CC BY
52
- © Н.Н. Бережной, П.В. Бересневич,
А.М. Голышев, А.В Зайцев, 2006
УДК 622.458(035)
Н.Н. Бережной, П.В. Бересневич, А.М. Голышев, А.В Зайцев
ВРЕДНЫЕ ВЫБРОСЫ ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НА ГОКах КРИВБАССА
Расчетным путем и измерениями в промышленных условиях определено содержание оксидов углерода, азота и серы в отходящих газах. Обосновано мнение, что существенно уменьшить вредные выбросы возможно с переходом на комбинированную технологию спекания агломерата из окатышей.
Агломерация; оксиды углерода, азота, серы; спекание агломерата из окатышей.
В настоящее время производство агломерата находится среди тех пределов черной металлургии, которые в наибольшей мере загрязняют атмосферу рабочих помещений и окружающей среды. К этим загрязнениям относятся вредные выбросы пыли, а также оксидов углерода, азота и серы, которые образуются в слое при спекании агломерата.
Углерод для образования угарного газа СО вносится в аглошихту твердым топливом. Оксид азота N0 образуется преимущественно из азота твердого топлива (70-75 %) и азота воздуха (25-30 %). Сера вносится в аглошихту железосодержащими компонентами и твердым топливом приблизительно поровну (табл. 1).
В связи с ростом загрязнения окружающей среды промышленностью, транспортом и бытовыми отходами, повсе-
300
местно усиливается внимание к защите природы [1, 2]. Поэтому можно ожидать, что в ближайшем будущем в Украине, как уже сделано в других странах [3, 4] будут приняты законы и санитарные нормы предельных величин вредных выбросов во всех отраслях и в том числе в металлургии. Однако, в настоящее время
301
состояние изученности агломерационного производства, как одного из наибольших загрязнителей окружающей среды, не позволяет производить реконструкцию действующих объектов, которая надежно гарантировала бы существенное сокращение в атмосферу пыли, оксидов углерода, азота и серы.
303
Содержание пыли в технологических или аспирационных аглогазах может быть до очистки в пределах 1-10 г/нм3 или от 5 до 50 кг/т готовой продукции. Обеспыливание газов в сухих циклонах снижает содержание пыли в газах до 0,5-1,4 г/нм3 (0,3-1 кг/т продукции) и электрофильтрах до0,02-0,1 г/нм3 (0,1-0,3 кг/т продукции) [5].
По выбросам пыли агломерация занимает третье место (16,8 %) после доменного производства (33,5 %) и ТЭЦ (18,9 %). По выбросам серных газов она занимает первое место (46,7 %) перед ТЭЦ (18,51 %) и выплавкой чугуна
Таблица 2
Состав агломерационных газов при коэффициенте избытка воздуха а = 1
Компоненты аглогазов % по массе % по объему
кг / т м3 / т
СО2: 122,25 + 39,87 + 120,244 (СО2 от карбонатов, дымовых газов горна и горения твердого топлива) 31,4 21,0
282,3 141,72
Н2 О: 97,527+ 7,975 (вода шихты + зажигательных газов) 11,7 105,5 19,2 131,3
N2 : 91,1 +6,5 +57,31 + 329,37 (азот воздуха на окисление твердого топлива, серы, зажигательных газов и РеО) 53,8 56,8
484,28 387,42
О2: (кислород дымовых газов зажигательного горна) 0,3 2,85 0,2 2,0
СО 2,1 2,2
19,133 15,3
ЭО2 0,4 0,1
3,886 1,36
N0 0,001 0,887 0,001 0,66
Всего 898,836 681,76
304
(14,5 %). Оксидов азота больше всех выбрасывает в атмосферу ТЭЦ (27,8 %), аглофабрики - 20,4 % и примерно столько же (19,4 %) - производство стали в мартеновских печах.
Производство агломерата наиболее вредно моноксидом углерода СО (54,5 %), что вдвое превышает его выбросы при производстве чугуна (26,9 %) и в 9 раз больше, чем при выплавке стали в конверторах (6,05 %) [5].
Содержание азота в горючей массе антрацита составляет N = 0,7-1,1 % или в среднем 0,9 %. Выход летучих веществ равняется 3,5-4 % или в среднем 3,75 % [6]. Выход летучих в коксовой мелочи, используемой в агломерации больше, чем в металлургическом коксе [7]: в коксе летучих 0,7-1,1 %, в коксике - 1,5-5 %, в среднем 1,85. Хотя в коксовом газе содержание азота в среднем равняется 3 %, а в последние часы коксования его содержание увеличивается до 10-15 %.
Горение твердого топлива в спекающемся слое агломерата отличается [8] от его горения в энергетике [9,10] следующими особенностями:
1) коэффициент избытка воздуха в энергетике существенно меньше, чем в агломерационном слое (аэн = 1,1 1,2; аагл = 1,8 2,2), что обеспечивает содержание кислорода в аглогазах 5-10 % [11];
2) соотношение теплоемкостей потоков шихты и горючих газов, а также крупность аглошихты обуславливают такую высоту зоны горения, что время пребывания в ней продуктов горения значительно меньше, чем в топках энергетических агрегатов [12];
3) концентрация твердого топлива в зоне горения аглошихты меньше, чем в топках [13, 14];
4) температурный уровень процесса спекания агломерата обусловлен теплофизическими свойствами шихты и экономическими требованиями - минимальным расходом твердого
305
5500
4500
3500
2500
1500
500
Зависимость состава агломерационных газов от коэффициента избытка воздуха: 1 - N2; 2 - О2; 3 - суммарное количество газов (СО2 +Н2 О + СО + ЭО2 + N0 + N2 + О2)
топлива при удовлетворительной прочности готового продукта.
Несмотря на благоприятные условия п.п. 1 и 3 из-за условия п.2 происходит неполное горение твердого топлива -оно сгорает на 80 ± 1-2 % до СО2 и остальное - до СО. Условие п. 4 не позволяет использовать мероприятия, которые разработаны в теплоэнергетике для уменьшения образования вредных выбросов.
Поэтому для выбора наиболее эффективного способа снижения количества вредных веществ, образующихся при окусковании железорудного сырья, произведены расчеты и выполнены измерения содержания в отходящих газах оксидов углерода, азота и серы на аглофабриках Кривбасса. Имея химический состав аглошихты, агломерата и отходя-
306
щих газов на уровне колосников спекательных тележек, определен расчетом
307
по балансу кислорода стехиометрический состав агломерационных газов (табл. 2).
Таким образом, в стехиометрическом аглогазе имеется: 19133
СО = " = 28,064г/м3 ; 681,76
3886 _ _ . 3 0,887 3 , 3
8О, =-= 5,7г/м3; N0 = —-= 1,3 • 10-3 г/м3.
2 681,76 681,76
Фактическое содержание кислорода в агломерационных газах на уровне колосников показывает, что процесс горения в слое совершается при а = 2. Далее на пути в атмосферу отходящие газы разбавляются подсосанным воздухом в вакуум-камерах, газовом коллекторе, газоочистных аппаратах, задвижках и эксгаустерах. При этом суммарное содержание газов стехиометрического состава и каждого компонента уменьшается за счет увеличения содержания азота и кислорода (рисунок и табл. 3). При неизменном массовом количестве вредных выбросов на 1 т агломерата, общее количество газов возрастает до таких величин, что обезвреживание их известными способами становится экономически нецелесообразным [5].
Таким образом, можно сделать вывод что значительно сократить выбросы вредных газов (Э02 и N0 на 40-50 %, СО
- в 6,8-10 раз) можно при спекании агломерата из окатышей, уменьшив содержание твердого топлива в шихте с 4-7 % до 5-3 %, используя технологию производства окатышей и улучшая их металлургические свойства.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Детри Ж. Атмосфера должна быть чистой. Загрязнители атмосферы и борьба с ними. - М.: Прогресс, 1974. - 320 с.
2. Уорд Б., Дюбо Р. Земля только одна. - М.: Прогресс, 1975. - 380 с.
3. Пирумов А.И. Экологическая и технологическая защита воздушной среды на предприятиях в период перестройки народного хозяйства // Водоснабжение и санитарная техника. -1991. - № 2.- С.2-3.
4. Плотникова Л.В. Снижение загрязнения атмосферы на промышленных территориях // Водоснабжение и санитарная техника. - 1992. - № 9.
- С. 2-4.
308
5. Толочко А.И., Филиппов В.И., Филипьев О.В. Очистка технологических газов в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1982. - 280 с.
6. Матвеева И.И. Справочник химика-энергетика. Под общ.ред. С.М.Гуревича. - В 3-х т. Т.3. Энергетическое топливо (характеристика и контроль качества). - М.: Энергия, 1972.-216с.
7. Мейсон Л.В., Шварц С.А. Производство кокса. - Харков.: Металлург-издат, 1955. - 394 с.
8. Андоньев С.М., Филипьев О.В. Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии. - М.: Металлургия, 1970. - 190 с.
9. Горение углерода. А.С. Предводителев, Л.Н. Хитрин, О.Н. Цуканова и др. - М.: Изд-во АН СССР, 1949. - 407 с.
10. Хитрин Л.Н. Физика горения. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. -450 с.
11. Сигов А.А., Шурхал В.А. Агломерационный процесс.- Ки1в.: Технжа, 1969.- 232с.
12. Коротич В. И., Пузанов В. П. Газодинамика агломерационного процесса. - М.: Металлургия, 1969. - 208 с.
13. Вегман Е.Ф. Теория и технология агломерации. - М.: Металлургия, 1975. - 288 с.
14. Бабушкин Н.М., Тимофеев В.Н. Экспериментальное изучение процесса горения углерода в слое агломерационной шихты. - Сб. науч.тр. -Свердловск.: Металлургиздат. - 1962. - Вып.7.
,— Коротко об авторах-
Бережной Н.Н., Бересневич П.В., Голышев А.М., Зайцев А.В. -Николаевское направление магистральных газопроводов.
309
Таблица 1
Усредненный состав шихты и агломерата в Кривбассе, %/кг/т
Наименование вещества Компоненты
концентрат аглору-да известняк обычный известняк доломитовый шлак ста-леплав. коксик антрацит шихта агломерат
1 5 3 4 5 6 7 8 9 10
шихта 63,7 9,18 15,64 3,74 2,24 2,75 36 2,75 36 100,0 88,2
833,62 120,0 204,7 49,1 29,33 1308,74 1154,5
Рвоб 65,2 55,6 0,5 1,1 0,6 03 20,2 2,41 1,73 46,7 53,6
543,52 66,72 5,9 0,87 0,62 619,9 619,0
РвО 28,4 0,6 0,3 0,3 10,3 - - 18,2 11,7
236,75 0,61 0,15 3,0 241,13 134,73
Рв2 Оз 61,75 78,95 0,39 0,53 14,47 3,45 2,47 46,6 60,0
514,76 94,74 0,8 0,26 4,24 1,24 0,89 616,93 692,47
ЭО2 8,1 11,9 0,73 1,4 19,8 6,51 7,14 7,1 9,1
67,52 14,28 1,5 0,69 5,87 2,34 2,57 94,77 105,6
АЬОз 0,22 3,79 0,19 0,36 2,32 3,44 3,26 0,7 0,93 10,74
1,83 4,55 0,39 0,18 0,68 1,24 1,18 10,04
Продолжение табл. 1
4
5
10
СаО
0,48
То"
0,77 0,92
54,75 112,07
43,82 21,52
40,5 11,08
6,65 2,39
7,44 2,68
11,6 154,66
146,5
МдО
0,42
ТГ
0,59 0,71
0,59
,98
4,41
2,35
1,58 0,57
2,11 0,76
1,0 13,5
1,0
Сн
79,5 28,62
54,8 19,73
3,6 48,35
0,11
0,197 1,31
0,064 0,076
0,025 0,051
0,101 0,049
0,214 0,062
1,47 0,529
1,77 0,637
0,2 2,712
0,473
2,13 17,76
2,79 3,35
42,32 86,62
43,43 21,32
2,46
3,8 1,37
24,2 8,71
10,6 141,6
Всего шихты и агломерата:
99,6 1323,7
95,57 1154,5
(1323,7 -1308,74)-100
Неувязка: -----—-- =1,1%
1323,7
1
2
3
6
7
8
9
0
Б
4
Таблица 3
Изменение состава аглогазов от коэффициента избытка воздуха а ( на 1 т агломерата)
а СО2 + Н2О +СО +Э02 +N0 N2 О2 Сумма всех газов
м3/т % м3/т % м3/т % м3/т
1 2 3 4 5 6 7 8
1 292,34 43,0 387,4 56,4 2,0 0,2 681,74
1,5 292,34 32,0 573,3 62,4 50,8 5,5 918,7
2,0 292,34 25,3 764,4 65,8 101,6 8,7 1160,6
3 292,34 17,9 1146,6 69,7 203,2 12,3 1644,4
4 292,34 14,5 1428,8 70,4 303,8 14,9 2027,2
5 292,34 11,2 1911,0 73,1 406,4 15,5 2612,0
6 292,34 9,5 2293,2 74,0 508,0 16,4 3095,8
7 292,34 8,2 2675,4 74,7 609,6 17,0 3579,6
8 292,34 7,2 3057,6 75,2 711,2 17,5 4063,4
9 292,34 6,4 3439,8 75,6 812,8 17,8 4547,2
10 292,34 5,8 3822,0 75,9 914,4 18,2 5029,0
