Показатели технического уровня работы агломерационных фабрик СНГ и некоторых зарубежных

Особенности агломерационного процесса и состав выбросов.

Агломерационная машина (площади поверхности спекания шихты составляют 50, 75, 200 и 312 м²) представляет собой металлический колосниковый ленточный конвейер, состоящий из отдельных звень­ев - палет. Ширина этого, конвейера равна 3-5 м, длина 60 м и более; скоро-сть его можно регулировать от 60 до 225 м/ч.

Показатели технического уровня работы агломерационных фабрик СНГ и некоторых зарубежных

Рис. – Технологическая схема аглофабрики с системой интенсивного смешивания и гранулирования – IVGS австрийской фирмы VAI.

Компоненты шихты из бункеров шихтовых смесителей или непосредственно из барабанного смесителя непрерывно подают­ся на ленту машины с регулированием толщины слоя, которая обычно составляет 170-300 мм. При движении ленточного конвейера слой шихты входит под зонт зажигатель­ного горна, в котором установлены горелки, работающие на природном газе. Во время нахождения шихты на участке за­жигательного горна слой шихты разогревается до температур 600-800°С, при которых начинает окисляться углерод кокса, и дальнейшее повышение температуры до температур спекания шихты (1200-1300°С) происходит благодаря горению кокса в слое шихты. Процесс горения поддерживается путем просасывания воздуха через шихту в вакуум-камеры, расположенные в нижней части агломерационной машины. Образующиеся про­дукты сгорания и пыль выносятся через эксгаустеры и трубопровод для отвода газа в пылеулавливающую систему и затем дымососом выбрасываются в атмосферу через трубу. Агломерационные машины могут работать в двух режимах: без охлаждения агломерата на ленте машины и с охлаждением агломерата воздухом в хвостовой части машины. При агломерации шихты образуется большое количество пыли вследствие просеивания шихтовой смеси через колоснико­вую решетку, растрескивания агломерата при движении и виб­рации конвейера, а также при сбрасывании с него агломерата. Количество пыли изменяется по длине агломерационной ленты. В первой половине ленты количество ее невелико, что обус­ловлено повышенной влажностью шихты и соответственно ее низкой газопроницаемостью. Во второй половине ленты, после высыхания шихты ее газопроницаемость повышается и поток воздуха, проходящего через слой агломерата, увеличивается. Здесь агломерат расширяется и растрескивается, в том числе и от вибрации ленты. Воздух, проходящий через трещины, от­рывает мельчайшие частицы агломерата и в виде пыли уносит их в газосборник продуктов сгорания. Наибольшее растрескива­ние, а следовательно, и наибольшее пылевыделение происходит при сбрасывании агломерата с ленты конвейера в хвостовой части агломашины. При больших скоростях движения ленты происходит интен­сивное растрескивание агломерата, в трещинах скапливается пересушенная масса, которая является дополнительным источ­ником пыли, выносимой отходящими газами. При увеличении скорости движения конвейера от 120 до 150 м/ч количество пыли в отходящих газах повышается от 150 до 450 мг/м³. Ниже приведены усредненные данные по выбросам, выде­ляющимся в процессе спекания железосодержащей шихты на агломашинах с площадью поверхности спекания of 50 до 312 м², работающих с охлаждением агломерата:

Bыбросы по различным вакуум каме­рам агломашины (по ее длине)

Увеличенный расход газов в зоне охлаждения и наличие сквозных трещин в слое шихты приводят к повышенному вы­носу пыли из зоны охлаждения. На двухзонных агломераци­онных машинах с охлаждением агломерата на ленте, как вид­но из приведенных данных, удельный выход пыли из зоны охлаждения на 37-57% больше, чем из зоны спекания.

Удельный выход пыли на 1 т агломерата достигает 50-60 кг. Однако значительная часть крупных фракций пыли осе­дает в коллекторе машины и с выходящими из агломерацион­ной машины газами уносится только от 8 до 21 кг. Химический состав пыли определяется в основном составом спекаемых руд и используемого топлива и изменяется в доволь­но широком интервале, %: FeO - 9...10; Fe₂0₃ - 45...60; Si0₂ - 10...15; А1₂0₃ - 0,5...1,5; СаО - 9...13; MgO - 0,5...1,5; МпО - 0,20...0,3; Р₂0₅ - 0,03...0,05; S - 0,5...0,7; С - 4...7.

Табл . 3 - Примерный дисперсный состав пыли в агломерационных га­зах зоны спекания

Плотность пыли составляет около 3,6 г/м³, угол естествен­ного откоса 39-41^О. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) пыли при температуре 60-200°С изменяется от 0,1 до 9 ГОм/м.

Образующиеся при спекании шихты аглогазы содержат так­же значительные количества SО₂ и СО. Процесс выгорания серы и степень десульфурации шихты зависят от свойств со­единений серы в минералах и расхода топлива на спекание шихты. При спекании шихты, содержащей сульфиды железа, на аглоленте выгорает 90-96% серы. Исследования показали, что при спекании шихт, содержащих до 4% сульфидной се­ры, массовая доля серы в агломерате составляет до 0,08%. Степень выгорания сульфатной серы значительно ниже и обыч­но составляет 40-70%. Содержание SО₂ в аглогазах можно рассчитать по формуле:

2(Sш-Sa-Sn)

где Sш, Sa, Sn - количество серы соответственно в шихте, аг­ломерате и пыли, кг/т агломерата.

Аналогично формулы для приближенного расчета количе­ства СО и СО₂ имеют вид:

Qco= СО/СО₂(Cш-Ca-Cn)∙μCO/μC

∙(Cш-Ca-Cn)∙

где μC, μCO, μCO₂ - молекулярная масса углерода, оксида уг­лерода (II) и оксида углерода (IV) соответственно; Cш, Ca, Cn - количество углерода соответственно в шихте, агломерате и пыли, кг на 1 т агломерата; СО/СО₂ -отношение количества оксида углерода (II) к количеству оксида углерода (IV) в аглогазах.

Количество СО в технологических аглогазах зависит от рас­хода топлива и условий его сжигания в шихте; на всех отече­ственных аглофабриках оно практически одинаково и. составля­ет в среднем 12-15 г/м³ (или 34 кг/т агломерата). В среднем аглогазы содержат, %: СО - 0,6; S0₂ - 0,04; С0₂ - 5; 0₂ - 15; Н₂0 - 6; N₂ - 73; прочие - 0,36.

Кроме этих выбросов, образующихся при спекании шихты и удаляемых через аспирационные системы агломашин, при производстве агломерата выделяется также большое количе­ство неорганизованных выбросов. Пылеобразование происхо­дит на различных стадиях подготовки шихты - выгрузке ком­понентов шихты, перегрузках, дроблении, измельчении, а так­же дозировании. Так, только на участке подачи материалов из шихтовых бункеров через дозировочные столы в барабанный смеситель первичного смешения количество пыли у барабанов составляет от 60 мг/м³ до 200 мг/м³. Значительное количество пыли образуется при сбрасывании коксового пирога в хвостовой части ленты на стационарный ко­лосниковый грохот: от 160 мг/м³ до 1300 мг/м³.

Обильное пылевыделение наблюдается в процессе сортиров­ки агломерата на самобалансных виброгрохотах. Концентрация пыли у самобаланс­ного грохота достигает 14,3 г/м³, и в атмосферу выбрасывается около 25 т агломерационной пыли в сутки.

На аглофабрике одного из заводов концентрация пыли у виброгрохота составляет 5 г/м³. Количество отсасываемого за­пыленного воздуха - 65 тыс. м³/ч. После очистки запыленного воздуха в скрубберах концентрация пыли в нем снижается до 260 мг/м³ и в атмосферу выбрасывается 0,4 т/сутки. При погрузке агломерата в вагоны также образуется боль­шое количество пыли. Концентрация пыли в воздушно-пыле­вом потоке над открытым вагоном колеблется от 2,5 до 4,9 г/м³. Валовое количество выбрасываемой в атмосферу пыли при по­грузке агломерата в вагоны составляет 360 кг/ч.

Очистка газов. В большинстве случаев на наших аглофаб­риках применяют следующую схему сбора и отвода технологи­ческих газов от агломашины. Из всех вакуум-камер, располо­женных по длине агломашины, газы собираются в общий кол­лектор, размещенный параллельно оси агломашины, с одной ее стороны.

На ответвлениях вакуумных камер к коллектору располо­жены S-образные инерционные устройства или специальные ло­вушки, в которых за счет сил инерции, возникающих при по­воротах, выделяются самые крупные частички пыли. Собира­ясь в коллекторах, запыленные газы с небольшой скоростью (дo 10 м/с), движутся по нему в направлении к головной ча­сти агломашины. При этом из пылегазового потока под действием сил гравитации выпадают крупные час-тички пыли и собира­ются в расположенных под коллектором пылевых бункерах, от­куда их удаляют обычно с помощью гидросмыва.

На рисунке показаны существующие варианты схем сбора н отвода технологических газов от агломашин как при исполь­зовании всей ленты для процесса спекания, так и при осуществ­лении охлаждения агломерата на хвостовой части ленты. При этом следует отметить, что газовый коллектор, работающий в качестве пылевой камеры, обеспечивает выделение пыли из пы­легазового потока на 50-60%, а в том случае, когда длина га­зового коллектора существенно увеличивается (вариант в), эф­фективность работы коллектора как пылеуловителя повы-шает­ся до 80-85%.

Учитывая, что пылегазовые выбросы с высокой концентра­цией пыли поступают из первых и последних, камер, наиболее целесообразной является схема сбора и отвода агломерацион­ных газов, где длина пути сильно запы­ленного газа в коллекторе значительно увеличивается и эффек­тивность коллектора заметно возрастает. Благода­ря установке на подводах к коллектору из первых и последних камер специальных пылеуловителей, обычно циклонов, абсо­лютное поступление пыли в коллектор значительно снижается, и в целом обеспечивается более высокая степень предварительной очистки газов от пыли.

а - совместный отвод газов на очистку из зоны спекания и зоны охлаж­дения; б - раздельный отвод газов на очистку из зоны спекания и зоны охлаждения; в - отвод газов на очистку из первых и последних камер аг­ломашины; 1 - аглолента, 2 - вакуум-камеры; 3 - коллектор; 4 - бун­кера коллектора; 5 - кривая распределения пыли выноса; 6 - пылеуловите­ли селективной очистки.

Схемы сбора и отвода технологических газов от агломерационных: машин:

Из коллектора газы отводят в основную систему газоочистки, в качестве главного аппарата в которой используются либо групповые циклоны, центробежные скруб­беры или трубы Вентури, либо электрофильтры. На большинстве аглофабрик для очистки газов от пыли до последнего вре­мени применяли групповые циклоны, которые не обес­печивали допустимую сте­пень очистки. Неравномерное распреде­ление газов вследствие больших размеров аппара­тов, пропускающих огром­ный объем газа, быстрый износ .циклонных элемен­тов, их засорение, значи­тельные подсосы воздуха снижают степень очистки газа от пыли до 60-70%. В зависимости от концент­рации пыли в отходящих газах на входе в циклоны и возможностей этих пыле-очистительных установок за­пыленность отходящих га­зов после циклонов состав­ляет 0,3-0,6 г/м³. Значи­тельное содержание пыли в газах вызывает, кроме то­го, ускоренный абразивный износ роторов эксгаустеров и недопустимо высокую концентрацию пыли и токсичных приме-сей (СО и S0₂) в районе аглофабрики и прилегающих участках города.

В последние годы на ряде заводов для очистки газов агломашин стали применять мокрую систему очистки в различном аппаратурном оформлении. На некоторых заводах сразу после коллектора установлены центробежные скрубберы, обеспечивающие довольно высокую степень очист­ки (94-96%). Однако запыленность газов на выходе состав­ляла 150-250 мг/м³, что значительно больше рекомендуемой (80-100 мг/м³). На других заводах центробежные скрубберы были установлены после второй ступени очистки газов (после группового циклона). При коэффициенте очистки в этой тре­тьей ступени (считая коллектор) 0,96-0,98 остаточная запы­ленность газов на выходе составляет 80-150 мг/м³.

При использовании в качестве третьей ступени очистки низ­конапорных скрубберов Вентури, которые при пе­репаде давления 2,5-3,5 кПа и удельном расходе воды на оро­шение, равном 0,10-0,15 кг/м³, работали с коэффициентами очистки 0,93-0,95, запыленность газов на выходе не удавалось уменьшить ниже 200-300 мг/м³. Возможность повышения сте­пени очистки за счет увеличения перепада давления на трубах Вентури ограничивалась напором эксгаустера.

Таким образом, даже применение трехступенчатых схем обеспыливания технологических газов агломашин не обеспечи­вает очистку газов, отвечающую санитарным нормам. Кроме того, недостатком мокрой очистки является необходимость снабжения системы водой, отвода шламов и защиты отдельных узлов устройств от коррозии. При этом внутренние стенки ап­паратов мокрого обеспыливания, газопроводы и роторы экс­гаустеров покрываются слоем твердых отложений, что вызыва­ет существенные затруднения при их эксплуатации. Преимущество применения мокрого способа очистки аглогазов заключается в том, что в скрубберах при орошении газов тонкораспыленной водой удается извлечь из отходящих газов до 50% содержащихся в них соединений серы. В настоящее время в черной металлургии всего мира са­мым совершенным устройством для очистки агломерационных газов от пыли считают электрофильтр, который обеспечивает остаточную запыленность газов ниже 80 мг/м³.

Схемы очистив отходящих газов агломе-рационных машин: 1 - агломашина; 2 - коллектор; 3 - батарейный циклон; 4 - экс­гаустер; 5 - дымовая труба; 6 - центробежный скруббер; 7 - труба Вентури; 8 - каплеуловитешь; 9 - электрофильтр

На фабрике горно-обогатительного комби­ната технологические газы от агломашин очищают с помощью электрофильтров. На очистку поступает 460-490 тыс. м³/ч га­зов, выделяющихся при производстве 141-190 т/ч агломерата, с запыленностью на входе в электрофильтр около 0,4-0,7 г/м³ при температуре газов 65-175°С. При скорости движения га­зов в электрофильтре 0,9-1,5 м/с степень их очистки от пыли составляет 80-96%, что обеспечивает количество пыли в газах на выходе из аппарата, равное 30-54 мг/м³. Основными преимуществами электрической очистки аглогазов от пыли являются малые энергозатраты при высокой эф­фективности очистки и отсутствие водного хозяйства; недостат­ки - большие габариты и высокая начальная стоимость уста­новки.

Однако электрические фильтры обеспечивают эффективную очистку аглогазов только от пыли, тогда как два других вред­ных компонента (СО и SО₂) остаются полностью в отходящих газах и выделяются в атмосферу. В этом отношении мокрые методы очистки газов по сравнению с электрическими более перспективны, поскольку обеспечивают возможность частичного улавливания SО₂, хотя СО остается в полном объеме в от­ходящих газах. Таким образом, ни одна из рассмотренных схем не обеспе­чивает санитарной очистки аглогазов по всем трем основным вредным компонентам, и в настоящее время разработка эконо­мичной схемы очистки больших количеств этих малозапыленных газов (0,5-1,0 млн м³/ч), содержащих относительно не­большие количества СО и SО₂ (в среднем по 1%), представля­ет собой трудно решаемую техническую проблему.

Что касается экономики организации процесса очистки аг­логазов от пыли, то здесь необходимо отметить, что в целом капиталовложения в очистку довольно высоки. На одной из оте­чественных аглофабрик доля капитальных затрат на очистку в суммарных капиталовложениях на всю фабрику составляет: 4,5% - при организации процесса очистки газов в групповых цикло-нах; 6,3% - в центробежных скрубберах; 11,2% - в электрофильтрах и 8,6% - по двухстадий-ной схеме очистки газов в циклонах и скрубберах.

Затраты на очистные сооружения (в расчете на 1 т продук­ции) составляют, грн.: 0,12 на групповые циклоны; 0,15 на цент­робежные скрубберы; 0,26 на электрофильтры и 0,21 - по двух-стадийной схеме очистки газов в циклонах и скрубберах.

Видно, что затраты на организацию переде­ла очистки аглогазов от пыли в электрофильтрах являются са­мыми высокими по сравнению с любым другим разработан­ным способом, однако именно электрическая очистка газов обеспечивает достижение требуемых санитарными нормами пределов очистки, тогда как другие способы этих пределов не обеспечивают.

Сравнивая различные способы очистки газов, необходи­мо учитывать и такой постоянно действующий фактор: текущие затраты на эксплуатацию электрофильтра ниже (0,022-0,036 грн. на очистку 1000 м³ газа), чем на тканевые фильтры (0,036- 0,049 грн.) и тем более на эксплуатацию скрубберов Вентури (0,046-0,077 грн.). Кроме того, уловленная пыль легко может быть возвращена в производство. На аглофабриках доля капитальных вложении в электростатическую очистную установку достигает 9,3% общей суммы капитальных затрат на основное оборудование. В течение суток в фильтре оседает 30 т мелкозернистой пыли. Стоимость возвра­щаемой в переработку пыли вполне покрывает все расходы, связанные с электрической очисткой аглогазов от пыли.