Утилизация отходящих конвертерных газов с целью их более эффективного охлаждения и очищения

АННОТАЦИЯ





		Герасимов С.Е., Реконструкция ККЦ ПАО "ЧМК" за счет установки высокоэффективного газоочистного оборудования конвертера №2– Челябинск: ЮУрГУ, ПЗ-580с; 2017, 91 с., 12 ил., библиогр. список – 47 наименований, 7 листов чертежей ф. А1.

	



В выпускной квалификационной работы (ВКР) бакалавра по направлению подготовки «Теплоэнергетика и теплотехника» рассмотрен вариант реконструкции Кислородно-конвертерного цеха ПАО «ЧМК» путем установки высокоэффективного газоочистного оборудования конвертера №2. 

		Целью ВКР является Утилизация отходящих конвертерных газов с целью их более эффективного охлаждения и очищения.

Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 9 глав, заключения и библиографического списка.

ВКР включает тепловой расчет котла-утилизатора ОКГ-160У-2, расчет системы очистки отходящих газов. Рассмотрены система КИП и автоматики, вопросы экологии. В экономической части анализируется окупаемость проведенной реконструкции. В разделе безопасность и жизнедеятельность обозначены мероприятия, необходимые для безопасной эксплуатации котла-утилизатора ОКГ-160У-2 и системы очистки отходящих газов.

 Графическая часть выполнена с применением AutoCAD на 7 листах формата А1.



Оглавление

	Введение	5

	1 Обоснование и актуальность	10

	2 Обзор литературных источников	11

	3 Сравнение отечественных и зарубежных передовых технологий и решений	13

	4 Реконструкция высокоэффективного газоочистного оборудования конвертера №2	18

	4.1 Краткая характеристика газоотводящего тракта конвертера	18

	4.2 Техническое описание котла-охладителя	19

	4.3 Газоочистка	24

	4.4 Тепловой расчет котла	36

	4.5 Расчет системы очистки отходящих газов	50

	5 Энергосбережение	62

	6 Вопросы экологии	67

	7 Система контрольно-измерительных приборов и автоматики	72

	8 Экономика и управление	74

	9 Безопасность жизнедеятельности	82

	Заключение	88

	Библиографический список	89






Введение

За десять дней до начала Великой Отечественной войны Советом Народных Комиссаров СССР было принято Постановление о строительстве Бакальского металлургического завода (ныне Челябинского металлургического комбината) на Першинской площадке Челябинска.

С осени 1941 года на строительную площадку начали прибывать эшелоны с металлургическим оборудованием с Алчевского металлургического завода, подмосковной «Электростали», Запорожья, Липецка, Сталинградского «Красного Октября».

Строительство завода началось в марте 1942 года. 1 мая 1942 года был уложен первый кубометр бетона в фундамент будущего электросталеплавильного цеха, а 19 апреля 1943 года первый металл хлынул в разливочный ковш, возвещая о рождении нового завода.

К концу 1944 года на заводе уже работали две коксовые батареи и две доменные печи, выдавали продукцию пять 30-тонных электропечей и два прокатных стана, вступила в строй теплоэлектроцентраль. К весне 1945 года завод выдал уже сотни тысяч тонн кокса, чугуна, стали и проката. Челябинский металлургический завод превратился в самого крупного в стране поставщика высококачественной электростали для нужд оборонной промышленности, подшипниковых заводов и для ряда других предприятий.

В послевоенный период развитие Челябинского металлургического завода продолжалось в рамках комплексного проектного задания, ориентированного на производство сортового высококачественного металла, горячекатаного и холоднокатаного нержавеющего листа, поковок жаропрочной стали и специальных сталей. Многое в отечественной металлургии впервые было освоено на Челябинском металлургическом комбинате:

– производство свинецсодержащих сталей повышенной обрабатываемости;

– технология выплавки нестареющих сталей в большегрузных мартеновских печах;

– производство трансформаторной стали в конвертерах по сульфидному варианту с высокотемпературным нагревом сляб;

– технология производства сталей и сплавов в плазменно-дуговых печах;

– прокатка металла из трудно деформируемых, малопластичных, тугоплавких марок стали на прокатных станах.

Сегодня ПАО «ЧМК» входит в состав Публичного Акционерного Общества «Мечел» или в сокращенном варианте – ПАО «Мечел» (металлургический сегмент ООО «УК Мечел-Сталь»). Вертикально-интегрированный холдинг «Мечел» – одна из ведущих российских компаний в металлургической и горнодобывающей отраслях. Компания объединяет производителей стали, проката, метизной продукции, угля, железорудного концентрата и никеля. Предприятия, контролируемые ООО «УК Мечел-Сталь», расположены в шести регионах России – Челябинской, Кемеровской, Оренбургской, Иркутской областях, Республиках Башкортостан и Карелия, а также в странах Восточной Европы – Румынии, Хорватии и Литве.

Металлургическое направление Группы представляют Челябинский металлургический комбинат – крупнейший в России производитель специальных сталей и сплавов, Белорецкий металлургический комбинат, завод «Уральская кузница», Вяртсильский метизный завод, комбинат специальных сталей «КОСТ», трубный завод «Мечел Железара», металлургическое предприятие «Индустрия Сырмей» и метизный завод «Нямуно». Сырьевое направление представлено угольной компанией «Южный Кузбасс», которая является одной из крупнейших российских производителей коксующихся и энергетических углей, Коршуновским ГОКом – производителем железорудного концентрата и комбинатом «Южуралникель».

Челябинский металлургический комбинат – предприятие с полным металлургическим циклом, занимающее шестое место в России по производству металлургической продукции и являющееся крупнейшим в стране производителем специальных сталей и сплавов. Номенклатура выпускаемой им продукции разнообразна:

– литые прутки;

– прокат сортовой горячекатаный;

– лист из коррозионностойкой стали;

– лист горячекатаный;

– лист из стали повышенной прочности;

– арматурная сталь;

– угловая сталь;

– катанка;

– катанка для изготовления сварочной проволоки;

– трубная заготовка;

– слябы;

– товарная сутунка;

– полоса катаная.

Основными рынками сбыта продукции ПАО «ЧМК» является Российская Федерация, СНГ, Дальнее Зарубежье.

В таблице 1.1 указаны доли отгрузки продукции ПАО «ЧМК» в 2016 г. На долю внутреннего рынка приходится более 50% всей отгрузки.

	

	Таблица 1.1 – География продаж ПАО «ЧМК» в 2016 г.

	Направление

	Процент от общей отгрузки

	1 Экспорт в страны дальнего зарубежья

	41,5%

	2 Экспорт в страны - участники СНГ

	5,2%

3 Отгрузка на внутренний рынок

53,3%



Распределение объемов поставок на внутренний рынок металлопродукции по регионам РФ представлено в таблице 1.2.

Основная доля отгрузки приходится на Поволжский, Центральный, Уральский регионы РФ. Рынок ближнего зарубежья определяется основными потребителями стран: Казахстана, Кыргызстана, Узбекистана, Туркменистана.



Таблица 1.2 – Объемы поставок ПАО «ЧМК» на внутренний рынок РФ в 2016г.

	Регион

	Объем отгрузки, %

	1 Поволжский

	35-40

	2 Центральный

	18-20

	3 Уральский

	18-20

	4 Северо-Западный

	5-10

	5 Северо-Кавказский

	5-10

	6 Западно-Сибирский

	1-5

	7 Волго-Вятский

	1-5

	8 Восточно-Сибирский

	Менее 1

	9 Центрально-Черноземный

	Менее 1

	10 Дальневосточный

	Менее 1



На внутреннем рынке основными отраслевыми потребителями металлопроката ПАО «ЧМК» являются предприятия металлургической отрасли, а именно трубные и метизные заводы на которые в 2016 году пришлось более трети продаж. Основными потребителями ПАО «ЧМК» являются:

ООО «ТД Мечел»;

ОАО Белорецкий металлургический комбинат (ОАО «БМК»).

Поставщики, на долю которых приходится более 10 % всех поставок товарно-материальных ценностей, с указанием их доли в общем объеме поставок представлены в таблице 1.3.



Таблица 1.3 – Основные поставщики ПАО «ЧМК» 

	Наименование поставщика

	Поставляемый материал

Доля от общей поставки, %

	ООО "ТД Мечел", Москва

	угольный концентрат

	100

	ООО "ТД Мечел", Москва

	железорудное сырье

	99,71

	ООО "ТД Мечел", Москва

	металлолом

	99,96

	ООО "ТД Мечел", Москва

	ферросплавы

	99,67

	ООО "ТД Мечел", Москва

	доломит, плавиковый шпат

	41,25

	ООО "ТД Мечел", Москва

	электроды

	100

	ООО "ТД Мечел", Москва

	ГСМ

	86,6



В составе Челябинского металлургического комбината имеются все переделы полного металлургического цикла - аглодоменный, сталеплавильный, спецэлекторметаллургии, прокатный, и мощный комплекс инженерных служб. За 60 лет челябинскими металлургами произведено более 150 миллионов тонн кокса, 160 миллионов тонн чугуна, 220 миллионов тонн стали и 200 миллионов тонн товарного проката. Разработана и освоена технология производства свыше тысячи марок сталей и сплавов и более четырехсот профилеразмеров проката.

В сложные годы реформ челябинские металлурги сумели сохранить в работоспособном состоянии все основные агрегаты, технологические навыки и высокую квалификацию персонала, что позволяет получать металл широкого марочно-размерного сортамента. На протяжении последних лет комбинат планомерно наращивает объемы производства, активно претворяя в жизнь политику технического перевооружения.

История комбината неразрывно связана с развитием и становлением оборонного комплекса страны. Космос и авиация, атомная энергетика, тяжелое, химическое, энергетическое, автомобильное и сельскохозяйственное машиностроение, подшипниковые и трубопрокатные заводы, строительство, медицинское оборудование и инструмент - вот далеко не полный перечень применения продукции челябинских металлургов.

В апреле 2010 года комбинат получил международный сертификат T?V Rheinland (Германия) в соответствии с моделью ГОСТ Р ИСО 9001-2008.

Кислородно-конвертерный цех – крупнейший производитель стали на комбинате. Производительность ККЦ составляет 3,5 млн. тонн стали в год, в настоящее время на его долю приходится выплавка 75% всей стали ЧМК. В состав основных технологических агрегатов цеха входят три конвертера, каждый объемом садки 160 тонн, две установки «ковш-печь» и две машины непрерывного литья заготовок – МНЛЗ №3 и №4.

Кислородно-конвертерный цех является основным потребителем чугуна, поэтому от его работы зависит положение дел в другом крупном цехе – доменном. Как следствие необходимости увеличения объемов производства стали, в апреле 2009 года после капитального ремонта была запущена доменная печь №4, что позволило увеличить объем производства конечной металлопродукции ЧМК. В последнее время конвертерный цех заметно улучшил свои количественные и качественные показатели. В мае этого года был достигнут максимальный объемы производства стали за всю историю ККЦ – 330 тысяч тонн. 

С момента ввода в эксплуатацию, характерной особенностью кислородно-конвертерного цеха стала внепечная обработка металла: продувка аргоном в ковше, обработка жидким синтетическим шлаком, использование порционного вакууматора. Металл конвертерной плавки имеет низкое содержание серы, азота, повышенную пластичность, высокие механические свойства. Это позволяет производить низколегированные, электротехнические стали, стали для трубной заготовки и высокоуглеродистые чистые стали. 

Несмотря на свой возраст кислородно-конвертерный цех представляет собой современное производство. В соответствии с программой перспективного развития комбината в ККЦ в мае 2004 года осуществлен проект по вводу сортовой радиальной 6-ручьевой машины непрерывного литья заготовок сортовой стали сечением 100х100 мм, производительностью 1 млн. тонн заготовки в год. Превысив проектную производительность, на МНЛЗ была достигнута максимальная скорость разливки до 6 метров в минуту. 

В декабре 2006 года в цехе вступила в строй вторая МНЛЗ №4 производительностью 1 млн. тонн заготовки в год. Замена высокозатратной технологии производства сортового проката путем разливки в слиток и последующей обработки на блюминге на технологию непрерывного литья сегодня позволяет повышать экономические показатели комбината за счет снижения расходного коэффициента, а также значительно повышает качество конечной продукции. 

Именно конвертерная сталь предприятия станет сырьем для производства новой импортозамещающей и передовой продукции ЧМК – рельсов длиной до 100 метров, необходимых для строительства высокоскоростных магистральных путей на всей территории России.





1 Обоснование и актуальность  

Энергия – это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Топливно-энергетический комплекс является важнейшей структурной составляющей экономики России, одним из ключевых факторов обеспечения жизнедеятельности производительных сил и населения страны. Однако влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду носит отрицательный характер. Уже сейчас очевидно, что экологически «чистых» энергоносителей быть не может. Использование каждого из них неизбежно сопровождается тепловым загрязнением окружающей среды, выбросами токсичных веществ и СО2, искажением естественных ЭМ-полей и т.д

В настоящее время мы стоим перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой – сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, и как следствие - к снижению жизненного уровня и даже нанести серьезный ущерб человеческой популяции, влияя на генетический код человека. 

Тема выбранная мной «Реконструкция газоочистного оборудования конвертера №2» выбрана неслучайно. На многих промышленных предприятиях эксплуатируется пыле-газоочистное оборудование, установленное более 20-40 лет тому назад. Такие установки на сегодняшний день морально и физически устарели и экономически неэффективны в их использовании. Дальнейшее его применение ставит экологическую безопасность под угрозу.

Переход на экологически чистые технологии и оборудование является одним из приоритетных направлений в корпоративной программе модернизации предприятий группы «Мечел». Модернизация газоочистных сооружений позволит максимально сократить выброс загрязняющих веществ в атмосферу. Работы по модернизации газоочистных сооружений дают дополнительный импульс к развитию предприятия, увеличению объёмов выпускаемой продукции и созданию новых рабочих мест.



2 Обзор литературных источников

Выпускная квалификационная работа сделана согласно «Энергетической стратегии России до 2030 года» от 13 ноября 2009года, а также «Стратегии социально – экономического развития Челябинской области до 2020 года» от 2 марта 2014 года.

Энергетическая стратегия России формирует новые ориентиры развития энергетического сектора в рамках перехода российской экономики на инновационный путь развития, предусмотренный концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г.

Главной целью энергетической программы Челябинской области является обеспечение промышленного и аграрного комплекса энергоносителями по ценам, приемлемым с точки зрения конкурентоспособности местной продукции на федеральном рынке, создание условий для динамического развития региона и снижение нагрузки на природную среду. Для достижения этой цели необходимы активная политика энергосбережения, реконструкция действующих объектов теплоснабжения, использование новых перспективных энергетических технологий, максимальное вовлечение в топливный цикл местных ресурсов и дешевых ресурсов соседних регионов.

Немаловажным документом является «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года».

Основными задачами государственной политики в документе призваны: внедрение экологически эффективных инновационных технологий, предотвращение и снижение текущего негативного воздействия на окружающую среду; восстановление нарушенных естественных экологических систем; обеспечение экологически безопасного обращения с отходами. 

При выполнении работы по реконструкции высокоэффективного газоочистного оборудования конвертера №2 была использована временная инструкция по эксплуатации газоочистного оборудования конвертера №2.

Тепловой расчет котельного агрегата выполнен согласно «Тепловой расчет котельных агрегатов» Н.В. Кузнецов.

Основным документом при написании раздела «Энергосбережение» является «Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», В разделе «экологии» применена следующая литература: «Очистка дымовых газов. Ч. 1: конспект лекций» А.И.Грибанов; «Расчёт дымовой трубы. Методическое пособие» Грибанов А.И.

При написании раздела «экономики и управление» была использована следующая учебно-методическая литература «Экономико-управленческая часть дипломного проекта: учебное пособие» А.А. Алабугин, Р.А. Алабугина.

При написании раздела «Безопасность жизнедеятельности» использовались следующие основные нормативные документы: ГОСТ 12.0.003-80. Опасные и вредные производственные факторы; ГОСТ Р 12.4.026-2001 ССБТ. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний; ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ И-1.01.86. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защит; ГОСТ 12.1.038-82. ССБТ Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов; ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ И-1.08.87. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление; ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования; ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ И-01.04.83. Взрывобезопасность. Общие требования; НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности и другие.




3 Сравнение отечественных и зарубежных передовых технологий и решений

Кислородно-конвертерный способ производства стали обладает многими преимуществами. Недостатком процесса является интенсивное образование запыленного газа. Очистка и предшествующее ей охлаждение газов, выходящих из кислородных конвертеров, продолжает оставаться основной из наиболее сложных проблем. Количество пыли, выносимой из конвертера, достигает 1,5% от металлошихты. Запыленность конвертерных газов достигает 200 г/м?. Поэтому очистка газов является обязательной. Допустимое содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, составляет 100 мг/м?.

Охлаждение и очистка газов являются составными частями кислородно-конвертерного способа производства стали с продувкой чугуна технически чистым кислородом. Затраты на сооружение установок по охлаждению и очистке газов до санитарных норм, а также на их содержание весьма значительны.

Все кислородные конвертеры должны быть оборудованы системами, обеспечивающими охлаждение и очистку конвертерных газов или их продуктов сгорания. Основными аппаратами схем мокрой газоочистки являются скрубберы-охладители, скрубберы Вентури с различного рода сепараторами капель. Принцип мокрой очистки газа основан на контакте запыленного потока с жидкостью. При этом в большинстве случаев, когда температура газа и жидкости различна, пылеулавливанию сопутствуют тепломассообменные процессы. Контакт газа с жидкостью способствует и абсорбции газовых компонентов. Таким образом, с помощью аппаратов мокрого типа решают комплексную задачу: охлаждение, пылеулавливание и в некоторой степени очистку от вредных газообразных примесей. 

Способы и схемы охлаждения газов

Температура газов перед газоочисткой не должна превышать 200–300°С. Поскольку температура газов на выходе из конвертера в среднем составляет 1600°С, перед газоочисткой их следует охлаждать.

Для охлаждения конвертерных газов используют разнообразные по конструкции и принципу действия котлы-утилизаторы, получившие название охладителей конвертерных газов (ОКГ).

Учитывая, что конвертерные газы содержат высокие концентрации оксида углерода, применяемые охладители и вся система отвода дыма по газовому тракту должны быть взрывобезопасными. Для обеспечения взрывобезопасности в основе систем отвода конвертерных газов могут быть положены два принципа:

снижение концентрации оксида углерода за счет многократного его разбавления;

отвод газов с высокой концентрацией оксида углерода (? 74,5 %).

Это достигается различными способами, которые отличаются, в основном, коэффициентом избытка воздуха на выходе из охладителя.

При любом способе отвода и охлаждения газов газоочистка должна обеспечить очистку настолько, чтобы при выбросе газов в атмосферу в приземном слое концентрация пыли не должна превышать санитарные нормы (ПДК).

При охлаждении конвертерного газа имеется возможность насыщения газа водяными парами, что нежелательно с точки зрения использования этого газа, как технологического.



Очистка конвертерных газов

Система газоочистки должна обеспечить снижение содержания пыли независимо от способа отвода и охлаждения конвертерных газов, выбрасываемых в атмосферу. В настоящее время в мировой практике существует большое разнообразие систем и конструкций газоочистных аппаратов. Все их можно объединить в три большие группы по способам очистки: сухую, мокрую и электроочистку.

В некоторых кислородно-конвертерных цехах очистку газов по-прежнему ведут в системах мокрого пылеулавливания. Сначала из потока газа удаляется крупная пыль в охладителях с орошением водой. На втором этапе очистки удаляется мелкая пыль в коническом скруббере с кольцевым зазором. Такие скрубберы отличаются простотой конструкции, эффективность очистки – 30 мг/м3, малым энергопотреблением и низкими капитальными затратами. При необходимости применяют также скрубберы Вентури с прямоугольной горловиной.

Сравнивая мокрую и сухую очистку газов, необходимо отметить, что капитальные затраты на мокрую очистку составляют лишь около 70% от капитальных затрат на сухую очистку. Однако в системе мокрой очистки для достижения высокой эффективности пылеулавливания необходимо поддерживать высокий перепад давления, что обуславливает применение более мощных дымососов и более высокий расход электроэнергии. Кроме того, в системах мокрой очистки образуется шлам, требующий обезвоживания, сушки или захоронения. Сухие системы позволяют обойтись без установки по обезвоживания шлама и очистки воды. Пыль из систем сухого типа можно брикетировать и использовать в сталеплавильном процессе. Эти особенности, характерные для сухих систем очистки, значительно снижают эксплуатационные затраты. Кроме того, более высокая эффективность очистки позволяет полностью удовлетворить требования международного законодательства, относящиеся к загрязняющим выбросам конвертеров, в том числе более строгие требования, которые можно ожидать в будущем. Поэтому системы сухой очистки с утилизацией газа обычно оказываются более экономичными по сравнению с системами мокрой очистки.

Для сухой очистки газов устанавливают преимущественно электрофильтры, в частности, сухие пластинчатые. Сравнительно крупная пыль позволяет эксплуатировать электрофильтры при высоких скоростях газового потока. Удельное электрическое сопротивление исключает образование обратной короны. На осадительных электродах образуется рыхлый, легко стряхиваемый слой пыли. 

Метод очистки газа в электрофильтрах от взвешенных в нем частиц пыли и жидкости, основан на использовании явления ионизации газовых молекул в электрическом поле высокого напряжения. Эти частицы получают заряд от ионов газа и осаждаются на электродах электрофильтра, а очищенный газ выводят из аппарата.

Для очистки конвертерных газов с дожиганием оксида углерода применяют скоростные пылеуловители с высоконапорными трубами Вентури круглого или прямоугольного сечения. 



Рисунок 1 – Схема отвода и очистки конвертерного газа с дожиганием оксида углерода: 1 – конвертер; 2 – газоотводящий тракт; 3 – низконапорная труба Вентури; 4 –  бункер-каплеуловитель; 5 – высоконапорная труба Вентури; 6 – газоход; 7 – инерционный пыле- и брызгоуловитель; 8 – центробежный пылеуловитель; 9 – гидрозатвор.





Рисунок 2 – Схема очистки дымовых конвертерных газов в тканевых фильтрах (Франция): 1 – конвертер; 2 – водоохлаждаемый клапан; 3 – аккумулятор; 4 – испарительный скруббер; 5 – тканевый фильтр; 6 – дымосос; 7 – дымовая труба.



Остаточная запыленность при таком методе составляет 4-7 мг/м3.



Рисунок 3 – Охлаждение и очистка конвертерных газов без дожигания СО: 1– конвертер; 2 – радиационный котел-охладитель; 3 – орошаемый газоход; 4, 7, 9 – трубы Вентури, регулируемые прямоугольные, измерительная и с регулируемым кольцевым затвором (9) соответственно; 5 – каплеуловитель; 6 – нагнетатель; 8 – свеча.

При отводе газов без дожигания газоочистные аппараты должны оснащаться трубами Вентури с регулируемым сечением горловины. Регулирование размеров горловины осуществляется с помощью подвижного конуса или поворотных заслонок в зависимости от количества газов, выходящих из конвертера.

На рисунке 3 приведена схема отвода, охлаждения и очистки конвертерных газов с использованием регулируемых больших труб Вентури с прямоугольным сечением горловины, а также с кольцевым регулируемым зазором.



Электрофильтры.

За рубежом также используют сухие и мокрые электрофильтры. Сухие электростатические фильтры работают удовлетворительно при постоянной температуре поступающих газов (примерно 140-160° С) и влажности газа около 70 г/м3.

По этой причине, как правило, перед сухими электрофильтрами устанавливают стабилизатор, в котором в поток газов автоматически впрыскивается вода или вдувается пар для поддержания требуемой температуры и влажности. Содержание горючих компонентов в газах, поступающих в электрофильтры, должно быть значительно меньше нижнего предела воспламенения соответствующего компонента. По этой причине электростатические фильтры не могут работать в системе отвода газов без дожигания.



Рисунок 4 – Схема очистки конвертерных газов в сухих электрофильтрах: 1 – конвертер; 2 – котел-утилизатор; 3 – полый испарительный скруббер; 4 – сухой пластинчатый электрофильтр; 5 – дымосос; 6 – труба.



Выводы:

Мокрые способы газоочистки наряду с указанными достоинствами обладают рядом недостатков, к которым относятся большой расход воды 3,5… 7,2 м3 на 1000 м3 газа, организация сложной и громоздкой системы оборотного цикла водоснабжения, утилизации шлама, высокий расход электроэнергии для обеспечения работы системы газоочистки.

Применение тканевых фильтров (Франция) требует установки дорогостоящего оборудования и специальных материалов.

Использование электрофильтров (сухих или мокрых) при всех их преимуществах осложняется взрывоопасностью в связи с необходимостью тщательного регулирования скорости, температуры и влажности дымового потока.












4 Реконструкция высокоэффективного газоочистного оборудования конвертера №2

Система очистки отходящих газов предназначена для отвода конвертерных газов с полным дожиганием оксида углерода в ОКГ, доохлаждения их после котла, очисткой до необходимых концентраций и выброса в атмосферу.

В систему очистки входит:

скруббер-охладитель с гидрозатвором;

орошаемый газоход от скруббера до труб Вентури;

трубы Вентури (спаренные в одном корпусе);

два каплеуловителя;

два бункера;

гидрозатвор, общий для труб Вентури и каплеуловителей;

нагнетатель 7500-11-3;

газоходы от каплеуловителя до нагнетателя и от нагнетателя до дымовой трубы;

объемный влагоотделитель;

дымовая труба;

система отвода конденсата;

система КИПиА, сигнализации и блокировок



4.1 Краткая характеристика газоотводящего тракта конвертера

Кислородно-конвертерный цех ПАО «ЧМК» имеет в составе три конвертера садкой 160 т.

Назначение газоотводящего тракта

Газоотводящий тракт предназначен для организованного отвода газов, образующихся при работе конвертера, их охлаждения и очистки. Газоотводящий тракт, включает:

- газоходы котла-охладителя конвертерных газов,

- газоход охлажденного «грязного» газа,

- газоочистное оборудование,

- газоход «чистого» газа,

- нагнетатель (дымосос), 

- свечу сброса газа в атмосферу.

Котел-охладитель предназначен для дожигания окиси углерода (СО), составляющего до 90% выделяющихся из конвертера газов в период плавки, и охлаждения горячих (до 1700оС) газов до температур обеспечивающих безопасную работу газоочистного оборудования. 

Газоочистное оборудование предназначено для очистки от пыли запыленных (до 200г/м3) газов, уносимых из конвертера в период плавки, до 100 мг/м3.

Нагнетатель предназначен для транспортировки газов по газоотводящему тракту.

Свеча предназначена для сброса очищенного газа на высоту, обеспечивающую рассеяние остаточного количества пыли в атмосфере до предельно допустимой концентрации.

Газоотводящий тракт конвертера работает в следующих режимах:

		режим периода кислородной продувки, когда в газоотводящий тракт поступают газы образующиеся при окислении углерода в конвертере в период продувки его кислородом, состоящие из диоксида углерода (СО2) и монооксида углерода (СО), и содержащие до 200г/м3 пыли. Газоотводящие тракты конвертеров ПАО «ЧМК» работают с полным дожиганием СО в котле-охладителе за счет воздуха, подсасываемого в зазор между горловиной конвертера и котлом, при избытке воздуха ? = 1,2;

		межпродувочный период, когда продувка конвертера кислородом не производится, а давление в котле-охладителе поддерживается за счет сжигания в подтопочной горелке котла газообразного топлива (природного газа) и по газоотводящему тракту транспортируются чистые (не запыленные) газы.

Основные параметры работы газоотводящего тракта конвертера №2 в период продувки представлены в таблице 4.1.



Таблица 4.1 – Основные параметры работы газоотводящего тракта конвертера №2 в период продувки. 

Наименование параметра

Единица измерения

Значение

Садка конвертера

т

160

Интенсивность кислородного дутья номинальная

нм3/мин

500

Режим отвода конвертерных газов



С полным дожиганием СО

Расход конвертерных газов максимальный

тыс.нм3/ч

65

Температура газов на входе в тракт (котел-охладитель)

оС

1700

Запыленность газов на входе в тракт

г/м3

до 200

Состав конвертерных газов:

- СО 

- СО2

%



90

10

Температура газов на выходе из тракта (перед дымососом)

оС

55

Запыленность газов на выходе из тракта

мг/м3

100



4.2 Техническое описание котла-охладителя

Конструкция и основные характеристики.

Котел-охладитель конвертерных газов ОКГ 160У-2 (далее котел) представляет собой радиационно-конвективный, П- образной компоновки, водотрубный, барабанный котел, выполненный из газоплотных мембранных панелей, с комбинированной циркуляцией котловой воды:

экраны подъемного газохода работают с естественной циркуляцией;

экраны кессона, переходного газохода, опускного газохода, ширмы, защитный экран нижних коллекторов кессона, защитный экран подъемного газохода работают с принудительной циркуляцией.

Крышка, уплотнительные экраны (кессончики) окон сыпучих материалов, окна кислородной фурмы, узел уплотнения окна измерительной фурмы, защитные экраны стыка кессона с подъемным газоходом, защитный экран узла уплотнения опускного газохода котла сухим бункером в контуры циркуляции котла не включены и охлаждаются проточной технической водой.

Технические и конструктивные характеристики котла представлены в таблице 4.2.



Таблица 4.2 – Технические и конструктивные характеристики котла. 

Наименование характеристик

Единицы измерения

Величина

1

2

3

Температура газов на входе в котел

°С

до 1700

Температура газов на выходе из котла

°С

до 585

Давление пара в барабане максимальное рабочее

МПа 

4,0

Паропроизводительность (максимальная)

т/ч

300

Температура выработанного пара

°С

250

Расход природного газа на подтопочную горелку в межпродувочный период

м3/ч

3700

Давление природного газа на подтопочную горелку 

кПа

30

Поверхность нагрева:

- экранов кессона

- экранов подъемного газохода

- экранов переходного газохода

- экранов опускного газохода с ширмами

м2



142

398,8

40,3

1631,8

Сечение для прохода газов:

- кессона

- подъемного газохода

- переходного газохода

- опускного газохода 

м2



17,85

17,85

17,425

16,414

Скорость газов:

- кессона

- подъемного газохода

- переходного газохода

- опускного газохода

м/сек



28,88

28,88

20,52

15,81

Скорость воды в экранных трубах:



- кессона, защитных экранов кессона и газохода

- подъемного газохода

- переходного газохода

- опускного газохода

- ширм

- крышки

м/сек

в период продувки

в межпрод. период







0,8-0,9

0,7-0,8

0,6-0,7

0,6

0,6

1,9



1,2-1,5

		0,2

0,9

0,8

0,8

1,9



Конструктивно котел состоит из:

экранированного газохода, 

барабана, 

контуров охлаждения тепловоспринимающих поверхностей,

системы подтопки,

системы подпитки котла водой, 

системы сепарации пара, 

системы отвода пара от котла, 

системы подпитки,

системы поддержания водно-химического режима (непрерывной продувки),

системы подтопки котла в межпродувочный период,

системы контроля и управления.

Газоход состоит из откатного  кессона и стационарного газохода.

	Кессон – нижняя часть газохода, расположенная над горловиной конвертера. Конструктивно кессон представляет собой 4-хгранный газоплотный газоход с размерами поперечного сечения 4200х4250мм, продольная ось нижней вертикальной части которого соосна с вертикальной осью конвертера, а продольная ось верхней наклонной части составляет 36о52' к вертикальной оси. 

Стены кессона выполнены из мембранных экранов. Каждый стеновой экран кессона собран из 84труб ? 38х5мм с шагом 50мм. Для обеспечения равномерного распределения воды между экранными трубами в их входных участках установлены съемные дроссельные шайбы диаметром 8мм, защищенные решетчатыми фильтрами. Входные коллекторы экранов изготовлены из трубы ? 219х16мм, выходные – ? 273х20мм. Входные коллекторы оборудованы горловинами, закрываемыми съемными лючками, выходные коллекторы – штуцерами с приварными лючками.

На наклонном участке левого экрана разводкой труб выполнены окна для прохода кислородной и измерительной фурм.

На нижних участках фронтового и заднего экранов разводкой труб выполнены окна для ввода в конвертер сыпучих материалов.

Левый экран кессона оборудован 3-ма поперечными балками жесткости, правый – двумя. 

Кессон установлен на откатной тележке через опорный пояс, выполненный из труб ? 325мм. Опорный пояс кессона с помощью вертикальных ребер прикреплен к наклонным участкам фронтового и заднего экранов. Горизонтальная ось опорного пояса соответствует отм.19.450мм. С целью уменьшения коэффициента трения под скользящие опоры пояса при монтаже подсып.......................