Новый высокоэффективный энергосберегающий комплекс газоочистного оборудования для проведения регулируемой очистки выбросов от машин и агрегатов металлургических производств

Шрифт:
308

https://doi.org/10.15407/pmach2019.03.069
Met. litʹe Ukr., 2019, Tom 310-311, №3-4, с.69-75

С.Н. Сергеев, директор по охране труда, промышленной безопасности и экологии, e-mail: Sergey.Sergeev@dch.com.ua
ООО «Development Construction Holding» (DCH), Киев, Украина

УДК 669.184.152.4

Аннотация:

Рассмотрена конструкция комплекса газоочистного оборудования, позволяющая в условиях металлургических производств оказывать активное неоднородно-избирательное воздействие на обрабатываемую среду – отводимые от металлургических плавильных агрегатов технологические газовые выбросы, для снижения расхода энергоресурсов (электроэнергии, воды) в процессе очистки технологических выбросов и капитальных затрат. Основные составляющие узлы разработанной конструкции данного комплекса представлены в виде энергоемкого регулируемого тандема установок мокрой газоочистки (ЭРТУМГ), сформированных тождественными структурными узлами и элементами, газоотводящие тракты которых соединены коллекторным газоходом, снабженным автоматически регулируемым запорным клапаном. В коллекторах подачи оборотной воды в аппарат мокрой газоочистки, на входах в скруббер и блок труб Вентури (ЭРТУМГ) установлены датчики расхода воды и автоматизированные регулируемые дроссельные задвижки, управление приводом которых связано с пультом управления металлургического агрегата, что обеспечивает непосредственную прямозависимую связь параметров работы газоочистки с фазой технологического цикла, в котором находится данный металлургический агрегат. В газоходах очищенного газа газоотводящих трактов (ЭРТУМГ) установлены датчики расхода очищенного газа и автоматически регулируемые запорные клапаны, управление приводом которых также связано с пультом управления металлургического агрегата, для обеспечения прямозависимой связи параметров работы газоочистки от фазы технологического цикла металлургического агрегата. Разработанный комплекс газоочистного оборудования предназначен для эксплуатации в условиях кислородно-конвертерных цехов металлургических предприятий и учитывает специфику и режимы работы существующего технологического оборудования: емкость, производительность и технологические режимы работы установленных конвертеров.

Ключевые слова:

установка мокрой газоочистки, производительность, энергосбережение, пылегазовый выброс, скруббер, эксгаустер, разрежение, датчик расхода воды, автоматизированная дроссельная задвижка, запорный клапан.

О сновной материал исследования. С целью снижения расхода энергоносителей (воды, электроэнергии), снижения капитальных затрат на реконструкцию и повышения эффективности очистки, а также для отработки рациональных конструктивных параметров и вариантов компоновки составных структурных узлов новой динамически активной комплексной системы удаления и очистки выбросов от металлургических агрегатов (конвертеров), на ЧАО «Днепровский Металлургический Завод» («ДМЗ») был разработан и реализован опытно-экспериментальный образец энергоемкого регулируемого тандема установок мокрой газоочистки (ЭРТУМГ).

Разработанная конструкция (рис. 1) предназначена для эксплуатации в условиях кислородно-конвертерного цеха ЧАО «ДМЗ» и учитывает специфику существующего технологического оборудования: емкость, производительность и технологические режимы работы установленных конвертеров.

Согласно рис. 1, данная объединенная комплексная система пылегазоудаления представляет собой тандем идентичных друг другу установок мокрой газоочистки (I) и (II), сформированных тождественными структурными узлами и элементами, газоотводящие тракты которых соединены коллекторным газоходом, снабженным автоматически регулируемым запорным клапаном.

Установка мокрой газоочистки (I) включает в себя: кислородный конвертер 1 с трехэлементным водоохлаждаемым кессоном 2, аппарат мокрой газоочистки, образованным скруббером 3 и блоком труб Вентури 4, сепарационное устройство 5, газоход очищенного газа 6, вторичный каплеуловитель 7 и эксгаустер (дымосос) 8. Дымовая труба 9 и дымовой боров (на рис. 1 не показан) подсоединены через систему газоходов к эксгаустеру 8 и являются общими структурными элементами для тандема установок мокрой газоочистки. К скрубберу 3 и блоку труб Вентури 4 подсоединены два тракта подачи охлаждающе-очищающей оборотной воды.

Рис 1. Объединенная комплексная система пылегазоудаления – энергоемкий регулируемый тандем установок мокрой газоочистки (ЭРТУМГ): (1, 14) – конвертер; (2, 15) – кессон; (3, 16) – скруббер; (4, 17) – блок труб Вентури; (5, 18) – сепариционное устройство; (6, 19) – газоход очищенного газа; (7, 20) – вторичный каплеуловитель; (8, 21) – эксгаустер; 9 – дымовая труба; (10, 22) – датчики расхода воды; (11, 23) – автоматизированные регулируемые дроссельные задвижки; (12, 13, 24, 25, 27) – автоматически регулируемые запорные клапаны; 26 – общий коллекторный газоход

В коллекторах подачи оборотной воды в аппарат мокрой газоочистки, конкретно на входах в скруббер 5 и блок труб Вентури 6, установлены датчики расхода воды и автоматизированные регулируемые дроссельные задвижки 10 и 11, управление приводом которых связано с пультом управления плавильного металлургического агрегата. В газоходе очищенного газа 6 имеются датчики расхода очищенного газа, кроме того, между сепарационным устройством 5 и вторичным каплеуловителем 7, а также между вторичным каплеуловителем 7 и эксгаустером 8, установлены два автоматически регулируемых запорныхклапана 12 и 13, управление приводом которых также связано с пультом управления плавильного металлургического агрегата.

Установка мокрой газоочистки (II) включает в себя: кислородный конвертер 14 с трехэлементным водоохлаждаемым кессоном 15, аппарат мокрой газоочистки, образованным скруббером 16 и блоком труб Вентури 17, сепарационное устройство 18, газоход очищенного газа 19, вторичный каплеуловитель 20 и эксгаустер (дымосос) 21. Дымовая труба 9 и дымовой боров (на рис. 1 не показан) подсоединены через систему газоходов к эксгаустеру 21 и являются общими структурными элементами для тандема установок мокрой газоочистки. К скрубберу 16 и блоку труб Вентури 17 подсоединены два тракта подачи охлаждающе-очищающей оборотной воды.

В коллекторах подачи оборотной воды в аппарат мокрой газоочистки, конкретно на входах в скруббер 16 и блок труб Вентури 17, установлены датчики расхода воды и автоматизированные регулируемые дроссельные задвижки 22 и 23, управление приводом которых связано с пультом управления плавильного металлургического агрегата. В газоходе очищенного газа 19 имеются датчики расхода очищенного газа, кроме того, между сепарационным устройством 18 и вторичным каплеуловителем 20, а также между вторичным каплеуловителем 20 и эксгаустером 21, установлены два автоматически регулируемых запорных клапана 24 и 25, управление приводом которых также связано с пультом управления плавильного металлургического агрегата.

Газоход очищенного газа 6 установки мокрой газоочистки (I) соединен с газоходом очищенного газа 19 установки мокрой газоочистки (II) единым общим коллекторным газоходом 26, в котором установлен дополнительный, автоматически регулируемый запорный клапан 27.

ЭРТУМГ имеет непосредственную прямозависимую связь параметров отвода газов и подачи охлаждающе-очищающей воды от фазы технологического цикла, в котором находится данный плавильный металлургический агрегат.

Согласно рис. 2, регулирование и контроль объемов подачи охлаждающе-очищающей воды автоматизированными дроссельными задвижками и датчиками расхода воды, установленными в коллекторах подачи воды в скруббера и блоки труб Вентури (ЭРТУМГ), происходит следующим образом.

Если технологическое оборудование, связанное с установкой мокрой газоочистки (I) (ЭРТУМГ), находится в режиме наибольшего выделения загрязняющих веществ (продувка), тогда автоматическим регулированием объемы подачи охлаждающе-очищающей воды на газовый тракт установки (I) составляют: в скруббер в пределах 460–560 м3 /час и в блок труб Вентури 120–130 м3 /час (что необходимо для наиболее эффективной очистки отводимых газов).

Рис 2. Схема подачи регулируемых объемов охлаждающе-очищающей воды в составные структурные элементы (скруббера и блоки труб Вентури) газоотводящих трактов ЭРТУМГ

При этом соответственно уменьшаются объемы подачи охлаждающе-очищающей воды в газовый тракт установки (II) (ЭРТУМГ), которая в рассматриваемый момент времени находится в режиме наименьшего выделения загрязняющих веществ (завалка, слив): в скруббер в пределах 240–340 м3 /час и в блок труб Вентури 70–90 м3 /час. Уменьшение подачи воды и соответствующая экономия возможны потому, что технологическое оборудование, связанное с этим блоком (ЭРТУГМ), находится в данном периоде в пассивной фазе, с наименьшим выделением загрязняющих веществ. Общий объем подачи охлаждающе-очищающей воды на тандем установок (I) и (II) в ЭРТУМГ практически постоянен и составляет 900 м3 /час.

При этом в газоочистных установках с классической компоновкой, в основном, подача воды на систему очистки постоянна (рассчитанная на максимальный выброс загрязняющих веществ) и не регулируется в зависимости от режима работы технологического оборудования. Поэтому, для создания условий очистки выбросов, аналогичных имеющимся на ЭРТУМГ, например, схема, согласно [1], потребовалось бы на 30–40 % воды больше из-за нерегулируемой подачи воды на обе установки: скруббер 460–560 м3 /час + трубы Вентури 120–130 м3 /час.

Объединенная комплексная система газоудаления – энергоемкий регулируемый тандем установок мокрой газоочистки (ЭРТУМГ), согласно рис. 1, обеспечивает отвод технологических газовых выбросов от каждого из 2-х кислородных конвертеров по следующей технологической схеме.

Конвертерные газы из металлургических агрегатов – кислородных конвертеров 1 и 14, являющихся источниками газовых выбросов, с начальной запыленностью до 60 грамм/м3 и с температурой до 1700 °С, поступают в газоотводящие тракты энергоемкого регулируемого тандема установок мокрой газоочистки, конкретно в водоохлаждаемые газоходы очищающегося газа (кессоны), расход воды на охлаждение которых составляет до 1600 м3 /час.

За счет работы эксгаустеров 3500-15-1 (рис. 3) газоотводящих трактов ЭРТУМГ, обладающих производительностью 130–160 тыс. м3 /час каждый, в кессонах создается разрежение. При этом через постоянные зазоры между кессонами и горловинами кислородных конвертеров поступает атмосферный воздух, который смешивается с конвертерными газами и позволяет гарантированно дожечь присутствующую в конвертерных газах остаточную СО (не более 6 %) до СО2

Рис 3. Эксгаустер 3500-15-1, обеспечивающий транспортировку по магистральным газоходам газоотводящих трактов (ЭРТУМГ) потоков очищающегося и очищенного газов

Рис 4. Автоматически регулируемый запорный клапан объединенной комплексной системы пылегазоудаления – ЭРТУМГ

Конструктивно кессоны выполнены с водоохлаждаемым зазором 200 мм, расположенным между его внутренней и наружной стенкой.

Далее продукты сгорания конвертерных газов (дымовые газы) поступают в полые охладительные противоточные скруббера 3 и 16, имеющие 3 яруса орошения, в каждом из которых установлено 7 трехдюймовых форсунок. В скрубберах 3 и 16 осуществляется охлаждение продуктов сгорания конвертерных газов диспергированной оборотной водой, и производится их предварительная очистка от наиболее крупных фракций пыли.

При этом дымовые газы охлаждаются от температуры 1400–1700 °С до температуры 80–90 °С, а оборотная вода, соответственно, нагревается до температуры 50–75 °С.

Затем, после скрубберов 3 и 16, охлажденные и предварительно очищенные дымовые газы поступают в блоки высоконапорных труб Вентури 4 и 17, изготовленных из стали с толщиной стенок 10 мм, с диаметром горловин 380 мм и центральным впрыском оборотной воды, где в них происходит основная стадия очистки от пыли, в том числе от мелкодисперсной. Все трубы Вентури идентичны друг другу: их диаметр пережима составляет 380 мм, диаметры входа и выхода – 870 мм, а длина равна 6119 мм.

За блоками труб Вентури от дымовых газов отделяются капли жидкости в сепарационных устройствах 5 и 18, где капельная влага, отбрасываемая на стенки каплеуловителей, собирается в карманах завихрителей, а оттуда по трубопроводам сбрасывается в гидрозатворы пульпосборников. Затем дымовые газы проходят через вторичные каплеуловители 7 и 20, расположенные в газоходах очищенного газа 6 и 19, благодаря чему содержание влаги в них становится еще меньше. Далее основной объем очищенных и обезвоженных газов через эксгаустеры (дымососы) 8 и 21 нагнетается в дымовую трубу 9 диаметром 2,6 м и высотой 100 м, и с запыленностью менее 0,1 грамм/м3 выбрасывается в атмосферу.

Производительность газоотводящих трактов по объему отводимых газов каждой из 2-х установок, формирующих (ЭРТУМГ), является переменной величиной и регулируется в ходе конвертерной плавки с помощью 5-ти автоматически регулируемых запорных клапанов 12, 13, 24, 25 и 27 (рис. 4), расположенных в газоходах очищенного газа 6 и 19, непосредственно за блоками труб Вентури 4 и 17, перед каждым из 2-х эксгаустеров 8 и 21, и в коллекторном газоходе 26.

Регулирование объемов отводимых газов и разрежения в газоотводящих трактах (ЭРТУМГ), согласно рис. 1, производится следующим образом.

Согласно источнику [2], максимальные тепловыделения определяют мощность потока пылегазовых выбросов в такие периоды плавки, как кислородная продувка и расплавление, а не в периоды завалки шихты и выпуска металла.

Когда конвертер 1 находится в активной фазе плавки (в период продувки жидким кислородом), составляющей 30–50 % от общего времени цикла плавки, происходит максимальное выделение загрязняющих веществ. В этот период времени технологического процесса, система запорных клапанов 12, 13, 24, 25 и 27 (ЭРТУМГ) автоматически переключается таким образом, чтобы кроме основного потока газов, отводимых через эксгаустер 8, в коллекторном гаЭксгаустер 3500-15-1, обеспечивающий транспортировку по магистральным газоходам газоотводящих трактов (ЭРТУМГ) потоков очищающегося и очищенного газов Автоматически регулируемый запорный клапан объединенной комплексной системы пылегазоудаления – ЭРТУМГ Рис. 3. Рис. 4. ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2019. №  3-4 (310-311) 73 ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО И ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1. А. c. 1232689 СССР А1, С 21 С 5/38. Способ регулирования отвода газов при выплавке металла и система для регулирования, отвода и очистки газов / Р.Ф. Грач, В.С. Гурьев, Р.К. Велецкий, Ю.С. Гавриш. № 3765919/22-02; заявл. 04.07.1984; опубл. 23.05.1986, Бюл. № 19. 2. Швец М.Н., Гошмер В.Е., Ерохин А.В. Система улавливания пылегазовых выбросов электропечей. Сталь. 1992. № 1. С. 88–90. ЛИТЕРАТУРА зоходе 26 формировался дополнительный газовый поток. Данный поток газов формируется за счет отвода дополнительного объема очищенных дымовых газов от конвертора 1 через эксгаустер 21 установки мокрой газоочистки конвертора 14, находящегося в пассивном периоде технологического процесса, с минимальным выделением загрязняющих веществ (завалки шихтовых материалов и слива полученного железо-углеродистого расплава).

В рассматриваемый момент времени, в объединенной комплексной системе газоудаления – (ЭРТУМГ), четыре запорных клапана 12, 13, 25 и 27, расположенные в газоходе очищенных дымовых газов 6 конвертера 1, перед каждым из 2-х эксгаустеров 8 и 21, а также коллекторном газоходе 26 открыты на 100 %, а запорный клапан 24, расположенный в газоходе очищенных дымовых газов 19 конвертера 14, закрыт на 20–70 %. Соответственно в зависимости от степени перекрытия данного запорного клапана 24, и при постоянной производительности эксгаустеров 8 и 21, изменяется (увеличивается) объем отводимых газов и разрежения в газовом тракте конвертера 1.

Когда конвертер 1 переходит в пассивный режим работы с минимальным выделением загрязняющих веществ, автоматизированная система запорных клапанов переключается таким образом, чтобы обеспечить отвод большего объема газов от конвертера 14, за счет открытия клапанов 13, 24, 25 и 27 на газоходе от конвертера 14 на 100 % и одновременного закрытия клапана 12 от конвертера 1 на 20–70 %.

Таким образом, объединенная комплексная система газоудаления (ЭРТУМГ) начинает отводить основной объем технологических газовых выбросов через эксгаустер 21 и формирует дополнительный газовый поток, который отводится от системы газоочистки конвертера 14 через эксгаустер 8 конвертера 1.

Для обеспечения условий отвода газов (объем, разряжение), аналогичных созданным в ЭРТУМГ, для конвертеров, находящихся в активной фазе техпроцесса, в газоочистных установках классической компоновки, с индивидуальными газоотводящими трактами от каждого металлургического агрегата, потребовалась бы установка эксгаустеров большей производительности для каждого из конвертеров. Например, эксгаустера 4500-11-1, имеющего производительность по газу 268 тыс. м3 /час и потребляемую мощность 2500 кВт/час, что влечет за собой увеличение расхода электроэнергии, а также капитальных расходов на строительство и операционных расходов при эксплуатации оборудования.

Выводы и рекомендации

Разработанная конструкция объединенной комплексной системы газоудаления для плавильных машин и агрегатов металлургических производств – энергоемкий регулируемый тандем установок мокрой газоочистки (ЭРТУМГ), обладающая повышенной «динамической активностью» и возможностью неоднородно-избирательного воздействия на обрабатываемую среду, в процессе эксплуатации в условия кислородно-конвертерного цеха ЧАО «Днепровский Металлургический Завод» позволяет:

– обеспечить эффективную очистку выбросов в тандемах газоочистных установок, использующихся для очистки выбросов от циклически работающих металлургических агрегатов;

– используя комбинированное автоматическое регулирование объемов отводимых газов и разрежения в газоотводящих трактах, обеспечить с минимальными энергетическими затратами рациональное перераспределение объемов отводимых от плавильных машин и агрегатов металлургических производств, в частности кислородных конвертеров, газовых выбросов, в зависимости от фазы работы технологического агрегата и связанных с этим объемов выбросов;

– применять в газоотводящих трактах (ЭРТУМГ) эксгаустеры на 30–40 % мощности меньшей (что обеспечит экономию электроэнергии и капитальных расходов при строительстве и эксплуатации), чем при классической компоновке с индивидуальными газоотводящими, без потери общей производительности и эффективности работы системы газоудаления;

– оптимизировать расход охлаждающе-очищающей оборотной воды, предназначенной для охлаждения и очистки отходящих газов, в зависимости от фактических режимов работы, находящихся в одновременной эксплуатации 2-х металлургических агрегатов и снизить общий расход воды на очистку выбросов на 30–40 %;

– повысить эффективность очистки отходящих газов металлургических агрегатов разработанной системой мокрой газоочистки (ЭРТУМГ), без строительства новых газоочистных установок, за счет проведения реконструкции существующих систем газоочистки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. А. c. 1232689 СССР А1, С 21 С 5/38. Способ регулирования отвода газов при выплавке металла и система для регулирования, отвода и очистки газов / Р.Ф. Грач, В.С. Гурьев, Р.К. Велецкий, Ю.С. Гавриш. № 3765919/22-02; заявл. 04.07.1984; опубл. 23.05.1986, Бюл. № 19.
  2. Швец М.Н., Гошмер В.Е., Ерохин А.В. Система улавливания пылегазовых выбросов электропечей. Сталь. 1992. № 1. С. 88–90.