Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Системы улавливания и отбора газов в ДСП

Наиболее простой является система улавливания выбивающихся из печи газов при помощи отсасывающих устройств, расположенных вблизи электродных отверстий и рабочего окна, или общего зонта, охватывающего все пространство над сводом. При этом обеспечиваются минимальные подсосы воздуха в печь и низкий уровень тепловых потерь. Однако такая система может использоваться лишь на печах малой вместимости.

На печах средней и большой вместимости неорганизованные пылегазовые выбросы приводят к быстрому выходу из строя элементов и конструкций печи, расположенных над сводом. Такие печи обязательно снабжаются системами принудительного отсоса газов.

На сверхмощных печах, как правило, принудительный отсос газов из рабочего пространства осуществляется через четвертое отверстие в своде, над которым установлен сводовый патрубок. К оводовому патрубку с зазором примыкает стационарный патрубок газоотсоса, связанный с газовым трактом, газоочистным устройством и дымосом. Для уменьшения зазора между подвижным оводовым и стационарным патрубками на площадке газохода устанавливается подвижная муфта. Наименьшее гидравлическое сопротивление в тракте обеспечивается при зазоре между сводовым и стационарным патрубками < 60 мм.

Важное значение для полного удаления образующихся в печи газов имеет правильный выбор параметров дымососа (производительности и создаваемого разрежения). Количество газов, поступающих на газоочистку, складывается из

  • количества газов, отсасываемых из печи,
  • количества воздуха, подсасываемого в газоотводящий тракт для дожигания СО и Н2, содержащихся в печных газах,
  • количества воздуха, необходимого для охлаждения газовой смеси до температуры, допускаемой применяемым типом газоочистки (80—250°С).

При этом количество газов, отсасываемых от печи, возрастает в пять - восемь раз. Полная безопасность работы системы газоотсоса и все условия для сжигания горючих составляющих обеспечиваются при коэффициенте избытка кислорода, равном 2,15.

Энергетические затраты на транспортировку газов и их очистку могут быть уменьшены в 2,0—2,6 раза, если их охлаждение осуществляется не только путем смешения с подсасываемым воздухом, но и в специальных теплообменниках. За рубежом получили широкое распространение конвективные трубчатые теплообменники, охлаждаемые водой или воздухом. На вновь строящихся отечественных сверхмощных электропечах для этих целей предполагают использовать котел - утилизатор.

Эффективным является использование тепла отходящих газов для предварительного подогрева лома перед завалкой в печь. Утилизация (35—45 кВт • ч/т) тепла отходящих газов в таких установках позволяет полностью компенсировать все энергетические затраты, связанные с газоудалением, и одновременно снизить температуру и количество газов, поступающих на газоочистку.

Производительность дымососа выбирают исходя из потребностей периода максимального газовыделения (в период плавления, во время работы горелок или продувки ванны кислородом). Как указывалось выше, для работы в эти периоды без неорганизованных пылегазовых выбросов необходимо отсасывать до 1500 м3/т газов.

Однако, при такой производительности дымососа, отсутствии регулирования интенсивности отсоса по ходу плавки по разрежению в своде наблюдается усиленный подсос воздуха в рабочее пространство, вызывающий увеличение расхода электродов на 20 % и электроэнергии на 20—30 кВт • ч/т. В связи с этим для обеспечения минимальных подсосов холодного воздуха необходимо обеспечить такой оптимальный гидравлический режим печи, при котором на уровне порога рабочего окна поддерживается статическое давление газов, близкое к атмосферному, а под сводом избыточное давление (15 — 20 Па), значение которого зависит от высоты печи и температуры газов. Для поддержания такого режима в рабочем пространстве электропечи необходимо обеспечить автоматическое регулирование разрежения в сводовом (или стационарном) патрубке по интенсивности газовыделения и эффективное уплотнение электродных отверстий в своде. Кроме того, как показала практика реконструкции системы газоудаления 100-т электропечей ЧМК, для поддержания такого режима необходимо создать в стационарном патрубке газооотсоса разрежение 980 — 1180 Па.

Одной из основных причин неэффективной работы систем газоудаления отечественных высокомощных печей является выбор дымососов с низким разрежением. Значительное гидравлическое сопротивление тракта газоотсоса на этих печах, включая и газоочистку, приводит к тому, что разрежение в стационарном патрубке составляет лишь 98 — 296 Па, чего явно недостаточно для обеспечения необходимого скоростного напора.

При отборе газов из рабочего пространства печи не решается проблема так называемых вторичных выбросов в атмосферу цеха. Основными составляющими вторичных выбросов являются пылегазовые выделения при завалке шихты в печь и выпуске стали из печи в сталеразливочный ковш, а также газы, выделяющиеся через зазоры электродных отверстий и неплотности рабочего окна. Количество этих выбросов составляет до 15% от общего количества газов, выделяющихся при электроплавке.

Для улавливания вторичных выбросов как в СССР, так и за рубежом в некоторых электросталеплавильных цехах использовались мощные вытяжные зонты, расположенные над печью под крышей здания цеха. Однако при отсосе через зонт 300 — 600 тыс. м3 газов, как это практиковалось в ЭСПЦ Узбекского и Донецкого металлургического заводов, не удалось обеспечить полного улавливания вторичных выбросов. Потоки воздуха, распространяющиеся в горизонтальных направлениях, отклоняют поток газов над печью от вертикали. При этом значительная часть запыленных газов выходит через аэрационный фонарь за пределы здания цеха, минуя зонт и газоочистку, либо захватывается циркуляционными потоками и загрязняет атмосферу цеха. Эффективное улавливание неорганизованных вторичных выбросов подкрышными зонтами обеспечивается только при очень больших расходах отсасываемого через них газа, достигающего на печах большой вместимости 1—2-млн. м3/ч при расходах на газоудаление до 75 кВт • ч/т стали. Кроме того, предъявляют особые требования и к конструкции этих зонтов.

В последние годы найдено более энергетически выгодное решение, обеспечивающее наряду с полным улавливанием вторичных выбросов также защиту персонала от шума, возникающего при работе дуговых сталеплавильных печей. Отличительной особенностью нового решения является размещение дуговой сталеплавильной печи в шумо-, и газоизолирующей камере (укрытии). Такие камеры охватывают полностью всю печь с механизмами и зону выпуска металла. Они оснащаются перекрываемыми проемами, обеспечивающими введение в камеру завалочной бадьи с шихтой, заправочной машины, шлаковой чаши, сталевоза с ковшом, а в некоторых конструкциях камеры и самого завалочного крана с бадьей. Камера подключается к системе газоудаления, обеспечивающей практически полное улавливание всех неорганизованных пылегазовых выбросов, а также необходимый массообмен воздуха в камере.

Ограниченный объем камеры позволяет по сравнению с системой отсоса через зонт под крышей примерно вдвое уменьшить количество отсасываемых газов, мощность дымососа и расхода электроэнергии. Наиболее рациональными являются комбинированные системы с отсосом газов из укрытия и непосредственно из рабочего пространства печи. При этом возможны два варианта удаления отсасываемых газов. В первом варианте эти газы могут смешиваться в общем газовом тракте. Тогда для охлаждения печных газов не требуется дополнительного подсоса воздуха из окружающего пространства. По второму варианту тепло отсасываемых из рабочего пространства газов может использоваться в теплообменника, котле-утилизаторе или для нагрева шихты в бадье. Удаление и очистка газов из печи и укрытия осуществляются раздельно.

При использовании защитного укрытия возможны следующие решения проблемы улавливания неорганизованных пылегаэовых выбросов через зазоры электродных отверстий. Можно допустить работу печи с выбиванием газов через электродные зазоры. Неорганизованные выбросы удаляют затем из камеры.

Однако выбивающиеся через электродные зазоры газы нагревают электроды, головки элекгрододержателей, элементы механизма зажима, консоли портала и других металлоконструкций печи, что снижает надежность работы оборудования печи. Отсос из печи может быть организован таким образом, что под сводом создано небольшое разрежение и выбивание газов через электродные зазоры будет исключено. Так организована работа системы газоудаления 100-т электропечей БМЗ. Однако при этом неминуемы подсосы в рабочее пространство холодного воздуха как через зазоры электродных отверстий, так и в значительной мере через неплотности рабочего окна, что приводит к дополнительному окислению электродов, элементов шихты и увеличению расхода электроэнергии.

Возможна работа печи с эффективным уплотнением электродных отверстий. При этом под сводом может поддерживаться небольшое положительное давление и неорганизованные лылегазовые выделения из печи будут исключены. Это позволит в течение плавки отсос газов из камеры не производить и включать дымосос кратковременно только на время завалки шихты и слива стали. Работа системы гэзоудаления в таком режиме позволит уменьшить количество отсасываемых из печи газов до 300-400 тыс. м3/ч, а расход электроэнергии на газоудаление до 15—17 кВт • ч/т.