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; Gц — 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 Gc, температуре воды в ней tc и количестве циркулирующей воды Оц 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 | + НаО.
В период низкого содержания углекислого газа протекают реакции
Mg(HCO3)2 + 2Са(ОН)2 -* 2СаСО3 4- + Mg(OH)2 + 2HSO; Ca(HCOs)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.