Технологическое совершенствование систем газоочисток доменного газа необходимо производить при оптимизации конструкций и параметров работы по очистке и охлаждению отдельных аппаратов систем газоочистки. Повышение эффективности грубой сухой очистки доменного газа достигается за счет установки в действующие системы газоочистки дополнительного тангенциального пылеуловителя. Уменьшение расходов технической воды на очистку доменного газа в полом скруббере высокого давления может быть получено за счет понижения температуры оборотной воды, т. е. за счет повышения эффективности работы вентиляторных градирен оборотных циклов водоснабжения. Для возможности повышения эффективности полутонкой очистки доменного газа целесообразно установить регулируемые трубы Вентури.
Ключевые слова: колошниковая пыль, радиальный пылеуловитель, тангенциальный пылеуловитель, полый скруббер повышенного давления, труба Вентури, перепад давлений, объемный коэффициент теплопередачи.
Доменный газ является побочным продуктом процесса выплавки чугуна в доменной печи. Отводимый от доменной печи газ, количество которого составляет 300–700 тыс. м3 /ч в зависимости от полезного объема доменной печи, целесообразно использовать в качестве газообразного топлива после предварительной очистки. Содержание колошниковой пыли в грязном доменном газе составляет 5–20 мг/м3. [3, c. 9–11]
Фракционный и химический состав колошниковой пыли определяется:
− подготовкой шихтовых материалов;
− давлением под колошником доменной печи;
− содержанием кислорода в дутьевом воздухе;
− количеством вдуваемых в доменную печь заменителей кокса (пылеугольное топливо, природный газ). [2, c. 13–15].
Состав доменного газа и его параметры зависят от конкретных условий работы доменных печей и характеризуются.
− избыточным давлением газа под колошником доменной печи 0,6–2,4 атм.;
− температурой грязного газа перед его очисткой 100–250 оС;
− влагосодержанием газа 30–100 г/м3. [7, c. 264–266]
Таблица 1
Фракционный ихимический состав колошниковой пыли
|
Фракционный состав |
Химический состав |
||
|
Размер частицы, мкм |
Содержание, % |
Компоненты |
Содержание, % |
|
>500 |
1,5 |
SiO2 |
8,2 |
|
500–200 |
33,0 |
FeO |
12,8 |
|
200–100 |
12,3 |
Fe2O3 |
26,4 |
|
100–80 |
9,0 |
Al2O3 |
4,7 |
|
80–60 |
10,0 |
MnO |
2,7 |
|
60–40 |
7,0 |
CaO |
8,6 |
|
40–20 |
18,0 |
MgO |
3,8 |
|
20–10 |
7,5 |
S |
0,3 |
|
10–5 |
1,3 |
K2CO3 |
0,3 |
|
5–1 |
0,35 |
C |
32,2 |
|
<1 |
0,5 |
||
Таблица 2
Ориентировочный состав доменного газа
|
Компонент,% |
||||
|
СО2 |
СО |
Н2 |
СН4 |
CН4 |
|
12,2 |
28 |
2,2 |
0,1 |
57,5 |
Основными потребителями доменного газа в энергетическом хозяйстве металлургических предприятий являются воздухонагреватели доменных печей, котельные агрегаты ТЭЦ, методические нагревательные печи прокатных производств. Для нормальной работы данных агрегатов запыленность газа должна быть 4–10 мг/м3, температура 35–40 оС, влагосодержание < 50 г/м3. [3, c. 12–13]
Для возможности оптимизации режимов работы и конструкций газоочистного оборудования доменных печей ПАО «НЛМК» был проведен анализ работы газоочистки № 3 доменной печи № 5.
Система газоочистки № 3 доменной печи № 5 полезным объемом состоит из сухого пылеуловителя радиального типа, полого скруббера высокого давления, трех параллельно установленных нерегулируемых труб Вентури с каплеотделителями, дроссельной группы, каплеуловителя дроссельной группы и тангенциального каплеуловителя. Полый скруббер высокого давления имеет высоту 27000 мм и диаметр цилиндрической части 9000 мм. Скруббер оборудован трёхъярусной системой орошения с эвольвентными форсунками диаметром выходного сечения 62,5 мм. Аппаратом тонкой очистки доменного газа являются нерегулируемые трубы Вентури с диаметром горловины 550 мм. Система орошения каждой трубы Вентури представлена тремя эвольвентными форсунками диаметром выходного сечения 40 мм, установленных в конфузоре.
Таблица 3
Параметры работы газоочистки №3 доменной печи №5
|
№ |
Параметр |
Единица измерения |
Значение |
|
1. |
Давление грязного доменного газа |
МПа |
0,19 |
|
2. |
Температура грязного доменного газа |
оС |
180 |
|
3. |
Выход доменного газа |
тыс. м3/ч |
530 |
|
4. |
Расход технической воды на скруббер |
м3/ч |
3000 |
|
5. |
Расход технической воды на трубы Вентури |
м3/ч |
150 |
|
6. |
Расход технической воды на дроссельную группу |
м3/ч |
120 |
|
7. |
Температура технической воды, поступающей на газоочистку |
оС |
37 |
|
8. |
Перепад давлений на трубах Вентури |
кПа |
5 |
Аппаратом грубой сухой очистки в данной схеме является радиальный пылеуловитель. С учетом работы доменной печи № 5 ПАО «НЛМК» с повышенным давлением под колошником и высоким качеством подготовки шихтовых материалов эффективность очистки доменного газа в данном случае не превышает 40–50 % с диапазоном фракционного состава улавливаемой пыли > 80 мкм. Повышение эффективности грубой очистки доменного газа до 70–80 % достигается включением в данную схему газоочистки дополнительного тангенциального пылеуловителя. При этом диапазон фракционного состава улавливаемой пыли повысится до > 50 мкм. Кроме того, с учетом увеличения количества улавливаемой сухой колошниковой пыли, которая полностью утилизируется, снизится нагрузка на радиальные отстойники системы оборотного водоснабжения газоочистки № 3 доменной печи № 5 ПАО «НЛМК». [4, c. 29–36]
Использование полого скруббера высокого давления в системах газоочистки доменного газа преследует цели глубокого охлаждения газа и улавливание крупной фракции колошниковой пыли. После скруббера системы газоочистки доменной печи № 5 с учетом удельного расхода технической воды 5,7 л/м3 доменного газа достигается охлаждение доменного газа до 50 оС и его очистка до 200–400 мг/м3.
По ранее принятым нормам проектирования габариты скруббера определяются параметрами доменного газа, исходя из расчетной скорости газа 1,5 м/с. По результатам обследования скорость газа в полом скруббере высокого давления при нормальной работе доменной печи № 5 достигает 2,0–2,3 м/с. При высоких значениях скорости газа и малом времени пребывания газа в скруббере достигается хорошее охлаждение (высокое значением объемного коэффициента теплопередачи — 1600 Вт/м3оС) и качественная очистка. Также о высокой эффективности теплообмена в скруббере говорит тот факт, что температура уходящего газа на 3–5 оС выше температуры воды после скруббера. [8, c. 80–87]
Кроме того, анализ режимов охлаждения газа в скруббера системы газоочистки доменной печи № 5 показал, что требуется совершенствование режима работы вентиляторных градирен оборотного цикла водоснабжения (температура технической воды, поступающей на газоочистку, достигает 40оС). Повышение эффективности охлаждения оборотной воды в вентиляторных градирнях, следовательно, снижение температуры технической воды, поступающей на газоочистку, позволит снизить ее расход при неизменных режимах работы полого скруббера высокого давления по охлаждению и очистке газа.
Трубы Вентури, установленные после скруббера, в данной системе газоочистки, работающие на перепаде давлений 5 кПа, являются аппаратами полутонкой очистки перед дроссельной группой, обеспечивая конечную запыленность газа 30–100 мг/м3.
Эффективность очистки газа в трубах Вентури и зависит от скорости газа, то есть от перепада давления на горловине трубы Вентури. Чем больше скорость, тем большую турбулентность приобретает поток, одновременно с этим происходит разрушение абсорбированной газовой оболочки мелких частиц колошниковой пыли, что обеспечивает хороший контакт пылинок с раздробленными турбулентным потоком газа каплями воды. [1, c. 339–346]
Рис. 1. Зависимость эффективности очистки газа в трубе Вентури от сопротивления проходу газа
С учетом невысокого удельного расхода технической воды — 0,3л/м3, подаваемой на очистку доменного газа в трубы Вентури газоочистки доменной печи № 5 ПАО «НЛМК», имеем низкие значения перепада давлений — 5 кПа, что говорит о недостаточной эффективности очистки газа в данных аппаратах газоочистки. Увеличение удельного расхода технической воды до 0,5 л/м3 позволит добиться значений перепада давлений 10–12 кПа, что повысит эффективность очистки доменного газа в трубах Вентури до 5–10 мг/м3. При повышении степени очистки доменного газа в трубах Вентури уменьшится запыленность газа перед дроссельной группой, следовательно, снизиться ее абразивный износ.
Кроме того, для обеспечения высокой эффективности полутонкой очистки доменного газа при переходе доменной печи № 5 на пониженное давление под колошником целесообразно использовать регулируемые трубы Вентури. Наличие в горловине труб Вентури регулируемого конуса (обтекателя) позволит поддерживать высокое значение перепада давления на горловине (12–15 кПа) независимости от режима работы доменной печи, что обеспечит высокую эффективность очистки и охлаждения газа в трубах Вентури.
Таким образом, при оптимизации режимов работы и конструкции аппаратов системы газоочистки Доменной печи № 5 ПАО «НЛМК» можно достигнуть следующего:
− повышения эффективности грубой сухой очистки доменного газа за счет установки дополнительного тангенциального пылеуловителя;
− уменьшения расходов технической воды на полый скруббер высокого давления за счет повышения эффективности охлаждения оборотной воды в вентиляторных градирнях оборотного цикла водоснабжения;
− повышение эффективности полутонкой очистки доменного газа за счет использования регулируемых труб Вентури или увеличения удельных расходов технической воды, подаваемых на нерегулируемые трубы Вентури, при этом также повысится эксплуатационная надежность дроссельной группы.
Литература:
- Алиев Г. М.–А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов / Под ред. Алиева Г. М.–А. — М.: Металлургия 1986–544 с.
- Белоусов В. В. Теоретические основы процессов газоочистки. Белоусов В. В.: Учебник для вузов. — М.: Металлургия 1988–256 с.
- Старицкий В. И. Газовое хозяйство заводов черной металлургии / Под ред. Старицкого В. И. — М.: Металлургия 1973–496 с.
- Старк С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. Старк С. Б.: Учебник для вузов. 2–е изд., перераб. и доп.–М.: Металлургия 1990– 400 с.
- Страус В. Промышленная очистка газов. Страус В.: Пер. с анг. — М.: Химия 1981–610 с.
- Швыдкий В. С., Ладыгичев М. Г. Очистка газов / Под ред. Швыдкого В. С. — М.: Теплоэнергетик 2002–640 с.
- Юдашкин М. Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии / Под ред. Юдашкина М. Я. — М.: Металлургия 1984–320 с.
- Юдашкин М. Я., Карлов М. П. Механическое оборудование установок очистки газа/ Под ред. Юдашкина В. И. — М.: Металлургия 1979–247 с.
