6. Отвод и очистка конвертерных газов

6.1. Конвертерные газы

Отходящие из горловины конвертера газы при верхней продувке состоят преимущественно из СО (продукта окисления углерода); их температура возрастает от 1300—1400 °С в начале продувки до 1600—1700 °С в конце. Состав газа на выходе из горловины обычно изменяется в следующих пределах: 83—89%СО; 9—11% СО₂; 0,5—5,0% N₂; до 3% O.₂. Наибольшее количество газов выделяется из конвертера в период максимальной скорости обезуглероживания (середина продувки); в начале и в конце продувки это количество снижается. Максимальное количество отходящих газов V_mах при использовании в качестве охладителя стального лома принимают примерно равным удвоенному расходу кислорода на продувку (м³/мин) или подсчитывают по формуле:

, м³/мин,

где - скорость обезуглероживания, % С/мин; - масса чугуна в конвертере, т; 1,866 — количество СО, образующегося при окислении 1 кг углерода.

В отходящих конвертерных газах содержится 80—250 г/м³ пыли. Выносимая пыль включает следующие составляющие: 1) мелкодисперсные частицы железа и его оксидов (преимущественно FеО) размером <1 мкм, образующиеся в высокотемпературной подфурменной зоне, очевидно, в результате испарения; доля этих частиц составляет 70—90% всей пыли, а в период между присадками сыпучих материалов 83—90 %; 2) пластинки шлака — обломки пузырей шлаковой пены, капли шлака и металла; 3) частицы сыпучих материалов угловатой формы; размер частиц второй и третьей групп 5—200 мкм.

На выходе из горловины конвертера пыль имеет черный цвет, склонна к самовозгоранию и при контакте с воздухом частицы пыли мгновенно окисляются до Fе₂О₃, приобретая бурую окраску (образуется бурый дым). При отводе газов с дожиганием дисперсная составляющая пыли после ОКГ (перед газоочисткой) содержит в основном Fе₂О₃, при отводе без дожигания — FеО. При отводе без дожигания проcходит укрупнение пыли и размер частиц перед газоочисткой больше, чем при отводе с дожиганием.

При донной продувке в отходящих газах содержится до 20—30% водорода, снижается содержание СO₂ (<5%), уменьшается размер частиц пыли.

6.2. Общая характеристика газоотводящих трактов

Отходящие конвертерные газы содержат до 250 г/м³ пыли. По санитарным нормам допускается выброс в атмосферу газов, содержащих <0,1 г/м³ пыли, поэтому все кислородные конвертеры оборудуют системами отвода и очистки отходящих газов. Эта система (газоотводящий тракт) обычно включает: ОКГ (Охладитель конвертерных газов) с располагаемым перед ним при необходимости устройством для уплотнения зазора между горловиной конвертера; газоочистные устройства; дымосос (эксгаустер); трубу для выброса очищенного газа в атмосферу с устройством для дожигания СО или газгольдер для сбора СО. Находят применение следующие системы отвода и очистки отходящих газов: 1) с полным дожиганием СО в ОКГ (коэффициент избытка воздуха а>1,0); 2) с частичным сжиганием (а = 0,2 + 0,75); 3) без дожигания СО (а<0,11).

При отводе по первому способу в зазор между горловиной конвертера и ОКГ подсасывается воздух в количестве, обеспечивающем полное сжигание СО в ОКГ. Выделяющееся при сжигании тепло утилизируется в ОКГ, однако объем газов, подлежащих очистке в результате подсоса воздуха, возрастает в 3,5—4,0 раза по сравнению с количеством газа, выделяющимся из конвертера.

При отводе с частичным сжиганием зазор между горловиной конвертера и ОКГ не герметизируют. Производительность дымососа поддерживают постоянной, а расход кислорода на продувку таким, чтобы при максимальном выделении конвертерных газов в ОКГ мог подсасываться воздух, обеспечивающий дожигание части СО при а<0,75. При этом в начале и конце продувки, когда выход конвертерных газов меньше, чем в середине продувки, количество подсасываемого воздуха возрастает, т. е. а самопроизвольно изменяется по ходу продувки (от 0,20 до 0,75).

При отводе газов без дожигания зазор между горловиной конвертера и ОКГ герметизируют, исключая подсос воздуха. Объем очищаемых газов при этом в три-четыре раза меньше, чем в случае с дожиганием, что позволяет значительно упростить и удешевить ОКГ и газоочистку. Наибольшее распространение получили две системы герметизации входа в газоотводящий тракт: система ИРСИД— КАФЛ, разработанная во Франции„ и система ОГ, разработанная в Японии. В системе ОГ герметизация зазора между конвертером и ОКГ обеспечивается подвижной, муфтой и подачей в зазор азота. Система ИРСИД— КАФЛ предусматривает установку над горловиной конвертера перемещающейся в вертикальном направлении и герметично соединенной с ОКГ «юбки» (колокола) (рис. 27). Диаметр юбки в 1,5—2,5 раза больше горловины и в нижнем положении она должна перекрывать горловину по высоте примерно на 1 м. Под юбкой автоматически поддерживается небольшое избыточное давление, предотвращающее подсос воздуха в зазор между юбкой и конвертером. На основании показаний расположенного под юбкой датчика давления АСУ регулирует сечение газоотводящего тракта, обеспечивая необходимое избыточное давление. Усовершенствованную систему ИРСИД—КАФЛ применяют на отечественных заводах. Первые отечественные кислородные конвертеры оборудовали газоотводящими трактами с полным дожиганием конвертерных газов. Однако много лет назад с целью экономии капитальных затрат и эксплуатационных расходов новые конвертеры начали сооружать с газоотводящими трактами, работающими без дожигания. Подобный тракт, рассчитанный на пропуск максимально возможного количества выходящих из конвертера газов, позволяет работать также с полным и частичным дожиганием. Однако при этом для обеспечения возможности пропуска по тракту подсасываемого воздуха, необходимо уменьшить количество выходящих из конвертера газов, т. е. уменьшить расход кислорода на продувку. Так, газоотводящий тракт, рассчитанный на работу без дожигания при расходе кислорода на продувку 1500— 1600 м³/мин надежно работает с частичным дожиганием при расходе кислорода 1200— 1400 м³/ мин и с полным дожиганием при расходе кислорода 600—800 м³/ мин. Независимо от применяемого способа отвода газов

газоотводящие тракты всех отечественных и зарубежных заводов имеют несколько последовательно расположенных газоочистных устройств (несколько ступеней газоочистки).

Рис. 27. Схема уплотнения зазора между ОКГ и горловиной конвертера:

1 - конвертер; 2 - юбка; 3 - датчик давления; 4 — ОКГ

6.3. Охладители конвертерных газов

Показатели

ОКГ-100-2

ОКГ-100-3

ОКГ-130

ОКГбд-250

ОКГ-250-2

ОКГ-400

ОКГ-180

ОКГ-400-2

Применяемые на отечественных заводах охладители конвертерных газов ОКГ — это паровые котлы-утилизаторы, их характеристика приведена в табл. 10.

Радиоционно -конвективные Радиоционные Радиоционно -конвек- котлы котлы тивные котлы

Год разработки 1961-1963 1964-1967 1979 1968 1972 1977 1981 1986

Коэффициент из-

бытка воздуха

на выходе из котла 1,2 1,3 1,2-0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11

200^*1

Расчетное коли-

чество конвертерных

газов, тыс. м³/ч 30 40 80 168 168 330 110 300

Max паропроиз-

водительность, т/ч 160 210 345 160 320 370 190 270

t-ра газов после

котла, ^оС 300 300 700 1000 750 800 420 700-750

Сопротивление

котла, ПА 3000 2000 400 300 200 200 400 500

Поверхность

нагрева ^*2, м² 1765 2800 1770 400 825 1240 2120 1997

312 470 565 400 825 1240 464 674

,,,,,,,,,,,,,,,,

*¹ Числитель – при полном сжигании; знаменатель без дожигания

*² Числитель общая, знаменатель в том числе радиционная .

ОКГ включает барабан, где собирают вырабатываемый пар, циркуляционные насосы, систему водо- и пароподводящих труб и расположенный над конвертером газоход (рис. 28), стенки которого изнутри покрыты испарительными и реже экономайзерными поверхностями нагрева; иногда поверхности нагрева (панели, шторы) дополнительно размещают внутри газохода вдоль направления движения газов. Поверхности нагрева чаще всего образованы из труб и трубчатых панелей, по которым циркулирует вода. Под действием тепла отводимых конвертерных газов в испарительных элементах образуется пар, а в экономайзерных происходит нагрев воды. От испарительных элементов пароводяная смесь отводится в барабан, из которого пар направляется к потребителям, а вода вновь в испарительные элементы.

Котлы (газоходы) делают в поперечном сечении прямоугольными и реже круглыми и существенно различающимися по направлению расположения газохода (см. рис. 28)

Рис. 28. Схема устройства котлов-охладителей:

а — котел ОКГбд-250; б — котел ОКГ-250; в — котел ОКГ-400;

1 — кессон; 2 — юбка; 3 — стационарная часть котла; 4 — окно для пропуска кислородной фурмы; 5 — барабан; 6 — варианты устройства поверхностей нагрева котла.

Котлы могут иметь П- и Л-образную форму (т. е. включать подъемный и опускной газоходы); Г-образную форму, а также располагаться только в одном направлении (т. е. иметь лишь восходящий газоход, вертикальный или наклонный). Наличие горизонтальных участков в котлах не рекомендуется, так на горизонтальных поверхностях оседает пыль. Нижнюю часть котла (кессон) для облегчения доступа в конвертер во время ремонтов делают обычно откатной и располагают (см. рис. 28) наклонно, что обеспечивает возможность ввода в конвертер вертикально перемещаемой кислородной фурмы.

Первые ОКГ выполняли с принудительной циркуляцией воды, в настоящее время выпускают более совершенные с комбинированной циркуляцией, у которых часть панелей работает на естественной циркуляции. Выпускаемые ОКГ могут быть радиационного и радиационно-конвективного типа (см. табл. 10). Первые имеют заметно меньшую по сравнению со вторыми поверхность нагрева и температура газов на выходе из них заметно выше (900—1000 °С), чем на выходе из радиационно-конвективных (300—700 °С). Первые отечественные ОКГ выпускали радиационно-конвективными. Их недостатком считают то, что в междпродувочные периоды конвективные поверхности отдают, а не получают тепло; в связи с этим не-обходимо сжигание дополнительного топлива (подтопка в междупродувочные периоды. Позднее начали выпускать (см. табл. 10) радиационные котлы с дополнительным охлаждением газа после них при помощи вспрыскивания воды в газоход, недостатком которых являлось увеличение расхода воды. Выявлено, что для требуемого охлаждения газов (60—65 °С перед нагнетателем) удельный расход воды при температуре газов 500—600°С (после радиационно-конвективного ОКГ) составляет 2,5— 3,0 л/м³, а при 1000 °С (после радиационного ОКГ) возрастает до 5—8 л/м³, в результате чего более чем вдвое возрастают затраты на оборотный цикл водоснабжения. С учетом этого в последние годы сооружают радиационно-конвективные ОКГ.

Для новых большегрузных (300—400 т) конвертеров рекомендуется наиболее совершенный котел ОКГ-400-2, при реконструкции цехов со 130—160-т конвертерами в них вместо устаревших ОКГ-100 устанавливают ОКГ-130 и для этой же цели разработан котел ОКГ-180.