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 dm = 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.