Окружающей среды и природопользования
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 8.5.2.2 Процесс дожигания при горячем дутье
- 8.5.2.3 Дожигание в шахте вагранки
8.5.2 Вагранка8.5.2.1 Сбор газа, его очистка и охлаждениеОписание Проектирование систем сбора и очистки газа основано на условиях, устанавливающихся во время продувки, так как часто они являются самыми серьезные условиями, испытываемыми во время работы системы. В конце процесса отливки, печь больше не заполняется материалом шихты. Температур газа будет постепенно увеличиваться, так как газ больше не охлаждается холодной загрузкой в шахту. При контакте с кислородом, CO автоматически будет гореть. Температура, следовательно, может достигать 1200 ºC, или еще выше. Система сбора о нейтрализации газа должна быть способна справиться с такими серьезными условиями. Сбор газа Для сбора колошникового газа используются две системы: - Забор газа над завалочным окном: Отходящие газы отбираются в конце шахты вагранки с помощью системы труб и установленного вентилятора. Место отбора, расположенное над завалочным окном допускает приток воздуха, необходимого для предотвращения выхода газов из вагранки. Этот объем дополнительного воздуха может во много раз превышать поток газа из вагранки. Это увеличивает размер и стоимость систем отбора и очистки. Уменьшение размеров завалочного окна может дать некоторые преимущества, но эта мера ограничена существующей опасностью взрыва, так как слишком малое кислорода смешивается с CO, содержащимся в газах вагранки (пульсационное горение) - Забор газа под завалочным окном : Колошниковые газы вагранки отбираются через кольцевое отверстие, расположенное ниже окна для загрузки шихты. Приток воздуха не требуется, так как газы не могут выходить из отверстия, при условии, что система управления достаточно чувствительна к изменениям скорости дутья вагранки. Слишком малая скорость отбора газа может привести к выбросу неочищенных газов через шахту вагранки, слишком большая скорость отбора может привести к поступлению воздуха, что приводит к сгоранию и перегреву газов (то есть возникает опасность взрыва). Охлаждение После отбора, возможно, понадобится охлаждение газов, что зависит от используемой системы очистки. При работе с горячим дутьем, теплота, освобождающаяся при охлаждении, может использоваться для предварительного подогрева воздушного потока. Для охлаждения собранных газов можно использовать несколько методов: - Использование трубчатых холодильников: Пропускание собранных газов через длинные трубопроводы, уменьшает температуру, из-за естественной конвекции и излучения. Эта система проста, но занимает много места и не предлагает контролируемого охлаждения (поэтому существует риск образования конденсата) - Использование принудительного воздушно/газового теплообменника: Холодный окружающий воздух подается через трубы или пластины для охлаждения газа. Сбор пыли и последующая очистка поверхностей теплообменника могут привести к сложному и дорогому проекту системы. Одно из преимуществ этой системы состоит в возможном использовании горячего воздуха для внешнего подогрева. Рекуперативные вагранки с горячим дутьем оборудованы системой дожигания и теплообменником (рекуператор), для подогрева воздушного потока - Использование масло/газового теплообменника: Этот теплообменник подобен вышеописанной системе, но более дорог из-за необходимости вторичной системы охлаждения. Теплообменник обычно охлаждается путем циркуляции минерального масла. Охлаждение с помощью водо/газового теплообменника не осуществляется (или очень редко) - Насыщение водой: В этом методе газы охлаждаются с помощью паров воды, распыленной в потоке газа. Мокрые скрубберы работают лучше, если газы до очистки охлаждаются в камере насыщения. Используя только тканевые фильтры, возможно частичное насыщение, предотвращающее засорение ткани фильтра, вследствие конденсации воды. Чтобы гарантировать корректную работу, необходима хорошая система управления. Охлаждение газов имеет преимущество, так как быстрое охлаждение снижает риск формирования диоксина.
Для удаления микрочастиц из отходящих газов можно использовать различные типы оборудования для улавливания пыли. Обычно мокрые скрубберы имеют низкие капитальные затраты и простое обслуживание, но для достижения приемлемой эффективности отбора требуют большой подводимой мощности. Удаление шлама является сложным делом, и до выпуска вода из скруббера требует обработки. Сухие системы отбора имеют более высокие капитальные затраты и нуждаются в лучшем контроле условий входного газа (температура, конденсация воды или органических паров, отношения CO:O2, искры), но обычно потребляют меньше энергии, необходимой для выполнения влажной очистки. Более того, сухая пыль вагранки может быть переработана и снова использоваться (смотрите раздел 8.9.8.2). В системах вагранки используются как скрубберы Вентури, так и измельчители. Описания этих систем даны в разделе 8.5.1.3. Сепаратор для удаления небольших частиц, внедренных в водяные капли, располагается после влажного скруббера. Относительно сухих систем можно сделать следующие замечания: - Мультициклоны: Они часто используются вместе с тканевыми фильтрами, действуя в качестве фильтров грубой очистки. Они могут улавливать раскаленные частицы кокса, достигающие ткани фильтра. При проектировании циклона используются огнеупорная футеровка и высококачественная сталь, они могут работать при высоких температурах. Заметим, что для эффективного отбора, отвечающего современным требованиям, только одних циклонов не достаточно, поэтому обычно они используются в комбинации с другими системами очистки - Рукавные фильтры: Они идеально работают, когда газы дожигаются перед обеспыливанием. Это помогает избежать проблем, связанных с осаждением углеродсодержащего материала или с пожароопасностью. Рукавные фильтры могут проектироваться для обеспечения хорошую эффективность сбора частиц, содержащихся в металлургическом дыме, например, ZnO - Электрофильтры: Эти системы менее распространены в европейской литейной промышленности. Такая система лучше всего подходит для более или менее постоянных условий работы, например, в длительных процессах вагранки, из-за ее чувствительности к изменению температуры газ, его потока и влажности. При смешивании несгоревшего газа с воздухом существует опасность взрыва, из-за относительно большого объема осажденного продукта. Поэтому осажденные вещества необходимо удалить прежде, чем подключать электроэнергию. Схема вагранки с холодным дутьем с рекуперацией тепла и рукавным фильтром представлена на рисунке 8.12. 
Рисунок 8.12 - Технологическая схема вагранки с холодным дутьем с рекуперацией тепла, охлаждением и рукавным фильтром [88] Дожигание Дожигание отходящих газов используется для оптимизации процесса рекуперации тепла (связан со сгоранием СО) и обеспечения чистоты отходящих газов. При сгорании СО все остаточные углеродсодержащие материалы мгновенно окисляются до CO2 и H2O. Генерируемая теплота может быть восстановлена с помощью теплообменника и последующего переноса пользователю (например, предварительный нагрев воздушного потока). Обычное оборудование: - камера дожигания размещенная перед рукавным фильтром или после влажного фильтра, блок обеспыливания в системе с отбором ниже завалочного окна, это описано в 8.5.2.2. - природный газ горелки или контролируемая инжекция воздуха в шахту вагранки (для системы с отбором выше завалочного окна), это описано в 8.5.2.3. При проектировании системы следует убедиться, что отходящие газы останутся при температуре выше 800 ºC течение соответствующего времени, то есть в течение 2 сек, это гарантирует полное окисление отходящих газов. Разные системы подобного рода полностью описаны и обсуждаются ниже. Экологические эффекты от внедрения метода Сбор отходящих газов и их очистка являются необходимыми мерами для снижения эмиссии продуктов сгорания кокса, таких как NOx, SO2, HF, PCDD/F и пыль. Дожигание CO позволяет (дополнительно) осуществить рекуперацию тепловой энергии из отходящих газов вагранки. Кроме того, оно позволяет осуществить переплавку отходов, содержащих нефтепродукты без дополнительных экологических нагрузок, и таким образом стимулирует рециркуляцию металлов. Дожигание без рекуперации тепла дает отрицательный экологический баланс (смотрите раздел Воздействие на различные среды).
Системы обеспыливания генерируют остаточную пыль, предназначенную для утилизации. Образуется 5 – 13 кг пыли на тонну жидкого чугуна. Пыль может повторно загружаться в вагранку. Это описано в 8.9.4.2. Характеристики пыли уже были представлены в 7.2.2.2. Дожигание СО без рекуперации тепла имеет отрицательные воздействия на окружающую среду, так как должны использоваться горелки, мощностью десятки кВт. Горелки генерируют выбросы отходящих газов и потребляют дополнительный кислород.
Тканевые фильтры имеют эффективность более 99 %. Ежедневное среднее количество собранной пыли значительно ниже 10 мг/нм³. Суммарное количество Pb, Zn, Cr, Cu, Mn,V, Sn, Cr, Ni, As, и Cd достигает приблизительно 20 % от полного содержания пыли. Данные, представленные в таблице 8.36, получены при исследованиях, проводимых Федеральным Экологическим Агентством в Германии на работающих заводах. Представлены данные для 3 заводов. Таблица 8.36 - Эксплуатационные данные по вагранкам с холодным дутьем, использующим рукавный фильтр для сбора пыли, данные получены из [56]и [7], [3]
Данные для вагранок с горячим дутьем представлены в разделе 8.5.2.2. Применимость Этот метод используется на всех новых и существующих вагранках. Экономические показатели В таблице 8.36 представлены количественные значения по выбросам и данные по экономике. Наиболее важные эксплуатационные расходы обусловлены потреблением электроэнергии, требуемой для компенсации падения давления, и расходами на материал фильтра. Для плавильной установки, содержащей две вагранки с холодным дутьем, при скорости плавки 4,5 т/час, коммерческая котировка выполнена при следующих деталях: - оборудование для уменьшения выбросов для обработки до 12400 м3/час пыли, с камерой дожигания, работающей при температуре 820 ºC, допускающей: а) ЛОС - 1 г/Нм3 б) CO - 59100 г/Нм3 - две горелки, работающие на метане – Мощность горелки 390 кВт Установка и стартовая цена: 350000 ЕВРО. Прогнозируемые затраты, при производстве 4500 тонн отливок, период окупаемости пять лет, плюс 10% на энергопотребление и обслуживание в год: 23,3 ЕВРО/т.
Уменьшение воздушных выбросов от литейных заводов. Примеры заводов Указанные технологии широко применяются на европейских литейных заводах, использующих вагранки. Справочная литература [88], [1], [13], [7], [3] 8.5.2.2 Процесс дожигания при горячем дутьеОписание Камера дожигания с горелкой установлена после вагранки. Обычно отдельный блок дожигания должен подогреться с помощью горелки, работающей на природном газе. Как только вагранка начинает работать, сгорание отходящих газов поддерживается с помощью малой горелки, либо газы самовозгораются. Тип и положение камеры могут изменяться в зависимости от состава процесса. Существуют и горизонтальные и вертикальные типы камер для дожигания: - Вагранка с горячим дутьем с рекуператором и влажным скруббером (рисунок 8.13): В этой системе газы очищаются до сгорания. Это уменьшает количество осажденной пыли в рекуператоре, что увеличивает коэффициент теплопередачи. Одним из недостатков является более высокий расход энергии в блоке дожигания, вызванный тем, что газы охлаждаются при прохождении через мокрый скруббер. Предварительное охлаждение отходящих газов выполняется непрерывно, чтобы уменьшить размер блока очистки. 
Рисунок 8.13 - Вагранка с горячим дутьем, с рекуператором и влажным скруббером [1] - Вагранка с горячим дутьем с рекуператором и рукавным фильтром (рисунок 8.14): Горячие, загрязненные пылью, колошниковые газы подаются непосредственно в модуль дожигания. Необходим хороший контроль технологического процесса, чтобы предотвратить налипание частичек пыли на стенки рекуператора, который должен регулярно очищаться. Газам необходимо дальнейшее охлаждение до того как они попадут в рукавный фильтр, так как они выходят из рекуператора при температуре 500 - 600 ºC. 
Рисунок 8.14- Вагранка с горячим дутьем, с рекуператором и рукавным фильтром [1] Экологические эффекты от внедрения метода При дожигании ограничивается выброс CO и сгорает большинство органических соединений. При отсутствии дожигания они захватывались бы пылью или выходили через трубу. Кроме того, дожигание уменьшает риск воспламенения в фильтре. Воздействие на различные среды Технологии сухого обеспыливания позволяют получить пыль для утилизации (4 – 12 кг/т жидкого чугуна). Пыль может быть повторно введена в вагранку. Это обсуждается в разделе 8.9.8.2. Во влажных системах образуется шлам. Эксплуатационные данные Эксплуатационные данные для вагранок с горячим дутьем представлены в таблице 8.37. Представлены данные по двум заводам: 1. Литейный завод G представляет собой предприятия, работающее 3 смены в день, 5 дней в неделю, при мощности плавильного процесса - 50 т/час. Отходящие газы отбираются ниже завалочного окна и сжигаются в рекуператоре. Выходящий газ затем разделяется: одна часть идет в производство с горячим дутьем (T = 600 ºC), другая часть идет в паровой бойлер. Пар подается в турбину, которая приводит в действие генератор или компрессор. Остаточное тепло используется для предварительного нагрева воздуха в рекуператоре. Выходящий газ затем очищается в рукавном фильтре. Концепции очистки и дальнейшее обсуждение установки представлены в 8.7.3. Пыль возвращается в вагранку, после смешивания с петкоком. Это описано в 8.9.4.2. 2. Литейный завод H представляет собой предприятия, работающее 3 смены в день, 5 дней в неделю, при мощности плавильного процесса - 70 т/час. Отходящие газы отбираются ниже завалочного окна и сжигаются в рекуператоре. Тепло используется для предварительного нагрева воздушного потока дутья и идет в дальнейшую рекуперацию тепла, до выхода в трубу при температуре 220 ºC. Дальнейшее обсуждение рекуперационной установки представлено в 8.7.3. Сточные воды повторно используются после отстоя. Объем циркулирующей воды составляет 440 м³/час. Перед утилизацией осадок из отстойника обезвоживается в прессе фильтре до 50% содержания влаги. Приблизительно 80 м³ сточных вод в сутки поступают на коммунальные системы очистки сточных вод. Таблица 8.37 - Эксплуатационные данные по вагранкам с горячим дутьем, использующим рукавный фильтр и измельчитель для сбора пыли [89], [55], [7]
Сжигание дыма в камере дожигания не требует много энергии, при условии, что в дыме содержится достаточное количество окиси углерода, что обычно имеет место. Но полная система обработки дыма (камера для дожигания + теплообменник + фильтр или мокрый скруббер + вентиляторы) также требует электроэнергии и регулярного обслуживания. В таблице 8.38 представлены некоторые примеры расхода энергии для вагранок с горячим дутьем. Таблица 8.38 - Расход энергии в вагранках с горячим дутьем
Применимость На стадии проектирования особое внимание необходимо обратить на минимизацию полного потока обрабатываемого газа. Входное количество воздуха, необходимого для горения, необходимо сохранять минимальным. Это является причиной установки отдельного блока дожигания всегда в месте расположения зоны отбора, ниже завалочного окна печи. По экономическим соображениям (смотрите ниже) камера дожигания используется только на вагранках с горячим дутьем.
Высокий расход энергии, требуемой для дожигания, экономически целесообразен только, если освобожденная теплота отходящих газов может быть использована повторно, как это происходит в рекуперативной вагранке с горячим дутьем. Однако, переход с холодного дутья к вагранке с горячим дутьем по единственной причине необходимости дожигания газа, может в определенных ситуациях столкнуться с экономическими ограничениями. Вагранки с горячим дутьем, предпочтительно используемые в длительном процессе плавки, требуют более высоких капитальных затрат и используются только при нагрузке 10 т Fe/час или более. На более малых литейных заводах этот метод производства не может быть правильным выбором. В таблице 8.37 представлены данные по экономике некоторых заводов. Для литейного завода G представлены капитальные затраты для вагранки с горячим дутьем, с рукавным фильтром и интенсивной рекуперацией тепла. Эксплуатационные затраты на 1994 г. (после реконструкции плавильного цеха) оказались на 25 % ниже, соответствующих значений для 1985 г., то есть при использовании старой плавильной печи. Для литейного завода H, представлены капитальные затраты за 1980 - 1981 гг. После реконструкции эксплуатационные затраты уменьшились на 2 % на тонну жидкого чугуна.
Предельные значения для выбросов и непрерывный контроль содержания CO и органических соединений. Примеры заводов Эта технология широко используется в HBC по всей Европе. Справочная литература [89], [55], [1], [90], [7] 8.5.2.3 Дожигание в шахте вагранкиОписание Газы воспламеняются при инжекции воздуха в верхнюю часть шихты или в зону, расположенную выше верхнего уровня шихты. Воздушный поток корректируется таким образом, чтобы выходящие газы возгорались спонтанно, благодаря содержанию в них СО и температуре. Инжекторные сопла могут быть размещены на одном или двух уровнях. Разделение воздушного потока по различным уровням, выбор диаметра и положения сопел основаны на практическом опыте. Целью оптимизации является сжигание СО без воспламенения кокса. Воздух поступает также через завалочное окно. Этот избыток воздуха способствует более полному сгоранию СО. Для поддержания горения может быть установлена вспомогательная горелка. При использовании малых коксовых завалок (то есть < 6 – 8 %) разумно провести предварительную проверку. Если используется рукавный фильтр, то дожигание выходящего газа должно быть скомбинировано с его охлаждением. Для вагранок с горячим дутьем охлаждение скомбинировано с предварительным подогревом воздушного потока. При работе с холодным дутьем можно использовать быстрое охлаждение путем инжекции воды в шахту печи. С другой стороны, можно использовать теплообменник (выходящий газ – воздух). Это поясняется на рисунке 8.15. 
Рисунок 8.15 - Принципы дожигания и охлаждения выходящего газа в вагранках с холодным дутьем [90] Установка системы дожигания на вагранках с холодным дутьем может быть скомбинирована с полной реконструкцией ее работы на использование с горячего дутья. Обычно, этот выбор основывается на требованиях к работе печи. Характеристики горячего дутья и печей, предназначенных для продолжительной работы, обсуждаются в разделе 2.8.1. Экологические эффекты от внедрения метода Система дожигания способствует ограничению выбросов СО и устраняет большинство органических соединений. Дожигание снижает риск воспламенения на фильтре. Известно, что эта технология способствует уменьшению взрывоопасности при определенных условиях. Положительный экологический эффект ограничен случаями, когда выходящий газ большую часть времени сгорает без использования дополнительной горелки. В противном случае, требуемая дополнительная энергия, уравновесит эффект уменьшения СО.
Если газ, выходящий из вагранки, не загорается самостоятельно, то необходимо использовать дополнительные горелки для воспламенения или поддержания процесса. Они требуют значительной дополнительной энергии и увеличивают полный объем отходящего газа. Эксплуатационные данные Две конфигурации систем дожигания в шахте и охлаждения, на вагранках с холодным дутьем были исследованы сотрудниками CTIF в промышленном масштабе; вагранка I была оборудована системой инжекции воды в шахту, циклоном и рукавным фильтром, вагранка J была оборудована газово-воздушным теплообменником, циклоном и рукавным фильтром. Эксплуатационные данные представлены в таблице 8.39. Результаты измерений и ссылки на действующее законодательство представлены в таблице 8.40. Таблица 8.39 - Эксплуатационные данные по двум конфигурациям, использующим систему дожигания с водяным охлаждением (I), и воздушным охлаждением (J) [90]
Таблица 8.40 - Аналитические результаты и действующее (Французское) законодательство, для систем дожигания отходящих газов, используемых в вагранке с холодным дутьем с водяным охлаждением (I), и с воздушным охлаждением (J) [90]
Водяное охлаждение путем разбрызгивания имеет эффективность разрушения СО, равную 66 %, что соответствует действующему законодательству. Охлаждение отходящего газа в теплообменнике обеспечивает более высокую эффективность (98 %). Обсуждение рабочих характеристик систем охлаждения представлено в разделе 8.5.2.1. Применимость Изменение системы отвода газов в существующей вагранки с верхней на нижнюю, относительно завалочного окна шахты, в большинстве случаев невозможно. Следовательно, дожигание отходящих газов в шахте печи является более реальным решением для вагранок с системой отвода газов выше завалочного окна. По экономическим соображениям, использование системы дожигания в основном связано с вагранками, имеющими горячее дутье. Однако, недавно, также была разработана система дожигания для печей с холодным дутьем, свободная от сложностей монтажа, присущих установкам с горячим дутьем. Эта система в настоящее время работает во Франции. Следовательно, термин 'дожигание в шахте' относится и к работе вагранок и с горячим и с холодным дутьем. В Чехии, при проверке возможности применения систем дожигания в шахте, изучался целый ряд вагранок с холодным дутьем. За весь период плавки не наблюдалось спонтанного сгорания во всех этих системах. В каждом случае требовалась установка дополнительной воспламеняющей горелки, требующей дополнительной энергии. Объем выбросов вагранки также возрастал. Экономические показатели Высокий расход энергии в системах дожигания должен оцениваться по отношению к получаемой прибыли. При работе с горячим дутьем освобожденная тепловая энергия отходящих газов может быть использована повторно, что делает инвестиционные затраты более жизнеспособными. Высокий расход энергии в системах дожигания имеет экономический эффект только в случае, когда освобожденная тепловая энергия отходящих газов может быть использована повторно, как это имеет место в рекуперативной вагранке с горячим дутьем. Однако переход от холодного дутья к вагранке с горячим дутьем по единственной причине дожигания газов, не целесообразен. Вагранки с горячим дутьем используются в основном в длительных процессах, требующих больших капитальных затрат, и применяются только при производительности 10 тонн Fe/час или выше. Для более малых литейных заводов этот метод производства не соответствует правильному выбору. Инвестиционные затраты для двойной вагранки с холодным дутьем, имеющей внутренний диаметр 850 мм, производительностью 4,5 тонны в час, при ее работе 10 часов в день, 5 дней в неделю, находится в диапазоне 300000 ЕВРО. Движущие силы внедрения Предельные значения по выбросам и непрерывный контроль СО и предельных значений по органическим соединениям. Примеры заводов Известно о применении этой технологии на 2 литейных заводах во Франции. Справочная литература с горячим дутьем: [14], [7] с холодным дутьем: [90], [7].
жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||