§ 10. Экология, очистка конвертерных газов

В конвертерном цехе основными источниками загрязнения окружающей природной среды являются пылегазовыделения в атмосферу. Эти высокотемпературные выделения подразделяют на организованные, к которым относят улавливаемые при выходе из горловины конвертера отходящие газы, и неорганизованные, которые обычно не улавливаются и поступают в атмосферу цеха. Неорганизованные выделения происходят периодически – при заливке чугуна, загрузке лома, сливе

329

металла и шлака, повалках конвертера, при выбивании газов через зазор между горловиной и входом в газоотводящий тракт; эти выделения содержат пыль, тепло и ряд вредных газов (в различных случаях это СО, оксиды азота и серы, фториды).

В последние годы разрабатывают и начинают применять два способа улавливания неорганизованных пылегазовыделе-ний. Один из них предусматривает устройство стационарных или выдвижных зонтов над местами заливки чугуна и слива металла и шлака. Второй, более эффективный способ предусматривает сооружение вокруг конвертера и мест слива металла и шлака герметичной улавливающей камеры (укрытия). Газы из этой камеры должны направляться в устройства для очистки от пыли.

Еще большее загрязнение окружающей среды могут вызывать отходящие из конвертера газы из-за большого их количества и высокого содержания в них пыли. Эти газы представляют собой продукты окисления углерода и при верхней продувке содержат 83-89% СО, 9-11% СО₂, <5%N₂, <3% О₂; их температура по ходу продувки возрастает с 1350 до 1700 °С. Газы содержат мелкодисперсную пыль – в основном это оксиды железа, появляющиеся в результате испарения железа в высокотемпературной подфурменной зоне и последующего окисления паров; количество пыли составляет 80-250 г/м³ газа.

В соответствии же с санитарными нормами допускается выброс в атмосферу газов, содержащих не более 0,1 г/м³ пыли. В связи с этим все кислородные конвертеры оборудуют системой отвода и очистки отходящих газов, что существенно усложняет и удорожает (на 10–20 %) строительство конвертерного цеха.

Сложность и высокая стоимость очистки связана с высокой температурой, большим и изменяющимся по ходу продувки количеством отходящих газов. Примерное количество отходящих газов можно определить с учетом того, что они состоят главным образом из СО и при окислении углерода до СО на одну молекулу кислорода образуются две молекулы СО. Поэтому максимальное количество отходящих газов будет примерно равно удвоенному расходу кислорода. Ранее указывалось, что интенсивность подачи кислорода равна 2,5 – 5 м³/(т • мин), следовательно, интенсивность выхода кон-

330

вертерных газов составит в середине продувки 5 – 10м³/(т • мин). В начале и конце продувки, когда углерода окисляется меньше, чем в ее середине, количество отходящих газов уменьшается.

Обычно система отвода и очистки отходящих газов включает ОКГ – охладитель конвертерных газов, т.е. котел-утилизатор и расположенную за ним систему газоочистки. В ОКГ тепло отходящих газов расходуется на нагрев и испарение воды; выработка пара и горячей воды, используемых на заводе, улучшает технико-экономические показатели процесса. Кроме того, охлаждение облегчает последующую очистку газа от пыли. В качестве газоочистных аппаратов наиболее часто применяют трубы Вентури (мокрая газоочистка), реже электрофильтры и тканевые фильтры (сухая газоочистка). На разных заводах применяют различные схемы газоочистки, обычно они включают два или несколько последовательно установленных газоочистных аппарата и должны обеспечить в очищенном газе содержание пыли менее 0,1 г/м³.

Находят применение две принципиально различные схемы отвода и очистки газов – с дожиганием и без дожигания окиси углерода в ОКГ. В первой схеме через зазор между горловиной конвертера и ОКГ подсасывается воздух, за счет кислорода которого происходит дожигание СО до СО₂.

В этом случае количество подлежащих очистке газов существенно увеличивается.

При применении другой схемы дымовые газы отводят в ОКГ без доступа воздуха, герметизируя зазор между горловиной конвертера и ОКГ. Объем очищаемых газов в этом случае сокращается в 3–4 раза, что позволяет существенно упростить и удешевить ОКГ и газоочистку. Очищенный газ, в основном СО, собирают в газгольдеры (для использования в качестве топлива или сырья химической промышленности) или же выбрасывают в атмосферу через дожигающее устройство. При работе по этой схеме возникает дополнительная трудность, связанная с тем, что смесь СО и воздуха является взрывоопасной в интервале концентраций СО 12,5–74,5 %.

В последние годы применяют схемы отвода газов без дожигания, поскольку это снижает затраты на строительство цеха. На рис. 99 показана схема системы отвода и очистки газов без дожигания, примененная на ряде 150–300-т отечественных конвертеров.

331

Рис. 99. Схема газоот-водящего тракта кислородного конвертера: 1 – конвертер; 2 – подвижная "юбка"; 3 – подвижная часть ОКГ; 4 – стационарная часть ОКГ;

5. – орошаемый газоход;

6. – трубы Вентури; 7 – каплеуловитель; 8 – на гнетатель; 9 – свеча; 10 – дожигающее устрой ство

Оборотная вода

Над горловиной конвертера расположена подвижная "юбка". В опущенном положении юбка обеспечивает герметичность соединения горловины с ОКГ; при необходимости поворота конвертера юбку поднимают. Через юбку отходящие газы поступают в ОКГ, состоящий из стационарного газохода и подвижного кессона 3, который вместе с юбкой откатывают в случае необходимости обеспечить доступ в конвертер сверху. В ОКГ газы охлаждаются до 900–1000 °С и затем поступают в орошаемый газоход, где их температуру понижают до 300 °С водой, подаваемой через форсунки. Затем газы попадают в первую ступень газоочистки, выполненную в виде двух параллельно расположенных труб Вентури с прямоугольным регулируемым сечением горловины, и далее во вторую ступень, состоящую из одной трубы Вентури с прямоугольным регулируемым сечением. В трубах Вентури частицы пыли сливаются с каплями подаваемой в трубы воды. Затем поток газов поступает в каплеуловитель, где капли, содержащие частицы пыли, отделяются от газа. Далее очищенные газы выбрасываются дымососом в атмосферу через свечу с дожигающим устройством, обеспечивающим дожигание СО до СО₂. Это необходимо, чтобы в атмосферу не попадал ядовитый газ СО; вместе с тем при сжигании СО образуется некоторое количество вредных оксидов азота, попадание которых в атмосферу также считается недопустимым.

332

Отделяемая от газов смоченная водой пыль в виде шлама – взвеси частиц в воде – удаляется из нижней части каплеуловителя и из бункеров под трубами Вентури. Далее шлам обезвоживают, после чего воду вновь направляют в систему газоочистки, а сухой шлам используют, добавляя в шихту агломерации.