Целью дипломного проекта является изучение экологической безопасности, конструкций агрегатов и технологических процессов предприятий черной металлургии, их взаимосвязи в условия законченного металлургического цикла, устройства и эксплуатации оборудования мартеновского цеха; приобретение навыков по ведению технологических процессов.

В данном проекте будет изучена структура и организация предприятия черной металлургии; вопросы технологических процессов производства; приобрести навыки выбора оптимального варианта получения металлургической продукции; изучить устройства и уровни технической эксплуатации аппаратуры автоматизации металлургических процессов; изучить свойства и область применения материалов, используемых при производстве черных металлов и металлопродукции; вопросы экологической безопасности.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже почти половину его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо - и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере. Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники). Однако главную роль в обеспечении энергией всех отраслей экономики сегодня играют топливные ресурсы.

1. Общая часть

1.1 Состояние экологической безопасности мартеновского производства

XXI век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.

Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения) превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

На Макеевском металлургическом заводе на базе существовавшей сантехнической лаборатории была создана лаборатория по охране окружающей среды. На данный момент на заводе существует отдел охраны окружающей среды. Этот отдел подчиняется непосредственно техническому директору завода.

В составе отдела 4 бюро:

Бюро охраны атмосферного воздуха и водоемов - производит замеры эффективности работы пылегазовых сооружений, контролирует работу самих источников загрязнения (доменные, мартеновские печи), проводит инспекторский надзор (проверка работы оборудования в цехах), осуществляет проверку систем оборотного цикла водоснабжения.

Бюро промышленной вентиляции - осуществляет контроль за всеми системами вентиляции в цехах и производственных помещениях.

Бюро учета отходов производства - занимается отходами производства всех цехов, разрабатывает проекты их утилизации, а также проводит наблюдение за территорией цехов, складами сырья, готовой продукции и отходов.

Бюро промышленной санитарии - контролирует состояние рабочих мест, т.е. контроль запыленности, температуры, уровня шума, вибрации, ПДК вредных веществ на рабочих местах.

В отделе охраны окружающей среды прорабатываются несколько направлений охрана окружающей среды:

Охрана атмосферного воздуха. Основные выбросы которые производит завод это: сероводород (Н2S), пыль, окись углерода (СО), сернистый газ (SО2), окислы азота (МО2). Всего выбросов - 6000 тонн в год (на других заводах Украины это цифра достигает 100000 тонн в год).

Разложение окислов азота затруднительно, т.к. для прохождения реакции разложения требуются дорогие катализаторы (N1). Сейчас осваивается новая технология, использующая впрыск карбамида.

Окись углерода в специальных камерах дожигается до СО2, используя кислород воздуха.

Сероводород (Н2S) образуется на участке грануляции шлака. Для его связывания в воду для грануляции добавляют известковое молоко.

Сейчас основная проблема на Макеевском металлургическом заводе - отсутствие очистных сооружений на мартеновских печах. 47% вредных выбросов приходится именно на мартеновские печи. Кроме того, сильным источником пылевыделения является рудный двор, подбункерные помещения доменной печи, т.к. во время разгрузки - погрузки материалов выделяется большое количество пыли. В проекте - построение центральной пылеулавливающей станции.

Охрана водного бассейна. Так как в Донбассе нет крупных водных источников, то на заводе применяется система оборотного водоснабжения. Т.е. использованная вода проходит очистку и используется повторно. По ходу очистки и охлаждения воды возникают ее потери, и для возобновления осуществляется подпитка свежей технической водой. В оборотном цикле находится 96 % воды и лишь 4% подпитка.

Кроме того, на заводе существует 3 сброса вод:

- сброс ливневых водоочисток;

- сброс от химической водоочистки;

- переливы прокатных цехов.

1.2 Источники образования, выход и металлургическая ценность отходов мартеновского производства

Классификация отходов производства возможна по различным признакам, среди которых, основными можно считать следующие:

а) по отраслям промышленности - черная и цветная металлургия, рудо- и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т.д.;

б) по фазовому составу - твердые (пыли, шламы, шлаки), жидкие (растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединение серы и др.);

в) по производственным циклам - при добыче сырья (вскрышные и овальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы).

На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун-сталь-прокат) твердые отходы могут быть двух видов - пыли и шлаки.

Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности. При работе основных металлургических агрегатов образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в основном как компонент аглошихты).

Шламы можно разделить на:

1) шламы агломерационных фабрик;

2) шламы доменного производства:

а) газоочисток доменных печей;

б) подбункерных помещений доменных печей;

3) шламы газоочисток мартеновских печей;

4) шламы газоочисток конвертеров;

5) шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

По содержанию железа их подразделяют следующим образом:

а) богатые (55-67%) - пыль и шлам газоочисток мартеновских печей и конвертеров;

б) относительно богатые (40-55%) - шламы и пыли аглодоменного производства;

в) бедные (30-40%) - шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства.

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако, при подготовке шламов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому) составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее в усредненном виде.

Шламы пылеулавливающих устройств мартеновской печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Химический состав шламов по основным компонентам, %:

Feобщ 30-50; CaO 5.0-8.5; SiO2 6.0-12; Al2O3 1.2-3.0; MgO 1.5-2.0;

P 0.015-0.05; Sобщ 0.2-0.9; Cобщ 2.5-30.0; Zn 0.05-5.3.

Плотность их колеблется в пределах 2.7-3.8 г/см, удельный выход в среднем составляет 2.75ё0.84%. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно - от 0.1 до 0.8. Это довольно тонкодисперсный материал: фракции >0.063 мм до 10-13%, 0.016-0.032 мм от 16 до 50% и < 0.008 мм от 10 до 18%.

В настоящее время эти шламы используются как добавка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняется относительно невысокой долей железа в них (Feобщ<50%), а также повышенным содержанием цинка (>1%), что требует предварительного обесцинкования шламов. Шламы подбункерных помещений мартеновских печей образуется при гидравлической уборке просыпи с полов подбункерных помещений, их составной частью является также пыль аспирационных установок этих помещений. По химическому составу эти шламы подобны шламам аглофабрик - в них имеются почти все компоненты аглошихты, %:

Feобщ 33-35; SiO2 7-11; Al2O3 1-3; CaO 8-28; MgO 1-3; MnO 0.1-1.5; P2O5 0.01-0.2; Sобщ 0.15-0.40; Cобщ < 15.0; Zn 0.0-0.02.

Шламы подбункерных помещений по гранулометрическому составу являются материалами средней крупности (частиц размером 0.1-0.063 мм 20-40%). Плотность шламов подбункерных помещений колеблется в пределах 3.5-4.5 г/см. Эти шламы обычно используются как добавка к агломерационной шихте.

Обезвоживание шламов. Пыли металлургического производства, обычно, не требуют какой - либо предварительной подготовки перед утилизацией. Шламы, прежде чем их использовать (например, в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке).

Сгущение - процесс повышения концентрации твердой фазы в сгущаемом продукте (шлам, пульпа), протекающий под действием гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последний в оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом продукте составляет 30-60%, то использовать такой обводненный материал в качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8-10%. При фильтровании шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку (обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают шламы, частицы которых имеют размер<1 мм, так как обезвоживать такие дисперсные системы другими методами нецелесообразно из-за малой скорости удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого осадка. Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из которых следующие: содержание твердого в шламе, крупность твердой фазы, разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и др.

Металлургическая ценность шлака состоит в том, что наличие в печи жидкого текучего шлака необходимо, прежде всего, для выведения из печи составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами. Основу пустой породы большинства руд так же, как и основу золы кокса, составляют SiO2 и А12О3, температура плавления которых (соответственно 1710 и 2050°С) выше температур в доменной печи, в связи, с чем они в печи расплавиться не могут. Поскольку мартеновская печь не приспособлена для удаления твердых продуктов плавки, необходимо перевести оксиды SiO2 и А12О3 в жидкую фазу, что достигается добавкой в шихту агломерации флюса - известняка, вносящего оксид СаО, который, взаимодействуя с SiO2 и А120з, образует легкоплавкие химические соединения. Последние при температурах мартеновского процесса расплавляются, переводя, пустую породу и золу кокса в жидкую фазу - шлак, который периодически выпускают через летки, освобождая печь от непрерывно поступающих сверху невосстанавливаемых оксидов. Другой важной функцией шлака является десульфурация: в шлак из чугуна удаляется сера.

Конечный шлак на 85-95% состоит из SiO2, А12О3 и СаО и содержит, %: 38-42 SiO2, 38-48 СаО, 6-20 А12О3, 2-12 Мg0, 0,2-0,6 FеО, 0,1-2 МnО и 0,6-2,5 серы (в основном в виде Са). Температура шлака несколько выше температуры чугуна и составляет 1400-1560°С.

Количество шлака на 1 т выплавляемого чугуна (выход шлака) колеблется в пределах от 330-400 кг до 600-900 кг. Это количество, как и состав шлака, оказывает большое влияние на ход плавки и конечные показатели процесса. В условиях Макеевского металлургического завода этот показатель равен 468-550 кг шлака на тонну чугуна.

А ценность шламов состоит в том, что шламы, после своего основного назначения еще могут быть утилизированы и принести дополнительную выгоду предприятию. Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л поступают в вакуум-фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны; затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того, увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером <10 мкм), которых в шламах содержится до 30-40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных установок.

Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке предельного чугуна и работе с повышенным давлением в печи пыль содержит, %:

SiO2 - 14.6; MgO - 4.35; Al2O3 - 4.35;

CaO - 11.85; S - 0.74; MnO - 3.75, остальные - оксиды железа.

Дисперсный состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в широких пределах: Размер частицы, мкм 200 200-100 100-60 60-20 20-10 10-1. Массовая доля, %: 34.5 12.3 19.0 25 7.5 1.7

На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO2. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

На сегодняшний день по заводу выделено 52 вида различных отходов. Сейчас проблема утилизации отходов очень актуальна.

В частности, шлак цветного литья отправляется на предприятия цветной металлургии, т.к. в нем содержится большое количество цветных металлов; вся колошниковая пыль направляется на цементные заводы; окалина прокатного производства отправляется на аглофабрики, мартеновский шлак используется при строительстве дорог.

В настоящее время на Макеевском металлургическом заводе приходится около 10% общегородских выбросов в атмосферу. Существуют несколько направлений снижения вредного воздействия предприятия на окружающую среду:

Вывод из эксплуатации действующих технологических агрегатов;

Строительство пылигазоочисных сооружений на эксплуатируемых агрегатах;

Реконструкция агрегатов с внедрением новейших технологий и образования, снижающих выбросы.

Структура выбросов завода показывает, что вредными основными веществами является пыль и оксиды азота. Если рассматривать выбросы по видам производства, то на мартеновское приходится более 40%.

Наиболее приемлемым направлением работы по снижению выбросов является реконструкция агрегатов с внедрением новейших технологий.

Расположение завода в центре густонаселенного города ставит еще одну важную проблему - складирование отходов производства: шлаки, шламы, пылевидные отходы и т.д. Большее внимание уделено утилизации железосодержащих отходов: калашниковая пыль, шламы доменного производства, пыль сухих газоотчисток ЭСПУ, первичная и вторичная окалине цехов.

Переработка отходов производства связана с капитальными вложениями, поэтому инструментом ее управления должны стать не контроль, а наказание, а меры рыночного экономического стимулировано ресурсосберегающих производств и получения экологически чистых продукций.

2. Специальная часть

2.1 Технология улавливания и обеспыливание отходящих мартеновских газов

В мартеновских цехах производится более 50 % всей выпускаемой стали.

Количество, состав и параметры дымовых газов. В мартеновской печи дымовые газы образуются в результате сгорания топлива, нагрева и разложения сыпучих материалов и окисления углерода шихты (углекислый газ и оксид углерода).

Как показывают промышленные исследования, на современных мартеновских печах количество продуктов сгорания перед газоочисткой из-за присосов по газовому тракту оказывается в 1,8--2,0 раза больше количества газов, образующихся в печи. Для печей, работающих с подачей мазута (20--50 % по теплу), количество продуктов сгорания увеличивается на 5%. Вследствие увеличения присосов к концу кампании объем уходящих газов увеличивается на 10--15%.

Температура газов после регенераторов --в среднем 600-- 700 °С, в период заливки чугуна на короткое время она повышается до 700--800 °С.

Средний состав уходящих продуктов сгорания печей, работающих на дутье, обогащенном кислородом, % (объемные):

10,5--15,1 СО2: 16--16,5 Н20; 62,3--66,1 N2; 6,5--7,1 О2; следы S02.

Уходящие газы мартеновских печей содержат большое количество пыли, выделение которой по ходу плавки (рис. 1 а) неравномерно. Максимальное пылевыделение наблюдается в период плавления при продувке ванны кислородом.

В начальный период плавки пыль крупная, она состоит из частиц руды, известняка и некоторых других компонентов. Пылеобразование связано с растрескиванием шихты при нагреве, а также с угаром оплавляемого металла.

Рис. 1 (а, б). Изменение запыленности газов мартеновской печи:

В период плавления при продувке ванны кислородом выделяется большое количество мелкодисперсной пыли (размер частиц <1 мкм). Большинство исследователей считают, что основной причиной образования пыли (бурого дыма) является испарение металла в зонах высокой температуры с последующим окислением и конденсацией в атмосфере печи. С увеличением удельного расхода (интенсивности продувки) кислорода количество выделяющейся пыли резко увеличивается (рис. 1, б).

Интенсивность пылевыделения существенно снижается с рассредоточением подачи кислорода. Оптимальными считают шестисопловые фурмы с наклоном сопел 20--30° по отношению к горизонту.

Для снижения температуры в зоне продувки в струю кислорода иногда добавляют топливо (природный газ или мазут), сыпучие материалы (железорудный концентрат или известь) или просто воду. При этом, выбросы пыли заметно сокращаются (на 20 - 30 %).

Основную часть пыли составляют оксиды железа, количество которых достигает 65--92%. Примерный состав мартеновской пыли перед газоочисткой при работе печи с продувкой кислородом, %:

92,7 Fe2O3; 0,9 А12О3; 1,65 СаО; 0,9 MgO; 1,1 МnО; 0,8 SiO2.

Дисперсный состав пыли во многом зависит от интенсивности продувки ванны и для средних условий может быть выражен следующими цифрами:

Размер частиц, мкм <1 1--5 >5

Содержание, % 60 34 6

Обработка этих данных показывает, что dm = 0,8 мкм; qч = 3,1.

Пыль, уносимая из печи, в значительной степени оседает по газовому тракту: 50--60 % в шлаковике, 15--20 % регенераторах, 10--15 % в котле-утилизаторе. Таким образом, запыленность газа после котла-утилизатора (перед газоочисткой) составляет 10--15% содержания пыли в газах, выходящих из печи.

Удельное электрическое сопротивление пыли составляет 107--1010 Ом*см2. В уходящих газах мартеновских печей, кроме пыли, содержатся вредные газообразные компоненты: 30--50 мг/м3 оксидов серы и 200--400 мг/м3 оксидов азота.

Из отходящих газов мартеновских печей газообразные компоненты в настоящее время не улавливаются.

Практически за всеми крупными мартеновскими печами установлены котлы - утилизаторы, в которых за счет выработки водяного пара температура отходящих газов снижается с 600-- 700 до 220--250 °С. Котлы-утилизаторы мартеновских печей типизированы и изготовляются в серийном порядке котлостроительными заводами.

Для очистки отходящих газов мартеновских печей применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури (рис.2 а, б). Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинакова: и в том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м3, что соответствует санитарным требованиям.

Наиболее подходят для очистки мартеновских газов электрофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газов 1 --

Рис. 2, Применяемые схемы охлаждения и очистки газов мартеновских печей:

а -- мокрая очистка в скрубберах Вентури.; б -- сухая очистка в электрофильтрах.

1 -- мартеновская печь; 2 -- котел-утилизатор; 3 -- трубы Вентури;

4 -- каплеуловитель; 5 - дымосос; 6 -- дымовая труба; 7 -- сухой электрофильтр.

Таким образом, в современных условиях для очистки отходящих газов мартеновских печей следует рекомендовать электрофильтры типа ЭГА. Только в тех случаях, когда электрофильтр из-за отсутствия места установить невозможно, следует применять скрубберы Вентури, из которых наиболее подходящими являются трубы Вентури с регулируемым сечением прямоугольной горловины, снабженные каплеуловителями с завихрителем.

2.2 Аппараты и схемы очистки газов

Очистные сооружения мартеновского цеха.

В цехе установлены мартеновские печи емкостью по 250 и 500 т. с основной футеровкой. Печи однованновые, отапливаются смесью природного и коксового газа с добавлением мазута. Особенностью печей является наличие реформаторов, в которых часть природного газа и весь мазут подвергаются разложению с целью получения сажистого углерода, обеспечивающего высокую светимость факела.

Основные размеры:

* площадь пода на уровне порогов завалочных окон 52 м2;

* глубина ванны 1 м;

* высота свода под уровнем порогов завалочных окон 2,9 м;

* центральный угол свода 86°;

* полезный объем шлаковиков 63 м3;

* объем воздушной насадки регенератора 190 м;

* высота дымовой трубы 75-80 м.

Технологическая схема очистки мартеновских газов приведена на рисунке 3.

1 - рабочее пространство; 2 - шлаковики; 3 - регенераторы; 4 - воздушные клапаны; 5,9- дымовые шиберы; 6, 7, 8 - газовые клапаны; 10 - вентиляторы; 11 - дымовая труба.

Конструкция мартеновской печи: свод печи, правая и левая головки, правый и левый регенераторы для подогрева воздуха и газа, система шиберных затворов, дымовая труба. В верхнем строении печи имеется 5 завалочных окон. В задней стенке имеется сталевыпускное отверстие и желоба для заливки жидкого чугуна в печь.

Рабочее пространство печи ограничено снизу подом, с боков - поперечными и продольными откосами, передней и задней стенкой, а сверху перекрыто сводом. Нижняя часть рабочего пространства от пода до уровня порогов рабочих окон является ванной, в которой находятся жидкий металл и шлак.

Нижнее строение печи состоит из шлаковиков, регенераторов, системы боровов с перекидными и регулирующими газовые потоки устройствами. Шлаковики служат для осаждения в них большей части пыли, содержащейся в продуктах сгорания. Пыль состоит из основных оксидов, в том числе 60-80% оксидов железа, и образуется из частиц, выносимых из жидкой ванны, а также из добавляемых в печь сыпучих материалов - железной руды, извести и другое. В шлаковиках осаждается до 75% пыли.

Из шлаковиков отходящие газы с температурой 1500-1600 °С попадают в насадки регенераторов.

Для управления движением газов и осуществления «перекидок» в боровах и газоходах устанавливают систему шиберов, клапанов, дросселей. Из боровов дымовые газы поступают в дымовую трубу.

При нагреве поступающих в печь газа и воздуха, в регенераторах обеспечивается достаточно высокая температура факела (> 1800 °С). Чем выше удается повысить температуру поступающих в печь газа и воздуха, тем выше температура факела и тем лучше работает печь.

Для интенсификации процесса горения топлива используют турбинный воздух и воздух, обогащенный кислородом. Температура нагрева воздуха в насадках регенераторов 1100-1200 °С.

2.3 Расчёт полого скруббера

Расчётом полого скруббера определяют его объём, а следовательно, и расход воды. Количество тепла Q, кВт, которое газ должен отдать в процессе своего охлаждения до заданной температуры, определяют по формуле:

Q=Vо[ссм(t- t)+f1(I1п-I2п),

Где Vо - количество сухого газа при нормальных условиях, подлежащее охлаждению, м?/с;

Ссм - объёмная теплоёмкость газа при нормальных условиях, кДж (м?*?С);

t1 и t2 - температура начального и конечного состояний газов ?С;

I1п и I2п - энтальпия водяного пара в газе соответственно до и после охлаждения, кДж/м?;

f1 - влагосодержание газа до охлаждения, кг/м?.

Начальную и конечную энтальпию водяного пара, кДж/м?, рассчитывают по формулам:

I1п = 2480 + 1,96 t1

I2п = 2480 + 1,96 t2

Пренебрегая теплопотерями в окружающую среду, полезный рабочий объём скруббера, м?, рассчитывают по формуле:

Vскр = Q/kДt, где

k - объемный коэффициент теплопередачи в скруббере, Вт/(м?*?С);

Дt - средняя разность температур газа и жидкости, ?С.

Среднюю разность температур газа и воды в сруббере (газ и вода движутся противотоком) определяют из выражения:

Дt = [(t1 - tk) - (t2 - tн)]/2,3lg(t1 - tk)/(t2 - tн), где

tk и tн - начальная и конечная температура воды, ?С.

Рассчитаем полый скруббер, где

V0 = 120 тыс м?/ч; t1 = 225 ?С, t2 = 100 ?С;

f1 = 70 г/м?; 27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2; давление газа перед скруббером с = 49000 Па; барометрическое давление сбар = 101325 Па; температура воды, поступающей в скруббер, tн = 30 ?С.

1) найдём количество сухих газов при нормальных условиях:

V0 сух = V0 вл * 0,804/(0,804 + f1)

V0 сух = (120000/3600)*0,804/(0,804 + 0,07) = 30,66

2) Рассчитаем объёмную теплоёмкость газа при нормальных условиях:

N2 = 1,040*1,25 = 1,29 кДж (м?*?С)

СО2 = 0,836 * 1,963 = 1,64 кДж (м?*?С)

О2 = 0,911*1,429 = 1,30 кДж (м?*?С)

Тогда Ссм = 1,25*0,63 + 1,64*0,276 + 1,30*0,094 = 1,36 кДж (м?*?С)

3) Найдём начальную и конечную энтальпию водяного пара:

Q=Vо[ссм(t- t)+f1(I1п-I2п)

I1п = 2480 + 1,96 t1

I2п = 2480 + 1,96 t2

I1п = 2480 + 1,96*225 = 2921 кДж/кг

I2п = 2480 + 1,96*100 = 2676 кДж/кг

Q = 30,66 [1,36(225 - 100) +0,07 (2921 - 2676)] = 5738,01 кВт

Находим конечную температуру воды tк на выходе из скруббера. Она может быть принята на 5 - 10 ?С ниже температуры мокрого термометра. Температура мокрого термометра

t1 = 225 ?С и f2 = 70 г/м?

tм = 57 + (62 - 57)/100*50 = 59,5 ?С

конечная температура воды tк = 59,5 - 9,5 = 50 ?С

Рассчитываем среднюю разность температур газа и воды в скруббере по формуле:

Дt = (225 - 50) - (100 - 30)/2,3lg [(225 - 50)/(100 - 30)] = 114 ?С

Определяем рабочий объём скруббера по формуле. Объёмный коэффициент теплопередачи принимаем равным 200 Вт/(м?*?С);

Vскр = 5738,01/(200*114) = 252 м?

Мв = (5708,01*10?)/[0,5(2010*100 - 30) + (1 - 0,5)*(50 - 30)] = 57,1 кг/сек

Конечное влагосодержание газа на выходе из скруббера определяем по диаграмме I - ч. Для этого на линии насыщения ц = % находим точку, соответствующую tм = 59,5?С. Двигаясь от этой точки по линии I = const до пересечения с линией соответствующей t2 = 100 ?С, находим, что на выходе из скруббера влагосодержание газа ч2 = 0,130 кг/кг. Для выражения влагосодержания f2 = ч2с0 кг/м? находим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле:

с0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/м?

Тогда f2 = 0,130*1,46 = 0,19 кг/м?

Рассчитываем объём газа при рабочих условиях на выходе из скруббера по формуле:

V = 120000/3600*101325(273 + 100)/273(101325 + 49000)*(1 + 0,19/0,804) = 24,75 м?/с

Определяем размеры скруббера. Приняв скорость газа в нём равной 1,0 м/с, рассчитываем диаметр скруббера;

D = v4V/рн

D = v(4*24,75)/(3,14*1,0) = 5,62 м

Высоту скруббера находим из уравнения

Н = 4Vскр/рD?

Н = 4*252 /3,14*5,62? = 10,16 м

Отношение Н/D = 10,16/5,62 = 1,8 близко к рекомендуемой практикой величине 2,5

Рассчитываем количество форсунок для установки в скруббере. Принимаем в установке в скруббер эвольвентные форсунки диаметром 75 мм и с соплом диаметром 25,3 мм. Задавшись давлением воды перед форсункой 2*10? кПа, по графику находим её производительность:

М1 = (18,5 * 1000)/3600 = 5,1 кг/сек

Число форсунок, которое требуется установить в скруббере, составит:

n = Мв /М1

n = 57,1/5,1 = 11 шт.

2.4 Расчёт скоростного пылеуловителя с трубами Вентури

Рассчитаем скоростной пылеуловитель с трубами Вентури, где V0 = 120 тыс м?/ч; t1 = 225 ?С, t2 = 100 ?С; f1 = 70 г/м?; 27,6% СО2, 63% N2, 9,4% О2.

Запылённость газа q1 = 7,5 г/м?; разрежение перед трубами Вентури с = 3000 Па; барометрическое давление сбар = 101325 Па. Требуемая конечная запылённость газа q2 90 мг/м?; температура воды, подаваемой в аппараты, t1.в = 18 ?С.

Найдём требуемую эффективность пылеуловителя:

? = (q1 - q2)/q1

? = (7500 - 90)7500 = 0,988

Число единиц переноса определяем по формуле:

Nч = ln[1/(1 - ?)]

Nч = ln[1/(1 - 0,988)] = 3,88

Найдём значение удельной энергии Кт. Значение 3,88 = 1,565*10-6Кт1,619 от куда Кт = 8903 кДж/1000 м3

Рассчитаем количество газов, поступающих в трубы Вентури при рабочих условиях:

V1 = 120000/3600*101325 (273 + 225)/273(101325 - 3000)*(1 + 0,07/0,804) = 68,30 м3/сек

Приняв удельный расход воды m = Vв/V1 = 1*10-3 м3/м3, находим общий расход воды на трубы Вентури:

Vв = m*V1

Vв = 1*68,3 = 68,3 л/см

Рассчитаем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, приняв давление воды св = 300 Па:

ДР = Кт - св*m;

ДР = 8903 - 30000*1*10-3 = 8603 Па

Находим плотность газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури:

с0 = 1/100(1,963*27,6 + 1,25*63 + 1,429*9,4) = 1,46 кг/м?

Рассчитаем температуру газа на выходе из трубы Вентури:

t2 = (0,133 - 0,041*1)225 + 35 = 61 ?С;

Находим влагосодержание газа на выходе из труб Вентури:

ч1 = f1/ с0

ч1 = 0,07/1,46 = 0,048 кг/кг

f2 = 0,11*1,46 = 0,161 кг/м3

Находим плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури:

с2 = (с0 + f2)273(сбар - с - Д с)/(1 + f2/0,804)101325(273 + t2);

с2 = (1,42 + 0,161)273(101325 - 3000 - 6730)/(1 + 0,161/0,804)*101325* (273 + 61) = 0,973 кг/м3

Найдём количество газа на выходе из трубы Вентури:

V2 = (V0/ 3600)*(с0/с2);

V2 = (120000/3600)(1,46/0,973) = 50,01 м3/сек

Размеры инерционного пыле - и каплеуловителя (бункера) определим по скорости в его поперечном сечении

ну = 2,5 м/сек:

Dу = 1,13 vV2/ ну;

Dу = 1,13 v50,01/2,5 = 5,1 м

Высоту цилиндрической части бункера принимаем Ну = 4,3 м, гидравлическое сопротивление бункера рассчитаем, приняв оу = 80:

ДРу = о (н2у/2)*с2

ДРу = 80(2,52/2)0,973 = 243,25 Па

Находим диаметр центробежного скруббера типа МП - ВТИ. Скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем за н = 4,5 м/сек:

Dскр = 1,13 vV2/ н2;

Dскр = 1,13v50,01/4,5 = 3,8 м

Предусматриваем стандартный скруббер диаметром 3300 мм и рассчитаем действительную скорость газа в нём:

н = 4*V2/р*Dскр2;

н = (4*50,01)/(3,14*3,82) = 4,41 м/сек

Для рассчитываемого скруббера Н = 3,8*Dскр;

Н = 3,8*3,8 = 14,44 м

Определим гидравлическое сопротивление скруббера, при о = 34:

ДРскр = 34*(4,412/2)*0,973 = 321,69 Па

Гидравлическое сопротивление труб Вентури составит:

Дств = Дс0 - Дсу - Дсскр

Дств = 8603 - 243,25 - 321,69 = 8038 Па

Рассчитываем скорость газа в горловине трубы Вентури по формуле:

н2 = v2* ДсТВ/ос + ож*сж*m;

н2 = v(2*8038)/(0,15*0,973 + 0,75* 966*1*10-3) = 136 м/сек

Определяем геометрические размеры трубы Вентури. Для обеспечения равномерного орошения трубы Вентури через одну центрально расположенную форсунку принимаем диаметр горловины трубы D2 = 300 мм и рассчитаем число труб Вентури:

D22 = 1,132vV2/н2*n

От куда n = 1,132*V2/н2

D22 = 1,132[50,01/(136*0,32)] = 6 шт.

Приняв 6 труб Вентури, уточняем диаметр горловины:

D2 = v50,01/(136*6) = 0,247 м

Рассчитываем диаметр входного сечения конфузора, приняв скорость газа в нём н3 = 20 м/сек

D1 = 1,13vV1/н1*n

D1 = 1,13v68,30/(20*6) = 0,852 м

Диаметр выходного сечения диффузора при скорости газа в нём н3 = 20 м/с составит:

D3 = 1,13vV2/н3*n

D3 = 1,13v50,01/(20*6) = 0,729 м

Найдём длины отдельных частей трубы Вентури: длинна конфузора, если б1 = 25?:

l1 = 2,25(D1 - D2)

l1 = 2,25(0,852 - 0,247) = 1,361 м

Длина горловины:

l2 = ?* D2

l2 = 0,15*0,247 = 0,037 м

Длинна диффузора б2 = 6?:

l3 = (D3 -D2)/2tg б2/2

l3 = (0,729 - 0,247)/2tg6/2 = 4,167 м

Полная длинна каждой трубы Вентури:

l = l1 + l2 + l3

l = 1,361 + 0,037 + 4,167 = 5,565 м

2.5 Технология подготовки вторичных материальных ресурсов

Производственная пыль образуется в результате механического измельчения твёрдых тел, транспортировки пылевидных материалов, не полного сгорания горючих веществ и при процессах конденсации. По происхождению пыль бывает органической, неорганической и смешанной, состоящей из органических и неорганических веществ.

По размеру частиц пыль подразделяется на «собственно» пыль, размер частиц которой более 10 мкм, «облако» - размер частиц от 10 до 0,1 мкм и «дым» - размер частиц менее 0,1 мкм. Дым практически не оседает и постоянно загрязняет атмосферу.

Пылинки размером более 50 мкм задерживаются при дыхании в носу, носоглотке, трахее и крупных бронхах. Пылинки в 15 - 10 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях, в том числе и в мелких бронхах. Пылинки в 10 - 5 мкм могут достигать альвеол лёгких, однако главным образом задерживаются в верхних дыхательных путях. Мелкая пыль с частицами размером 5 - 0,1 мкм и менее при дыхании попадает в альвеолы лёгких и, следовательно, является наиболее опасной.

В металлургическом производстве чаще всего приходится встречаться с пылью, содержащей окись кремния, окислы железа, окислы марганца и фтористые соединения. Контроль за содержанием пыли в воздухе рабочих помещений производится обычно весовым методом который заключается в просасывании определённого объёма воздуха через фильтр, заключённый в стеклянной трубке. По окончании просасывания требуемого объёма воздуха фильтр взвешивается на аналитических весах. Сущность счетного метода заключается в осаждении пыли из определённого объёма воздуха с помощью специальных приборов на покровное стёклышко микроскопа. После этого, под микроскопом при увеличении более чем в 1000 раз подсчитывают пылинки и определяют их формы и размеры.

Для быстрого определения степени запылённости воздуха пользуются фотоэлектрическим методом который основан на том, что запылённый воздух ослабляет проходящие через него световые лучи. К числу наиболее радикальных мероприятий по борьбе с пылью относятся рационализация технологических процессов и усовершенствование оборудования в направлении предупреждения образования и распространение пыли при переработке и транспортировке материалов. К таким мероприятиям можно отнести улучшение процесса спекания шихты на аглофабриках, увлажнение пылящих материалов, замену абразивного способа удаления пороков у слитков и заготовок огненным методом, применение пневмотранспорта и других видов закрытого транспорта для перемещения пылящих материалов и тому подобное. Широкое внедрение механизации и автоматизации процессов также является одним из важных оздоровительных мероприятий.

Особого внимания заслуживает вопрос о герметизации пылящих агрегатов и транспортных устройств по всему циклу производственного процесса. Герметизацией производственного оборудования в некоторых случаях удаётся полностью предотвратить выделение пыли окружающее пространство.

Гидрообеспыливание является одним из эффективных методов борьбы с распространением пыли. На металлургических предприятиях этот способ с успехом применяется для подавления пыли на агломерационных фабриках и в мартеновских цехах. Испытанным средством в борьбе с пылью является обеспыливающая вентиляция, которую устанавливают в виде местных отсосов от кожухов-укрытий и пылящих устройств.

Страницы: 1, 2