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:
|
Компоненты………. При работе без повышения давления и комбинированного дутья, %………….. При работе с повышением давления и комбинированным дутьем, %.................. |
СО2 11,2 11,3 |
СО 31,2 29,0 |
СН4 0,21 0,20 |
Н2 2,99 4,30 |
О2+N2 55,1 55,2 |
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; 13,8Feобщ; 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:
|
Размер частиц, мкм |
200 |
200-100 |
100-60 |
60-20 |
20-10 |
10-1 |
<1 |
|
Массовое содержание, % |
34,5 |
12,3 |
19,0 |
25,0 |
7,5 |
1,65 |
0,05 |