Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ КОНСТРУИРОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ, РАБОТАЮЩИХ БЕЗ ВЫБРОСА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРУ

Рассмотрены проблема конструирования экологически нейтральных металлургических печей, конкретная схема нагревательной печи с полной тепловой и химической утилизацией газов на поверхности земли. Приведены сведения о новом материале для тонкой очистки печных газов от пыли.

Конструирование металлургических печей нового поколения учитывает четыре направления требований к уровню техники: по качеству тепловой обработки, по экономичности, по условиям труда обслуживающего персонала и по экологичности. Ни одно из направлений нельзя считать социально более или менее значимым.

По трем первым направлениям практика конструирования печей выработала надежные решения достаточно высокого уровня. По экологичности печей нужно искать новые решения. Новое поколение топливных печей и парогенераторов должно приближаться к уровню экологической нейтральности. В настоящее время задача состоит в разработке научных и технологических основ экологизации печей различного назначения, в поиске и апробации новых элементов печей, приближающих их к экологически нейтральным агрегатам.

Экологизация печей включает совершенствование процессов подготовки и сжигания топлива; утилизацию теплоты, вредных газов и пыли.

Утилизация теплоты и газов на поверхности земли должна быть настолько полной, что отпадает необходимость в сооружении дымовых труб. Такой высокий уровень экологизации должен реализоваться на крупных сталеплавильных и нагревательных печах, на тепловых электростанциях и ТЭЦ. Малые по тепловой мощности печи с экологоэкономических позиций должны стать не топливными, а электрическими.

Работа существующих печей металлургических и других отраслей промышленности сопровождается выбросом в атмосферу дымовых газов с температурой выше 200—300 °С, содержащих вредные компоненты: NO*, S02, СО, С02, пыль. Опасная концентрация этих веществ наблюдается в атмосфере городов с развитой тяжелой промышленностью.

До настоящего времени исследования и разработки по экологизации печей были направлены на частичную очистку дымовых газов от пыли и вредных компонентов и на частичную тепловую утилизацию.

Дымовые трубы были необходимым элементом печи, служащим для осуществления тяги и рассеивания газов в атмосфере.

Разработаны альтернативные схемы утилизации выбросов агломерационного, сталеплавильного производства, ферросплавных печей, нагревательных печей.

Рассмотрим конкретную схему полной тепловой и химической утилизации газов с очисткой их от NOx и С02 для нагревательной печи. Предполагается, что в результате утилизации должны образовываться вещества, которые могут быть использованы в цехе или проданы: пар, горячая вода, смазочные материалы, удобрения, химически чистый углекислый газ.

Все элементы схемы опробованы на практике и могут быть разработаны для конкретных объектов на основании достаточно достоверных методик. Однако по мере совершенствования устройства для химической и тепловой утилизации данная и другие схемы печей будут претерпевать изменения.

Основные элементы схемы: контактный теп ломассообменник (КТМО), нагревательная печь, котелутилизатор, контактный теплообменник с активной насадкой (КТАН), углекислотная установка и установка очистки от NO*. Рассмотрим эти элементы подробнее.

В качестве базового варианта печи взята нагревательная печь, отапливаемая природным газом. Дутьевой воздух не подогревается до высоких температур, а лишь увлажняется в КТМО для получения влагосодержания 27 г/кг сухого воздуха. С этой целью воздух подогревается в КТМО до температуры 30 °С. Применение увлажненного воздуха обеспечивает снижение образования оксидов азота при горении топлива в печи на 20—40 %. Конструкция КТМО напоминает конструкцию камер орошения кондиционеров. Система орошения КТМО двухступенчатая. Стандартная конструкция КТМО рассчитана на производительность воздуха 5000, 10000, 20000, 35000 и 70000 м3/ч. Ориентировочные габариты КТМО: площадь 2,6*1,0 м, высота 1,5 м.

Кроме применения увлажненного дутьевого поздуха в технологии нагрева может быть предусмотрена рециркуляция высокотемпературных дымовых газов. Например» при рециркуляции 15% газов можно обеспечить снижение выброса окислов азота в 2—2? раза. Можно рассмотреть применение двухступенчатого сжигания топлива, т.е. подачи части воздуха помимо горелок, что позволяет снизить образование оксидов азота на 20—30 %. Практически важен вопрос о сочетании рециркуляции газов и двухступенчатого сжигания топлива.

Для уменьшения выбросов СО какихлибо специальных мероприятий не требуется. Главное — это сжигание топлива в печи с избытком воздуха. Наиболее эффективными мероприятиями по подавлению образования бензапирена являются ввод влаги в факел (применение КТМО) и увеличение избытка воздуха.

Следующий элемент схемы: котелутилизатор. При температуре продуктов горения, уходящих из печи, более 300—400 °С целесообразно утилизировать теплоту дымовых газов в две ступени. На первой ступени (в котле) получать более ценные теплоносители сравнительно высоких параметров (пар, высокотемпературную перегретую воду, горячий воздух), на второй ступени (КТАН) — проводить глубокую утилизацию с получением теплоносителей с низкой температурой. В данном случае на первой ступени может быть применен котелутилизатор типа Г250Э, вырабатывающий насыщенный пар (р = 1,4 МПа). Этим паром можно нагревать воду для систем отопления и вентиляции, использовать его на технологические нужды промышленных предприятий. Тепловая схема утилизационной котельной включает в себя водоподготовку, деаэрациоинопитательную установку, сепаратор продувочной воды. Традиционная тепловая схема предусматривает сбросы загрязненных стоков от во доподготовки и продувки котла. Предлагается водоподготовку сделать бессточной. Отходы водоподготовки в виде мокрого шлама вывозятся автотранспортом и могут быть использованы в строительстве или подлежат складированию на шламоотвале. Продувочная вода котлаутилизатора после охлаждения может подаваться на подпитку тепловых сетей закрытых систем теплоснабжения или использоваться на за творение бетонов. Продувочная вода имеет солесодержание 3000—5000 мг/л, в том числе, если используется днепровская вода, сульфатов 700—800 мг/л, хлоридов 200300 мг/л.

Следующей ступенью тепловой утилизации является КТ АН. Применение контактного теплообменника с активной насадкой обеспечивает глубокую утилизацию теплоты дымовых газов с использованием скрытой теплоты парообразования части водяных паров. Недостаток КТАНов — низкая температура подогрева воды (< 50 °С). Однако при наличии высокотемпературного теплоносителя, например пара от котла утилизатора, воду можно нагреть до 60—70 °С и использовать в бытовом горячем водоснабжении. При применении схемы с глубокой утилизацией могут возникнуть проблемы с использованием горячей воды, так как потребность в ней металлургического предпрятия может быть относительно невелика. В таком случае вода должна быть передана (продана) в жилые районы, бани и на соседние промышленные предприятия. Крупными потребителями горячей воды могут быть винные и пивобезалкогольные заводы, мойки автомашин, заводы стройиндустрии (в зимнее время).

При отсутствии достаточного количества потребителей горячей воды можно изменить схему, включив в нее КТ АН—воздухонагреватель. Это позволяет использовать теплоту в системах вентиляции предприятия. Системы вентиляции весьма энергоемки, но только в отопительный период. В этой связи целесообразно более подробно рассмотреть возможность увеличения температуры дутьевого воздуха печей с одновременным равномерным увлажнением. Этот вопрос требует дополнительных экспериментальных исследований.

КТАНы рассчитываются на теплопроизводительность 0,05; 0, 1; 0,25; 0,5; 0,8; 1,5; 2,3; 4,5; 6 и 12,0 МВт. Ориентировочные габариты: площадь 3,8*1,8 мм, высота 4,7 м. В' результате орошения дымовых газов водой в КТАНе должна вымываться часть оксидов азота и часть углекислого газа.

Следующий крупный элемент схемы — углекислотная установка. Условия ее применения: наличие в дымовых газах >7% С02 и <3% 02; температура дымовых газов < 40 °С.

Действие углекислотной установки основано на абсорбции С02 из дымовых газов 12—15 % водным раствором моноэтаноламина (МЭА). Абсорбируется ~ 60—70 % от общего количества С02 дымовых газов. Установка поглощает некоторое количество пара. Продуктами установки являются углекислый газ в жидком состоянии (р« 7,5 МПа) и шлам, состоящий из смеси муравьиной кислоты, формальдегида и комплексов железа с МЭА. Количество шлама 500—700 кг в год. Он используется в качестве смазочного материала для изложниц при разливке стали в литейных цехах. Такая углекислотная станция работает на заводе автокранов в г.Иваново. Запроектированы такие станции для Никопольского крановогб завода и Костромского завода.

По опыту проектирования и использования все элементы схемы экономически целесообразны. Последний основной элемент схемы — установка очистки от NO*. Существующие способы очисткц дымовых газов от NO*, которые реализованы на практике, не позволяют однозначно рекомендовать один из них к применению. Почти все они характеризуются недостаточной эффективностью.

Наиболее перспективными методами очистки от NO* и SO* являются озонный и электроннолучевой методы. Эффективность очистки несколько выше у электроннолучевого метода (9298% SO*, 9499% NO*). Озонный метод прошел опытнопромышленную проверку на Молдавской ГРЭС в г.Дубоссары. В обоих способах очистки конечным продуктом являются минеральные удобрения — сульфат и нитрат аммония.

Особое место занимает разработка новых, более эффективных устройств для тонкой очистки печных газов от пыли. В настоящее время исследуются фильтровальные свойства нового уникального материала — пористого металла сотовой структуры (ПМСС), который не имеет аналогов как в странах СНГ, так и за рубежом. Материал представляет собой литую металлическую пластину толщиной от десятых долей до нескольких миллиметров, пронизанную сплошными цилиндрическими отверстиями диаметром от нескольких микрометров до 1мм. Пористость пластин может изменяться от 5 до 60%. ПМСС обладает высокими показателями прочности, термостойкости, тепло и электропроводности. Пористые пластины могут изготавливаться из меди, бронзы, алюминия, стали, чугуна, никеля.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994

Экспертиза

на главную