Очистка газов в Электросталеплавильном производстве

По пути газы разбавляются воздухом, необходимым для дожигания  СО. Затем газы охлаждаются водяными форсунками в теплообменнике и направляются в систему труб Вентури, в которых пыль задерживается в результате увлажнения. Применяют также тканевые фильтры, дезинтеграторы и электрофильтры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расположение дуговой печи постоянного тока в цехе 
 
              
 
Рисунок 1. Схема расположения печи 
 
1 – стойка; 2 – шахта; 3 – трансформатор; 4 – выпрямитель; 5 – электрододержатель; 6 – графитированный электрод; 7 – механизм для подъема свода; 8 – портал; 9 – центральная часть свода; 10 – водоохлаждаемый свод; 11 – водоохлаждаемые стены; 12 подовые электроды; 13 – водоохлаждаемые кабеля     

5. Очистка газов электросталеплавильных печей

5.1 Пылегазовыделение и отсос газов из дуговых электросталеплавильных печей

Выход газов из электросталеплавильной печи и состав газовой- фазы зависит от состава шихты, скорости плавления, технологического^! температурного режимов плавки, режима кислородной продувки и т. п. По ходу плавки состав газов в зависимости от скорости выгорания углерода изменяется в следующих пределах:

Наличие в газах окиси  углерода делает их взрывоопасными, что  надо иметь в виду при проектировании систем газоотсоса.

Большое влияние на режим  газовыделения оказывает ряд  факторов и, в первую очередь, подсос воздуха в печь, зависящий от режима внутри печного давления, качества уплотнения имеющихся зазоров, наличия автоматического регулирования и т. п.

Максимальный выход газов  может превышать средний на 60— 70% и длиться до 30 мин (табл. 1).

 

1

Выходящие из печи газы в  значительной степени засорены пылью. Мелкодисперсная пыль образуется в  результате испарения металла в  зоне действия электрических дуг  и кислородной продувки и последующей конденсации в печном пространстве. Более крупные фракции дают шлакообразующие и молотые добавки. 

Средняя концентрация пыли в газе находится в пределах 15— 30 г/м³, что дает удельный выход пыли, равный 6—9 кг/т стали, следующего дисперсного состава (среднеуглеродистые и хромистые стали):

 

Основным компонентом  пыли являются окислы железа, суммарное количество которых составляет: в период расплавления 80; в период кипения (при продувке кислородом) 62 и в период доводки 57%.

В период расплавления в  пыли появляются окислы марганца (11%), в  период доводки — окислы кальция (6%) и магния (9%).

Удельное электрическое  сопротивление пыли довольно значительно, при очистке газа в электрофильтрах следует принимать меры для его снижения.

В небольших количествах  в газах находятся следующие  токсичные микрокомпоненты, мг/м^{3 (}г/т): окислы азота — 550 (270), окислы серы — 5 (1,6), цианиды — 60 (28,4), фториды — 1,2 (0,56).

В цехе выделяется значительное количество неорганизованных выбросов, составляющих до 40% выбросов технологических.

В процессе эксплуатации дуговой  электросталеплавильной печи требуются  подъем и опускание электродов, подъем и поворот свода, наклон ванны  и другие операции. Поэтому создание стационарного устройства для отсоса газов представляет значительные конструктивные трудности. Если не принять специальных  мер, газы, выделяющиеся в процессе плавки через загрузочные окна, зазоры между электродами и сводом и  другие не плотности, поступают непосредственно  в помещение цеха, откуда удаляются  через фонари здания посредством  аэрации. При этом пыль выпадает из медленно поднимающегося потока, оседает  на своде печи, оборудования, конструкциях здания, что снижает светопроницаемость окон и требует создания специальных  устройств для уборки. Загазованность и запыленность помещения цеха часто настолько увеличиваются, что в верхней зоне затрудняется видимость для крановщиков, а на рабочей площадке концентрация пыли и газов во много раз превышают санитарные нормы. Пыль и газ выбрасываются через фонари и вытяжные шахты и существенно загрязняют атмосферу.

Поэтому с ростом производительности печей и количества образующихся газов, особенно при применении кислородной  продувки, такое решение вопроса  становится совершенно неприемлемым.

Рисунок 2

Несколько лучшим решением является отсос газов с помощью  зонтов и колпаков. В простейшем случае над печью выше электродов сооружают зонт, не связанный с конструкцией печи, охватывающий все места пыле- и газовыделений и не мешающий обслуживанию печи. Вследствие больших подсосов воздуха температура газов у стен зонта не превышает 100— 150° С; зонт может быть сделан из обычной листовой стали толщиной 2—4 мм.

Вместо зонта иногда делают колпаки, укрепленные на каркасе  печи, непосредственно у мест пыле- и газовыделения. Такое решение является эффективнее, но усложняет конструкцию, так как колпаки перемещаются вместе с печью и требуют шарнирных соединений со стационарным газоходом.

Для эффективной работы отсоса необходимо, чтобы скорость отсоса во входном сечении зонта или  колпака была не менее 2 м/с, что вызывает большие подсосы воздуха.

Общими недостатками отсоса газов с помощью зонтов и колпаков являются: невысокая эффективность (70—80%); большой расход энергии на перемещение больших масс газа с присосанным воздухом; значительная металлоемкость; ухудшение условий обслуживания и доступа к печи.

Наиболее целесообразным способом удаления газов из печи является отсос их из рабочего объема через  специальное отверстие чаще всего  в своде печи вблизи рабочего окна (рис. 2, а). Скорость газов в отверстии при отсосе должна быть не менее 20 м/с во избежание отложений пыли. Температура газов в отверстии близка к температуре газов печи.

Другим конструктивным решением вопроса является отсос через  арку рабочего окна (рис. 2, б). В верхней части арки, выполненной несколько удлиненной формы, делают прямоугольное отверстие размером 300x800 мм, над которым с небольшим зазором ('-'-'20 мм) устанавливают газосборное устройство Г-образной формы. Вся конструкция выполнена с двойными стенками, между которыми циркулирует охлаждающая вода. Основным преимуществом такого газоотсосная является то, что перед выходом из печи газы проходят слой шихты, фильтруясь через нее и отдавая ей часть своего тепла. Одновременно сокращаются подсосы воздуха в печь через рабочее окно. Поэтому по сравнению с газоотсосом через четвертое отверстие в своде газы, отсасываемые через арку рабочего окна, характеризуются значительно меньшей запылённостью и температурой.

Таким образом, вынос пыли и потери тепла с отсасываемыми  газами сокращаются. Промышленные испытания  и эксплуатация такой системы  газоотсоса на нескольких печах одного из заводов показали работоспособность и эффективность газоотсоса через арку рабочего окна.

Различают две системы  организации отсоса — с разрывом и без разрыва газового потока.

Отсос газов с разрывом газового потока, подсасыванием воздуха и дожиганием окиси углерода осуществляют при сохранении между отверстием в своде и отсасывающей трубой расстояния около 0,3 м. Подсасываемый в этом месте атмосферный воздух разбавляет газы и вызывает дожигание окиси углерода, вследствие чего установка становится взрывобезопасной. Так как выход -газов из отверстия определяется режимом давления в печи, то при хорошем уплотнении электродных зазоров отсос практически не влияет на процессы, идущие в печном пространстве. Вследствие подсосов воздуха и горения окиси углерода расход газов в газоотводящем тракте значительно превышает выход газов из печи.

Отсос газов без разрыва  газового потока предусматривает устройство на отверстии футерованного или  водоохлаждаемого патрубка, жестко связанного со сводом и перемещающегося вместе с последним. В рабочем положении отверстие патрубка примыкает к отверстию стационарного газохода, образуя разъемное соединение, иногда с уплотняющим устройством. Ввиду того что организованного дожигания углерода на выходе из печи нег, система взрывоопасна и требует специального регулирования, выполняемого двухпозиционным — для окислительного и восстановительного периодов работы печи. В окислительный период во время максимального газовыделения в газоотводящий тракт вводят воздух в таком количестве, чтобы коэффициент расхода воздуха был не менее а — 2,0. При этом содержание в газовом тракте окиси углерода становится равным 1,7—2,0%, что надежно обеспечивает безопасность работы.

Наименьшая производительность газоотсоса наблюдается при работе без разрыва газового тракта. При газоотсосе с разрывом расход газа увеличивается примерно в 3—4 раза, а при удалении газов с помощью зонтов и колпаков в 12—15 раз и более. Примерно пропорционально растут размеры газоочистки, производительность дымососов, затраты на эксплуатацию и сооружение газоотводящего тракта. В металлургии для крупных дуговых электросталеплавильных печей наибольшее распространение получили системы газоотсоса с разрывом газового потока.

Большое влияние на газоотсос оказывает уплотнение мест прохода электродов. При хорошем уплотнении сокращается подсос воздуха или выбивание газов, уменьшается расход электродов вследствие меньшего окисления их поверхности, сокращается производительность газоотсоса.

Наиболее просты и достаточно эффективны газодинамические уплотнения (рис. 3, а), при которых в уплотнительную коробку, расположенную на керамическом кольце, покоящемся на своде, тангенциально подается вентиля торный \С W воздух под давлением 600—800 Па(до 1200 м3/ч на каждый электрод). Замыкание фаз воздуховодами предотвращается установкой на них электроизолирующих прокладок и резиновых шлангов.

На некоторых заводах  применяют секторные уплотнения из нержавеющей стали, охватывающие электрод и плотно прижимающиеся к нему за счет напряжения, создаваемого специальными грузами.

Рисунок 3

Перспективна трубчатая  водоохлаждаемая конструкция (3, б), в которой уплотнение зазора достигается в результате прижатия к электроду трубчатого кольца. Во избежание заклинивания кольцо разрезано на три сегмента под углом 120°, и торцы заварены. Сегменты соединены друг с другом посредством калачей, обеспечивающих компенсацию температурных деформаций. Уплотни-тельное кольцо устанавливают на верхней площадке охладителя электродов, оно прижимается к охладителю специальными болтами. Промышленная эксплуатация трубчатых водоохлаждаемых уплотнителей на нескольких печах подтвердила работоспособность и эффективность конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Очистка газов  дуговых печей

 

Это, с одной стороны, уменьшает  габариты установки, а с другой, позволяет точнее подобрать необходимую пропускную способность отключением части труб. В условиях дуговых печей, где выход газа сильно изменяется, эта возможность имеет важное значение. В качестве побудителей тяги часто применяют мельничные вентиляторы, так как пыль мелкодисперсная и для ее улавливания требуются режимы работы со значительными перепадами давления. Дымососы устанавливают как после труб Вентури и капле уловителей, так и перед ними.

В первом случае дымососы перекачивают меньшие объемы охлажденных и очищенных от пыли газов, однако повышенная влажность способствует налипанию неуловленной пыли на лопатки ротора.

Рисунок 4

Во втором случае температуры  и объемы перекачиваемых газов больше, а большая запыленность способствует абразивному износу лопаток ротора.

Вследствие умеренного количества газов, высокой стоимости, больших  габаритов и затруднений в  эксплуатации, связанных с высоким удельным электросопротивлением, электрофильтры могут оказаться перспективными лишь для самых крупных печей.

В последние годы возрос интерес к очистке газов электропечей в тканевых фильтрах, что объясняется  появлением температур стойких тканей (оксолон-сульфон, металлотканой) и умеренными объемами дымовых газов.

На одном из заводов  за печью емкостью 3 т в течение  нескольких лет успешно используют фильтры из ткани оксолон-сульфон, работающие при температуре 150—250°С, удельной газовой нагрузке 0,5 м³/(м²-мин) и гидравлическом сопротивлении фильтра 1,5—2,5 кПа. При начальной концентрации пыли 1,3—3,2 конечная составляет 40—70 м²/м³.

Перспективность этого направления  бесспорна и для более крупных печей. 

6. Скрубберы Вентури

 

Работа скрубберов Вентури  основана на дроблении воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями  воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителей инерционного типа.

 

6.1 Устройство и работа

 Простейший скруббер  Вентури (рис. 5, а) включает в себя трубу Вентури (рис. 5, б) и прямоточный циклон. Труба Вентури состоит из конфузора, служащего для

 

 

 

 

 

Рисунок 5

 

 

увеличения скорости газа, в котором размещают оросительное устройство, горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине. В каплеуловителе благодаря тангенциальному вводу газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.

Скрубберы Вентури могут  работать с высокой эффективностью

на пылях со средним размером частиц 1—2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе — от 0,05 до 100 г/м3.