Технология и экологическая безопасность мартеновского производства на ЗАО "Макеевский металлургический завод"

/>–t )+f1(I1п–I2п)

I1п = 2480 + 1,96 t1

I2п = 2480 + 1,96 t2

I1п = 2480 + 1,96*225 = 2921кДж/кг

I2п = 2480 + 1,96*100 = 2676кДж/кг

Q = 30,66 [1,36(225 – 100) +0,07 (2921 – 2676)] = 5738,01 кВт

 

Находим конечную температуру воды tк на выходе из скруббера.Она может быть принята на 5 –10 ˚С ниже температуры мокрого термометра.Температура мокрого термометра

t1 = 225 ˚С и f2 = 70 г/мі

tм = 57 + (62 –57)/100*50 = 59,5 ˚С

 

конечная температура воды tк = 59,5 – 9,5 = 50 ˚С

Рассчитываем среднюю разность температур газа и воды в скруббере по формуле:

 

Δt = (225 – 50) – (100 – 30)/2,3lg [(225 –50)/(100 – 30)] = 114 ˚С

 

Определяем рабочий объём скруббера по формуле. Объёмный коэффициент теплопередачи принимаем равным 200 Вт/(мі*˚С);

 

Vскр =5738,01/(200*114) = 252 мі

Мв = (5708,01*10і)/[0,5(2010*100– 30) + (1 – 0,5)*(50 – 30)] = 57,1 кг/сек

 

Конечное влагосодержание газа на выходе из скруббера определяем по диаграммеI – χ. Для этого на линии насыщения φ= % находим точку,соответствующуюtм = 59,5˚С. Двигаясь от этой точки по линии I = const до пересечения с линией соответствующейt2 = 100 ˚С, находим,что на выходе из скруббера влагосодержание газа χ2 = 0,130 кг/кг. Для выражения влагосодержанияf2 = χ2ρ0 кг/мі находим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле:

 

ρ0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/мі

 

Тогдаf2 = 0,130*1,46 = 0,19 кг/мі

 

Рассчитываем объём газа при рабочих условиях на выходе из скруббера по формуле:

V = 120000/3600*101325(273 + 100)/273(101325 + 49000)*(1 + 0,19/0,804) = 24,75 мі/с

 

Определяем размеры скруббера.Приняв скорость газа в нём равной1,0 м/с, рассчитываем диаметр скруббера;

 

D = √4V/πν

D = √(4*24,75)/(3,14*1,0) = 5,62 м

 

Высоту скруббера находим из уравнения

 

Н = 4Vскр/πDІ

Н = 4*252 /3,14*5,62І= 10,16 м

 

Отношение Н/D = 10,16/5,62 = 1,8 близко к рекомендуемой практикой величине 2,5

Рассчитываем количество форсунок для установки в скруббере.Принимаем в установке в скруббер эвольвентные форсунки диаметром75 мм и с соплом диаметром 25,3мм. Задавшись давлением воды перед форсункой2*10і кПа,по графику находим её производительность:

 

М1 = (18,5 * 1000)/3600 = 5,1 кг/сек

 

Число форсунок, которое требуется установить в скруббере,составит:

 

n = Мв /М1

n = 57,1/5,1 = 11 шт.

2.4 Расчёт скоростного  пылеуловителя с трубами Вентури

 

Рассчитаем скоростной пылеуловитель с трубами Вентури,где V0 = 120 тыс мі/ч;t1 = 225 ˚С, t2 = 100 ˚С; f1 = 70 г/мі;27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2.

Запылённость газа q1 = 7,5 г/мі;разрежение перед трубами Вентури ρ= 3000 Па; барометрическое давление ρбар= 101325 Па. Требуемая конечная запылённость газа q2 90 мг/мі;температура воды, подаваемой в аппараты,t1.в = 18 ˚С.

Найдём требуемую эффективность пылеуловителя:

 

ŋ = (q1 – q2)/q1

ŋ = (7500 – 90)7500 = 0,988

 

Число единиц переноса определяем по формуле:

 

Nч = ln[1/(1 – ŋ)]

Nч = ln[1/(1 – 0,988)] = 3,88

 

Найдём значение удельной энергии Кт.Значение 3,88 = 1,565*10-6Кт1,619 от куда Кт = 8903 кДж/1000 м3

Рассчитаем количество газов, поступающих в трубы Вентури при рабочих условиях:

 

V1 = 120000/3600*101325 (273 + 225)/273(101325 – 3000)*(1 + 0,07/0,804) = 68,30 м3/сек

 

Приняв удельный расход воды m = Vв/V1 = 1*10-3 м3/м3,находим общий расход воды на трубы Вентури:

Vв = m*V1

Vв = 1*68,3 = 68,3 л/см

 

Рассчитаем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, приняв давление водыρв = 300Па:

 

ΔР= Кт – ρв*m;

ΔР= 8903 – 30000*1*10-3 = 8603 Па

 

Находим плотность газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури:

 

ρ0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/мі

 

Рассчитаем температуру газа на выходе из трубы Вентури:

 

t2 = (0,133 – 0,041*1)225 + 35 = 61 ˚С;

 

Находим влагосодержание газа на выходе из труб Вентури:

 

χ1 = f1/ ρ0

χ1 = 0,07/1,46 = 0,048 кг/кг

f2 = 0,11*1,46 = 0,161 кг/м3

 

Находим плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури:

 

ρ2 = (ρ0 + f2)273(ρбар – ρ- Δ ρ)/(1 + f2/0,804)101325(273 + t2);

ρ2 = (1,42 + 0,161)273(101325 – 3000 – 6730)/(1 + 0,161/0,804)*101325* (273 + 61) = 0,973 кг/м3

Найдём количество газа на выходе из трубы Вентури:

 

V2 = (V0/ 3600)*(ρ0/ρ2);

V2 = (120000/3600)(1,46/0,973) = 50,01 м3/сек

 

Размеры инерционного пыле – и каплеуловителя(бункера) определим по скорости в его поперечном сечении

 

νσ= 2,5 м/сек:

Dσ= 1,13 √V2/νσ;

Dσ= 1,13 √50,01/2,5 = 5,1 м

 

Высоту цилиндрической части бункера принимаем Нσ= 4,3 м, гидравлическое сопротивление бункера рассчитаем,приняв ξσ= 80:

 

ΔРσ= ξ (ν2σ/2)*ρ2

ΔРσ= 80(2,52/2)0,973 = 243,25 Па

 

Находим диаметр центробежного скруббера типа МП – ВТИ. Скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем заν = 4,5 м/сек:

 

Dскр = 1,13 √V2/ν2;

Dскр =1,13√50,01/4,5 = 3,8 м

 

Предусматриваем стандартный скруббер диаметром3300 мм и рассчитаем действительную скорость газа в нём:

 

ν= 4*V2/π*Dскр2;

ν= (4*50,01)/(3,14*3,82) = 4,41 м/сек

Для рассчитываемого скруббера Н= 3,8*Dскр;

 

Н = 3,8*3,8 = 14,44 м

 

Определим гидравлическое сопротивление скруббера, приξ = 34:

 

ΔРскр= 34*(4,412/2)*0,973 = 321,69 Па

 

Гидравлическое сопротивление труб Вентури составит:

 

Δρтв= Δρ0 – Δρσ- Δρскр

Δρтв= 8603 – 243,25 – 321,69 = 8038 Па

 

Рассчитываем скорость газа в горловине трубы Вентури по формуле:

 

ν2 = √2* ΔρТВ/ξс+ ξж*ρж*m;

ν2 = √(2*8038)/(0,15*0,973 + 0,75* 966*1*10-3) = 136 м/сек

 

Определяем геометрические размеры трубы Вентури. Для обеспечения равномерного орошения трубы Вентури через одну центрально расположенную форсунку принимаем диаметр горловины трубы D2 = 300 мм и рассчитаем число труб Вентури:

 

D22 = 1,132√V2/ν2*n

От кудаn = 1,132*V2/ν2

D22 = 1,132[50,01/(136*0,32)] = 6шт.

 

Приняв6 труб Вентури,уточняем диаметр горловины:

 

D2 = √50,01/(136*6) = 0,247м

Рассчитываем диаметр входного сечения конфузора,приняв скорость газа в нём ν3 = 20 м/сек

 

D1 = 1,13√V1/ν1*n

D1 = 1,13√68,30/(20*6) = 0,852 м 

 

Диаметр выходного сечения диффузора при скорости газа в нём ν3 = 20 м/с составит:

 

D3 = 1,13√V2/ν3*n

D3 = 1,13√50,01/(20*6) = 0,729 м 

 

Найдём длины отдельных частей трубы Вентури: длинна конфузора, еслиα1 = 25˚:

 

l1 = 2,25(D1 – D2)

l1 = 2,25(0,852 – 0,247) = 1,361 м

 

Длина горловины:

 

l2 = ѕ*D2

l2 = 0,15*0,247 = 0,037 м

 

Длинна диффузора α2 = 6˚:

 

l3 = (D3 –D2)/2tg α2/2

l3 = (0,729 – 0,247)/2tg6/2 = 4,167 м

 

Полная длинна каждой трубы Вентури:

l = l1 + l2 + l3

l = 1,361 + 0,037 + 4,167 = 5,565м

 

2.5 Технология подготовки  вторичных материальных ресурсов

 

Производственная пыль образуется в результате механического измельчения твёрдых тел,транспортировки пылевидных материалов,не полного сгорания горючих веществ и при процессах конденсации.По происхождению пыль бывает органической,неорганической и смешанной,состоящей из органических и неорганических веществ.

По размеру частиц пыль подразделяется на «собственно»пыль, размер частиц которой более 10 мкм,«облако» - размер частиц от 10 до0,1 мкм и «дым»- размер частиц менее 0,1 мкм. Дым практически не оседает и постоянно загрязняет атмосферу.

Пылинки размером более50 мкм задерживаются при дыхании в носу, носоглотке,трахее и крупных бронхах. Пылинки в 15 - 10 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях, в том числе и в мелких бронхах. Пылинки в 10 - 5 мкм могут достигать альвеол лёгких,однако главным образом задерживаются в верхних дыхательных путях. Мелкая пыль с частицами размером 5 –0,1 мкм и менее при дыхании попадает в альвеолы лёгких и, следовательно,является наиболее опасной.

В металлургическом производстве чаще всего приходится встречаться с пылью, содержащей окись кремния,окислы железа,окислы марганца и фтористые соединения.Контроль за содержанием пыли в воздухе рабочих помещений производится обычно весовым методом который заключается в просасывании определённого объёма воздуха через фильтр,заключённый в стеклянной трубке. По окончании просасывания требуемого объёма воздуха фильтр взвешивается на аналитических весах. Сущность счетного метода заключается в осаждении пыли из определённого объёма воздуха с помощью специальных приборов на покровное стёклышко микроскопа.После этого,под микроскопом при увеличении более чем в1000 раз подсчитывают пылинки и определяют их формы и размеры.

Для быстрого определения степени запылённости воздуха пользуются фотоэлектрическим методом который основан на том,что запылённый воздух ослабляет проходящие через него световые лучи.К числу наиболее радикальных мероприятий по борьбе с пылью относятся рационализация технологических процессов и усовершенствование оборудования в направлении предупреждения образования и распространение пыли при переработке и транспортировке материалов.К таким мероприятиям можно отнести улучшение процесса спекания шихты на аглофабриках,увлажнение пылящих материалов,замену абразивного способа удаления пороков у слитков и заготовок огненным методом,применение пневмотранспорта и других видов закрытого транспорта для перемещения пылящих материалов и тому подобное.Широкое внедрение механизации и автоматизации процессов также является одним из важных оздоровительных мероприятий.

Особого внимания заслуживает вопрос о герметизации пылящих агрегатов и транспортных устройств по всему циклу производственного процесса.Герметизацией производственного оборудования в некоторых случаях удаётся полностью предотвратить выделение пыли окружающее пространство.

Гидрообеспыливание является одним из эффективных методов борьбы с распространением пыли. На металлургических предприятиях этот способ с успехом применяется для подавления пыли на агломерационных фабриках и в мартеновских цехах. Испытанным средством в борьбе с пылью является обеспыливающая вентиляция,которую устанавливают в виде местных отсосов от кожухов-укрытий и пылящих устройств.

Вводить системы обеспыливающей вентиляции в эксплуатацию можно только после того, как будет достигнута проектная эффективность ее работы.Вентиляционные установки требуют квалифицированного надзора и ухода.Запыленный воздух перед выбросом его в атмосферу должен очищаться от пыли в специальных установках.

Для очистки запыленного воздуха применяют различные способы: сухую очистку в пылеосадительных камерах, циклонах,мультициклонах,инерционных и матерчатых фильтрах;электрическую очистку сухих и мокрых электрофильтрах;очистку пыли ультразвуком.На Макеевском металлургическом заводе для очистки запыленного воздуха и газов применяют пылеосадительных камеры, циклоны и мультициклоны,мокрую очистку в скрубберах и электрическую очистку.

Иногда,полезно изолировать пыльные производственные участки от других помещений.Такая изоляция выполняется установкой перегородок или заключением отдельных особо пылящих агрегатов в специальные кожухи – кабины.В помещениях с повышенной и трудно устранимой запыленностью воздуха создают местные зоны чистого воздуха по средствам искусственной подачи воздуха на рабочие места по трубопроводам большого сечения с незначительной скоростью выдачи воздуха(порядка 0,3 – 0,5м/с). Хороший эффект дают кабины с подачей в них чистого воздуха.

Удаление пыли с полов,стен, конструкций и оборудования производят гидросмывом или промышленными пылесосами.

В пылях мартеновского производства содержится довольно значительное количество цинка, свинца и солей щелочных металлов, вредно влияющих на процесс получения чугуна. Особенно нежелателен цинк, вызывающий образование настилов в мартеновской печи, разрушение ее футеровки,ухудшающий качество агломерата,изготовленного из сырья с большим содержанием цинка. При утилизации таких пылей присадкой их в агломерационную шихту происходит накопление цинка в получаемом агломерате.По существующим нормам содержание цинка в сырье,поступающем в мартеновскую печь, не должно превышать 0,5 %.

Это свидетельствует о необходимости обесцинкования пылей (шламов),имеющих повышенное содержание цинка. Разработаны два типа процессов извлечения цинка из исходного материала(окисленные цинковые руды,цинковые шлаки и пыли, шламы)- пиро- и гидрометаллургический.

Первый применяется в основном в черной металлургии,второй - в цветной.Основой пирометаллургического процесса извлечения цинка (и свинца)является восстановительный обжиг сырья.Можно утверждать,что все процессы получения металлизованных окатышей так или иначе связаны с отгонкой цинка из исходной шихты и последующим улавливанием его в виде оксида либо металлического цинка. Взаимодействие углерода с оксидом цинка протекает по реакциям

 

ZnO + C = Zn(пар) + CO;

ZnO + C = 2 Zn(пар) + CO2.

 

Первая реакция протекает при температуре950 С, вторая – при1070 С и выше, причем возгонка цинка наиболее интенсивно идет при 980-1000 С.Установлена линейная зависимость между количеством получаемого цинка и степенью металлизации шихты. В частности,в конце трубчатой печи степень возгонки цинка возрастает до 96-98 %, свинца-до 99 %, а степень металлизации- до 94 %. При температуре выше 1100 С существенно ускоряется процесс возгонки всех цветных металлов,содержащихся в сырье.

 

2.6 Утилизация мартеновских  шлаков

 

В связи с выведением из эксплуатации шлакового двора мартеновского цеха по предписанию санитарно-эпидемиологической станции, мартеновские шлаки также поступают на шлаковый двор ЭСПЦ.

Горячий шлак сливается(сбрасывается)в траншею, в которой осуществляется процесс термодробления и последующее дробление слитком, сбрасываемым с электромагнита крана.

Затем шлак подвергается охлаждению,разрыхляется и перелопачивается грейфером с одновременной выборкой металла электромагнитом.

Извлеченный металл возвращается на скрапобазу ЭСПЦ. Шлак в виде щебня рядового частично отгружается потребителям автотранспортом и железнодорожным транспортом.

Шлаковый двор является источником загрязнения атмосферного воздуха неорганизованными выбросами.

 

2.7 Рациональные мероприятия  по повышению экологической безопасности  мартеновского производства

 

Наиболее рациональнее будет применять для очистки мартеновских газов электрофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газа 1 – 1,2 м/сек степень очистки98 – 99 %. Примерно такую же степень очистки могут дать прямоугольные трубы Вентури с регулируемой горловиной,работающие со скоростью газа в горловине100 – 120 м/сек и удельным расходом воды1 – 1,2 дм3/м3.

Однако,результаты технико-экономического анализа показывают,что очистка газов в электрофильтрах дешевле, чем в скрубберах Вентури: суммарные удельные затраты уменьшаются по мере увеличения ёмкости печи,причём в варианте с электрофильтрами более быстрыми темпами.