122975 (Выделение германия из колошниковой пыли цинковых плавильных печей)

ВВЕДЕНИЕ

Пыль, содержащаяся в доменном газе, частично попадает из шихты и частично в результате сублимации шлака и металлов. На химический состав, количество и зернистость колошниковой пыли значительно влияют физические и химические свойства доменной шихты. Количество колошниковой пыли колеблется в диапазоне 20–200 кг/т чугуна. Ее концентрация 10–30 мг/м3 газа.

Доменный газ сжигается преимущественно в воздухонагревателях, в коксохимическом заводе и энергетике.

Глава 1. СИСТЕМА ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА В ДОМЕННОМ ЦЕХЕ

Пыль, содержащаяся в доменном газе, частично попадает из шихты и частично в результате сублимации шлака и металлов. На химический состав, количество и зернистость колошниковой пыли значительно влияют физические и химические свойства доменной шихты. Количество колошниковой пыли колеблется в диапазоне 20–200 кг/т чугуна. Ее концентрация 10–30 мг/м3 газа.

Доменный газ сжигается преимущественно в воздухонагревателях, в коксохимическом заводе и энергетике.

Для предотвращения запыления воздухонагревателей, рекуператоров, горелок необходимо удалять дисперсную колошниковую пыль из доменного газа.

Очистка доменного газа производится в три стадии: предварительная грубая очистка, охлаждение, связанное с очисткой, и тонкая очистка. 
В процессе предварительной очистки из доменного газа удаляются грубые частицы, что облегчает тонкую очистку и утилизируется пыль, содержащая железо, которую можно повторно использовать как добавку в шихте.

Для предотвращения выхода самых крупных фракций пыли из доменной печи трубопроводы доменного газа, вертикальные ДП в значительной высоте, чтобы крупные фракции собственным весом попадали обратно в печь. Для грубой очистки используются пылеуловители (рис. 1), работающие по принципу осаждения пыли. Они имеют цилиндрическую форму в средней части и конусную в верхней и нижней частях. В верхней части верхнего конуса установлен главный клапан, к которому присоединены наклонные газоотводы от печи. Главный клапан служит для полного отключения пылеуловителя от печи.

Внутри пылеуловителя уложен диффузор, сечение которого значительно увеличивается к низу. При движении газа через диффузор вниз его скорость понижается и под влиянием силы тяжести частицы пыли осаждаются в нижней части пылеуловителя. Далее газ из пылеуловителя по трубопроводу поступает в оборудование тонкой очистки.

Пыль, накопленную в нижней конусной части пылеуловителя, необходимо правильно удалять. Обычно применяются два способа удаления пыли: шнековым конвейером или выносным барабаном.

При удалении шнековым конвейером пыль увлажняется и охлаждается, а затем подается на ленточный конвейер или в железнодорожный вагон.

Пыль в процессе удаления поступает через затвор, управляемый гидроцилиндром простого действия (открытие) и противовесом (закрытие), и через задвижку, управляемую гидроцилиндром двойного действия. Далее пыль осаждается через компенсатор двойным шнековым конвейером в воронку. При увлажнении пыли образуется пар, поэтому конвейер оснащен пароотводом.

Конвейер имеет следующие преимущества:

• лучшее увлажнение, кроме того, пыль с частью пара, образующегося при контакте воды с пылью, применяется для увлажнения пыли.

• в случае отказа, или контроля возможна немедленная отсечка пылеуловителя от конвейера. 

• Шнековой конвейер питается от электродвигателя мощностью 22 кВт.

Выносный барабан выполняет такую же функцию, как и шнековый конвейер. Разница только в технологии удаления и увлажнении пыли. К входной части барабана неподвижно крепится шнековый конвейер, равномерно подающий пыль в барабан.

На внутренней стороне барабана в несколько рядов установлены лопасти. При вращении барабана лопасти обеспечивают лучшее смешение пыли. По оси барабана размещена труба с форсунками, орошающими пыль водой. Питание барабана осуществляется от электродвигателя мощностью 7,5 кВт. Ранее применялись только шнековые конвейеры, но из за плохой герметичности и низкой степени их начали заменять барабанами. 

В настоящее время снова начинают применять шнековые конвейеры, значительно усовершенствованные.

Тонкая очистка. Для тонкой очистки газа применяется мокрый способ — скруббер, трубы Вентури, дроссельная группа, водоотделитель (рис. 2).

Первая ступень мокрой очистки осуществляется в скруббере, представляющий собой емкость цилиндрической формы, в нижней части конусообразную и в верхней — куполообразную. Газ поступает в нижнюю часть скруббера и, проходя вверх, выходит по трубопроводам, размещенными в верхней части верхнего конуса.

Составной частью мокрого скруббера являются кольцевой трубопровод, от которого выходят трубы со встроенными опрыскивателями. Трубы с опрыскивателями размещены таким способом, чтобы вода покрывала все сечение скруббера.

Принцип очистки заключается в том, что капли воды из опрыскивателей движутся противотоком доменного газа. Частицы пыли увлажняются водой и опускаются в нижнюю конусную часть скруббера в виде шлама. Этот процесс позволяет устранить 80–90% пыли. Газ от скруббера трубопроводом поступает в трубы Вентури. Труба Вентури состоит из конфузора, в котором повышается скорость газа и подается распыленная вода, патрубка, где пыль осаждается на капли воды, и из диффузора, в котором проходят процессы коагуляции и понижение скорости потока. Вследствие понижения скорости газа частицы пыли гравитацией осаждаются в нижней части.

Коэффициент полезного действия трубы Вентури составляет 96–98% при удалении частиц средним диаметром 1–2 μм. Высокодисперсные частицы пыли улавливаются в широком диапазоне ее концентрации в газе (от 0,05–100 г/м3).

При режиме тонкой очистки от высокодисперсной пыли скорость потока в патрубке должна составлять от 100–150 м/с и расход воды от 0,5–1,5 л. При этом потери давления в трубе Вентури составляют 10–20 кПа.

В случае, если труба Вентури работает только в качестве коагулятора перед последующей тонкой очисткой (с применением электрофильтра), или служит только для улавливания частиц с размером 5–10 μм, скорость тока в патрубке можно понизить на 50–100 м/с.

Чистый доменный газ из труб Вентури по трубопроводу подается в дроссельную группу, где устанавливается требуемое давление газа. Газ дополнительно очищается водой, которая применяется для охлаждения клапанов в дроссельной группе. В водоотделителе, куда газ входит тангенционально, возникает вращение потока газа, вследствие чего частицы пыли осаждаются на стенах отделителя и в виде шлама стекают в нижнюю часть. Из водоотделителя в заводскую сеть выходит уже чистый и сухой доменный газ. 

При мокрой газоочистке осуществляется рециркуляция воды, новая вода применяется только для возмещения потерь испаряющейся воды и воды, уносимой с частицами пыли.

Для очистки шламовой воды до сих пор применяются большие шламоотстойники (дорры).

Шлам, как отходящий продукт мокрой очистки доменного газа подвергается рециклинсу. Он используется в доменной шихте благодаря высокому содержанию оксидов железа.

В составе шлама входят тяжелые цветные металлы — преимущественно цинк и свинец, флюриды, хлориды, сульфаты. С технологической точки зрения из-за высокого содержания цветных металлов шлам очень сложно переработать. Разделением частиц на тонкие и крупные фракции можно удалить 50–60% цинка и свинца, и переработать 80% всего годового объема образующегося шлама.

Цинк крайне нежелательная примесь в технологическом процессе производства чугуна (прежде всего, он взаимодействует с футеровкой доменной печи). Для сепарации шлама в настоящее время применяются гидроциклоны. Шлам нагнетается в гидроциклон, разделяется там на два встречных вихревых потока. Более крупные частицы, содержащие железо и углерод, выдавливаются вверх (шлам с содержанием Fe), и менее крупные — цинка и свинца (шлам с содержанием Zn) в центр гидроциклона и перемещаются вверх. Шлам с содержанием Fe после водоотведения в вакуум-фильтрах возвращается обратно на агломерацию, а шлам с содержанием Zn исключается из технологического процесса.Для сепарации в настоящее время применяются гидроциклоны. Более крупные частицы, содержащие железо и углерод, выдавливаются в направлении вверх (значит шлам с содержанием Fe), и менее крупные цинка и свинца (шлам с содержанием Zn) в центр гидроциклона и поступают в направлении вверх. Шлам с содержанием Fe после водоотведения в вакуум-фильтрах вращается обратно, и шлам с содержанием Zn после водоотведения на шламо-прессе исключен из технологического процесса. 

Глава 2. ОСОБЕННОСТИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА И СОСТАВ ВЫБРОСОВ

Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными- шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м куб. доменного газа со средней теплотой сгорания 3.96 МДж/м куб. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшияся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9-55 г/м куб., а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м куб./т влажного кокса, или 4000 м куб./т сухого кокса, или 2000-2500 м куб. на 1 т чугуна.

Удельные технологические выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100; СО-640; О2 - 0.08-0.45.

Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300-350 градусов цельсия.

Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса наобходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу.

Запыленность газа во время выхлопа составляет 250-700 г/м куб. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи. кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку. Для печей вместимостью 930-2700 м куб. выбросы пыли и оксида углерода (2) составляют соответственно 0.17-0.60 и 5-19 т/сут. Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO2- 14.6; MgO- 4.35; Al2O3- 4.35; CaO- 11.85; S- 0.74; MnO- 3.75, остальное - оксиды железа.

Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса газа под давлением, несколько превышающим давление в печи.

При этих условиях запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство, и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Недостатком этого способа предотвращения выбросов пыли и СО из межконусного пространства печи являются дополнительные энергозатрары, связанные со сжиганием газа, подаваемого в засыпное устройство печи.

Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах:

Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литеный дворы.

На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м куб.

В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и ковейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.