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.