Оборудование для очистки газов конвертерных печей

Рис. 4.  Схема газового тракта за конвертерами на ThyssenKrupp Stahl AG

Другой положительной  стороной сухого способа очистки  конвертерных газов является рациональное использование  их теплового потенциала. При работе с полным дожиганием конвертерных газов весь тепловой потенциал газов  используется для выработки пара в котлах-утилизаторах , который  подается в заводской паропровод и в теплое время года не используется. При сжигании конвертерного газа на свече теряется весь химических тепловой потенциал. Сухая схема  очистки конвертерного газа со сбором его в газгольдер  позволяет использовать как физическое так и химическое  тепло и уменьшить дефицит газообразного топлива на металлургическом предприятии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При составлении материального  баланса учитывались основные компоненты процесса,  вносимые в сталеплавильный  агрегат с шихтой, топливными или окислительными газами.

Формула химической реакции	Компоненты сталеплавильного процесса
	Fе	С		Mn		Р		S		Si		Fe2O3		FeО		CаО		СаS		MnO		P2O5		SiO2		Cr2O3		Аl2O3
Состав шихты, %	89,2	3,1		0,029		0,05		0,04		0,582		2,28		0,047		2,739												0,028
Fe2O3=2Fe+1,5O2	1,6											2,28
FeO=Fe+0,5O2	0,03													-0,047
Fe+0,5O2 =FeО	-0,35													0,0046
Fe в шлак с корольками	-1,33
Fe в дымовой газ с пылью	-1,07
С+0,5О2=СО		-2,9
Mn+FeO=Fe+MnO				-0,010																0,51
Si+O2 = SiO2										-0,370														0,77
2P+2,5O2 = P2O5						-0,02																0,062
S+O2= SO2								-0,007
CaO+SO2=CaS+1,5O2								0,008								-0,010		0,010
Итого	88,1	0,2		0,018		0,02		0,039		0,212		4,57		0,0046		2,72		0,010		0,51		0,062		0,77				0,028
Масса  стали и шлака	МC=88,6														Мш=8,6
Ссостав стали и шлака, %	99,4		0,23		0,02		0,025		0,04		0,24		5,16		2,46		0,45		9,05				6,002				0,32
Жидкие продукты плавки	Сталь														Шлак

 

 

Таблица 1. Расчет выхода стали  и шлака

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2. Расчет объема и состава сталеплавильных газов и теплового эффекта плавки

Реакция	Компоненты сталеплавильного процесса									Qx МДж
	О2	СО	СО2	Н2О	H2	SO2	NOx	N2	Пыль
Fe2O3=2Fe+1,5O2	1,37									-7,079
FeO=Fe+0,5O2	0,00102									-0,0038
Fe+0,5O2 =FeО (шлак)	-0,1019									0,015
Fe+0,66O2=0,33Fe3O4	-0,0044								1,19	0,078
C+0,5О2=CО	-3,954	14,5								31,8
СO+0,5О2=СО2			3,92
Mn+0,5О2=MnO	-0,0029									0,00024
Si+O2 = SiO2	-0,4218									11,6
2P+2,5O2=P2O5	-0,0351									0,68
CaCO3=CaO+CO2										0
4CaO+P2O5=(CaO)3P2O5( CaO)										0,25
CaO+SiO2=(CaO)2SiO2										0,962
S+O2= SO2						0,015				0,061
CaO+SO2=CaS+1,5O2	-0,012									0,075
N2+O2=2NO							10,88	0,039
Суммарный тепловой эффект	-3,16	14,5	3,92	0	0	0,015	10,88	0,039	1,19	38,4
Кислородное дутье	-3,93							-0,039
Подсосы воздуха	3,94							14,8

 

При расчете материального  баланса сталеплавильного процесса с помощью данной  таблицы необходимо производить корректировку доли лома в плавке по результатам расчета  теплового баланса печи.

Схема расчета в системе  Excel представлена в данном разделе в виде таблиц 1.  2. Учитывая большой размер  расчетной таблицы она разбита на две части. В первой части ( таблица 1. ) рассчитываются  жидкие продукты реакции ( сталь и шлак ), а во второй газообразные продукты реакции. В системе Ехсеl все расчеты производились в единой таблице.

С помощью таблиц 1 и 2  могут быть составлены  уравнения  для определения коэффициента выхода годной стали,  удельного объема отходов и удельного теплового  эффекта.

Коэффициент выхода жидкой стали   из 100 кг шихты определяется по соотношению

где М_с– масса образующейся стали.

 

Энергоемкость сталеплавильного процесса складывается из затрат энергии  на плавку и расхода энергии на обслуживание вспомогательного оборудования.

Расчет  удельного  энегопотребления на проведение плавки осуществлялся на основании теплового баланса сталеплавильной печи. В таблице 3 представлен тепловой баланс для расчета энергозатрат в конвертерной печи. Баланс составлен в расчете на 100 кг шихты.  Для этой цели в балансовых уравнениях используются величины удельных

( отнесенных к 100 кг  шихты ) теплового эффекта плавки  и потерь тепла в печном  агрегате.

Решение материального баланса  плавки совместно с таким  тепловым  балансом   позволяет  корректировать состав шихты сталеплавильного процесса, расхода окислителей и энергоносителей  для обеспечения выпуска стали  из печи при заданном составе и  температуре

Таблица 3. Тепловой баланс  сталеплавильного процесса

№п/п	Наименование статьи	Расчетная формула
Приход тепла
1	Тепло экзотермических   реакций	Q хим= Qх  =38,4
2	Тепло, вносимое жидким чугуном	Qч= 100qчiч* =9,88
	Итого	Qпр=48,35
Расход тепла
1	Тепло, уносимое  сталью	=23,7
2	Тепло, уносимое шлаком	=1,3
3	Тепло,  уносимое  пылью	=8,73
4	Тепло, уносимое  дымовыми газами	=5,67
5	Потери тепла	=5,67
	Итого	Qрас=39,45

           *Здесь и далее в таблице,  через i обозначены энтальпии соответствующего вещества при заданной температуре, а буквой q–доля  соответствующих компонентов шихты.

 

Приравнивая между собой  приходные и расходные статьи баланса, можно решать полученное уравнение  относительно любой искомой величины. В конвертерном процессе таким образом  определяется расход лома на плавку. При решении теплового баланса табличным методом совместно с материальным балансом  сталеплавильного процесса  эти величины определяются по величине невязки баланса. Допустимая величина невязки составляет 0,3%.

Невязка теплового баланса = 0,18%.

 

В статье «потери тепла»  учтены потери тепла теплопроводностью  через кладку печи, тепло, аккумулированное кладкой печи, потери тепла излучением через окна печи и потери тепла  с охлаждающей водой.

 

 

 

Выбор схемы газового тракта

Основными характеристиками пылегазового потока являются: расход, температура, и содержание в нем  пыли и токсичных газов.

Учитывая, что основным нормируемыми параметрами являются удельные выбросы  токсичных веществ в килограммах  на тонну продукции, а также мощность выброса (предельно-допустимый выброс) выбор схемы газового тракта необходимо начать с оценки необходимости установки  газоочистного оборудования. Для  этой цели определили величину удельных выбросов токсичных газов на тонну  производимой продукции без использования  очистных установок , результаты расчетов занесли в табл.4.

 

Таблица 4. Удельные выбросы  токсичных веществ.

Удельный выброс токсичного вещества
удел.выброс CO	164,1
удел.выброс SO2	1,807
удел.выброс NO	13,46
удел. выход  дым.газов	331,9

 

Далее сравнили полученный результат с данными таблицы 5, где приведены значения удельных выбросов токсичных веществ от различных источников на современных металлургических предприятиях, которые можно принять за величину технических нормативов.

 

 

Таблица 5. Технические характеристики пылеочистных аппаратов

Характеристики	Наименование  аппарата
	Инерци- оная камера	Циклоны	Тканевые фильтры	Электро- фильтры	Форсуночные скрубберы	Скрубберы Вентури
Запыленность газового потока, г/м3	–	400	20	50 – 90	-	100
Улавливаемые частицы ,мкм	50	20	Субмикрон- ные	1–2	10 –15	1-2
Температура, 0С	450	450	100 –180	330 - 425	900	900
Разрежение  в газоходе, кПа	–	2,5		4 – 15
Гидравлическое сопротивление,кПа	0,2–0,3	1,2 –2,5	1 –1,8	0,15 –0,2	0,25	10 -20
Расход электро- нергии на 1000 м3   газа, кВт/час	–	0,2 –0,25	0,4 –0,5	0,5 –1,0	0,15 –0,2	4  – 6
Расход воды, л/м3	–	–	–	–	3 – 6	0,12 – 4
*Эффективность  в %	<60	95 -98	99,5	99,5	60 -70	96 - 98

 

Так как полученный результат по нескольким компонентам не соответствует аналогичному нормативу, необходимо предусмотреть мероприятия, уменьшающие выброс данного вещества в окружающую среду.       

Если содержание  СО в  дымовых газах превышает 30 % (конвертерные печи) осуществляется его сбор в  газгольдеры или дожигание этого  газа на свече.

Система дожигания
Кол-во воздуха V, м3	69,9
Объем дымовых газов при  НУ, Vну, м3	498
Температура дымовых газов,°С	1645

Так как рассчитанное значение температуры дымовых газов( 1645°С) превышает значение температуры допустимой для выбранного пылеочистного аппарата (990°С), очищаемый газ должен быть охлажден.

Охлаждение дымовых газов
Допустимая температура  очистки,°С	150
Ср. температура,°С	897
Кол-во тепла, отнимаемого  от газа,кДж	968600
Энтальпия пара,кДж/кг	4239
Расход воды	229
Объем. расход очищаемого воздуха  Р.У.	772
Потери железа с пылью  кг/т	12

 

Для снижения выбросов токсичных  веществ до нормативных показателей  применяем очистку дымовых газов  в пылеочитных аппаратах.

В качестве первой ступени  очистки для охлаждения дымовых  газов устанавливаем высоконапорный скуббер с эффективностью очистки 

64%. Объем скруббера V= 102 ,2 м3, диаметр D=1,5 м, высота H=9,3 м. 

 

В качестве второй ступени  используем электрофильтр с высокой эффективностью. Эффективность 99,98%. Таким образом после очистки в тканевом фильтре получаем газовый поток с концентрацией пыли 0,0145 г/м3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  линейных размеров дымового тракта и дымовой  трубы

 

Диаметр дымового тракта рассчитывается по величие оптимальной скорости дымового газа.

=1,6 м

Для не запыленного потока оптимальная скорость м/с, для запыленного = 10 м/с.

Дымовая труба должна обеспечивать эффективный рассев токсичных веществ  в атмосферном воздухе. Учитывая, что очистка промышленных дымовых  газов от оксидов азота не осуществляется, минимальную высоту дымовой трубы  определим по этому компоненту по уравнению рассева токсичных  веществ предложенной в методике ОНД -86