Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

понента и воды, а также конденсат удаляются через соответствующие пат-

рубки. Третья стадия – сушка поглотителя τ

суш

. Подача водяного пара пре-

кращается, после чего влажный поглотитель сушится горячим воздухом, по-

ступающим в аппарат. Четвертая стадия – охлаждение поглотителя τ

охл

. По-

дача горячего воздуха прекращается, после чего поглотитель охлаждается

холодным воздухом. По окончании четвертой стадии цикл работы аппарата

повторяется. Загрузку и выгрузку поглотителя производят периодически че-

рез люки. Для того чтобы процесс адсорбции не прерывался, необходимо

иметь как минимум два попеременно работающих адсорбера.

В кипящем слое процесс адсорбции протекает более

интенсивно, чем в

неподвижном слое, вследствие уменьшения внешнедиффузионного сопро-

тивления из-за более высоких скоростей газового потока и внутридиффузи-

онного сопротивления из-за меньших размеров зерен адсорбента. При интен-

сивном перемешивании в кипящем слое происходит сильное истирание зерен

адсорбента, в связи с чем последний должен обладать повышенной механи-

ческой прочностью.

Адсорберы

с кипящим слоем поглотителя обычно выполняют много-

ступенчатыми (рис. 1.38), так как при одной степени газ на выходе соприка-

сается с зернами, насыщенными поглощаемым компонентом, в результате

чего происходит частичная десорбция, снижающая эффективность работы

аппарата.

Рис. 1.38. Схема очистки газов от SO

в кипящем слое сорбента: 1 –

бункер с сорбентом; 2 – затвор; 3 – многополочный адсорбер; 4 – циклон; 5 –

приемный бункер; 6 – десорбер; 7 – подогреватель; 8 – газодувка; 9 – грохот

В корпусе многоступенчатого адсорбера слои адсорбента, расположен-

ные на решетке, приводятся во взвешенное состояние исходной газовой сме-

сью, подаваемой снизу. Удаление газа из аппарата происходит через циклон,

служащий для выделения захваченных частиц адсорбента. Адсорбент пода-

ется в аппарат сверху, перемещается со ступени на ступень по переточным

трубам и удаляется из нижней

части корпуса. В результате достигается хо-

рошее извлечение поглощаемого компонента даже из «бедных» газов.

Основы расчета адсорберов

Необходимый диаметр адсорбера находят по заданному расходу газо-

вой смеси V

и скорости газа w

D =

гг

wV 785,0/.

В промышленных условиях скорость газа принимают равной 0,1-0,25

м/с. Высота адсорбера зависит от толщины слоя адсорбента

Н и определяется

заданным временем защитного действия слоя τ

ад

, которое обусловлено тех-

нологическими требованиями.

Приближенно продолжительность собственно процесса адсорбции

можно определить исходя из концентраций адсорбированного компонента

соответственно в начальный и конечный моменты процесса адсорбции

. Если масса адсорбента в слое равна М

ад

, то количество поглощаемого

компонента за один цикл составит

М = М

ад

(х

– х

Массу адсорбента легко определить по площади поперечного сечения

F, толщине слоя и насыпной плотности ρ

нас

ад

= FHρ

нас

Исходя из уравнения материального баланса количество поглощенного

компонента равно убыли этого компонента в газовой смеси за время адсорб-

ции τ

ад

М = w

Fρ

– у

)τ

ад

где ρ

– плотность газовой смеси, кг/м

; y

– средняя концентрация погло-

щаемого компонента в газовой смеси при входе в слой, доли ед.; y

– то же,

на выходе из слоя, доли ед.

Приравнивая левые и правые части уравнений для расчета количество

поглощенного компонента, получим

ад

= М

ад

(х

– х

)/ w

Fρ

– у

По тем же уравнениям можно определить необходимую толщину слоя

адсорбента при заданном времени процесса адсорбции.

Контрольные вопросы

1. По каким уравнениям ведут расчет процесса абсорбции?

2. Различные типы абсорбентов и область их применения

3. Основы расчета абсорберов

4. Какие вещества применяют в качестве адсорбентов?

5. Устройство и работа адсорберов различного типа

6. Основы расчета адсорберов с неподвижным слоем поглотителя

2. ОЧИСТКА ГАЗОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

2.1. Очистка газов в производстве черных и цветных металлов

Лекция 13

План лекции

1. Очистка газов при производстве агломерата и окатышей

2. Ограничение выбросов коксохимического производства

3. Очистка газов в мартеновском и электродуговом производстве

стали

Работа основных и вспомогательных цехов заводов черной металлур-

гии сопровождается выбросами в атмосферу большого количества пыли и

газов, содержащих сернистый ангидрид, окись углерода, сероводород и дру-

гие вредные соединения. Количество вредных выделений зависит от перера-

батываемого сырья и принятого технологического процесса. Основным

сырьем при производстве металлов являются железная руда, коксующийся

уголь, флюсы. Валовое выделение пыли и газов на 1 млн. т годовой произво-

дительности заводов черной металлургии составляет в среднем в сутки 350 т

пыли, 200 т сернистого ангидрида и 400 т окиси углерода. Кроме того, ос-

новные цехи завода черной металлургии ежесуточно выбрасывают в атмо-

сферу до 42 т окислов азота. Средствами очистки газа улавливается

лишь

часть загрязняющих веществ, которые содержатся в газах, отводимых от тех-

нологических агрегатов в системы газоочистки. Большое количество пыли и

окиси углерода выбрасывается в атмосферу неорганизованно, минуя системы

газоочистки. Источниками этих неорганизованных выбросов являются места

измельчения, сортировки, транспортировки и складирования пылящих мате-

риалов, а также неплотности конструкций, рабочие проемы технологических

агрегатов и др.

2.1.1. Пылеулавливание при производстве агломерата и окатышей

Агломерационные фабрики загрязняют атмосферу главным образом

пылью и оксидом углерода, а при агломерации сернистых руд – сернистым

ангидридом.

Источником пылегазовых выделений является следующее технологи-

ческое оборудование: агломерационные машины, охладители агломерата и

возврата, обжиговые печи, а также многочисленные аспирационные системы

от дробилок измельчения, грохотов, транспортеров, бункеров и т.п. Кроме

того, пылегазовыделения

поступают в окружающую среду из внешних ис-

точников, к которым относятся погрузочно-разгрузочные устройства исход-

ных материалов.

Характеристика выбросов агломерационных машин

Удельный выброс газов от агломерационных машин зависит от газо-

проницаемости шихты, содержания в ней топлива, величины подсосов воз-

духа и может составлять 2500-4800 м

на 1 т агломерата, или 3000-4000 м

/ч

на 1 м

активной площади аглоленты.

Средняя температура агломерационных газов в коллекторе зон спека-

ния 150

С, в коллекторе зон охлаждения 250-300

С.

Выбросы пыли с агломерационными газами зависят от количества мел-

ких фракций в шихте, ее влажности и степени подготовки и могут колебаться

в пределах 5-20 кг/т агломерата. Запыленность газов обычно составляет 2-6

г/м

. Содержание газообразных компонентов зависит от состава руды и мо-

жет колебаться в широких пределах: 4-10 % СО

; 12-17 % О

; 0,3-3 % СО;

0,01-0,09 % (SO

+SO

) при малосернистых рудах; 0,1-0,6 % (SO

+SO

) при

сернистых рудах; 0,1-0,2 % N

oх

; остальное N

и инертные газы. Распределе-

ние газа и пыли по различным вакуум-камерам агломерационных машин не-

одинаково. Наибольшее количество газа и пыли выходит из первых и по-

следних вакуум-камер, о чем свидетельствуют приведенные ниже данные:

Вакуум-

камеры

1-я 2-я 4-я 6-20-я 28-я 30-я 32-я

Расход га-

за, тыс.

/ч

28,5

18,6

11,0

10-24

17,0

23,0

Концент-

рация пы-

ли в газе,

г/м

10,0

3,5

0,3

0,2-0,6

4,0

8,1

18,2

Это объясняется тем, что в первых камерах еще не спекшиеся частицы

пыли легко выносятся просасываемым воздухом, а в последних слой агломе-

рата растрескивается при подходе ленты к повороту в конце агломашины.

Химический состав агломерационной пыли зависит от состава руды и

обычно составляет: 40-50 % железа и его оксидов, 9-15 % оксида кремния, 7-

12 % оксида кальция, 5-6 %

углерода, 2-8 % глинозема, 0,5-1,5 % оксида маг-

ния, а также некоторые другие компоненты. Плотность пыли составляет 3,8-

4,0 г/см

Дисперсный состав агломерационной пыли представлен ниже.

Размер

частиц,

мкм

> 40 40-30 30-20 20-10 10-5 5-0

Содер-

жание в

газе, %

(по мас-

се)

- отводи-

мом от

зон спе-

кания

шихты

45,8

18,3

9,3

8,4

7,3

10,9

- отводи-

мом от

зон ох-

лаждения

агломе-

рата

5,0

5,5

7,5

8,0

3,0

Для обжига известняка на

агломерационных фабриках устанавливают

обжиговые машины, выброс газов от каждой из них составляет 30-35 тыс.

/ч при запыленности 2,7-5,0 г/м

Отсасываемые от охладителей агломерата и обжиговых машин газы в

большинстве случаев обеспыливаются в батарейных циклонах или пылеуло-

вителях мокрого типа.

Обеспыливание газов агломерационных машин

Процесс спекания агломерата на ленте агломерационной машины со-

провождается значительным выделением газа, обеспыливание которого осу-

ществляют в батарейных и одиночных циклонах, мокрых пылеуловителях и

электрофильтрах (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схемы очистки отходящих газов агломерационных машин: 1 –

агломашина; 2 – коллектор; 3 – батарейный циклон; 4 – дымосос; 5 – дымо-

вая труба; 6 – центробежный скруббер; 7 – циклон; 8 – электрофильтр

Ранее схема очистки агломерационных газов включала в себя установ-

ку батарейных циклонов (рис. 2.1,

а), количество элементов в которых дости-

гало на крупных машинах 1000-2000 шт. Однако эта схема обладала крупны-

ми недостатками, основными из которых являются: неравномерное распре-

деление газа при большом количестве циклонных элементов, приводящее к

перераспределению потоков газа между элементами; интенсивный и нерав-

номерный износ и забивание пылевыпускных отверстий циклонных элемен-

тов; забивание

пылью направляющих аппаратов циклонных элементов; раз-

рушение агломерационной пыли, представляющей собой агрегаты из разно-

родных частиц, в центробежном поле циклона, что существенно снижает

степень очистки газа.

На некоторых металлургических заводах действует схема очистки за

агломашинами после коллектора установлены мокрые прутковые центро-

бежные скрубберы типа МП-ВТИ (рис. 2.1,

б). Однако в процессе работы

прутковые решетки скрубберов быстро зарастают отложениями пыли, что

приводит к повышению сопротивления газового тракта и ухудшению спека-

ния агломерата. Кроме того, в этом случае необходимо учитывать и недос-

татки мокрых способов очистки (наличие шламового хозяйства, обезвожива-

ние уловленной пыли и т.п.), что не позволяет рекомендовать

такие схемы в

качестве типовых.

Очистка по приведенным двум схемам низка и не превышает 70-85 %;

запыленность очищенного газа 0,4-0,5 г/м

, что недопустимо по санитарным

соображениям.

На ряде аглофабрик за батарейными циклонами установили центро-

бежные скрубберы (рис. 2.1,

в), что позволило снизить запыленность очи-

щенного газа до 120-200 мг/ м

В последнее время на зарубежных и отечественных аглофабриках при-

меняют сухие пластинчатые электрофильтры (рис. 2.1,

г,д,е), которые лише-

ны недостатков, свойственных батарейным циклонам и мокрым пылеулови-

телям, и имеют высокую эффективность. В электрофильтрах возможна очи-

стка газов до содержания пыли 100-120 мг/м

и даже менее. В случае высо-

кой начальной запыленности газа перед электрофильтрами устанавливают

группу циклонов. К недостаткам данных схем относятся большие габариты

электрофильтров и высокая их стоимость. Кроме того, эффективность элек-

трофильтров снижается при спекании агломерата высокой основности (3-3,5)

и наличии в шихте окислов свинца или цинка или использовании замаслен-

ной

окалины.

Очистка газов при производстве окатышей

Основным источником технологической пыли при производстве ока-

тышей являются отходящие газы обжиговых машин. Из-за неплотностей га-

зового тракта выход газообразных продуктов обжига велик и составляет

2500-6000 м

/т окатышей, или 63-97 м

/мин с 1 м

полезной площади обжиго-

вой машины. В целях сокращения расхода тепла в обжиговых машинах ши-

роко применяют рециркуляцию газов (рис. 2.2). Из зон охлаждения газы,

близкие по составу к атмосферному воздуху и имеющие температуру около

350

С, подаются в зоны рекуперации, обжига, подогрева и II зону сушки. Из

зон рекуперации и обжига предварительно очищенные газы с температурой

около 300

С направляются в I зону сушки. В атмосферу отработавшие газы

направляются из коллектора II зоны сушки, а также зон подогрева и началь-

ной стадии обжига. Предусмотрен также сброс в атмосферу избыточных га-

зов. Газы, направляемые в атмосферу, имеют следующий средний состав (%):

2-4 СО

; 75-80 N

; 15-20 О

; 1,5-6 Н

; 0,1 СО. При серосодержащих рудах в

газах может находиться до 0,2 % SО

Рис. 2.2. Схема газового тракта обжиговой машины: 1 – обжиговая ма-

шина; 2, 4, 11 – циклоны; 3, 5, 10, 12 – дымососы; 6, 8 – трубы Вентури; 7, 9 -

каплеуловители

Запыленность газов после коллектора составляет 2-4 г/м

, или до 12

кг/т окатышей. Пыль содержит 61-65 % Fe

общ

, 10-11 % FеО, а также оксиды

кремния, алюминия, кальция и магния. Плотность пыли 3,5-5 г/см

, ее дис-

персный состав представлен ниже.

Размер частиц,

мкм

<5 5-10 10-20 20-30 >30

Содержание, %

(по массе)

2 11 16 20 51

Пыль, содержащаяся в трактах рециркуляции, более крупная. Кроме

пыли, в атмосферу выбрасываются в небольших количествах и вредные газо-

образные компоненты, главным образом СО и SO

На трактах рециркуляции применяют, как правило, циклоны и батарей-

ные циклоны. На тракте выброса в атмосферу используют батарейные ци-

клоны, скрубберы Вентури и электрофильтры. Однако батарейные циклоны

не обеспечивают необходимой очистки газов, а скрубберы Вентури требуют

организации водного хозяйства и имеют высокие энергозатраты, поэтому в

последнее время для очистки газов

обжиговых машин устанавливают пре-

имущественно сухие пластинчатые электрофильтры.

2.1.2. Очистка газов при производстве кокса

В коксохимическом производстве большое внимание уделяется очист-

ке коксового газа, выделяющегося в процессе получения кокса и широко ис-

пользуемого в качестве топлива.

Коксовый газ образуется в процессе коксования угля в результате тер-

мического разложения последнего при повышении температуры до 1350-

1370

С.

Прямой коксовый газ проходит обязательную обработку, в процессе

которой конденсируются пары смол и воды, а также улавливаются аммиак и

бензольные углеводороды. Прошедший такую обработку газ называется об-

ратным и используется в основном в качестве топлива как самостоятельно,

так и в смеси с доменным газом.

Схема очистки коксового газа, широко применяемая

в металлургиче-

ских процессах, представлена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Принципиальная схема

очистки коксового газа: 1 – коксовая ба-

тарея; 2 – подача шихты; 3 – выдача

кокса; 4 – газосборники; 5 – сепаратор-

осветлитель; 6 – первичные холодиль-

ники; 7 – эксгаустеры; 8 – электро-

фильтры; 9 – паровые подогреватели; 10

– аммиачные скрубберы; 11 – кислот-

ные ловушки; 12 – уловитель цианисто-

го водорода; 13 – сероочистка; 14 – вто-

ричный холодильник; 15 – бензольные

скрубберы; 16 – газодувки; 17 – атмо-

сферный клапан; 18 – газ к потребите-

лю; 19 – байпас

Из стояков

коксовых печей газ отсасывается в коллекторы-

газосборники, расположенные вдоль коксовой батареи, где при транспорти-

ровке орошается впрыскиваемой в газосборники надсмольной аммиачной

водой с помощью форсунок, расположенных по всей длине газосборников.

При этом происходит охлаждение газа с 700-800 до 90-95

С, выпадение 60-

65 % имеющихся в нем смол и насыщение его водяными парами. Смесь газа,

воды и смолы из газосборника направляется в сепараторы для отделения газа

от жидкости и в осветлители для разделения смолы и воды. Отделенная от

смолы вода поступает на градирни для охлаждения, а затем снова использу-

ется для орошения.

Из сепаратора газ направляют в первичные холодильники, где проис-

ходит его дальнейшее охлаждение до 25-49

С для более полного выделения

из него смол. Содержание их в газе после первичных холодильников не пре-

вышает 3-6 г/м

После первичных холодильников коксовый газ поступает в эксгаусте-

ры, где за счет центробежных сил происходит дальнейшее отделение смол,

содержание которых в газе на выходе не превышает 0,5 г/м

Для полного освобождения газа от капель воды, смол и других компо-

нентов на современных предприятиях после эксгаустеров устанавливают

электрофильтры.

Полностью освобожденный от капель воды и смол газ поступает в фор-

суночные скрубберы-абсорберы сульфатного отделения, где при помощи

промывки скруббера серной кислотой из газа улавливается аммиак, погло-

щение которого идет

по реакциям:

+ H

= NH

HSO

;

HSO

+ NH

= (NH

)

Получаемый сульфат аммония используется в качестве удобрения.

В целях улучшения улавливания аммиака перед скрубберами газ по-

догревают до 70

С с помощью паровых подогревателей. После скрубберов

устанавливают кислотные ловушки для улавливания капель серной кислоты,

унесенных потоком газа из скрубберов.

Далее коксовый газ проходит конечные газовые холодильники, в кото-

рых его температура вновь снижается до 25-30

С, что необходимо для по-

следующего улавливания бензолов. Конечные холодильники – это скруббе-

ры, в которых газ охлаждается промывкой его диспергированной водой. На-

ряду с охлаждением газа вода поглощает и оставшийся в нем нафталин, со-

держание которого перед промывкой составляет 2 г/см

, а после нее менее

0,8 г/м

Охлажденный и очищенный от смолы, аммиака и нафталина газ по-

ступает в бензольное отделение, где проходит через три последовательно со-

единенных бензольных насадочных скруббера, орошаемых соляровым или

каменноугольным маслом, абсорбирующим бензолы и остатки нафталина.

Отработанное масло регенерируется и используется повторно.

2.1.3. Очистка мартеновских газов

Передельный чугун в жидком виде перевозится в чугуновозных ковшах

в миксерное отделение и сливается в миксер, где он хранится в расплавлен-

ном состоянии и по мере надобности в ковшах подается к сталеплавильным

агрегатам. В процессе скачивания шлака, слива чугуна в миксер и из миксера

в ковш выделяется газ, содержащий пыль.