Реферат Воздействие сталеплавильного производства на окружающую среду
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание
СОДЕРЖАНИЕ 1
1 Характеристика отходящих газов и пыли МАртеновскиих печей 2
2 Обеспыливание отходящих газов мартеновских печеЙ 3
3 Очистка отходящих газов двухванных печей 4
4 Неорганизованные 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 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.
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 . <1 1—5 >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.
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 Fe2O3; 2,61 FeO; 5,9 SiO2; 1,94 А12О3; 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
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
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—
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
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 СС 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
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 которых происходит
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
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
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
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
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
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
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.
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
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 сре
ду в XX в. стало столь велико, что в ряде случаев превосходит воз
действие естественных процессов, происходящих в ней. Это позво
лило акад. В.И.Вернадскому биосферу Земли в определенных усло
виях ее развития назвать "ноосферой" — "сферой разума", "мате
риальной оболочкой Земли, измененной в результате жизнедеятель
ности человека". При этом он считал, что "ноосфера" — это такая
высокоорганизованная система, только в которой могут быть обес
печены условия для существования и развития человечества, посте
пенно становящегося самостоятельной "геологообразующей силой"
Земли. Причем у человечества по существу два пути: либо медлен
ная деградация, вызванная бесконтрольной деятельностью и все воз
растающей нагрузкой на природу, либо вступление в эпоху ноосфе-
ры, в которой деятельность человека будет настолько разумна, что
исключит возможность перехода антропогенной нагрузки на окру
жающую среду через "запретную черту", за которой катастрофа био
сферы 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 —
Около 90 % массы атмосферы сосредоточено в тропосфере. Температура
воздуха 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 -
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-
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.
