Воздействие сталеплавильного производства на окружающую среду

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 1

1Характеристика отходящих газов и пыли МАртеновскиих печей 2

2Обеспыливание отходящих газов мартеновских печеЙ 3

3 Очистка отходящих газов двухванных печей 4

4Неорганизованные выбросы и Борьба с ними 5

6.ОЧИСТКА КОНВЕРТОРНЫХ ГАЗОВ 6

7.МОКРАЯ ГАЗООЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТОРНЫХ ГАЗОВ 8

8.СУХАЯ ГАЗООЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ КОНВЕРТОРНЫХ ГАЗОВ 13

9.ЧЕЛОВЕК И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА 16

10. ЛИТЕРАТУРА 18

1

1. 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 Н2
О; 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.

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 Fe2
O3
; 0,9 А12
О3
; 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 . <1 1—5 >5Содержание, % . . 6034 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—0,7С 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.

2. 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

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.

3. Очистка отходящих газов двухванных печей

На ряде металлургических предприятий мартеновские печи ре­конструированы в двухванные, которые работают значительно интенсивнее. Количество отходящих газов из рабочего про­странства холодной камеры равно 50 000—60 000 м3
/ч, их тем­пература 1400—1500 °С. В отходящих газах содержится, %: 4—11 СО2
; 0,2—0,8 СО; 8—17 О2
. При неполном сгорании со­держание СО увеличивается до 10 % и выше.

Запыленность отходящих газов 15—25 г/м3
. Пыль, содержа­щаяся в газах, имеет следующий химический состав, %: 86,4 Fe2
O3
; 2,61 FeO; 5,9 SiO2
; 1,94 А12
О3
; 2,26 CaO; 2,16 MgO; 0,47 MnO; 1,7 S.

Ниже приведен дисперсный состав пыли, замеренный при расходе 6000—6500 м3
/ч кислорода на продувку ванны:

Размер частиц, мкм. <1 1—3 3—10 >10 Содержание, %
(по массе) 35 37 21 7

Высокая температура отходящих газов требует применения для их охлаждения котлов-утилизаторов радиационно-конвективного типа (серии РК). Такие котлы-утилизаторы разрабо­таны Центроэнергочерметом, однако до настоящего времени в серийном порядке не изготовляются. Вследствие этого ох­лаждение отходящих газов двухванных печей перед очисткой приходится осуществлять нерациональными способами — впры­скиванием воды или разбавлением воздухом. Используют и котлы-утилизаторы серии КУ, предназначенные для мартенов­ских печей.

В СССР имелся опыт эксплуатации за двухванными пе­чами сухой и мокрой систем газоочистки. При сухой схеме газоочистки (рис.3) дымовые газы, выходящие из холодной камеры двухванной печи с температурой 1400—1500 °С, по вертикальному каналу поступают в шлаковик, где охлажда­ются впрыскиванием воды до 900—1000 °С. Дальнейшее ох­лаждение газов до 700 °С, предусматривающее также дожига­ние оксида углерода, осуществляют подсосом холодного воз­духа в общий боров через специальные люки. Далее по футерованному шамотным кирпичом газоходу газы отводят или в котел-утилизатор типа КУ (рис.3 а), или в форсуночный скруббер полного испарения, частично футерованный огнеупор-

охлаждаются до 200 °С и увлажняются до состояния насыщения. После скруббера установлен электрофильтр типа ЭГА с игольчатыми коронирующими и С-образными осадительными электродами. Надежным и устойчивым является режим работы при следую­щих параметрах:

В пределах данного режима газоочистка за двухванной печью работоспособна и эффективна.

На одном из предприятий Юга страны за двухванной печью работает мокрая газоочистка со скрубберами Вентури. На этой установке газы также охлаждаются до 900—1000 °С в шлако­вике впрыскиванием воды. В борове газы охлаждаются до 700 °С путем разбавления их воздухом, подаваемым вентиля­тором через специальное сопло диаметром 700 мм, установлен­ное на входе в боров. Одновременно происходит дожигание оксида углерода, для чего в борове размещены специальные горелки.

Охлажденные до 700—800 °С газы направляются в серийный котел-ути­лизатор типа КУ-80 (рис.4), после чего с температурой 220—250 °С они поступают на газоочистку. Система газоочистки включает 10 параллельно работающих труб Вентури круглого сечедаия с диаметром горловины 250 мм, изготовленных из стали Х18Н10Т, устойчивой к воздействию высоких температур и агрессивных сред. После труб Вентури газы по­ступают в каплеуловители, а затем дымососами ВМ-100/1200 выбрасыва­ются в дымовую трубу. При скоростях газа в горловине труб Вентури в пре­делах 115—125 м/с и удельном рас­ходе воды 1—1,2 дм3
/м3
газоочистка работает со степенью очистки более 99 % при расходе кислорода на про­дувку 4000—6000.

Рис. 4. Схема охлаждения и мокрой очистки отходящих га­зов двухванных печей: 1
— двухванная печь; 2
— шла-ковики; 3
— шиберы: 4 —
горел­ки для дожигания СО,; 5 — вен­тилятор для подачи воздуха; в
— дымовая труба; 7 — дрос­сельный клапан; 8
— дымососы; 9
— скруббер Вентури; 10
— ко­тел-утилизатор

В случае отключения котла-утилизатора газы с температу­рой 700—800 и даже 900 °С подаются прямо в трубы Вентури. Эффективность работы газоочистки при этом не снижается.

4. Неорганизованные выбросы и борьба с ними

Помимо выбросов через дымовые трубы, газы, загрязненные пылью и вредными газообразными компонентами, выделяются внутрь цеха через завалочные окна печей, от разливочных ков­шей и другого оборудования. Выбросы от мартеновских печей садкой 500—900 т приближенно могут быть оценены следую­щими цифрами, м3
/ч, в межпродувочный период 3000—5000; в период кислородной продувки 6000—12 000. В результате этих выбросов воздух в цехе оказывается весьма загрязненным. Концентрации пыли и СО составляют соответственно 4—10 и 0,01—0,03 мг/м3
.

Валовые выбросы оксида углерода на основных участках сталеплавильного цеха составляют, кг/т чугуна (стали):

Cистем принудительной вентиляции в сталеплавильных це­хах обычно нет. Вентиляция цеха осуществляется посредством аэрации, загрязненные выбросы выходят в атмосферу через аэрационные фонари.

Борьба с выбросами газов через окна печей ведется в двух направлениях: отвод выбивающихся газов с помощью аспирационных систем и создание воздушных завес на окнах. Аспирационные системы занимают много места, дороги в эксплуа­тации и мешают при проведении ремонта печи. Поэтому более перспективно второе направление. Из сопел диаметром 12— 15 мм, размещенных с шагом 65 мм, вытекают со скоростью 80—120 м/с струи воздуха, перекрывающие площадь рам. При оптимальном разрежении под сводом 35—45 Па полное устра­нение пылегазовых выбросов достигается при расходах сжатого воздуха около 2,6 тыс. м3
/ч на каждое открытое и около 1,3 тыс. м3
/ч на каждое закрытое окно. При этом количество поступающих в тракт газов увеличивается на 5—7 %

5.ОЧИСТКА КОНВЕРТОРНЫХ ГАЗОВ

Запыленность конверторных газов в сильной степе­ни зависит от показателей кислородной продувки, а так­же от схемы подачи и качества (гранулометрического состава, влажности) извести и других сыпучих, вводи­мых в конвертор против потока газов и уносимых последним; содержание пыли в газе достигает 250 г/м3
Многочисленные замеры показывают, что повышение ин- тенсивности кислородной продувки не дает существен­ного повышения запыленности газов; на некоторых установках суммарный вынос пыли даже уменьшается (в процентах к массе садки). При этом вследствие ин­тенсификации всегда возрастает количество пыли, про­носимой газами в единицу времени, через Газоотводящий тракт, в результате чего возрастает нагрузка на газоочистную установку.

Способ отвода газов от конверторов (с доступом или без доступа воздуха в газовый поток), а также способ охлаждения газов (поверхностный или впрыскиваемой водой) определяют количество и состав газов и их продуктов сгорания, входящих в газоочистительный аппарат, %также гранулометрический состав пыли, со­держание пыли на 1 м3
газов, степень насыщения вла­гой, состав газов.

Газоочистная установка должна обеспечивать очистку газов от пыли до санитарных норм при любом спо­собе отвода и охлаждения газов. Санитарные нормы запыленности газов, выбрасываемых в атмосферу, из го­да в год ужесточаются. Содержание пыли в газах, вы­брасываемых в атмосферу, не должно превышать 100 мг/м3
(в среднем за период кислородной продувки). В ближайшие годы следует ожидать, что с ростом ин­тенсивности работы основных технологических агрегатов металлургических предприятий величина остаточной запыленности будет снижена, по крайней мере, до 80 мг/м3
.

Изложенные условия определяют величину коэффи­циента улавливания пыли в системах газоочистки, т. е. по мере снижения допустимой остаточной запыленности должен повышаться коэффициент улавливания пыли в газоочистке.

(В табл. 1 приведены примерные величины запыленности газов перед газоочисткой в зависимости от способа отвода газов при их поверхностном охлаждении и коэффициенты улавливания, которые должны быть обес­печены системой газоочистки.

Таблица1. Качество газов, входящих в систему газоочистки, и коэффициенты улавливания аппаратов.

Показатели	Способ отвода конверторных газов
	Полное сжигание	Недожег	Частичное сжигание	Без дожигания
Количество пыли перед газоочисткой,	25 - 60	35 - 70	50 - 125	150 – 250
Доля частиц, %, размером мкм: 40 40-30 30-20 20-10 10	20 13 39 16 12	- - - - -	- - - - -	31 12 29 20 6
Коэффициенты улавливания пыли, %, при остаточной запыленности, 150 100 80	99,5 99,6 99,7	99,6 99,7 99,75	99,7 99,8 99,85	99,8 99,85 99,9

Коэффициент улавливания определяли, как отноше­ние массы уловленной пыли к массе пыли, вносимой в газоочистку.

Запыленность газов, их состав, требуемая степень очистки в аппаратах указывают, что при переходе от системы отвода с полным сжиганием газов к системам без дожигания запыленность газа, входящего в газо­очистку, возрастает. В то же время при верхней кисло­родной продувке пыль более крупная, легче отделяется,при донном дутье — более мелкая, и ее отделение ус­ложняется.

Все многочисленные способы очистки газов можно разделить на две основные группы: мокрую и сухую очистку. Для мокрой очистки используют скрубберы, различной конструкции, дезинтеграторы, трубы Вентури (именуемые также трубами-распылителями) различных модификаций, размеров и конструкций. К этому же классу относят и мокрые электрофильтры.

Принципиально для всех аппаратов мокрой очистки характерны смачивание газа и следовательно, находящейся в нем пыли, коагулирование частиц пыли и уда­ление их из потока газов. Поэтому в аппаратах мокрой очистки устанавливают, как правило, сепараторы, влаго-отделители, циклоны или ловушки различных конст­рукций, назначение которых улавливать выносимые из основного потока смоченные и скоагулированные части­цы пыли. Неотъемлемой частью мокрых газоочисток является водное хозяйство. Весьма часто качество очист­ки определяется не собственно конструкцией аппаратов, а качеством воды (содержанием твердых частиц, водо­родным показателем и др.), поступающей на газоочист­ку. По соображениям охраны окружающей среды не до­пускаются работа мокрых очисток по разомкнутому циклу, и даже эпизодический сброс воды из оборотных циклов в водоемы.

Для аппаратов сухой очистки характерно удаление пыли без смачивания, например коагуляция частиц в электрофильтрах вследствие зарядки их частиц в элек­трическом поле в результате адсорбции ионов поверх­ностью частиц в поле коронного разряда, в активной зоне рукавных фильтров за счет статического электри­чества, а на самой ткани в результате автофильтрации.

Один и тот же газоочистной аппарат работает на разных предприятиях даже за одинаковыми технологи­­­ческими агрегатами, в разных условиях: различны запыленность газа, состав, температура и др. Результаты расчета аппаратов очистки газа большей частью не под­­тверждаются достигаемыми на практике результатами. Поэтому наиболее правильным подходом при опреде­лении габаритов и выборе типа аппаратов для очистки газов от пыли является аналогия с действующей или моделирование на экспериментальной установке с вне­сением коррективов, основанных на опыте ее эксплуа­тации, особенностях технологии и новых исследова­ниях.

Многочисленные технико-экономические расчеты по­казывают, что в принципе нельзя отдать предпочтение сухой электростатической или мокрой очистке газа. Вместе с тем следует отметить, что в отдель­ных конкретных условиях в зависимости от эксплуата­ционных показателей (заработной платы, стоимости электроэнергии, наличия водных ресурсов, возможности использования шлама, стоимости оборудования), а также способа отвода и охлаждения газов может оказаться целесообразным применять либо мокрый, либо сухой способ очистки газов.

Сухие газоочистки имеют следующие преимущества:

1) не требуется в большом количестве вода, что поз­воляет обойтись без сопутствующих хозяйств — грязно­го оборотного цикла, установок по стабилизации воды, устройств для дегазации воды (от окиси углерода) и т. д.;

2) сокращается неизбежный выброс окиси углерода в атмосферу, так как зажигание свечи при сухом газе с температурой 150—200 С
С обеспечивается уже при 12—18% СО, тогда как газы, насыщенные влагой и имеющие температуру 40—50 °С, загораются только при 22—30% СО;

3) увеличивается период использования газа как топлива;

4) значительно сокращается расход электроэнергии на отсос газов.

Несмотря на эти преимущества сухих фильтров, при современном уровне конверторного производства не исключены технологические неполадки, при которых мо­жет образоваться взрывоопасная смесь. Электрофильтр является запалом для такой смеси. Тканевые же фильт­ры сложны, громоздки и не обеспечивают необходимой газоплотности. Именно по этим причинам в настоящее время отдают предпочтение мокрой очистке. В мировой практике большее распространение получили мокрые системы очистки (80%) и только в США при отводе газов с а>1 сухие электростатические (примерно половина газоочисток). Тканевых газоочисток на конец 1978 г. работало только семь.

6.
Мокрая очистка

В мокрых газоочистках основным элементом явля­ются трубы-распылители (трубы Вентури); работает несколько установок и с мокрыми электрофильтрами. Газоочистки, включающие трубы-распылители, можно подразделить на две группы, отличающиеся принципом работы: трубы-распылители с высоким гидравлическим сопротивлением и с низким гидравлическим сопротив­лением и использованием эффекта конденсации.

Условно будем считать, что сопротивление газоочист­ки менее 5000 Па является низким, а более 8000 - 10 000 Па высоким. Температура газов, входящих в трубы-распылители с высоким сопротивлением, не пре­вышает 300 - 400 °С, а в трубы, использующие эффект конденсации, равна температуре насыщения (70 - 90 °С). Поэтому в зависимости от температуры газов после ох­ладителя перед трубами-распылителями размещают скруббер или другие устройства, в которыхпроисходит

охлаждение газов до указанных температур. Вслед за трубами-распылителями в тракт включаются сепарато­ры (циклоны или другие влагоотделители). Таким об­разом, мокрая газоочистка является многоступенчатой: как минимум двухступенчатой (труба-распылитель и влагоотделитель); большей частью - трехступенчатой (циклон, труба-распылитель и влагоотделитель); иног­да пятиступенчатой (труба-распылитель большого раз­мера с малой скоростью газа, сепаратор, труба-распы­литель

с высокой скоростью газа, сепаратор, влагоотде­литель). Ведутся эксперименты по созданию более про­стых и эффективных газоочисток.

На рис. 42 показаны принципиальные схемы подво­да потоков газа и воды в трубу-распылитель. Как видно, поток газов проходит вдоль трубы, а поток воды подводится через центральное сопло (а),
через отвер­стия в горловине трубы (б)
или стекает по всей внутренней плоскости конфузора — суживающей части (в). В зависимости от схемы отвода газов, в которой работают трубы—изменением положения диска. При этом сечение трубы может быть круглым или прямоуголь­ным. Малые трубы-распылители с круглым сечением горловины
(рис. 43). Трубы-распылители с центральным соплом 2,
распыливающим воду, состоят из группы малых труб.

Рис.1.2. Схема очистки конверторных газов в тканевых фильтрах.

1-Конвертор, 2- водоохлождаемый камин, 3-аккомулятор, 4 – Испарительный скрубер

5. Тканевый фильтр. 6-Дымосос, 7- Дымовая труба.

Вода подводится к соплу по оси 3
и тангенциально 4.
Все сочленения и арматура выполняются из нержавеющей, коррозионностойкой стали или медными. Трубы-распылители чугунные или из нержавеющего металла.

Весьма часто конфузоры труб выполняют съемными и заменяемыми. Чтобы исключить забивание сопел, во­да, поступающая к ним, не должна содержать взвешен­ных твердых веществ более 50 мг/кг. Сопла тщательно устанавливаются по оси трубы, создавая по периметру равномерный веер разбрызгиваемой воды.

Через каждую трубу диаметром 90 мм проходит при­мерно 2000 м3
/ч продуктов сгорания; расход воды 1,0 л/м3
газов. Скорость газов в горловине около 90 м/с. На рис. 1 показана конструкция газоочистке “Гипрогазоочистка” состоящая из скруббера 7, труб-распылителей 2
(64 шт. диаметром 90 мм) и циклон­ного влагоотделителя 3.
О высоком качестве очистки го­ворит отсутствие влаги в газах перед дымососом. В таблице приведены результаты замеров запыленности газов после такой газоочистки. Расход воды на скруб­бер 1800 м3
/ч на сопла труб-распылителей 120 м3
/ч. Количество продуктов сгорания за газоочисткой 100000 м3
/ч. Интенсивность орошения в скруббере око­ло 18 кг
воды 1 м3
газов; удельный расход воды в трубах-распылителях 1,2 л/м3
,сопротивление труб 10 000 Па. Содержание пыли послегазоочистки показано в табл. 12.

В малых трубах-распылителях с подводом воды че­рез сопло, расположенное по оси,
поток газов пересекает водяной веер дважды: перед входом в трубу, а затем, когда поток воды отразился от стенок конфузора, при входе в наиболее узкую часть — горло­вину. В последнем случае скорость газов максимальна. Этим достигается хорошая смачиваемость всех частиц пыли - вода как бы их обволакивает, пыль коагулируется и выводит­ся из потока при резких поворотах после труб или в сепараторах-

Рис. 5. Схема конденсацион­ной газоочистки конверторов емкостью 250 т:

1 ■—
скруббер; 2 —
вращающиеся разбрызгиватели воды; 3
— ста­ционарные разбрызгиватели; 4
— трубы-распылители; 5
— мульти-влагоотделители; 6
— вход га­зов; 7 — выход газов; 8
— на­сос повторного использования воды

На рис. 5 приведена схема газоочистки, работаю­щая на принципе конденсации паров влаги. Температу­ра воды после скруббера — около 70 °С, эффект конден­сации используется при охлаждении газов до 40 °С. В качестве газоочистки использованы трубы Вентури небольшой длины с малой горловиной. Скорость газа в трубах до 40 м/с. Тонко­распыленная вода подается в газоочистку между каж­дыми двумя ярусами труб Вентури. Сопротивление всех ярусов системы газоочист­ки с трубами Вентури (приостаточной запыленности газа до 200 мг/м3
) равна 1800 Па. Удельный расход электроэнергии на 1000 м3
газа составляет 2—2,5 кВт-ч.

После труб-распылителей необходим сепаратор для удаления из потока скоагулировавшеися пыли. Трубы-распылители, использующие эффект конденсации, по
мнению автора, в отличие от труб-распылителей с высоким сопротивлением движению предъявляют более жесткие требования к работе в рамках расчетных ре­жимов, и это обстоятельство ограничивает их примене­ние, особенно в системах регулируемого отвода газов без дожигания. При отклонении от расчетных режимов по количеству газов и по тепловой нагрузке скорость и температура газа в газоочистке снижаются, ухудшается эффект конденсации. Так, на конверторах с отводом га­зов без дожигания по регулируемой схеме такие систе­мы с конденсационным эффектом не обеспечивают не­обходимой очистки в кратковременные периоды (при а>1) в начале и конце продувки. Недостаток таких систем - большое количество труб малого диаметра и сложность эксплуатации, поэтому в последнее время их не устанавливают.

Прямоточные водяные скрубберы нашли применение и в газоотводящих трактах. В таких скрубберах температура выходящей воды ниже температуры газов, покидающих аппарат. Время пребывания газов в параллельно-прямоточных скрубберах может достигать 1,5 – 2,5 с при скорости 12—20 м/с; при этом газы охлаждаются с 800—900 до 60—80 °С. При интенсив­ности орошения больше 5—8 следует считаться с воз­можностью значительного выноса влаги из скруббера.

В нижней части скрубберов как противоточных, так и прямоточных накапливается большое количество пыли, поэтому для защиты шламоотводных труб от забивания над бункерами размещаются решетки (ячейками 100х100 мм и меньше). Удаление шлама над решеткой представляет трудную операцию. При кон­струировании аппарата и выполнении проекта его установки этой проблеме необходимо уделять соответ­ствующее внимание.

Сепараторы, циклоны, влагоотделители

Для вывода из потока газов смоченных и скоагули-ровавшихся частиц служат различные аппараты: сепа­раторы, циклоны, пенные решетки и др. На рис. 56 изображены принципиальные схемы таких аппаратов: а) сепаратор угловой; б) циклон или центробежный сепаратор; в) пенная решетка. Принцип работы сепа­ратора и циклона ясен из приведенного рисунка.

По проекту Гипрогазоочистки пенные решетки уста­навливают после труб Вентури. Опыт газоочистки кон­верторов показал, что пенные решетки являются хоро­шим влагоотделителем при скорости газов 3,5 м/с и потере напора 500 Па. При скорости газов в 2 м/с пенная решетка работает неудовлетворительно. Во влагоотделителях целесообразно использовать принцип ма­лых скоростей движения газов после труб-распылителей (до 1 - 1,5 м/с).

Мокрые электрофильтры

Мокрые электрофильтры включают в газоотводящий тракт после котлов-утилизаторов и скрубберов. Через электрофильтр отводят продукты сгорания конвертор­ных газов.

Среди современных установок выделяется газоотво­дящий тракт с мокрым электрофильтром на заводе в Хукингене (ФРГ) [60]

Рис. 7. Схемы влагоотделителей:

а
— сепаратор Элбоу; б —
циклон; в —
пенная решетка; / — ввод запыленного газа; 2
— корпус; 3
— направляющий лист; 4
— кольцо для сбора шлама; 6
— выход очищенного газа; 6
— отвод шлама: 7
— отвод пыли; 8
— решетка; 9
— приемная коробка; 10
— порог; 11
— сливная коробка; 12 ~~
подвод вод»

После котла-охладителя газы с температурой 1100 °С разделяются и поступают в два параллельных скруб­бера (слегка наклоненных к горизонту) и затем при 77 °С в вертикальный трубчатый электрофильтр. Фильтр состоит- из 1000 труб. Трубы являются осадительными электродами; внутри каждой трубы имеется коронирующий электрод; рабочее напряжение электрофильтра со­ставляет 40 кВ.

Шлам, осевший на внутренних поверхностях трубы, смывается водой, проходит циклон и оседает в отстой­нике, а затем насосами подается непосредственно в ба­рабанную мельницу аглофабрики. Система работает с коэффициентом избытка воздуха не ниже 0,75 (газ негорючий), т. е. практически по схеме с недожогом в пределах взрывобезопасности. Из двух работающих систем за конверторами емкостью 200 т с максимальной скоростью обезуглероживания 0,55% С/мин и выходом газов 100 000 м3
/ч (продувка 18—20, плавка 40 мин) одна работает с дымососом, другая — на естественной тяге.

7. Сухая очистка

Наибольшее распространение получила сухая очист­ка в электростатических фильтрах при отводе газов с полным дожиганием.

Сухие электрофильтры в системах с
>0,75

На рис. 8 представлен общий вид электростатиче­ского сухого фильтра Семибратского завода

Рис. 8. Сухой электростатический унифицированный горизонтальный фильтр типа УГ

. Электрофильтры — многопольные односекционные аппараты прямоугольной формы со стальным корпусом. Осадительные электроды изготовлены в виде С-образных свободно подвешенных пластин­чатых элементов, нижние концы которых закреплены при помощи направляющих. Расстояние между плоско­стями электродов 265 мм. Коронирующие электроды - .ленты с выштампованными иголками, натянутые на трубчатые рамы.

Электрофильтры подразделяют на три габаритные группы: УГ-1, УГ-2 и УГ-3. Каждая из этих групп вклю­чает несколько типоразмеров. Условное обозначение типоразмера электрофильтра: У — унифицированный, Г — с горизонтальным ходом газа. Цифра после букв обозначает порядковый номер габаритной группы; сле­дующая цифра — число электрических полей; послед­ние цифры — площадь активного сечения, м2
.

В зависимости от насыпной массы уловленной пы­ли и принятой схемы пылеулавливания корпус электро­фильтра может быть изготовлен в различном исполне­нии, различающемся типом бункера

Электрофильтры первого и второго габаритов мож­но устанавливать вне здания с устройством шатра над :крышкой и механизмами встряхивания электродов. Шатер опирается на корпус электрофильтра. Электро­фильтры третьего габарита устанавливают вне здания *без шатра.

Электрофильтры Семибратского завода получили большое распространение. Температура очищаемых газов до 250 °С, сопротивление фильтра около 150 Па, потребляемая энергия 0,3 кВт-ч/1000 м3
, коэффициент улавливания пыли 99,8%.

На заводе в Консетте [61] с конверторами емкостью 100 т работает трехпольный горизонтальный электро­фильтр. Для удаления пыли, осаждаемой на осадительных электродах, используют принцип магнитного импульса; кроме того, на подвесной раме укреплены ударные молоточки, которые сбивают пыль. Коронирующие электроды очищают от пыли электромагнитным вибратором. Эффективность очистки фильтров зависит от качества работы молоточков и вибраторов.

Сухие электрофильтры работают устойчиво при оп­ределенной температуре и влажности входящего газа. Для обеспечения этих условий перед сухим электро­фильтром устанавливается стабилизатор-башня высо­той до 20 м, диаметром 4—5 м, оборудованная соплами для тонкого распыления воды. Количество впрыскивае­мой воды регулируется автоматически по температуре газов на выходе из сухого фильтра, равной 140 - 160 °С.

Корпуса электрофильтров рассчитываются на работу под разрежением от 3000 до 15 000 Па при заполнении бункеров с насыпной массой от 1500до 3500 кг/м3
.

Такие электростатические фильтры работают в сис­темах отвода газов из конверторов при >0,75, т. е в системах с полным дожиганием и недожогом в пре­делах взрывоопасности.

При прохождении последовательно через пылеулав­ливающие устройства кислородсодержащих продуктов сгорания и газов, содержащих окись углерода, в связи с наличием мертвых зон, неравномерностью выхода га­зов из конвертора, неравномерностью потока и другими факторами может образоваться взрывоопасная газовая смесь. Поэтому обычный сухой прямоугольный фильтр с пылевыми бункерами не удовлетворяет условиям тех­ники безопасности (много мертвых зон). Более прием­лемыми оказались трубчатые электрофильтры. В круг­лом газоходе газы проходят через систему последова­тельно и при этом предотвращается смешивание газов различного состава.

Созданию промышленной установки предшествовали лабораторные исследования. Были изучены условия, исключающие застойные зоны, условия прочности при возможных хлопках, а также условия достижения тре­буемой очистки.

Опыт эксплуатации трактов показывает, что незави­симо от применяемых способов очистки (сухих или мокрых) в аварийных случаях нельзя исключить хлопки.Исследования проводились на газовой смеси, содержащей 70% метана и 30% водорода. Результаты ис­следований показали, что при больших объемах повы­шение давления от хлопков происходит медленнее и имеется достаточно времени для снижения давления.

Несущими элементами электрофильтра круглой формы являются (см. рис. 58) кольца /, между которыми помещены обечайки 2,
патрубки входа 3
и выхода га­зов 4,
сочлененные с коническими днищами 5. Отделенная пыль через отверстия 6
в днище корпуса поступает на лотковый цепной транспортер. Предохранительные пружинные клапаны 7 размещены на днищах. Электро­фильтр разделен на три последовательные зоны очистки.

Высокому к. п. д. фильтра (.99,9%) сопутствует увла­жнение газов перед фильтром. Для быстрого увлажне­ния при относительно низких температура газов в отдельных случаях вдувают пар. Удельный расход; электроэнергии 1,85 кВт-ч на 1 т жидкой стали; расход: воды 0,08 т на 1 т стали.

Сухие электрофильтры веретенообразной формы на­мечено установить на заводе «Ньювес-Майсонс» (Франция). Взрывоопасная смесь исключается продувкой тракта газовым тампоном [65]. Авторы отмечают, что по мере роста стоимости энергии и ужесточении тре­бований к охране атмосферы эффективность сухих фильтров будет возрастать.При сухой очистке отсутствует сложное водное а
шламовое хозяйство. Сопротивление сухих электро­фильтров невелико, поэтому некоторые заводы отдают предпочтение сухой очистке. Однако сухие электро­фильтры имеют более сложное оборудование, чем при мокрой очистке, и требуют большей квалификации и внимания эксплуатационного персонала.

Рис. 10. Общий вид газоотводящего тракта с ткане­выми фильтрами: 1 —
конвертор; 2
— охлаж­даемый камин; 3
— аккуму­лятор; 4
— скруббер; 5 —•
тканевый фильтр; 6
—дымо­сос; 7 — дымовая труба; 5, 9
— клапаны; 10
— вентиля­тор

Тканевые фильтры.
Фильтры этого типа находят ши­рокое применение в черной металлургии. Известно не­сколько установок (рис. 60), используемых для очистки

конверторных газов [66, 67]. Фильтрацияв этом случае требует тщательного подбора фильтрующей ткани. Конверторная пыль, неоднородная по химическому сос­таву, образует на ткани слой, через поры которого про­никает только газ. Этот слой способствует дальнейшей коагуляции частиц. При отсутствии такого слоя части­цы будут проходить через ткань, поры которой в 50— 100 раз больше размера частиц, поэтому газы не будут очищаться.

Обычные ткани имеют много недостатков (короткие волокна, закрывающие поры и др.), поэтому ткани из естественных волокон уступают тканям из искусствен­ных, которые находят все большее применение в ка­честве фильтровальных. Температура газов перед ру­кавными тканевыми фильтрами должна поддерживаться с минимальными отклонениями в интервале 100—110°С. Имеются волокна (стекловолокно с содержанием сили­кона или графита), допускающие более высокую температуру газов (275—300°С). Ведутся разработки кремнеглиноземистых волокон, которые могут работать при-800—900 °С. Различают ткани с остроконечным ворсом и гладкие, типа фетра.

В тканевых фильтрах конверторного производства применяют тергаль. Для поддержания требуемой тем­пературы газов перед тканевым фильтром их пропус­кают через испарительный скруббер или подключают термостаты, регулирующие подачу подогретого допол­нительного воздуха. На одной из установок имеете» три термостата; два из них включают подсос воздуха при температурах 125 и 135 °С. При достижении пре­дельной температуры для ткани 145 °С третий термо­стат подает сигнал на подъем фурмы. Содержание пы­ли после тканевого фильтра (50-т конвертора на заво­де в Эль-Ходжар в Алжире) составляет 20 мг/м3
. Очист­ка тканевых фильтров осуществляется встряхиванием. При работе в системах с полным сжиганием газов встряхивание и переключение секций происходит ав­томатически в любой момент продувки; в схемах с <1 эти операции осуществляют после завершения про­дувки. Содержание пыли в газах после тканевых: фильтров составляет менее 10 мг/м3
. Недостаток этих фильтров — высокий расход электроэнергии; 30 кВт-ч на 1 т жидкой стали.

Текущий ремонт фильтров представляет собой тру­доемкую операцию. Одно из направлений упрощения* этой операции — применение крупномасштабных рука­вов диаметром 250—300 мм и высотой 6—10 м, поверх­ность одного элемента которых составляет 6,5—10 м2
. Тканевые фильтры компонуют также в виде панелей,, блоков, кассет, замена которых может быть выполнена очень быстро.

8.
Человек и окружающая среда

БИОСФЕРА

Жизнь человеческого общества неразрывно связана с природой Земли, с ее биосферой, которая представляет собой сложнейшую систему взаимодействующих друг с другом компонентов живой и неживой природы, охватывающую приграничные части атмосферы,

литосферы (недра, леса, пашни, степи и т.д.) и гидросферу (океаны,моря, озера, ледники и т.д.). Влияние человека на природную сре­ду в XX в. стало столь велико, что в ряде случаев превосходит воз­действие естественных процессов, происходящих в ней. Это позво­лило акад. В.И.Вернадскому биосферу Земли в определенных усло­виях ее развития назвать "ноосферой" — "сферой разума", "мате­риальной оболочкой Земли, измененной в результате жизнедеятель­ности человека". При этом он считал, что "ноосфера" — это такаявысокоорганизованная система, только в которой могут быть обес­печены условия для существования и развития человечества, посте­пенно становящегося самостоятельной "геологообразующей силой"Земли. Причем у человечества по существу два пути: либо медлен­ная деградация, вызванная бесконтрольной деятельностью и все воз­растающей нагрузкой на природу, либо вступление в эпоху ноосфе-ры, в которой деятельность человека будет настолько разумна, чтоисключит возможность перехода антропогенной нагрузки на окру­жающую среду через "запретную черту", за которой катастрофа био­сферы становится неизбежной.

Экологическая система, состоящая из компонентов живой при­роды, включающая в себя человеческое общество, является отно­сительно устойчивой во времени открытой системой, имеющей вход энергии Солнца, минеральных элементов горных пород, элементов атмосферы, грунтовых вод и т.д. и выход энергии и биогенных ве­ществ в атмосферу, литосферу и гидросферу.

Атмосфера

Атмосфера в наибольшей степени подвержена загрязнению отходами теп­ловых агрегатов. Только в СССР в атмосферу выбрасывается около 15 Ткг в год продуктов сгорания. Масса атмосферы 5,15 ■ 10*6
кг, что составляет 10"* массы Земли. В ее состав входят: тропосфера (7 — 16 км от поверхно­сти Земли), стратосфера (50 — 60 км), мезосфера (80 км) и ионосфера (800 км и выше).

Около 90 %
массы атмосферы сосредоточено в тропосфере. Температуравоздуха в тропосфере с удалением от поверхности Земли постепенно понижа­ется до минус 70°С. Различают сухоадиабатический вертикальный градиент тем­пературы и стандартный, нормальный температурный градиент атмосферы в тропосфере. Первый рассчитывается применительно к процессу адиабатического расширения сухой атмосферы и составляет около 1°С/100 м. Второй определяется на основании осредненных метеорологических данных и (в соответствии с международным соглашением) равен 0,66° С/100 м. Расчетный адиабатический вертикальный градиент температуры для влажной насыщенной атмосферы равен 0,6°С/100 м. Отклонение реального профиля температуры от расчетного является показателем устойчивости атмосферы и характеризует ее возможность рассеивать попадающие в нее вредные вещества.

Стратосфера характеризуется постепенным повышением температуры 0,2°С/100 м) по мере удаления от земной поверхности, что связано с поглощением содержащимся в ней озоном ультрафиолетового излучения Солнца Основная масса озона сосредоточена на высоте 15 - 40 км. В мезосфере температура атмосферы вновь понижается и на высоте 80 км составляет минус 76 С. Давление атмосферы в тропосфере падает до 353 Па, в стратосфере до 22 Па, в мезосфере до 1 Па.

Непрерывный круговорот веществ в атмосфере стабилизирует ее состав. Природный химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверх­ности, % (объемн.): N2
78,084; О2
20,9476; СО2
0,0314; О3
от 0 до 7 • 10"6
; NO (1 - 2) Ю-6
; NO2
от 0 до 2 • 10~6
; SO2
от 0 до 1 • 10"4
; СО (1 - 2)10"5
; инертные газы и другие микропримеси - около 1. Содержание пыли на высоте 1-2 км от поверхности земли составляет около 2 мг/м3
.

На распределение компонентов земной атмосферы большое влияние ока­зывает ее циркуляция, вызываемая различием в нагревании воздуха, земной поверхности и водных бассейнов под действием излучения Солнца. С ней свя­заны местная (локальная) и глобальная (планетарная) циркуляция и механизмы удаления вредных веществ из атмосферы. Процессы"выве­дения вредных вещёств из атмосферы различны, например NO* и SOX
-окисление до высших оксидов, вымывание атмосферными осадками и обра­зование нитратов и сульфатов; СО2
- поглощение океанами и синтез орга­нических веществ; СО - растворение в осадках и разложение почвенными гриб­ками

Литосфера

Площадь суши земного шара равна примерно 148 млн. км2
. Лишь 15 млн. км2
из них занято пашней. Земельный фонд нашей страны 22,27 млн. км2
, в том числе сельскохозяйственные угодья составляют 6,1 млн. км2
, площадь городских земель и прочего землепользования 0,6 млн. км2
. На одного чело­века в СССР приходится 0,82 • 10"а
км2
пашни (США 0,72 • 10"2
, Франция 0,32 ■ 10"2
, Англия 0,12 • 10~2
), т.е. в СССР один из самых высоких уров­ней землеобеспечения. По данным Всемирной комиссии ООН по окружающей среде и развитию, ежегодно от вредных антропогенных воздействий выводит­ся из строя около 11 млн. га леса, превращается в бесплодную пустыню более 6 млн. га пашни.

Гидросфера

Общий объем воды оценивается в 1,45 Гкм3
, запасы пресной воды 0,0323 Гкм3
, годовой сток рек 38 - 45 тыс. км3
."Годовой сток рек в СССР 4,7 тыс. км3
, запасы воды в озерах 26,5 тыс. км3
. Годовое потребление насе­ лением земного шара пресной воды оценивается примерно 600 км3
, что со­ ответствует около 1,5 %
речного стока. Для разбавления сбрасываемых в во­ доемы загрязненных вод требуется около 6 тыс. км3
чистой воды, или 15 % речного стока.v

Литература

1.
Кудрин В. А. Современные конвертерные технологии и проблемы ресурсосбережения. 2006.

2.
Перистый М.М., Кравченко А.В., Раджи О.И. Проблемы повышения экологической безопасности конвертерного производства.

3.
Вронский В.А., Войткевич. « Основы учения о биосфере» - учебное пособие для студентов вузов. Издательство "Феникс" 2004г.

4.
Кудрин В. А. Металлургия стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1989

5. Шульц Л.А. Элементы безотходной технологии в металлургии . Учебник для вузов. М : Металлургия 1991г.

6.А.П. Чуванов, Б.М. Бойченко. Защита окружаюшей среды и рециркуляция материалов при производстве стали. Днипропетровск: НМетАУ, 2004г.