,6—1,5 г/л; от мелкосортных 0,2—0,65 г/л; от листо­прокатных и трубопрокатных — до 0,3 г/л. Крупная окалина, как правило, улавливается в первичных отстойниках, расположенных в прокатных цехах. В среднем можно считать содержание окалины в воде, поступающей во вторичные отстойники; до 0,6 г/л, от средне­сортных и листопрокатных 0,3—0,35 г/л, от мелкосортных и трубо­прокатных 0,06—0,18 г/л. Нужно иметь в виду, что на некоторых за­водах в одну и ту же канализацию поступает вода как от прокатных станов, так и от охлаждения нагревательных печей; при этом проис­ходит разбавление воды от прокатных станов сточными водами от охлаждения печей примерно вдвое.

На трубных заводах первичных отстойников для улавливания окалины непосредственно в цехах может и не быть, а воду очищают в одном отстойнике, расположенном вне цеха. В цехах прокатки тонкого листа и жести, сточная вода от которых содержит от 0,01 до 0,24 г/л окалины, первичные отстойники не устраивают.

Химический состав окалины не одинаков и, по данным заводских лабораторий, в ней содержится: 33,5—65,5% FeO; 62,8—26,9% Fe₂0₃ и 0,5—7,6% нерастворимых в соляной кислоте веществ (угля, песка и т. п.). Кроме окалины, сточные воды прокатных цехов содержат некоторое количество масел: при установке на станах бронзовых подшипников в среднем 30—40 мг/л, текстолитовых до 10—30 мг/л, а периодически, при остановках станов на ремонт, и более.

В сточных водах от цехов прокатки тонкого листа и жести кон­центрация масла составляет около 10 мг/л.

В сточных водах от трубопрокатных цехов содержание масла значительно больше — от 38 до 170 мг/л; на Синарском трубном заводе содержание масла и нефтепродуктов в воде от одного из станов до­стигает 160—170 мг/л.

Водоснабжение прокатных станов устраивают только оборотным; воду от нагревательных печей и колодцев нецелесообразно смешивать со сточной водой от станов, чтобы не разбавлять ее. При этом для сортопрокатных станов, как правило, устраивают в цехах первичные отстойники для улавливания крупной окалины; во вторичных от­стойниках происходит улавливание остаточной окалины и масла. Исследования показали, что содержание масла в оборотной воде в количестве 10—50 мг/л никаких осложнений в работе системы водоснабжения и в работе самих станов не вызывает; наблюдается только отложение мелкой окалины и масла на внутренней поверх­ности водопроводных труб. Поэтому в воде, подаваемой на станы, содержание масла должно быть возможно меньше, в противном случае эти трубы необходимо чаще промывать водой с воздухом.

Для охлаждения очищенной оборотной воды применяют брызгальные бассейны или градирни с брызгальным оросителем.

При прокатке жести может применяться пальмовое масло или эмульсия (смесь из эмульсола, соды и воды) для смазки поверхности прокатываемых листов металла. Количество сточных вод от такого стана составляет 500—600 м³/ч.

При работе прокатного стана на пальмовом масле сточные воды загрязнены в основном маслом, концентрация которого в воде дости­гает 200—300 мг/л, и частично механической взвесью (окалиной). Учитывая сложность выделения пальмового масла из сточных вод, для них устраивают специальный цикл оборотного водоснабжения с горизонтальным отстойником, при этом воду не смешивают с водой от других прокатных станов, не использующих пальмового масла. После отстойников в воде остается пальмового масла 50—100 мг/л. При возрастании этой концентрации производят освежение оборот­ной воды (продувку системы); сбрасываемую из системы воду допол­нительно очищают от масла. Температура плавления пальмового масла низкая (25—30° С), поэтому улавливание его из воды затруд­нено.

При работе прокатного стана на эмульсии отработавшую загряз­ненную эмульсию в замкнутом цикле оборотного цикла очищают также в отстойнике и сбрасывают из системы периодически (один раз в 3—5 дней) в количестве, определяемом емкостью системы, составля­ющей 100 – 200 м³. При обеднении эмульсии в цикле ее заменяют свежей эмульсией. Отработавшую эмульсию очищают путем разделе­ния ее добавляемой кислотой, в результате чего тяжелые частицы эмульсии выпадают в осадок. Воду, освобожденную от эмульсии, нейтрализуют известью.

В общий сток от прокатных цехов могут поступать загрязненные сточные воды от машин огневой зачистки металла. Количество этих сточных вод может быть значительным. Состав их еще недостаточно изучен.

От прокатных и трубопрокатных цехов, а также на метизных заводах отходят сточные воды двух видов: 1) незагрязненные воды от охлаждения нагревательных печей и ко­лодцев, воздухо- и маслоохладителей, охлаждения электрического оборудования; 2) воды, загрязненные окалиной и маслом, от прокат­ных станов (от охлаждения подшипников и валков и от гидравличе­ского смыва окалины). Загрязненные воды, содержащие окалины более 300 мг/л, поступают сначала в цеховые первичные отстойники (ямы для окалины) для осаждения крупной окалины, затем перека­чиваются (или поступают самотеком) на вторичные отстойники, расположенные вне цеха и предназначенные для выделения из воды мелкой окалины и масла. В трубопрокатных и других цехах, сточные воды которых содержат окалины менее 300 мг/л, первичных цеховых отстойников не делают, вода поступает непосредственно во внецеховые отстойники.

В сточные воды от прокатных станов могут поступать стоки от машин огневой зачистки металла. Количество их может быть зна­чительным, но состав их и кинетика осаждения еще недостаточно изучены. По-видимому, целесообразно будет очищать эти стоки на самостоятельных сооружениях или совместно со стоками от венти­ляционных установок.

Рис. 1. Схема оборотного водоснабжения прокатного цеха:

1 – ножницы; 2 – прокатные клети; 3 – первичный отстойник (яма для

окалины); 4 – обжимная клеть; 5 – маслоохладитель; 6,7 – нагревательные

печи; 8 – вторичный отстойник; 9 – насосная станция оборотной воды;

10 – охладитель оборотной воды.

Во всех новых и реконструированных прокатных и трубопрокат­ных цехах устраивают отдельные системы оборотного водоснабжения для охлаждения оборудования нагревательных колодцев и печей и для прокатных станов (рис. 1). При этом незагрязненные воды подвергают только охлаждению, а воды, загрязненные окалиной и маслом, — отстаиванию и затем охлаждению. В некоторых случаях часть воды дополнительно осветляется фильтрованием.

Устройство прямоточных систем водоснабжения прокатных це­хов не допускается.

При испарительном охлаждении нагревательных печей целе­сообразно иметь один общий замкнутый цикл водоснабжения.

С заменой бронзовых подшипников валков прокатных станов с масляной смазкой текстолитовыми подшипниками с водяной смаз­кой количество масла в сточных водах уменьшилось, однако не исключено поступление его от смазки рольгангов и другого обору­дования.

Наличие в воде окалины вызывает механический износ шеек валков и текстолитовых вкладышей подшипников и, следовательно, более частые остановки станов для замены вкладышей, перевалки валков и проточки их шеек. Наличие в воде масла допустимо лишь в определенных пределах ввиду того, что в нем всегда содержатся частицы металла, различные волокна, которые забивают отверстия в оросительных трубках прокатных станов; масло и волокна, про­шедшие через трубки, сгорают на раскаленном металле.

Кинетика выпадения осадка из сточных вод от прокатных и тру­бопрокатных станов зависит от количества и характера взвешенных веществ (окалины), содержащихся в воде; количество окалины в свою очередь находится в зависимости от величины нагреваемого слитка, типа стана, вида и режима прокатываемой продукции. Кинетика всплывания масла также зависит от его концентрации в воде.

Необходимость очистки сточных вод от прокатных цехов в две ступени и выделения крупной окалины в первичных отстойниках наглядно видна из табл. 1. Исследования степени очистки сточных вод прокатных станов (крупносортного, среднесортного и мелкосорт­ного) на Донецком и Макеевском металлургических заводах показы­вают, что при довольно высокой степени выделения из воды взвешен­ных веществ (в основном окалины) на первичных отстойниках (до 95—85%) в воде после этих отстойников содержится взвеси все же до 120 мг/л. В то же время при наличии двухступенчатой очистки, т.е. первичных и вторичных отстойников, например на Челябинском металлургическом заводе и Магнитогорском металлургическом ком­бинате; для одинаковых прокатных станов при задержании в первич­ном отстойнике взвеси в количестве 68—75% содержание ее в воде после вторичных отстойников не превышает 55—65 мг/л. На трубных заводах и при прокатке жести необходимость в первичном отстойнике отсутствует, что видно на примере Северского и Первоуральского Новотрубного заводов.

Первичный отстойник сточных вод от прокатных станов пред­ставляет собой железобетонный резервуар длиной 16 м и более, шири­ной 4 м, заглубленный в грунт до 10 м и более; располагается он в скрапном пролете цеха. Очистку отстойника от окалины и погрузку ее на вагоны можно производить грейфером, подвешиваемым к мосто­вому крану на время очистки отстойника.

Основной, частью первичного отстойника по новому типовому проекту Гипромеза (рис. 2) является осадочная камера 1, в которую сточная вода от прокатных станов поступает по тоннелю 2. Осветлен­ная в отстойнике вода по лотку 3 перетекает в водораспределитель­ную камеру 4, из которой насосами 5, расположенными в машинном зале 6, перекачивается на вторичные отстойники. Осадок из камеры 1 периодически перемещается в бункер 7 для обезвоживания окалины; вода от обезвоживания сливается через окна 8 в осадочную камеру 1; обезвоженная окалина из бункера 7 погружается в вагоны и отво­зится на агломерационную фабрику или непосредственно на рудный двор для использования в шихте доменных печей.

Рис. 2. Первичный отстойник окалиносодержащих сточных вод

с удалением осадка грейфером

Размеры отстойника определяют исходя из объема, необходимого для пребывания сточной воды в отстойнике в течение 1 – 1,5 мин, и скорости движения воды 0,10 – 0,15 м/сек.

Объем осадочной части отстойника должен быть равным объему выделяемой из сточной воды окалины в продолжение не менее одних суток.

Количество окалины, уносимой с водой в отстойник, принимают около 2% от массы проката; в первичном отстойнике из воды выпа­дает примерно 90% окалины, или g = 18 кг на 1 т прокатываемого металла. Объемная масса окалины около 3 т/м³.

Вода поступает в отстойник по всей его ширине через щель (под уровень воды). Скорость воды в щели около 0,3 м/сек, а на водослив­ной стенке на выходе около 0,15 м/сек.

Окалину выгружают из отстойника сначала в бункер емкостью, соответствующей двух- трехдневному количеству окалины, а затем, после обезвоживания, окалину грузят на железнодорожные плат­формы и отвозят для использования, в шихте доменного цеха или агломерационной фабрики.

Среди некоторых проектировщиков обсуждается вопрос о при­менении для улавливания крупной окалины гидроциклонов вместо первичных отстойников с использованием затем воды на смыв ока­лины из-под станков. Однако такая схема очистки воды может оказаться более сложной, чем применяемая в настоящее время.

Угол естественного откоса окалины, задержанной в первичном отстойнике, около 52°. Средняя влажность окалины после трехднев­ного нахождения ее в бункере 6—7%.

В первичных отстойниках задерживается от 74 до 90% окалины при условии своевременной очистки их от осадка.

Концентрацию С₁ взвешенных веществ в сточной воде от раз­личных прокатных станов при поступлении ее на вторичные от­стойники можно считать, г/л:

От заготовочных и крупносортных ………………………… 0,4

- среднесортных и трубопрокатных ………………………..0,25 – 0,3

- мелкосортных и тонколистовых ………………………… 0,15 – 0,18

Общий сток от заготовочных и сортопрокатных станов 0,3

Концентрация масла М1 в сточной воде, г/л:

От всех типов прокатных станов:

с бронзовыми подшипниками………………………………. 0,03—0,04

- текстолитовыми …………………………………………….0,01—0,03

От трубопрокатных станов:

с бронзовыми подшипниками………………………………..0,06—0,18

- текстолитовыми …………………………………………….0,03—1,1

Количество взвеси p, которую необходимо выделить при очистке сточных вод, зависит как от ее концентрации С₁ в исходной сточной воде, так и от содержания взвеси С₂, допустимой в очищенной воде, подаваемой потребителям:

%

Можно принимать для расчета вторичных отстойников концен­трацию взвеси С₂ в очищенной воде, подаваемой на заготовочные к крупносортные станы, равной 0,08 г/л; на среднесортные и тонколистовые станы 0,05 г/л; при общей подаче воды на заготовочные и сортопрокатные станы 0,06 г/л. Концентрация масла в очищенной и подаваемой потребителям воде должна быть для всех прокатных станов с бронзовыми подшипниками равной 0,01—0,015 г/л и с тек­столитовыми подшипниками 0,02—0,03 г/л; трубопрокатных станов с бронзовыми и текстолитовыми подшипниками 0,03—0,05 г/л..

Рис. 3. Кинетика процесса выпадения взвеси из сточных вод

(после первичных отстойников) от станов:

1 – блюминга 1000; 2 – среднесортных; 3 – трубопрокатного 400; 4 – трубопрокат­ного 140 (трубы мелких диаметров); 5 – листопрокатного; 6 – крупносортных

Количество выделяемой взвеси (окалины) из сточных вод раз­личных станов должно быть, %:

От заготовочных и крупносортных ………………….. 85

- среднесортных и трубопрокатных ………………..75—80

- мелкосортных и тонколистовых ………………….70—75

При совместной очистке смеси сточных вод от заготовочных и различных сортопрокатных станов количество выделяемой взвеси, можно принимать равным 80%.

Как видно из кривых рис. 3, кинетика процесса выпадения осадка из сточных вод от различных прокатных станов после" первичных отстойников далеко не одинаковая. Однако основная масса взвешен­ных веществ (окалины) выпадает в течение 30—40 мин и около 10— 15% общего количества их остается в воде в течение нескольких часов. Наличие этих весьма мелких частиц, а также масла обуслов­ливает окраску воды, но не оказывает отрицательного влияния на работу прокатных станов. Наименьшая скорость выпадения осадка из сточных вод различных прокатных станов во вторичных отстойниках Umin, обеспечивающая требуемую степень очистки воды, может быть принята по кривым рис. 3, мм/сек:

Для заготовочных и крупносортных……………………0,5—0,3

- среднесортных и трубопрокатных ………………….. 0,3—0,2

- мелкосортных и тонколистовых……………………….0,2—0,1

При общей совместной очистке сточных вод от заготовочных и раз­личных сортопрокатных станов наименьшая скорость выпадения осадка равна 0,3—0,2 мм/сек.

В общий сток прокатных цехов могут поступать загрязненные сточные воды от машин огневой за­чистки металла; в этом случае они очищаются совместно. В после­дующем может оказаться целесообразной очистка сточных вод от машин огневой зачистки металла в самостоятельных сооружениях или совместно со стоками от вентиляционных установок.

Масло из сточных вод выделяется при отстаивании, причем боль­шая часть его довольно быстро всплывает на поверхность воды, а некоторая часть, находящаяся в мелкодисперсном состоянии, ос­тается в воде и почти не отделяется. Значительная часть масла осе­дает в отстойнике вместе с окалиной.

Осадок из вторичных отстойников, содержащий до 82% железа (окалину), используют в шихте агломерационных фабрик. Задер­жанное масло регенерируют (в основном обезвоживанием) и исполь­зуют как смазочное в смеси со свежим маслом или в качестве топлива в мартеновских или других печах. Масштабы этих отходов велики; только на Челябинском металлургическом заводе за 1965 г задер­жано в отстойниках окалины 12 тыс. т и масла 165 т.

Вторичный отстойник конструкции Гипромеза для очистки сточных вод прокатного цеха на малую производительность пред­ставляет собой железобетонный резервуар, обычно заглубленный в грунт до верха стенок. Осадок из отстойника удаляют окрепером при помощи лебедок, расположенных на передвижных платформах по обеим торцовым сторонам отстойника, или окалиноуборочной машиной (рис. 4).

Выгрузка осадка из секций отстойника поочередно передвижной канатоблочной скреперной лебедкой, применяемая на некоторых заводах, оказалась малопроизводительной и трудоемкой, так как ковш скрепера скользит по поверхности хорошо уплотненного и вяз­кого осадка (окалины с маслом) и захватывает лишь тонкий верх­ний слой.

Окалиноуборочная машина передвигается по железнодорожному пути воль торца секций отстойника. Осадок из отстойника выгру­жают также скрепером с подъемом его по наклонному мосту, опер­тому на тележку, в приемный бункер, а из последнего подают в кузов автосамосвала или на железнодорожные платформы. Тяга скре­пера — тросовая, действующая через двухбарабанную лебедку, установленную в тележке и приводимую в действие электродвига­телем.

Рис. 4. Отстойники малой производительности (до 500 м³/ч) для очистки сточных вод прокатного цеха с окалиноуборочной машиной

1 – скрепер; 2 – трос тяговый; 3 – бункер

Отстойник состоит не менее чем из трех секций; одна из них находится в работе, во второй обезво­живается осадок, а из третьей идет выгрузка осадка. Глубина проточ­ной части Н_прот = 1 м, осадочной части Н_ос = 1 м и запас над уровнем воды Н_зап = 0,25 м.

Результаты проведен­ного за последнее время изучения гранулометри­ческого состава окалины, выпавшей во вторичных отстойниках, приведены на рис. 5. Наиболее крупной (и неоднородной) ока­залась окалина от сорто­прокатных станов (кри­вая 1), наиболее мелкой (и неоднородной) — ока­лина от листопрокатных и трубопрокатных станов (кривые 2, 3).

Исследования показывают также, что основное количество взвеси из сточ­ных вод прокатных цехов выпадает в начале вторич­ного отстойника, на рас­стоянии 3—5 м от входа воды. Это привело к раз­работке конструкции от­стойников с приямками, в которых накапливается наибольшее количество окалины, удаляемое пери­одически, примерно два раза в год. Осадок из приямка отстойника уда­ляют грейфером автомо­бильного, железнодорож­ного, портального ил козлового крана.

Рис. 5. Гранулометрический состав окалины, выпавшей во вторичных отстойниках сточных вод от станов:

1 – сортопрокатных; 2 – листопрокатных; 3 - трубопрокатных Для того чтобы ока­лина не осаждалась в лотках, подводящих сточную воду в отстойники, скорость движения воды в них принимают в зависимости от крупности окалины сле­дующей, м/сек:

От крупносортных станов……………………………………………. 2,5

- среднесортных …………………………………………………….1,5—1,7

- мелкосортных, листопрокатных и трубо­прокатных станов ………1,2

В то же время во избежание истирания стенок скорость в бетонных и кирпичных каналах следует принимать не более 2,5 м/сек.

Из рис. 6 видно, что осадок в отстойнике со­стоит из частиц различ­ной крупности. Как по­казали исследования от­стойника на одном метал­лургическом заводе, отло­жившиеся частицы на про­тяжении первых 9 м длины отстойника в количестве, до 90% имеют крупность свыше 0,16 мм, от се­редины и до конца отстой­ника осадок состоит пре­имущественно (до 80%) из мелких частиц крупно­стью от 0,01 до 0,05 мм. Из рис. 6 следует, что для осаждения тяжелой взвеси из сточных вод от прокатных и трубопрокат­ных цехов, предваритель­но прошедших первичные отстойники, длина вторич­ных отстойников должна быть порядка 17—18 м.

Рис. 6. Гранулометрический состав окалины, отлагающейся по длине отстойника, а также изменение содержания влаги и масла в этой окалине:

I – V – соответственно частицы размером: меньше 0,01; 0,05 – 0,01; 0,16 – 0,05; 0,3 – 0,16 и больше 0,3 мм

На рис. 7 показан типовой вторичный отстой­ник конструкции Гипромеза большой производи­тельности. Сточная вода лотками 1 подводится в во­дораспределительный ло­ток 2 отстойника, а из него через щель 3 поступает в отстой­ник. На пути движения воды у поверхности установлен полупогру­женный щит 4 с отверстиями, способствующий более равномер­ному распределению потока воды. В конце отстойника располо­жен также полупогруженный щит 6 для задержания всплывшего на поверхность воды масла. Осветленная вода из отстойника переливается через водосливную кромку 7 и собирается в лотке 8, далее вода отводится по лоткам 9 к насосной станции оборотной воды.

Всплывшее на поверхность воды масло удаляется из отстойника через щелевую поворотную трубу 13.

Осадок со дна опорожненного отстойника струей воды из бранд­спойта 5 под напором, создаваемым насосом 10, сбивается в прия­мок 14, откуда грейфером 17 автомобильного (или железнодорож­ного) крана 16 удаляется на автосамосвалы или железнодорожные платформы. Вода при опорожнении отстойника перекачивается насосом в соседнюю секцию, а оставшаяся выпускается в колодцы 12 и 15, а из них в канализацию. Насосная установка перемещается вдоль торцовой стороны отстойника на тележке (автокаре) 11. Вода для сбива осадка в приямок забирается насосом через гибкий шланг 18 из рядом расположенной, работающей секции отстойника.

Рис. 7. Вторичный отстойник производительностью до 2000 м³/ч для очистки сточных вод прокатных цехов

Для очистки еще больших количеств сточных вод от прокатных цехов предусматривается устройство отстойников такого же типа (см. рис. 7). Однако в этом случае для удаления осадка из отстой­ника можно применять вместо автомобильного или парового путе­вого грейферного крана портальный грейферный кран (рис. 8). Портальный кран работает от электропривода, он более производи­телен, но требует более сложных и дорогих сооружений.

Рис. 8. Общий вид вторичного отстойника сточных вод прокатных цехов с удалением осадка портальным краном с грейфером

Устройство вторичного отстойника сточных вод от прокатных цехов в условиях северного района показано на рис. 9, он отли­чается от обычных отстойников увеличенной камерой для накапли­вания осадка в продолжение длительной зимы с удалением осадка грейфером портального крана. Наиболее удобным в практике эксплуатации считается отстойник с козловым краном (рис. 10); в этом отстойнике наилучшим способом решается задача сбива осадка в приямок водой, циркулирующей в той же камере, с по­мощью насоса на рабочей тележке, а также сбора масла и отвод его из отстойника.

Рис. 9. Вторичный отстойник производительностью более 2000 м³/ч с удалением осадка портальным краном с грейфером:

1 – водораспределительный лоток; 2 – водорегулирующий затвор; 3 – водопроводящий лоток; 4 – шибер; 5 – маслоприёмный лоток; 6 – маслоотводная труба; 7 – водоотводящий лоток; 8 – трубопровод напорной воды; 9 – гибкий шланг с полугайкой Рота; 10 – рельсы, защищающие бетон; 11 – грейфер; 12 – железнодорожный вагон

Рис. 10. Вторичный отстойник сточных вод прокатных цехов с удалением осадка козловым краном с грейфером:

1 – водоподводящий канал; 2 – железнодорожный путь; 3 – козловой кран; 4 – труба для перепуска масла; 5 – грейфер; 6 – канал для отвода масла; 7 – старые узкоколейные рельсы; 8 – канал отвода осветлённой воды

При устройстве вторичного отстойника, состоящего из многих секций, важное значение имеет подвод и распределение воды по секциям горизонтального отстойника: в первых секциях по потоку воды выпадает осадка очень много, в более дальних секциях — очень мало. Во избежание этого поступающую воду распределяют сначала по группам секций отстойников, а затем по отдельным секциям каж­дой группы. При этом деление потока воды должно быть под тупым (а не прямым) углом и в водоподводящих лотках не должно быть порогов.

В отстойнике конструкции Ленинградского отделения Союзводо- каналпроекта, примененном на Новолипецком металлургическом заводе, распределение сточной воды по секциям осуществлено трубами (рис. 11). Водоподводящая труба расположена в проходном тоннеле. От нее на каж­дую секцию устроен отвод с задвижкой, расположен­ной на вертикальном участке во избежание за­сорения пазов окалиной. В кармане отстойника от­вод разделяется двумя ко­ленами с тремя или че­тырьмя выпусками воды (рис. 12). Из кармана вода в секцию проходит через щель в стенке и равномер­но распределяется по всему сечению потока от входа до противоположной сто­роны отстойника.

Рис. 11. Распределение воды в отстойнике с помощью трубы отвода и выпусков

Рис. 12. Устройство трубчатого Рис. 13. Сальниковое уплотнение впуска воды в секцию отстойника, стыков маслосборных труб рекомендуемого Харьковским 1 – щелевая поворотная труба d = 200мм;

Водоканалниипроектом 2 – маслоотводная труба; 3 – приварной раструб; 4 – грундбукса; 5 – сальниковая набивка из промоленного пенькового каната

Основным устройством маслоулавливающей си­стемы является масло-задерживающий щит и щеле­вая поворотная труба, расположенные у выхода воды из секции отстойника. Для уборки собравшегося масла трубу поворачивают (спе­циальной штангой с винтовой нарезкой) до погру­жения щели под слой масла. Собравшееся в щелевой трубе масло перепускается в маслоотводящий лоток и по нему поступает в резервуар или в специально оборудованные маслосборные секции.

Сальниковое уплотнение, позволяющее легко поворачивать маслосборную трубу и обеспечивающее достаточную герметичность, показано на рис. 13; сальниковой набивкой служит промасленная пенька. Для обогрева масла в щелевой трубе, лотке и маслоприёмной секции расположен паропровод.

В некоторых действующих отстойниках вместо поворотной щеле­вой трубы устроен плавучий маслосборник – лоток.

Обычно вторичные отстойники рассчитывают на улавливание из воды тонущего осадка (окалины) и производят поверочный расчет размеров отстойника, которые обеспечивали бы также улавливание всплывающих примесей – масла и нефтепродуктов.

В выгружаемом из вторичных отстойников сухом осадке содер­жится не менее 70% железа. Поэтому и этот осадок, так же как оса­док из первичных отстойников, отправляют на агломерационные фабрики.

Плотность сухого осадка в начале отстойника Макеевского за­вода (при отсутствии первичного отстойника), прокатывающего крупный, мелкий и средний сорт, составляет более 5 т/м³ и в конце отстойника снижается до 4 т/м³ и менее. В других случаях (при на­личии первичного отстойника сточных вод) плотность осадка меньше и может быть принята (сухого/влажного), т/м³:

Для крупносортных станов……………………………………….2,8/3,5

- среднесортных …………………………………………………..2/2,5

- мелкосортных, тонколистовых,

проволоч­ных и трубопрокатных станов ……………………….1,8/2,3

При использовании осадка из вторичных отстойников сточных вод от прокатных и трубопрокатных цехов на аглофабрике или в шихте доменных и сталеплавильных печей влажность его должна быть не более 12%. Влажность же удаляемого из вторичных отстой­ников осадка колеблется от 18 до 30% (см. рис. 6), т. е. превышает допустимую. Поэтому во избежание удаления такого осадка на от­валы необходимо устройство вблизи отстойников специальных обез­воживающих площадок. На ряде заводов применяют предваритель­ную перевалку окалины из одной секции отстойника в другую с целью снижения влажности осадка.

При производстве тонкой жести холодной прокаткой листа на некоторых заводах применяют пальмовое масло. Концентрация его в сточных водах, по данным двух заводов, составляет 200—270 мг/л при общей концентрации тяжелых (осаждающихся) взвешенных веществ от 60 до 240 мг/л. Температура сточной воды (летом) 40— 50° С, рН колеблется от 6,4 до 7,4.

Для очистки сточных вод от таких жестекатальных станов, со­стоящих из пяти клетей, использующих пальмовое масло, приме­няют удлиненные до 60 м горизонтальные отстойники, состоящие из двух-трех секций с наземным зданием. Продолжительность пре­бывания воды в таком отстойнике до 2 ч. Всплывшее на поверхность масло сгоняется к маслосборному лотку специальным механизмом в виде движущейся ленты с планками. Осадок со дна отстойника сгребается к приямку стационарным скребковым механизмом, а из приямка удаляется периодически насосом.

Надежных данных по эксплуатации таких отстойников еще нет. Пальмовое масло улавливается в отстойниках в среднем на 40%, тяжелой взвеси осаждается 75%. При этом предъявляется довольно строгое требование, чтобы крупность взвешенных частиц, остаю­щихся в очищенной оборотной воде, подаваемой на четвертую и пя­тую клети, была не более 0,5 мм, а общая концентрация их не пре­вышала 20 мг/л. К содержанию пальмового масла в оборотной воде строгих требований не предъявляется, однако оно не должно теряться со сбросной (продувочной) водой, количество которой при­нимается равным 5% от расхода оборотной воды.

Более глубокая очистка предварительно отстоенной воды от пальмового масла возможна коагулированием этой воды и после­дующим фильтрованием через зернистую загрузку слоем 0,8—1 м, состоящую из битого стекла с размером частиц 0,5—3 мм. Скорость фильтрования 5—6 м³/ч. Фильтр можно промывать очищенной водой со сбросом ее в начало отстойника. Однако эти рекомендации нуж­даются в производственной проверке.

В связи со стремлением облегчить уборку осадка из отстойников возникает вопрос о возможности применения вместо горизонтальных прямоугольных отстойников радиальных отстойников, которые при­меняют для очистки сточных вод от доменной газоочистки.

В зарубежной практике (в Бельгии, Германии, Японии) широко при­меняют горизонтальные отстойники с шириной секции 12—20 м в которых имеется тележка с подъемным скребком для перемеще­ния по дну осадка к приямку при ходе тележки вперед и для сгона масла в лоток при ходе тележки в обратном направлении.

Тележка передвигается по рельсам, уложенным на стенках сек­ции отстойника, с помощью электродвигателя, питаемого энергией по гибкому кабелю на барабане; изменение направления движения тележки регулируется риверсом автоматически от концевого пере­ключателя. Скребок также автоматически опускается на дно для перемещения осадка и поднимается кверху для сгона масла.

Осадок из приямка отстойника забирается из-под воды порталь­ным краном с грейфером и перемещается сначала в бункер для обезвоживания, а из него затем погружается в вагоны.

Серьезные недостатки отстойников, применяемых для очистки сточных вод от прокатных и трубопрокатных цехов (занимаемая большая площадь, сложность удаления осадка и др.), привели к мысли о замене осаждения тяжелых частиц в воде выделением их из воды сепарацией с помощью гидроциклонов. На основании исследований, проведенных ВНИИ Водгео, выделение окалины из сточных вод от прокатных цехов рекомендуется произ­водить с помощью напорных гидроциклонов диаметром от 75 до 250 мм с компоновкой их в блоки по 50—100 аппаратов. Наиболее рентабельными признаны аппараты диаметром 75 мм.

Первичные отстойники сточных вод прокатных станов, по-видимому, с успехом могут быть заменены открытыми гидроциклонами обычной конструкции с отводом воды через периферийный водослив. При этом, по данным испытаний ВНИИ Водгео, в таких гидроцик­лонах при очистке сточной воды от проката крупносортного металла можно задерживать окалину с гидравлической крупностью 1 мм/сек при нагрузке 3 м³/ч на 1 м² площади гидроциклона; при очистке сточной воды от проката среднего и мелкого сортов можно задерживать окалину с гидравлической крупностью и = 0,4 мм/сек при нагрузке 1,5 м³/ч на 1 м² площади аппарата, а при очистке сточ­ной воды от проката среднего и тонкого листа с гидравлической крупностью и = 0,6 мм/сек при нагрузке 2 м³/ч на 1 м² площади аппарата. Приведенные рекомендации основываются также на прак­тике заводов Германии.

Предложенная ВНИИ Водгео конструкция многоярусного низ­конапорного гидроциклона позволяет повысить гидравлическую нагрузку на сооружение до 50—100 м³/ч на 1 м² аппарата. Однако расчетные параметры для проектирования таких гидроциклонов могут быть установлены только после получения результатов дли­тельной эксплуатации опытно-промышленных установок.

Дополнительное осветление воды фильтрованием

В некоторых случаях требуется чистая вода, содержащая тяже­лых взвешенных веществ не более 5—10 мг/л. Например, чистая вода необходима на гидросбив окалины при изготовлении тонкого листа или белой жести во избежание образования вмятин и царапин на поверхности, для испытания и калибровки труб, поскольку вода подается здесь плунжерными насосами.

Потребность в такой воде небольшая и она может быть обеспе­чена дополнительной очисткой оборотной воды, прошедшей отстой­ники. Для этой цели нашли применение скорые напорные фильтры, работающие со средней скоростью фильтрования 5—6 м³/ч (попытка применения фильтрования через слой песчаной загрузки со ско­ростью 40—50 м³/ч пока не удалась). При этом крупность зерен за­грузки должна быть в пределах 0,5—2 мм с коэффициентом неодно­родности не более 2; слой загрузки 1 м.Такие фильтры промывают холодной водой с интенсивностью 12—16 л/сек на 1 м² и воздухом с интенсивностью 6—8 л/сек на 1 м³. Фильтрами может быть задер­жано от 50 до 70% взвеси, содержащейся в исходной воде в концен­трации не более 50—60 мг/л.

На Челябинском трубопрокатном заводе в одном из цехов осу­ществлена двухступенчатая схема очистки сточной воды от трубо­прокатного стана: вода проходит очистку сначала в напорных гидро­циклонах, затем фильтруется через слой песка в 0,8 м с крупностью зерен от 0,5 до 2 мм. Содержание взвеси в воде снижается в гидро­циклоне с 250—300 до 30—50 мг/л и в фильтре — до 10—20 мг/л.

От промывки фильтров вода сбрасывается в начальный участок отстойника сточных вод прокатного стана, а очищенная на фильтрах вода подается снова тем же потребителям.

В процессе использования на прокатных станах вода, соприка­саясь с валками и металлом, нагревается примерно на 5 град. При очистке отработавшей воды в отстойниках температура ее снижается, но только на 0,5 град или несколько больше. Поэтому очищенную сточную воду перед повторным использованием на те же цели охлаж­дают. В качестве охладителя воды с остаточными загрязнениями в ней в виде легкой окалины и масла применяют брызгальные бассейны или градирни. В последнее время применяют преимущественно вентиляторные градирни с капельным или брызгальным оросителем по типовым проектам Союзводоканалпроекта.

Брызгальный бассейн представляет собой открытый железобетонный или бетонный резервуар из двух и более секций, над которым через сопла разбрызгивается охлаждаемая вода. При падении капель вода охлаждается за счёт испарения и соприкосновения с воздухом. Сопла устанавливают одиночно или группами на распределительных трубах, к которым по магистралям подводят охлаждаемую воду. При работе брызгал капли воды образуют “факелы”, между которыми протекает воздух; один факел не должен перекрывать другой, а между распределительными линиями должны быть образованы коридоры для подвода воздуха к поверхности воды.

Теплоотдача охлаждаемой воды в брызгальном бассейне главным образом зависит от скорости движения капель и от площади поверхности воды. Для охлаждения недостаточно чистой воды применяют тангенциальные сопла.

Градирня представляет собой охладитель воды закрытого типа с противоточным движением капель (или тонкой плёнки) воды и воздуха в пространстве, ограниченном со всех сторон стенками. Здесь теплоотдача зависит от скорости движения капель или плёнки и главным образом от скорости воздуха. Движение воздуха создаётся вследствие тяги в башне или вентилятором.

1 – башня, 2 – водораспределительные желоба, 3 – ороситель, 4 – водосборный резервуар.

Башенные брызгальные градирни представляют собой, как правило, сооружения переоборудованные из капельных градирен.

Вентиляторные градирни бывают с вытяжным и нагнетательным вентиляторами. Последние применялись только на коксохимических заводах, и не нашли широкого применения. Ороситель вентиляторной градирни может быть капельный или брызгальный (плёночные применяют только при охлаждении чистой воды). При охлаждении недостаточно чистой воды ороситель устраивают из водораспределительных трубопроводов и брызгалок.

При проектировании системы оборотного водоснабжения ра­бота проектировщика заключается в расчете и подборе типового, проекта градирни.

Очистка трубопроводов оборотной воды от отложений

В прокатных и особенно в трубопрокатных цехах в трубопрово­дах оборотной воды образуются отложения, из-за чего пропускная способность трубопроводов со временем снижается. В отдельных случаях вследствие загрязнения отложениями пропускная способ­ность трубопровода уменьшалась более чем вдвое. По данным лабо­ратории водного хозяйства ВНИИ Водгео (Челябинск), отложения в трубопроводах системы оборотного водоснабжения одного трубо­прокатного цеха содержали от 37,5 до 55% Fe₂0₃, 4,6% СаО, 4,5% SiO₂, от 17,8 до 4% С0₂, от 10 до 16% минеральных нераство­римых веществ и от 8,6 до 8,9% веществ, экстрагируемых эфиром, 50₃ не было; от 10 до 16% (по массе) потери при прокаливании.

Образование отложений в указанном трубопроводе происходит не за счет карбонатов, а преимущественно за счет прилипания омасленных частиц окалины к стенкам трубы.

Удаление этих уже накопившихся отложений эффективно гидро­пневматической промывкой трубопровода — водой с воздухом в соот­ношении 1 : 4. Только очень вязкие или твердые отложения прихо­дится предварительно разрыхлять механическим способом — сна­рядом, состоящим из куска стальной трубы (длиной 0,5 м) меньшего диаметра, но с острыми металлическими шипами; снаряд протаски­вают по участкам трубопровода на тросе лебедкой. Затем разрыхлен­ные отложения вымывают из трубопровода водой или водой с воз­духом. Гидропневматическая промывка трубопроводов должна быть регулярной.

 Основные характеристики маслосодержащих стоков, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

На предприятиях металлургической и машиностроительной промышленности одной из основных категорий сточных вод являются маслосодержащие стоки.

По концентрации основного загрязнения (масла) они делятся на малоконцентрированные и концентрированные. Малоконцентрированные стоки образуются при промывке металлических изделий после их термической обработки и после расконсервирования.

Концентрированные сточные воды содержат масел до 50 г/л. Это отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляющие собой стойкие эмульсии типа “масло в воде”. Их расход составляет 0,5 - 200 м³/сут в зависимости от мощности предприятия и типа его продукции.

На многих предприятиях концентрированные маслосодержащие стоки разбавляются большим количеством условно чистых вод и превращаются в малоконцентрированные. Содержание в них масел обычно колеблется от 10 до 500 мг/л. Объем этих сточных вод достигает 5 - 10 тыс. м³/сут.

Технологические схемы очистки маслосодержащих сточных вод в нашей стране и за рубежом предусматривают смешивание всех видов маслосодержащих сточных вод, их отстаивание для удаления грубодисперсных и всплывающих примесей, обработку коагулянтами и обезвоживание образующихся осадков.

Основным недостатком таких схем очистки являются большие затраты коагулянтов и образование значительных количеств осадков, для обезвоживания которых требуется дополнительный расход коагулянтов с целью снижения содержания в них масел. Практика показывает, что раздельная обработка коагулянтами малоканцентрированных и концентрированных сточных вод требует меньших затрат коагулянтов и сопровождается образованием меньших объемов осадков.

Основное количество концентрированных маслоэмульсионных сточных вод на предприятиях машиностроения и металлообработки сбрасывается в виде отработанных СОЖ. Свежие СОЖ приготовляют из технических продуктов - эмульсолов, представляющих собой эмульсии типа “вода в масле”. При смешивании 3-10% эмульсола, 90 - 95% воды и 0,3% соды образуются эмульсии типа “масло в воде”. Для придания эмульсии устой живости необходимо добавление к ней еще одного компонента - эмульгатора, способного сорбироваться на поверхности обеих - несмешивающихся жидкостей. Помимо указанных компонентов, в состав СОЖ входят различные стабилизаторы, а также большое количество присадок (антикоррозионные, бактерицидные, противоизносные, противозадирные).

Средний срок использования СОЖ колеблется от двух недель до полутора месяцев. Основными причинами замены смазочно-охлаждающих жидкостей при холодной обработке металлов являются наличие в них большого количества взвешенных веществ (металлическая пыль, сажа, частицы абразивных материалов), расслаивание СОЖ и их загнивание.

Регенерация отработанных СОЖ, заключающаяся в удалении из них посторонних примесей, позволяет возвращать их в производство, достигая тем самым экономии минеральных масел и других компонентов, входящих в состав эмульсолов. Кроме того, предотвращаются затраты на приготовление, складирование и перевозку новых партий эмульсола.

Основной причиной сброса СОЖ является их загнивание, которое можно предупредить с помощью бактерицидных добавок. В качестве таких добавок используются гексахлорофен, фурацилин, бактерициды типа “Вазин” и “Азин”.

Регенерацию отработанных СОЖ следует проводить следующим образом. Отработанную СОЖ направляют в сборный резервуар и отстаивают в нем для отделения взвеси и всплывающего масла в течение 6 ч. Для удаления тонкой взвеси СОЖ затем подают на фильтр-транспортер с бумажной лентой, после чего она поступает в емкость для регенерации. В эту емкость подают эмульсол-пасту (смесь эмульсола с водой в соотношении 1: 1), воду и раствор бактерицидного вещества. При необходимости в регенерируемую СОЖ вводят антикоррозионные добавки (NaNO₂ в дозе 1 г/л) и соду из расчета 0,2 - 0,3 % (по массе). Смесь перемешивают сжатым воздухом в течение 10 мин, отстаивают в течение 60 мин, удаляют всплывшее масло и возвращают в производство для дальнейшего использования. Однако регенерация отработанной СОЖ возможна только в том случае, если в 1 мл жидкости содержится менее 100 млн. бактерий. В противном случае отработанная СОЖ подлежит сбросу на очистные сооружения.

Отечественная промышленность выпускает большое количество эмульсолов различных марок, которые значительно отличаются по своему составу и физико-химическим свойствам. В зависимости от типа содержащихся в них змульгаторов все смазочно-охлаждающие жидкости на основе минеральных масел можно разделить на три группы:

1. СОЖ, содержащие ионогенные эмульгаторы;
2. СОЖ, содержащие неионогенные эмульгаторы;
3. СОЖ, содержащие одновременно ионо- и неионогенные эмульгаторы.

В качестве эмульгаторов СОЖ содержит соли органических кислот (олеиновой, нафтеновой, сульфонафтеновой), в качестве стабилизаторов - этиловый спирт, этиленгликоль, триэтаноламин.

Мицелла змульсола, представляющего собой коллоидную систему, имеет следующее строение: ядро мицеллы состоит из мельчайших капелек масла, окруженных анионами органических кислот, вследствие избирательной адсорбции которых аполярная гидрофобная часть анионов эмульгатора (углеводородный радикал) ориентирована в сторону масляной глобулы, а полярная часть - в сторону дисперсионной среды. Катионы щелочного металла, (Nа+), которые в результате диссоциации отделились от остатка (аниона) органической кислоты, образуют плотный диффузный слой противоионов. Таким образом, на поверхности масляных глобул образуется двойной электрический слой.

Эмульсол как коллоидная система устойчив при наличии некоторого избытка масла. Для того чтобы эмульсол обладал способностыо самопроизвольно образовывать с водой эмульсии, необходимо, чтобы он обладал свойствами гидрофильного геля, т. е. внешней фазой в коллоидной системе должен быть концентрированный раствор мыла. Для этого змульсолы, кроме микеральных масел и нафтеновых мыл, обязательно должны содержать некоторое количество воды. Эмульсолы, состоящие из минеральных масел и более гидрофобных мыл олеиновой кислоты, обязательно должны содержать или второе, более гидрофильное мыло, например мыло сульфокислоты, или спирт, являющийся в данном случае растворителем внешней фазы недостаточно гидрофильных мыл олеиновой кислоты. Эти компоненты эмульсолов называются стабилизаторами. Ко второй группе относятся

СОЖ, содержащие ПАВ неионогенного типа, например ОП, а именно СОЖ, приготовленные из эмульсолов ИХП-45Э и ИХП-130Э.

Механизм стабилизации этих эмульсионных систем можно представить следующим образом. Молекулы большинства поверхностно-активных соединений имеют линейное строение, т. е. их длина гораздо больше поперечного размера. Один конец молекулы ПАВ, состоящий из углеводородных радикалов, ориентируется в сторону масляных глобул и сорбируется на их поверхности. На другом конце молекулы находится гидрофильная группа, которая ориентирована в сторону дисперсионной среды. Таким образом, молекулы ПАВ образуют коагуляционную пространственную сетку.

При этом между частицами масляных глобул остается очень тонкая прослойка дисперсионной среды, которая препятствует сближению частиц и придает коагуляционным структурам характерные свойства: вязкость, ползучесть, прочность. Однако возникновение защитных слоев высокой прочности, обеспечивающих устойчивость эмульсий, связано не с формированием адсорбционных слоев эмульгатора самих по себе, а с образованием на границе раздела двух фаз сложных надмолекулярнык структур в форме многослойных фазовых пленок.

В основе рассмотренных явлений лежит гидродинамический эффект самопроизвольной поверхностной турбулентности и конвекции, вызывающей односторонний переход углеводородной фазы в водную фазу в виде ультрамикроэмульсии. Структурированная адсорбционным слоем эмульгатора такая фазовая пленка приобретает значительную прочность и, как следствие этого, высокую стабилизирующую способность.

Таким образом, эмульсионные системы, стабилизированные неионогенными эмульгаторами, очень устойчивы, хотя их адсорбционные слои не обладают ярко выраженной структурйо-механической прочностью.

К третьей группе относятся СОЖ, которые содержат одновременно ПАВ ионо- и ионогенного типа, а также различные группы органических соединений, которые придают смазочно-охлаждающим жидкостям связывающие, противозадирные и антикоррозионные свойства (хлор, парафин, осерненное хлопковое масло, канифоль). Эмульгаторами в этих системах являются мыла жирных кислот, ОП-4 (эмульсол Аквол-2), нефтяной сульфонат натрия и синтомид-5 (эмульсол Укринол-1).

Для очистки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей применяют следующие методы:

1. реагентные (обработка минеральными солями и кислотами, коагулянтами и флокулянтами);
2. физико-химические (электрокоагуляция, ультрафильтрация).

Метод деэмульгирования масляных эмульсий путем коагуляции дисперсной фазы неорганическими электролитами получил широкое распространение в практике очистки сточных вод. По литературным данным, для очистки маслоэмульсионных сточных вод могут быть использованы NaCl, H₂S0₄, FsS0₄, Fе₂(S0₄)₃, FeCl₃, СаО, А1₂(S0₄)₃, взятые в отдельности или в комбинации друг с другом. Под воздействием электролитов происходит как снижение электрокинетического потенциала масляных эмульсий, так и разрушение структурно-механического барьера. Следует отметить, что многовалентные катионы способны перезаряжать масляные глобулы с образованием неустойчивой системы - обратной эмульсии, поэтому определение оптимального расхода реагентов является основой для успешного их применения. Совместное применение различных реагентов позволяет значительно повысить эффективность очистки. В литературе отмечается, что для очистки маслоэмульсионных сточных вод используется двух- и трехступенчатая их обработка реагентами.

Наиболее эффективным коагулянтом для очистку отработанных СОЖ, содержащих ионогепные эмульгаторы, является сернокислый алюминий.

Технология очистки маслоэмульсионных сточных вод с помощью сернокислого алюминия внедрена на московском станкостроительном производственном объединении “Красный пролетарий” и на ГПЗ-5 (г. Томск).

Ниже приведены оптимальные дозы Al₂(SО₄)₃ для очистки отработанных СОК, приготовленных на основе, эмульсола первой группы.

В настоящее время особое внимание уделяется сокращению и максимальному использованию различных производственных отходов, а также созданию в промышленности безотходной технологии производства. Для очистки отработанных СОЖ можно использовать отходы ацетиленовых станций, содержащие гидроксид кальция, а также отработанные травильные растворы, содержащие H₂SO₄ и FeSO₄, или HCl и FeCl₂. Способ очистки отработанных СОЖ на основе эмульсолов марки Э-1 (А), З-2 (Б), Э-З (В) с помощью серной кислоты (доза H2S04 3 - 5 г/л) и отходов ацетиленовой станции (доза активного оксида кальция 1 г/л) внедрен на головном заводе ПО “АвтоУАЗ” (г. Ульяновск). Содержание эфироизвлекаемых веществ в обработанной жидкости, имеющей величину рН=7, в среднем составляет 170 - 220 мг/л. Технико-экономические расчеты показывают, что при химическом методе очистки маслоэмульсионных сточных вод затраты на реагенты составляют от 30 до 70 % всех эксплуатационных затрат, поэтому применение для очистки различных производственных отходов значительно снижает эксплуатационные затраты.

В настоящее время одним из перспективных методов очистки этого вида сточных вод является метод электрокоагуляции, разработанный харьковским отделом ВНИИВОДГЕО, Процесс очистки масляных эмульсий, содержащих ионогенные эмульгаторы, протекает следующим образом. Электрокинетический потенциал эмульсии, находящейся в электрическом поле, снижается, а эмульсия теряет свою устойчивость. Перешедшие в жидкую фазу ионы алюминия при рН=6-8 в межэлектродном пространстве образуют сначала коллоидный раствор, а затем в зависимости от рН среды макрочастицы гидроксида или основного сульфата алюминия. При рН=5 эмульгатор переходит в нерастворимую форму, что еще в большей степени способствует сорбции частиц дисперсной фазы, так как происходит снижение прочности структурно-механического барьера. При дальнейшем протекании процесса происходит подщелачивание жидкости и весь алюминий переходит в нерастворимую форму, создавая максимум сорбционной поверхности.

Электрокоагуляционный способ рекомендуется применять для локальной очистки отработанных СОЖ, для приготовления которых были использованы эмульсолы марок Э-1 (А), Э-2 (Б), 3-3 (В), ЭТ-2 и НГЛ-205. Способ применим также для очистки отработанных СОЖ, приготовленных на эмульсолах марок Укринол-1, ЭГТ, СП-3, Аквол-2, Аквол-б, МОТ и др.

Сущность способа заключается в разрушении эмульсии и коагуляции эмульгированных масел под действием продуктов электрохимического растворения алюминиевых анодов и флотаций коагулята водородом, образующимся на катодах.

Перед электрохимической обработкой сточные воды подкисляют до рН=5- 5,5 для снижения агрегативной устойчивости эмульсии.

В процессе электролиза величина рН сточных вод возрастает до 6,5 - 7,5. Процесс очистки сточных вод складывается из следующих технологических операций: сбор, усреднение и отстаивание сточных вод, их подкисление, электрохимическая обработка, отведение продуктов очистки, осветление отработанной воды.

Маслоэмульсионные сточные воды после усреднения и отстаивания в резервуаре с целью отделения свободного масла (последнее удаляют в маслосборник) затем направляют в смеситель, где подкисляют концентрированной соляной кислотой до рН=5-5,5. Подкисленные сточные воды направляют в электролизер. Пенный продукт, образующийся на поверхности обрабатываемой жидкости, периодически или непрерывно удаляют в пеноприемный бак. Обработанную сточную воду осветляют в отстойнике, после чего сбрасывают в канализацию населенных пунктов (при биологической очистке сточных вод на го-

родских канализационных очистных сооружениях достигается удаление из них остаточных количеств органических веществ).

При электролизе подкисленных сточных вод происходит электролитическое растворение алюминиевого анода и образование гидроксида алюминия, обладающего высокой коагулирующей способностью.

Очищенная вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, имеющую величину рН =6,5-7,5, величину ХПК 0,5-0,6 г/л, содержащую нефтепродуктов 25 мг/л и хлоридов 1,5 г/л (общее содержание растворенных минеральных солей 2,5 - 3 г/л).

Электролизер для очистки маслоэмульсионных сточных вод представляет собой прямоугольный стальной резервуар, футерованный изнутри винипластом или другим кислотостойким материалом. Дно электролизера имеет уклон 1:10 в сторону выпуска сточных вод. К левой торцевой стенке корпуса электролизера (выше уровни жидкости) прикреплен патрубок для подачи сточной воды, к днищу приваривают патрубок для отвода очищенной воды, В правой торцевой степке аппарата выше уровня жидкости располагаются два прямоугольных продольных окна: нижнее - для присоединения пеносгонного лотка, верхнее - для подключения вытяжного воздуховода. На задней степке корпуса имеются отверстия для присоединения токоподводящих шин. Пеносгонный лоток расположен под углом 45' к вертикальной стенке. Б верхней части корпуса электролизера (под электродами) устанавливают пеноудаляющее устройство.

Электролиз сточных вод проводят при плотности тока 80 - 120 А/м², напряжении на электродах 7 - 10 В. Продолжительность их электрохимической обработки составляет 4 - 5 мин, удельный расход алюминия для удаления 1 г эмульгированного масла 0,03 г, удельный расход электроэнергии 2,5 - 3 кВт ч/м, удельный расход соляной кислоты (35 %) на подкисление сточных вод 7 - 8 кг/м³.

Для обработки сточных вод возможно использование переменного электрического тока, однако в этом случае для достижения того же эффекта очистки удельный расход электроэнергии увеличивается на 40 - 50 %.

Харьковским отделом ВНИИВОДГЕО разработаны две модели электролизеров (трех- и шестисекционный).

В настоящее время установки для электрохимической очистки маслоэмульсионных сточных вод действуют на ряде машиностроительных предприятий СНГ [Минский моторный завод, Ждановский завод тяжелого машиностроения, завод сельскохозяйственных машин (г. Белая Церковь) и др.].

Институтом “Харьковский Водоканалпроект” разработаны типовые проектные решения установок “Комплект оборудования для электрокоагуляционной обработки смазочно-охлаждающих жидкостей производительностью 5 - 10 м³/сут.

В Харьковском политехническом институте М. М. Назаряном разработан аппарат колонного типа для очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод с помощью коагулянта - гидроксида алюминия, получаемого путем электролитического растворения алюминиевых анодов в электродной камере аппарата. Полученная суспензия гидроксида алюминия затем смешивается со сточными водами в реакционной камере, а образовавшийся осадок отделяется от жидкой фазы во флотационной и отстойной камерах. Установка подобного типа действует на головном заводе Харьковского ПО “Серп и молот”.

Для очистки больших объемов маслоэмульсионных стоков успешно применяется метод реагентной напорной флотации, Этот метод внедрен на ГПЗ-2 (г. Москва). Очистку маслоэмульсионных сточных вод проводят по следующей схеме: сточная вода поступает в отстойникнакопитель, где происходит выделение механическихпримесей и свободных масел, а затем в этой же емкости производится нейтрализация жидкости серной кислотой до рН=7-8. Нейтрализованная сточная вода поступает во флотатор, куда одновременно подается раствор сернокислого алюминия. Образующаяся в процессе напорной флотации пена собирается и направляется в пеносборник.

Величина - потенциала эмульсионных систем, содержащих неионогенные эмульгаторы, недостаточна для их высокой стабильности, а их адсорбционные слои не обладают высокой структурно-механической прочностью, поэтому применение коагулянтов для очистки подобных сточных вод малоэффективно.

Одним из перспективных методов очистки этих сточных вод является метод ультрафильтрации. Возможность его применения показана в исследованиях, проведенных во ВНИИВОДГЕО на аппарате типа фильтр-пресс с использованием ультрафильтрационных мембран марок УАМ-500, УАМ-200, УАМ-150, УАМ-50 (цифра обозначает средний диаметр пор мембраны в Ангстрем).

Установлено, что производительность ультрафильтратов по пермеату практически одинакова для всех марок мембран [10 л/ (сут-м²)]. Содержание масла в очищаемой жидкости может быть снижено до 8 - 10 мг/л. Степень концентрирования фильтруемой эмульсии зависит от ее стойкости: наиболее стойкие эмульсии, например приготовленные на основе эмульсола ИХП, можноконцентрировать до содержания масел 500 г/л. Недостатком этого метода является малая производительно ультрафильтров, что значительно сдерживает его широкое применение. Для повышения производительности ультрафильтров целесообразно применять их промывку растворами поверхностно-активных веществ (например, 6%-ным раствором препарата Лабомид-161). Такую промывку следует проводить через 150 - 200 ч работы установки, при этом производительность мембран, повышается в 2 - 3 раза.

Во ВНИИВОДГЕО проведены также исследования метода ультрафильтрации с использованием в качестве фильтрующего элемента фрагментов трубчатых модулей из фторопласта типа БТУ с диаметром пор 500 А (50 нм). Полученные результаты показали, что для реального диапазона концентраций масел в отработанных СОЖ (10 - 25 г/л) производительность мембран и величина ХПК пермеата практически не зависят от исходной, концентрации масел в сточной воде. При этом конечная ХПК очищенной жидкости не зависит также от времени работы установки и составляет 100 - 150 мг*О/л. Проницаемость мембран составляет 10 - 15 л/ (м2ч).

Как следует из приведенного обзора, в разработке эффективных методов очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод в последние годы достигнуты определенные успехи. Построены и введены в постоянную эксплуатацию установки по очистке маслосодержащих сточных вод методами коагуляции, электрокоагудяции, реагентной напорной флотации. Значительное количество установок на предприятиях машиностроительной и металлургической промышленности строится. На одном из завалов действует опытно-промышленная установка для очистки маслосодержащих сточных вод методом ультрафильтрации. Очищенные маслосодержащие сточные воды вместе с другими сточными водами предприятия поступают обычно на городские очистные сооружения.

Утилизация осадков сточных вод и избыточного активного ила часто связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения, что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов. Активный ил особенно богат азотом и фосфорным ангидридом.

В качестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты обработке, гарантирующей последующую их незагниваемость, а также гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.

Наиболее эффективным способом обезвоживания отходов, образующихся при очистке сточных вод, является термическая сушка.  Перспективные технологические способы обезвоживания осадков и избыточного активного ила, включающие использование барабанных вакуум-фильтров, центрифуг, с последующей термической сушкой и одновременной грануляцией позволяют получать продукт в виде гранул, что обеспечивает получение незагнивающего и удобного для транспортировки, хранения и внесения в почву органоминерального удобрения, содержащего азот, фосфор, микроэлементы.

Наряду с достоинствами получаемого на основе осадков сточных вод и активного ила удобрения следует учитывать и возможные отрицательные последствия его применения, связанные с наличием в них вредных для растений веществ в частности ядов, химикатов, солей тяжелых металлов и т.п. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных  веществ в готовом продукте и определение годности использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

Извлечение ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из сточных вод гарантирует, например, получение безвредной биомассы избыточного активного ила, которую можно использовать в качестве кормовой добавки или удобрения. В настоящее время известно достаточно много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении способов извлечения этих примесей из сточных вод. В связи с широким использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных веществ ( в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в растениях и почве.

Представляет интерес практика использования осадков сточных вод в ФРГ. По санитарным соображениям в ФРГ допускается использование в качестве удобрения только незагнивающих, стабилизированных осадков сточных вод, термически высушенных, компостированных и пастеризованных. Пастеризация осадков заключается в их нагревании до 65-70 ^оС в течение 20-30 мин, что приводит к уничтожению в яиц гильминтов и патогенных микроорганизмов. Более высокий эффект пастеризации достигается при нагревании осадка до 80-90 ^оС с последующим выдерживанием в течение 5 мин. В случае образования больших объемов осадков сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации, например, сжигание осадков.

В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании 350 тыс. т активного  ила можно получить топливо, эквивалентное 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля [1 баррель - 159л.]

Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара, который немедленно используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные капитальные затраты на его хранение.

Важное значение также имеют методы утилизации активного ила, связанные с ис-

пользованием его в качестве  флокулянта для сгущения суспензий, получения из активного угля адсорбента в качестве сырья для получения строй материалов и т.д.

Проведенные токсикологические исследования  показали возможность переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном производстве.

Ежегодный прирост биомассы активного ила составляет насколько миллионов тонн. В связи с этим возникает необходимость в разработке таких способов утилизации, которые позволяют расширить спектр применения активного ила.

Защита водных ресурсов от истощения и  загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются  мероприятия по охране окружающей Среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные)  циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываение сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90 % расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными  являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод.

На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в %): охрана атмосферы 35,2 % , охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

1. НАЗНАЧЕНИЕ АГРЕГАТА НЕПРЕРЫВНОГО ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ

Назначение протяжных печей агрегатов горячего цинкования – термохимическая обработка холоднокатаной стальной углеродистой полосы перед горячим цинкованием и последующий низкий отпуск полосы с нанесенным слоем цинка. Предусмотрена возможность алюминирования полосы.

Протяжная печь входит в состав агрегата непрерывного горячего цинкования АГНЦ-2У цеха холодного проката. В протяжной печи предусмотрены две основные технологические операции:

1) подготовка поверхности полосы к оцинкованию при одновременном проведении отжига или нормализации для получения требуемой структуры (качества) полосы;

2) подготовка к оцинкованию полосы с уже полученной до входа в печь структурой (качеством).

При проведении первой технологической операции поступившая в печь полоса подвергается термической очистке в камере скоростного подогрева и последующему отжигу и нормализации по заданным режимам. При осуществлении второй технологической операции полоса, прошедшая перед поступлением в печь химическую очистку (обезжиривание, травление и т.д.), подвергается в протяжной печи подогреву.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ В АГРЕГАТЕ ЦИНКОВАНИЯ

Агрегат непрерывного горячего цинкования состоит из трех частей: головная (химическая), печная и хвостовая.

Подготовка поверхности полосы перед оцинкованием производится в химическом узле агрегата, а также в камере скоростного подогрева.

Технологический процесс подготовки полосы состоит из следующих операций: химического обезжиривания в ванне замочки, щеточно-моечной обработки в ЩММ, электролитического обезжиривания поочередно в двух ваннах электролитического обезжиривания, травления, промывки в холодной и горячей воде, сушки.

Состав раствора обезжиривания ванны замочки: триполифосфат натрия – 1,5-2,0%, каустическая сода – 1-1,5%, эмульгатор – 0,1-0,3%.

Состав раствора электролитического обезжиривания: триполифосфат натрия (Nа₅Р₃О₁₀) – 2,5-3,0%, каустическая сода (NаОН) – 1,0-2,0%.

Растворы в ваннах непрерывно циркулируют по системе: ванна – циркуляционный бак – насос – ванна. Полная замена обезжиривающих растворов производится 1 раз в месяц, промывная вода при накоплении щелочи подвергается немедленной замене.

Процесс травления состоит из погружения металлических изделий в ванну с травильным раствором и последующей промывки их относительно чистой водой. Промывные воды и составляют основную массу сточных вод, подлежащих обработ­ке. Кроме того, периодически в сточные воды попадают отработанные травильные растворы, подвергаемые регенерации.

В качестве травильных растворов применяют разбавленные серную и соляную кислоты или их смеси. Для травления специальных сортов стали используют азотную, фосфорную и плавиковую кислоты. В нашей стране по сложившимся традициям и условиям экономики для травле­ния применяют преимущественно техническую серную кислоту. Наиболь­шая скорость травления получается при 20-25%-ной концентрации раствора. Используют и более слабые растворы. При травлении железа серной кислотой основным продуктом химических реакций является сернокислое железо FеSО₄, которое вместе с серной кислотой состав­ляет главную часть загрязнений, находящихся в растворенном состоянии в сточных водах. Однако при травлении не вся окалина переходит в раствор, некоторая ее часть разламывается и выпадает в осадок. Ока­лина, песок и прочие твердые частицы составляют нерастворимую часть загрязнений.

Обычно из травильных ванн с серной кислотой отработанный раствор сбрасывается с остаточным содержанием серной кислоты 30-70 кг/м³ и железного купороса 150-300 кг/м³. Температура сточных вод достигает 80⁰С.

Сточные воды после промывки полосы содержат около 0,5 кг/м³ серной кислоты и железного купороса.

В протяжной печи промышленной (технической) водой охлаждаются: центральный вал печных роликов в камере скоростного подогрева, цапфы печных роликов в камерах нагрева, выдержки и ступенчатого охлаждения, цапфы нижнего поворотного ролика, носики горелок камеры скоростного подогрева, подшипники циркуляционных вентиляторов блоков струйного охлаждения, холодильники пирометров и газоанализаторов, входной затвор, дроссель-клапаны продувочных свечей в камерах скоростного подогрева и нагрева.

Для возможности визуального контроля за расходом воды на каждый охлаждаемый технической водой элемент печи, а также для контроля за состоянием этих элементов по температуре выходящей из них воды предусмотрена система водоснабжения с разрывом струи: выходящая из каждого водоохлаждаемого элемента вода открыто сливается в приемную воронку сливных трубопроводов.

Для нормальной работы печи к качеству подводимой воды предъявляются следующие требования:

- содержание взвешенных частиц и загрязнений не более 40 мг/л;

- недопустимо обрастание охлаждаемых элементов микро- организмами;

- недопустимо выпадение солей жесткости при нагреве до 50⁰С;

- температура подводимой к печи воды не более 35⁰С.

Для охлаждения защитного газа в теплообменники блоков струйного охлаждения подведена химочищенная вода, циркулирующая в замкнутом контуре с аппаратами воздушного охлаждения. Расход химочищенной воды на один теплообменник составляет 15м³/ч. общий расход - 150 м³/ч.

Для окончательного охлаждения полосы после прохождения ее ванны с цинком используется замочка в ванне с холодной водой. Для замочки необходимо применять мягкую воду, не оставляющую солевого осадка на полосе – конденсат с солесодержанием не более 100 мг/л и жесткостью не более 3 мг-экв/л.

3. ВОДООЧИСТКА

Согласно действующим нормативным документам, сброс сточных вод в городские канализационные сети и в открытые водоемы допустим только в случаях, если они характеризуются величиной рН = 6,5—8,5.

В том случае, когда рН сточных вод соответствует кислой (рН 8,5) реакции, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н⁺- или ОН^--ионов до установления рН в интервале 6,5-8,5.

Высокая концентрация Н⁺-ионов в сточных водах обусловлена наличием в них свободных минеральных (серная, соляная, азотная, фосфорная, плавиковая) кислот и в значительно меньшей степени — органических. Нейтрализация достигается добавками различных растворимых в воде щелочных реагентов (окись кальция, гидроокиси натрия, кальция, магния, карбонат натрия).

Реакция нейтрализации идет по схеме:
Н⁺+ОН^- →Н₂О.

Промывные воды. Для нейтрализации кислых сточных вод можно применять следующие щелочные реагенты: окись кальция (негашеная известь), гидроокись кальция (гашеная известь), едкий натр, карбонат кальция (известняк, мел, мрамор), карбонат магния (магнезит), карбонат натрия (кальцинированная сода), карбонат магния – кальция (доломит).

При нейтрализации известью сточных вод, содержащих свободную серную кислоту и ее соли, образуется сульфат кальция, который при достижении определенной концентрации выпадает в осадок. Присутствующий в известковом молоке шлам способствует коагуляции частиц гидроокисей металлов и других нерастворимых примесей. Раствори­мость осадка зависит от его структуры, которая в свою очередь опреде­ляется условиями проведения процесса нейтрализации. Растворимость сульфата кальция при 20°С составляет — 2 г/л.

При нейтрализации избыточной кислотности величина рН сточных вод повышается, что сопровождается образованием и осаждением основных солей.

Выделение углекислого газа при нейтрализации свободных кислот приводит к флотационно­му эффекту: пузырьки углекислого газа, обволакивая частицы осадка, поднимают их вверх, способствуя всплыванию части осадка в отстойниках.

Осадки, образующиеся при обработке сточных вод содой, уплотняются значительно хуже, чем осадки, образующиеся при обработке сточных вод известью, так как флокулирующие свойства соды выражены значи­тельно слабее. Однако к основным недостаткам соды и едкого натра как реагентов следует отнести их высокую стоимость и дефицитности.

Для нейтрализации кислых сточных вод и осаждения из них ионов тяжелых металлов могут быть успешно использованы некоторые производственные отходы - карбидный шлам, феррохромовый шлак и др.

Время осветления нейтрализованной воды составляет обычно 40 мин, объем осадка - 10% объема жидкости.

Для нейтрализации кислых сточных вод возможно использование отходов металлургической промышленности - феррохромового шлака, шлака электросталеплавильных печей и отходов обжига известняка-пыленки.

Нейтрализация сточных вод твердыми производственными отходами позволяет сократить объем образующегося осадка в 2-6 раз и умень­шить его влажность с 98-99 до 76-65%. Для нейтрализации кислых сточных вод можно использовать также стоки гидрозолоудаления ТЭЦ.

Количество промывных вод значительно, и в зависимости от вида обрабатываемых изделий оно изменяется в широких пределах, например, на 1 т изделий образуется следующее количество сточных вод, м³:

Листовая сталь……………2,5-8,5

Стальные трубы…………..2-30

Стальные прутки…….……0,4

Промывные воды содержат 0,5-5,0 г/л кислоты, 0,5-8,0 г/л солей железа и до 300 мг/л взвешенных частиц (окалина, песок и другие примеси).

Таким образом, на практике наблюдаются разнообразные концентрации загрязнений в травильных сточных водах, подверженные резким колебаниям не только в течение суток, но и одного часа. Эти колебания концентраций, главным образом, и вызывают необходимость применения систем автоматического регулирования процесса обработки травильных сточных вод.

В результате обследования очистных сооружений ряда предприятий металлургической промышленности были получены следующие данные о составе промывных травильных сточных вод.

Кроме указанных загрязнений, травильные сточные воды содержат соответственно 5-25 н 50-200 мг-экв/л хлоридов и сульфатов.

Для получения данных о характере колебаний концентраций загрязнений во времени необходимо проводить длительные наблюдения.

Необходимо отметить, что расход сточной воды также не остается постоянным, но колебания его по сравнению с колебаниями концентраций загрязнений сравнительно невелики. Резкие изменения расхода связаны с аварийным состоянием технологического оборудования и случаются сравнительно редко.

Отработанные растворы. Отработанные растворы, образующиеся при травлении стальных из­делий, в растворах минеральных кислот (серная, соляная, азотная, плавиковая и др.) на предприятиях черной металлургии содержат свободные минеральные кислоты, соли железа и других металлов в концентрациях, в сотни и тысячи раз превышающих концентрации этих веществ в обыч­ных малоконцентрированных (промывных) сточных водах. Эти раство­ры либо обезвреживают (нейтрализуют) с помощью щелочных реаген­тов (обычно в смеси с промывными сточными водами), либо перера­батывают, используя различные физико-химические способы с целью регенерации (утилизации) содержащихся в них ценных продуктов

Многократно использованные травильные растворы обогащаются солями железа и выводятся из производства. Отработавшие травильные растворы обрабатывают на купоросных установках, где регенерируется серная кислота и навлекается железный купорос. При других способах регенерации из травильных растворов получают хлористое или электро­литическое железо.

Гипромезом разработаны типовые купорос- ные установки производительностью 1000, 3000, 6000т серной кислоты в год.

Эти установки оборудованы вакуум-эжекционными агрегатами периодического действия производительностью 500-1500 т/год и непрерывного действия – 3000 т/год.

На рисунке показана схема вакуум-кристаллизационной установки производительностью 3000 т/год.

Железный купорос

Рис. . Схема вакуум-кристаллизационной купоросной установки не­прерывного действия производительностью 3000 т/год:

I и II — испарители; /// и IV —кристаллизаторы; 1 и 2—мерники; 3 — глав­ный конденсатор; 4 — 7 — эжекторы; 8 — конденсатор второй ступени; 9 — эжектор третьей ступени; 10 — конденсатор третьей ступени; 11 — эжектор четвертой ступени; 12 — насос; 13 — буферный бак с мешалкой; 14 — центри­фуга; 15 — водоотделитель; 16 — барометрический сборник; 17 —конденсацион­ный горшок; 18 — манометры; 19 — термометр.

Травильные растворы с температурой 60-90⁰С подают в испарители, где за счет вакуума (примерно 400 мм вод. ст. ), создаваемого паро- эжекторами, происходит выпаривание раствора. После этого раствор попадает в кристаллизаторы, где происходит аналогичный процесс. В последнем кристаллизаторе при давлении 7 мм рт. ст. и температуре 10⁰С образуется смесь кристаллов купороса и раствора серной кислоты, которую добавляют в кристаллизатор для интенсификации процесса высадки купороса. Отделение купороса от восстановленного раствора происходит в центрифуге. Восстановленный раствор с содержанием 20% кислоты и 10% купороса направляют в травильное отделение.

При потреблении серной кислоты менее 500 т/год обработка раство­ров на купоросных установках не рентабельна. В этом случае отработав­шие травильные растворы направляют на очистную станцию. Однако и при использовании существующих купоросных установок часть раство­ров, непригодная к регенерации, поступает на нейтрализацию. В одних случаях отработавшие растворы очищают на местах отдельно, в других - вместе с промывными водами. Попадание отработавших растворов в промывные воды усложняет обработку, усугубляя неравномерность концентрации загрязнений.

Выше уже отмечалось, что в качестве нейтрализующего реагента для очистки травильных сточных вод используют известь как продукт наиболее дешевый и рациональный с точки зрения технологии очистки.

При взаимодействии извести с серной кислотой и растворенными соединениями железа, содержащимися в сточной воде, образуются малораство- римые сульфат кальция (гипс) и гидрат закиси железа Fе (ОН)_:.

На 1 ч. (по массе) серной кислоты расходуется 56/98=0,57 ч. (по массе) СаО.

На 1 ч. (по массе) сернокислого железа расходуется 56/152=0,37 ч. (по массе) СаО.

При определении расхода товарной извести расчетное количество реагента следует увеличить за счет содержания в товарном продукте инертных примесей.

Растворимость сернокислого кальция весьма низкая (2,03 г/л при t = 20°С), он легко выпадает в осадок, быстро образуя на стенках труб и аппаратов твердые гипсовые отложения. Это значительно затрудняет эксплуатацию очистных сооружений. Процесс гидратации железа требует определенных оптимальных условий. Наилучшим образом он проходит в слабощелочной среде с рН=8,3 - 8,5.

Получающиеся хлопья легки и непрочны. Содержащиеся в известко­вой суспензии твердые частицы способствуют утяжелению этого шлама. Как указано выше, чтобы ускорить осаждение, можно применять синте­тические флокулянты, например полиакриламид.

Станции нейтрализации или нейтрализационные установки строят как периодически действующие, так и непрерывные - проточные. Стан­ции большой производительности и автоматизированные установки устраивают, как правило, проточными. В указаниях по проектированию наружной канализации промышленных предприятий часть 1 СН 173-61 предусмотрен следующий состав сооружений для проточных станций нейтрализации: песколовки (они же окалиноуловители), усреднители, смесители-реакторы, камеры реакции, отстойники или осветлители, шламонакопители, шламовые площадки. Кроме того, во многих случаях в состав станции нейтрализации входит склад реагентов и узел их при­готовления. Узел приготовления реагентов представляет собой наиболее сложную часть станции. Он оборудован механизмами для разгрузки и транспортирования извести, машинами и аппаратами для дробления, помола и гашения извести, устройствами для очистки известкового молока от шлама, снабжен баками-мешалками для хранения и заготовки рабочего раствора, насосами для его перекачивания и дозирующими устройствами. Аппаратуру для контроля и регулирования добавок реагента обычно также располагают в здании реагентного хозяйства.

Указанный состав сооружений там, где это необходимо, дополняют резервуарами для приема сточных вод перед их обработкой и сбора очищенной воды, насосами для перекачивания воды и шлама. На совре­менных станциях нейтрализации обычно предусмотрено отделение для обезвоживания осадка, оборудованное вакуум-фильтрами, фильтрпрессами и т.п. В ряде случаев упрощают состав сооружений - вместо отстойников и отдельно шламо- накопителей используют пруды-шламонакопи те ли.

Такое устройство станций нейтрализации не соответствует современ­ным требованиям, так как противоречит основным принципам охраны природы. Пруды •накопители занимают большие площади и представляют собой "мертвые" водоемы. Емкости их обычно хватает только на нес­колько лет. В прудах-накопителях невозможно избежать неравномер­ности распределения скоростей движения жидкости, что приводит к недопустимому выносу осадка.

Особенно нерациональны станции нейтрализации с прудами-накопи­телями вместо отстойников и шламонакопителей при необходимости использовать очищенную воду повторно или в обороте.

Вода, используемая для охлаждения элементов протяжной печи, собирается и отстаивается в усреднителе. Кислота гасится известью и отстоенная вода сливается в реку.

Загрузочные машины служат для загрузки твердых шихтовых материалов в мартеновскую печь при помощи мульд. По конструкции их разделяют на крановые и напольные.

Крановые загрузочные машины, применяемые в мартеновском цехе аналогичны загрузочным машинам, применяемых в электросталеплавильных цехах.

Крановые загрузочные машины, имеют грузоподъемность 1,5/10; 1,5/20; 3/10; 5/20; 8/20.

Первая цифра обозначает грузоподъемность машины на хоботе, вторая – грузоподъемность вспомогательной тележки.

Рис. 1 Крановая загрузочная машина грузоподъемностью 5/20 т.

1. Вспомогательная тележка;
2. Механизм передвижения моста;
3. Главная загрузочная тележка;
4. Шахта;
5. Колонна;
6. Кабина;
7. Хобот;
8. Мост.

Кроме механизма перемещения моста есть механизмы главной и вспомогательной тележки, вертикального перемещения колонны, вращения колонны, вращения хобота, качания хобота и замыкания мульды.

Главная и вспомогательная тележки передвигаются по рельсовому пути, расположенному на верхнем ложе главных ферм моста.

При загрузке печи крановая загрузочная машина перемещается вдоль пролета цеха для установки хобота, точно над загруженной мульдой.

Мульды замыкают на хоботе, поднимают и подают к рабочему окну печи вращением колонны с кабиной, относительно вертикальной оси на 180⁰ .

Движением главной тележки – мульду вводят в печное пространство. При вращении хобота на 360⁰ вокруг продольной оси шихта высыпается из мульды в печь. Обратным движением тележки мульду выводят из печи и поворотом на 180⁰ устанавливают на стеллаж, а хобот выводят из кармана мульды.

При помощи вспомогательной тележки выполняют работы по ремонту печей и вспомогательные технологические операции в печном пролете.

Все механизмы машины снабжены электроприводами, за исключением механизма замыкания мульды, имеющего ручной привод.

Напольные загрузочные машины устанавливают в цехах с рельсовой системой подачи шихты.

Основной характеристикой машины является ее грузоподъемность на хоботе, которая в зависимости от вместимости печи может составлять 7,5; 10; 15 тонн.

Напольная загрузочная машина, кроме своей основной задачи – загрузка шихты, осуществляет разравнивание шихты в печном пространстве, ряд операций при ремонте печей и др.

Основные узлы машины:

Мост с механизмом передвижения, тележка с механизмом передвижения, хобот и механизмы качания хобота, вращения хобота, замыкания мульды.

Машинист загрузочной машины захватывает хоботом груженную мульду, поднимает ее вводит в печь.

Рис.2 Соединение хобота с мульдой.

1. Вырез головки;

2. Сухарь;

3. Тяга;

4. 4. Хобот;

5. Карман (мульды).

На конце тяги предусмотрен сухарь, перемещающийся в вырезе головки хобота. Захват мульды осуществляется следующим образом: Опустив, головку хобота в карман 5 мульды, машинист перемещением тяги 3 сообщает движение сухарю 2. Сухарь при этом выходит из выреза головки и входит в вырез передней стенки кармана мульды соединяет (замыкает) мульду с головкой хобота. Машинист загрузочной машиной захватывает, хоботом груженую мульду, поднимает ее и вводит в печь через загрузочное окно. Вращая мульду вокруг продольной оси, разгружает, ее, выводит из печи. После этого мульду устанавливают обратно на тележку.

Доставка шихтовых материалов к мартеновским печам и загрузка их в печь осуществляется при помощи мульд.

Мульда – это литой стальной короб, на одной торцевой стенке, которого находится карман, в который вводится головка хобота загрузочной машины.

В дне мульды находится отверстие для удаления воды. Вместимость мульд в зависимости от грузоподъемности загрузочной машины и габаритов загрузочных окон мартеновской печи изменяется от 0,75 до 3,3 м³_.

Для транспортировки мульд шихтового двора в печной пролет мартеновского цеха применяют специальные двухосные тележки. В зависимости от вместимости мульд, грузоподъемность тележки 30, 46, 45 тонн.

Рис. 3 Тележка для мульд.

1. Литая рама;
2. Буксы;
3. Пружины;
4. Приливы;
5. Мульды (оси правило 4);
6. специальные устройства;
7. Ходовые колеса.

Мульды устанавливают на тележках между поперечными приливами, предусмотренными на верхней плоскости рамы. Ограничители препятствуют сближению мульд вдоль тележки (при толчках). Рама опирается на буксы ходовых колес через пружины 3. На торцах рамы находятся сцепные устройства при помощи, которых соединяют состав. Перемещение состава осуществляют тепловозом, а вдоль мартеновских печей – загрузочной машиной (она толкает хоботом и перемещает тележку).

К большегрузным печам шихтовые материалы подают составами тележек с мульдами, а в передвижных бункерах.

Бункер устанавливают на четырехосную тележку, которая перемещается на железнодорожных путях.

Рис. 4 Передвижной бункер.

1. Четырехосная тележка;
2. Два отделения (одно для извести, второе для руды);
3. Секторный затвор;
4. Мульда;
5. Хвостовик (секторного затвора);
6. Бункер;
7. Контргруз.

Передвижной бункер имеет два отделения 2 – одно для извести, другое для руды.

Бункер 6 устанавливается на железнодорожный путь, проходящий вдоль фронта печей. Для подачи руды или извести на тележку 1 под секторный затвор 3 с помощью загрузочной машины устанавливают мульду 4. При установке мульда нажимает на хвостовик 5 секторного затвора, который открывается, и шихта заполняет мульду. Возврат секторного затвора осуществляется контргрузами 7 при снятии мульды с тележки.

После разгрузки мульду снова подставляют под затвор бункера, и цикл повторяется.

1. Горячий ремонт футеровки мартеновских печей.

2. Холодный ремонт мартеновских печей.

Горячий ремонт футеровки М.П. – проводят после выпуска каждой плавки для восстановления задних и передних стенок, откосов и пода ванны.

Заправку – ведут при помощи пневматических, ленточных и роторных заправочных машин.

Пневматические заправочные машины - подают материал струей сжатого воздуха. Заправочный материал помещается в мульду, на дно которой укладывается два коллектора, соединенных патрубками с прорезями. Из торцевой части мульды к каждому коллектору подведена труба, в которую вставляют шомпол с подачей сжатого воздуха. Мульда заполняется магнезитовым порошком, навешивается на хобот загрузочной машины и вводится в печь. Воздух поступает из цеховой магистрали. Магнезитовый порошок просыпается в прорези направляющих патрубков, подхватывается потоками сжатого воздуха и подается на поврежденный участок футеровки.

Ленточные заправочные машины- могут быть самоходными и подвесными.

Самоходная заправочная машина передвигается вдоль фронта мартеновских печей по железнодорожному пути на мульдовых тележках, на которых ее устанавливает завалочный кран. Машину при заправке печи подвешивают к крюку завалочного крана.

Машина состоит из бункера для заправочного материала и броскового механизма. Бункер снабжен секторным затвором, который управляется рукояткой. Рабочим органом броскового механизма является прорезиненная лента.

1. Бункер для заправочного материала;
2. Секторный затвор;
3. Направляющая воронка;
4. Питающий барабан;
5. Лента, огибающая направляющие ролики;
6. Прорезиненная лента;

Рукоятка (регулирует направление струи);

1. Лента, огибающая натяжные ролики;
2. Лента, огибающая приводные ролики;
3. Управляющая рукоятка (регулирует подачу заправочного материала в бросковый механизм);

Рис. 5 Подвесная ленточная заправочная машина.

Роторная заправочная машина, так же как и ленточная, состоит: броскового механизма, бункера.

Бросковый механизм состоит: неподвижной части-статора 5 и подвижной части ротора 3.

Ø Статор снабжен отводом 7 в виде прямоугольного сечения.

Ø Ротор, состоящий из двух дисков 8, соединенных шестью или восемью лопастями 4, насажен на двухопорный вал 9, который приводится во вращение двигателем 1через клиноременную передачу 6. Лопасти установлены под некоторым углом к радиусу в сторону вращения ротора.

Принцип работы машины заключается в том, что ротор при вращении захватывает своими лопастями поступающий из бункера через направляющий желоб 7 в рабочее пространство печи.

Рис. 6 Бросковый механизм роторной заправочной машины.

1. Двигатель;

2. Отверстие;

3. Подвижная часть-ротора

4. Лопость (шеть-восемь);

5. Неподвижная часть статора;

6. Клиноременная передача;

7. Направляющий желоб;

8. Ротор (сос-ящий из двух дисков);

9. Двухопорный вал.

Машины для холодного ремонта мартеновских печей

Во время холодных ремонтов мартеновских печей выполняют демонтаж металлоконструкций печи, ломку огнеупорной футеровки печи, уборку боя кирпича и мусора от верхнего и нижнего строения печи, удаление шлака из шлаковиков, подачу огнеупоров к месту кладки, приготовление и подачу растворов.

Рис. 6(а) Расположение механизмов для ломки и удаления футеровки во время холодного ремонта печи.

1. Грейфер;

2. Железнодорожная платформа;

3. Бульдозер;

4. Ленточный транспортер;

5. Качающийся таран;

6. Загрузочная машина;

7. Переносной однокатный подъемник;

8, 9. Транспортеры;

10. Бульдозер.

Эти операции ведут с использованием качающихся таранов 5, монтируемых на мульде загрузочной машины 6.

Для уборки боя кирпича и мусора из печи используют короба, устанавливаемые в рабочем пространстве печи перед обрушением футеровки, ленточные транспортеры 4 или скреперные установки.

Для уборки мусора в литейном пролете и под рабочей площадкой применяют бульдозеры 3 и 10, а также подвешиваемые к литейным кранам грейферы 1, с помощью которых мусор выгружают на железнодорожные платформы 2.

Бой футеровки из шлаковиков и регенераторов удаляется переносным однокатным подъемником 7 и транспортерами 8 и 9 подается на железнодорожные платформы.

Ломку и удаление огнеупорной футеровки проводят с помощью механизмов.

Ломку огнеупорной футеровки печи начинают со свода и головок.

Для разборки задней стенки применяют пневматический инструмент, а также используют загрузочную машину, на хоботе которой устанавливают пику.

Для разборки ошлакованной и металлизованной футеровки применяют газорезку или взрывы.

Огнеупоры к месту кладки подают стационарными и переносными ленточными транспортерами, двухленточными подъемниками, контейнерами, поддонами и автопогрузчиками.

Для подачи кирпича к отдельным участкам печи на время ремонта устанавливают систему ленточных транспортеров, а перегрузку с одного на другой осуществляют передаточными транспортерами.

На больших мартеновских печах устраивают систему стационарных ленточных транспортеров для подачи огнеупорного кирпича к печи.

Верхнее строение печи расположено выше уровня рабочей площадки:

рабочее пространство, головки, часть вертикальных каналов.

Рис. 6(б) Стационарная мартеновская печь.

3. Верхняя часть вертикальных каналов;

4. Головки (две);

5. Поперечные откосы;

6. Рабочее пространство;

7. Свод;

8. Продольные ригели (связывают рамы в единую систему);

9. Балки;

10. Загрузочные окна;

11. Стойки (две);

Рис. 6 (в) Поперечный разрез.

18. Сталеразливочный ковш;

19. Желоб;

20. Сталевыпускное отверстие;

21. Продольный откос;

22. Задняя стенка.

Верхнее строение печи расположено выше уровня рабочей площадки и включает рабочее пространство, головки и часть вертикальных каналов.

Рабочее пространство 6 печи образуется подом 15 (основание), продольными 21, 26 и поперечными 5 откосами, передней 25 и задней 22 стенками, двумя головками 4 и сводом 7.

Под 15 выкладывают огнеупорным кирпичом, на верхний ряд кирпичной футеровки пода для закрытия швов и повышения стойкости пода набивается слой толщиной 100-300 мм из магнезитового порошка - (для основного мартеновского процесса) или из кварцевого песка - (для кислого мартеновского процесса).

Откосы 21, 26, как и под выкладывают огнеупорным кирпичом и имеют набивной слой. Для создания лучших условий заправки набивного слоя откосы выкладывают под углом 30-45⁰.

Для обеспечения прочности огнеупорная футеровка откосов и стен укреплена каркасом. Каркас состоит: системы жестких рам, плит.

Для выпуска стали и остаточного шлака из печи в заднем продольном откосе 21 предусмотрено сталевыпускное отверстие 20, которое заделывают огнеупорной массой и открывают, при выпуске стали из печи.

Для быстрого и полного выпуска стали и шлака под по длине и ширине имеет уклон 4-7⁰ в сторону выпускного отверстия.

Передняя стенка 25 печи обращена в сторону печного пролета.

Для загрузки шихты и ухода за печью в передней стенке в зависимости от вместимости печи устраивают: три, пять или семь загрузочных окон 10.

У порога среднего загрузочного окна установлен желоб 27, по которому по ходу плавки скачивают шлак в ковш 28.

Задняя стенка 22 обращена в сторону литейного пролета и выложена огнеупорным кирпичом. Для большей устойчивости против размывания шлаком и лучшего удержания заправочных материалов ее выполняют наклонной. Толщина задней стенки 750-1100 мм.

Для большей устойчивости против размывания шлаком и лучшего удерживания заправочных материалов ее выполняют наклонной.

Толщина задней стенки 750-1100 мм.

Свод 7 выложен огнеупорным кирпичем и имеет вид арки толщиной 300-500 мм с центральным углом 60-70^О. Чтобы вес свода не передавался на стенки печи, его опирают на сварные или литые пятовые 24 и подпятовые 23 балки, которые подвешивают на кронштейны стоек каркаса.

Головки 4 служат для подачи в печь газа и воздуха и отвода из печи продуктов сгорания. Каждая из этих операций выполняется по очереди то левой, то правой головками при автоматической перекидке клапанов.

Вертикальный канал 3 служит для подвода к головке горячего воздуха и отвода дымовых газов (выкладывается огнеупорным кирпичем).

В мартеновских печах с целью повышения их стойкости охлаждают следующие элементы рабочего пространства: рамы и заслонки завалочных окон, пятовые балки, кессоны газовых пролетов или фурмы горелок и форсунок, радиационные пирометры.

v В большегрузных печах, работающих с высокими тепловыми нагрузками и, в особенности с применением кислорода, охлаждают также столбы передней стенки, верхние участки кладки задней стенки, стойки передней стенки, холодильники шлаковых отверстий, амбразуры в сводах и кислородные фурмы. В нижнем строении охлаждают перекидные и регулирующие клапаны и шиберы. Применение водяного охлаждения повышает стойкость элементов печи, снижает простои на ремонтах, но повышает затраты тепла на холостой ход печи. В печах большой емкости и работающих с высокой производительностью следует, возможно, шире применять охлаждение элементов, имеющих плохую стойкость.

В печах сравнительно небольшой емкости и по тем или иным причинам, имеющим небольшую производительность необходимо ограничивать по возможности применение водяного охлаждения.

Рис. 6(в) Система водяного охлаждение рабочего пространства (М П).

Холодную воду подают с двух сторон по магистральной трубе, расположенной над арматурой передней стенки. От магистрали воду по отдельным трубкам, что неудобно для обслуживания.

Нагретую воду отводят от охлаждаемых элементов в бачки, установленные с передней стороны головок печи. Иногда устанавливают также у колонн здания или в других местах.

Централизованная система водяного охлаждения рабочего пространства отличается от децентрализованной тем, что воду подводят к так называемым «гребенкам», расположенным с обеих сторон печи у головок, а отсюда отдельными трубками подводят к охлаждаемым элементам. Преимущество этой системы – удобство регулирования расхода воды по каждому элементу.

К заслонкам завалочных окон воду подводят и отводят обычно или с помощью телескопических (труба в трубе), или сальниковых устройств.

В первом случае устройство простое и позволяет легко сменять прогоревшую заслонку, во втором – сложнее; при устройстве заслонки по второй схеме с использованием полного напора воды в сети охлаждение более эффективное.

Миксерное отделение

Для обеспечения непрерывного процесса выплавки металла в сталеплавильных цехах их необходимо бесперебойно снабжать жидким чугуном. Для временного хранения запаса жидкого чугуна служит миксер, благодаря которому создаются независимые от хода доменных печей условия для работы сталеплавильных агрегатов.

В миксере выравниваются химический состав и температура чугуна, а также частично удаляются вредные примеси. Для поддержания необходимой температуры чугуна миксеры обогревают горелками.