СПОСОБ СБОРА И ОБРАБОТКИ РЕАКЦИОННЫХ ГАЗОВ ИЗ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ПЫЛИ
PROCEDURE FOR COLLECTION AND TREATMENT OF REACTIVE GASES FROM INSTALLATION FOR PRODUCING LIQUID METALS AND CORRESPONDING INSTALLATION FOR DUST REMOVAL

Изобретение относится к способу сбора и обработки реакционных газов из установки для получения жидких металлов, при этом металлсодержащие шихтовые материалы в твердом или жидком виде загружают в металлургическую емкость и преобразуют под действием горючих и реакционных материалов, и выходящие из металлургической емкости горячие газообразные и запыленные реакционные газы частично подвергаются первому процессу пылеудаления и частично второму процессу пылеудаления в предусмотренных устройствах осаждения пыли, а также к устройству пылеудаления.
В первом процессе пылеудаления возникающие во время непрерывного процесса получения металла реакционные газы охлаждаются и очищаются от пыли, в то время как во втором процессе пылеудаления реакционные газы, выделяющиеся при загрузке лома и чугуна, предпочтительно подвергаются дальнейшей обработке.
Более конкретно изобретение относится к способу обработки реакционных газов из установок для получения стали и необходимым для этого установкам для удаления пыли, при этом железосодержащие шихтовые материалы, например чугун, лом, железная руда и так далее, в твердом или жидком виде загружаются в сталеплавильный конвертер, электродуговую печь, вагранку или в другую подходящую металлургическую емкость, где под действием горючих и реакционных материалов, таких как уголь, кислород, природный газ, различные шлакообразующие и легирующие присадки получают сталь. Выходящие в большом количестве во время производственного процесса реакционные газы напрямую отводятся из металлургической емкости или принудительно отводятся над металлургической емкостью в первый или второй процесс пылеудаления для дальнейшей обработки, при этом дальнейшее удаление пыли из реакционных газов осуществляют до того, как эти газы подвергают сжиганию в факеле или накоплению при подходящем содержании горючих веществ в реакционных газах.
Из US-A 4,050,682 и DE-C 2239578 широко известны похожие способы и соответствующие устройства для сбора и обработки реакционных газов из сталеплавильного конвертера. Реакционные газы из конвертера передаются, с одной стороны во время протекания производственного процесса в первую установку пылеудаления и там дальше обрабатываются, с другой стороны, во время фазы загрузки, при которой конвертер занимает наклоненное положение, отводятся во вторую установку пылеудаления и там дальше обрабатываются. На первой установке пылеудаления реакционные газы, которые поступают непрерывно и по существу в значительной мере в заранее задаваемых количествах, которые зависят от шихтовых материалов, собирают в охлаждаемом вытяжном кожухе, который в значительной мере закрывает горловину конвертера, и очищают от пыли, а также охлаждают посредством многоступенчатого, по меньшей мере, двухступенчатого процесса пылеудаления в скрубберах, предпочтительно скрубберах Вентури, и затем подают на сжигание в факеле. Во время загрузки шихтовых материалов, особенно при загрузке лома, наблюдается, с одной стороны, повышенная запыленность, а с другой стороны ускоренные процессы горения загружаемых вместе с ломом загрязнений, таких как лак, масло, пластик и так далее. Выделяющиеся при этом из наклоненного конвертера реакционные газы собираются в вытяжном кожухе второй установки пылеудаления, расположенной на расстоянии над конвертером, и оттуда поступают на дальнейшую обработку. Этот поток реакционных газов, выделяющихся при коротком времени загрузки из наклоненного конвертера, также поступает в скруббер, при этом соединительный канал для транспортировки реакционных газов входит в первую установку пылеудаления между первым и вторым скруббером. Из документа DE-C 2239578, кроме того, известен отвод очищенных и охлажденных реакционных газов в газовый накопитель для их применения в качестве рабочих газов.
Если металлургическая емкость для получения жидкого металла выполнена в виде электропечи, то реакционные газы во время процесса плавления обычно отсасываются через отверстие в своде печи и поступают на первую установку пылеудаления. Во время загрузки в электропечь шихты, которая преимущественно состоит из лома, железа прямого восстановления и горячего брикетированного железа, свод печи обычно отведен и поднимающиеся реакционные газы улавливаются так называемым вытяжным кожухом и отводятся на вторую установку пылеудаления. Установки пылеудаления выполнены аналогично установкам, относящимся к конвертеру.
2
4
Установки пылеудаления, известные, например, из US-A 4,050,682, не усовершенствуются исходя из сегодняшних требований, в особенности относящихся к загрузке стального лома низкого качества с высоким содержанием загрязнений. Вследствие необходимости широкого рециклинга автомобилей и лома из домашнего хозяйства (бытовая техника) лом содержит в больших количествах загрязняющие вещества с высоким содержанием углеводородов, такие как полимерные материалы, лаки, другие органические вещества, масла и так далее, а также алюминий и цинк, вследствие чего при сжигании освобождаются большие количества тепла. Этот загрязненный лом имеет, кроме того, высокую влажность (вода, снег). Этот лом при загрузке входит в непосредственный контакт с жидким металлом, а именно в случае электропечи это достигается безкоробовой загрузкой на ванну жидкого расплава и в случае кислородного конвертера или подачей жидкого металла на лом, или подачей лома в расплав. Вследствие резкого теплового воздействия в течение короткого времени выделяются продукты деструкции, такие как СО, Н, СН, или схожие продукты и газообразные продукты сгорания, которые выходят из металлургической емкости и смешиваются с окружающим воздухом. Доля продуктов деструкции и температура вблизи металлургической емкости являются достаточными для проведения непосредственного сжигания этих продуктов и выделения большого количества реакционных газов и существенного теплового воздействия в этой области. Вторая система пылеулавливания, в частности вытяжной кожух и второй вытяжной кожух кислородного конвертера, сконструированы для значительного сбора и отведения этих реакционных газов, с тем, чтобы понизить температуру и загрязненность в сталеплавильном цехе вблизи и на удалении от агрегатов.
Вторая система пылеулавливания снабжена для очистки газов устройствами осаждения пыли (пылевыми фильтрами), для которых вследствие их конструкции температура газа на входе не должна превышать 130-160°С. Многие производители стали и цветных металлов в прошедшие годы значительно повысили долю лома в производстве, при этом особенно возросла доля лома загрязненного горючими компонентами. Эти условия являются предпосылкой для значительного повышения выделения энергии из металлургических емкостей во время загрузки лома на жидкую сталь и наоборот. Перегретые реакционные газы не могут достаточно охладиться во время кратковременной транспортировки к устройствам пылеудаления и вызывают перегрев и разрушение фильтрующего оборудования. Примешивание холодного воздуха, особенно окружающего воздуха ограничено тем, что кратковременное выделение больших количеств реакционных газов требует соответствующих больших количеств холодного воздуха, что вновь связано с неэкономичным увеличением и размеров фильтрующих установок.
Далее выделяющиеся в течение короткого времени значительные количества газов ведут к неполному сжиганию продуктов деструкции загрязнения лома вследствие недостатка кислорода и к засасыванию неполностью сгоревших реакционных газов в проводящую систему второй установки пылеудаления. Если в этой проводящей.системе предусмотрен ввод окружающего воздуха, в частности в случае вдувания охлаждающего воздуха, перед входом в устройство осаждения пыли, то могут происходить взрывные вспышки, которые ведут к разрушению фильтрующих устройств.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков существующего уровня техники и создание способа, а также установки для удаления пыли из реакционных газов, поступающих от установки получения жидких металлов, посредством которых поступающие в течение короткого времени в больших количествах горячие реакционные газы надежно очищаются от пыли в установках минимально возможного размера. Далее существующие установки удаления пыли должны быть приспособлены к приему больших количество реакционных газов, выделяющихся в течение короткого периода времени.
Поставленная задача решается в способе по описанному ранее уровню техники за счет того, что поступающие во второй процесс пылеудаления реакционные газы перед вторым процессом пылеудаления проходят через тепловой аккумулятор, и от реакционных газов с более высокой температурой, чем температура стенки аккумуляторного элемента, отводится тепло, при этом упомянутое аккумулированное тепло отдается последующим реакционным газам, температура которых ниже, чем температура стенки аккумуляторного элемента. Тепловой аккумулятор работает таким образом по принципу регенерации, который предусматривает только кратковременное накопление тепла во время и недолго после загрузки лома. За счет этого, в особенности относительно принципа теплообмена, обеспечивается более экономное в плане инвестиций ведение процесса.
Проходящие через тепловой аккумулятор реакционные газы содержат при необходимости воздух, поступающий из окружающего пространства металлургической емкости.
Целесообразно, если тепловой аккумулятор выбран таких размеров, что от 20 до 70%, предпочтительно от 25 до 50% тепла, содержащегося в отходящих газах, накапливается в тепловом аккумуляторе и затем отдается.
Достигается надежная защита от перегрева пылевых фильтров, если при передаче тепла от реакционных газов аккумуляторным элементам температура реакционных газов снижается до температуры на входе в пылевой фильтр на уровне менее 180°С. Этот уровень температуры соответствует допускам по кратковременной температурной нагрузке для рукавных фильтров и обычной фильтровальной ткани.
Надежная защита от перегрева пылевых фильтров может также достигаться тем, что к реакционным газам после прохождения через тепловой аккумулятор и перед входом в устройство осаждения пыли добавляют охлаждающий газ, и температура реакционных газов снижается до температуры на входе в пылевой фильтр на уровне менее 180°С. Посредством комбинированного применения охлаждения реакционных газов при помощи аккумуляции тепла в регенеративном тепловом аккумуляторе и охлаждения холодным газом в особенной степени обеспечивается оптимизация работы второй установки пылеудаления.
Предпочтительно, если температура реакционных газов снижается до температуры на входе в пылевой фильтр на уровне от 130 до 160°С. Посредством такого снижения температуры реакционных газов до соответственно необходимой температуры на входе в пылевой фильтр, предотвращается взрывное дожигание газов в самом фильтре.
Оптимальное регулирование количеств охлаждающего газа достигается тем, что действительное значение температуры на входе в пылевой фильтр непрерывно измеряется и количество охлаждающего газа, подаваемого к реакционному газу, регулируется в зависимости от результата измерений.
Далее предложена установка пылеудаления для сбора и обработки реакционных газов, поступающих от установки для получения жидких металлов, при этом установка для получения жидких металлов содержит металлургическую емкость для загрузки металлсодержащей шихты в твердом или жидком виде и ее преобразования под влиянием горючих и реакционных материалов, при этом металлургическая емкость оснащена первым устройством пылеудаления и вторым устройством пылеудаления для выходящих из металлургической емкости горячих и газообразных, загрязненных реакционных газов, при этом предусмотрен по меньшей мере один вытяжной кожух, соединительный канал и устройство осаждения пыли. Выполненная подобным образом установка пылеудаления для решения поставленной задачи характеризуется тем, что в соединительном канале второго устройства пылеудаления расположен тепловой аккумулятор для сбора тепла от проходящих реакционных газов и отдачи тепла последующим реакционным газам.
Тепловой аккумулятор имеет такую охлаждающую способность, что он обеспечивает снижение температуры проходящих реакционных газов, даже при низком качестве лома, до допустимой низкой температуры перед входом в пылевой фильтр.
Для обеспечения кратковременной аккумуляции значительных количеств тепла тепловой аккумулятор имеет, по меньшей мере, один аккумуляторный элемент с множеством каналов. Также тепловой аккумулятор может содержать множество аккумуляторных элементов, при этом между соседними аккумуляторными элементами предусмотрены каналы для прохождения реакционных газов.
Предпочтительно, если аккумуляторные элементы теплового аккумулятора образованы преимущественно параллельно расположенными пластинами или стержнями. Вследствие в значительной мере прямолинейного направления течения реакционных газов в тепловом аккумуляторе сопротивление потоку со стороны аккумуляторных элементов поддерживается на возможном минимуме и дополнительная мощность дутьевых устройств является незначительной.
Для того чтобы достигнуть достаточное аккумулирующее действие аккумуляторных пластин и достаточную теплопередачу, аккумуляторные пластины имеют толщину от 1 до 5 мм, а расстояние между соседними пластинами составляет от 30 до 80 мм.
2
3
Целесообразное выполнение теплового аккумулятора предусматривает выбор величины охлаждающей поверхности аккумуляторных элементов теплового аккумулятора из расчета по меньшей мере 0,5 м на расход реакционных газов 1 м/сек. Охлаждающая поверхность является контактирующей с реакционным газом поверхностью теплового аккумулятора при прохождении реакционных газов через него, в частности поверхностью аккумуляторных элементов.
Установка пылеудаления с минимальными инвестиционными затратами предусматривает наличие между тепловым аккумулятором и устройством осаждения пыли подающего устройства для ввода охлаждающего газа в соединительный канал. При особенно высокой доле полимерных материалов в ломе, возникающих пиках температуры реакционных газов и при наличии больших количеств реакционных газов с высокой температурой, температуру реакционных газов можно снижать непосредственно перед устройством осаждения пыли путем вдувания или подсоса охлаждающего газа.
Поддержание заранее заданной температуры на входе в пылевой фильтр достигается тем, что на входе в устройство осаждения пыли предусмотрено средство контроля температуры, которое соединено с регулятором, управляющим посредством сигналов устройством ввода охлаждающего газа.
Установка пылеудаления согласно изобретению применима с металлургическими емкостями, такими как конвертер, электропечь, купольная печь.
При строительстве новых установок пылеудаления или производственных установок для жидкого металла с установками пылеудаления применение теплового аккумулятора, согласно изобретению, обеспечивает следующие преимущества:
- установка пылеудаления в целом может быть выполнена компактней, так как требуется немного или совсем не требуется охлаждающий воздух, обеспечивающий необходимое снижение температуры реакционных газов перед устройством осаждения пыли.
специально для металлургических емкостей с высоким выделением тепла установка пылеудаления может иметь подходящую пропускную способность.
При встраивании теплового аккумулятора согласно изобретению в существующие установки для получения жидкого металла имеются следующие преимущества:
- наиболее позднее открытие подвода охлаждающего воздуха или полное отсутствие такого охлаждения,
- способность обрабатывать или отводить значительно большие количества реакционных газов,
- незначительные выбросы внутри или вне производственных помещений,
- снижение риска засасывания недожженных реакционных газов,
минимальный риск взрывов в установке пылеудаления, вызванных недожженными реакционными газами.
В общем следующие преимущества обеспечиваются тепловым аккумулятором согласно изобретению во второй установке пылеудаления:
- тепловой аккумулятор не требует дополнительных охлаждающих сред и соответствующего оборудования для своей эксплуатации,
минимальные затраты на обслуживание теплового аккумулятора определяются практически полным отсутствием отложений пыли в нем,
- тепловой аккумулятор обуславливает снижение давления во второй установке пылеудаления только на 7-10%. Таким образом, дополнительная нагрузка на отсасывающее оборудование компенсируется или снижением количеств просасываемых газов (нет или очень мало охлаждающего воздуха).
Дальнейшие преимущества и особенности заявленного изобретения следуют из последующего описания не ограничивающих примеров реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - вторая установка пылеудаления согласно изобретению, соединенная с электропечью,
Фиг.2 - вторая установка пылеудаления согласно изобретению, соединенная с конвертером,
Фиг.3 - продольный разрез теплового аккумулятора с модульной конструкцией второй установки пылеудаления по фиг.1 и 2,
Фиг.4 - поперечный разрез модуля теплового аккумулятора по линии разреза А-А на фиг.3.
На фиг.1 и 2 схематично показано расположение второй установки пылеудаления в двух примерах применения для основных типичных для сталеплавильной индустрии процессов.
На фиг.1 показана электропечь 1, которая обычно применяется для плавления стального лома. Данная электропечь содержит свод 2, к которому герметично примыкает соединительный канал 3, который является частью не показанной подробно и соответствующей уровню техники первой установки пылеудаления. Через соединительный канал 3 во время продолжительного процесса плавления и последующей обработки стального расплава отсасываются реакционные газы из внутреннего пространства печи. Над электропечью под крышей непоказанного цехового здания расположен вытяжной кожух 4 для сбора реакционных газов, выходящих из электропечи, которые в особенно большом количестве выделяются при загрузке лома в ванну жидкого расплава и сопутствующем этому сгоранию загрязнений лома. Во время загрузки электроды 5 и свод печи 6 выведены из показанного рабочего положения и реакционные газы поднимаются непосредственно к вытяжному кожуху. Собранные в вытяжном кожухе 4 реакционные газы двигаются по соединительному каналу 8 под действием отсасывающего устройства 7 и проходят через тепловой аккумулятор 9, в котором от реакционных газов с высокой температурой отводится тепло. Тепловой аккумулятор 9 выполнен в виде нескольких распложенных в ряд аккумуляторных модулей 9а, 9b, 9 с, 9d. Затем реакционные газы, охлажденные примерно до температуры входа в пылевой фильтр, через соединительный канал 10 поступают в устройство 11 осаждения пыли, выполненное в виде многоступенчатого пылевого фильтра, и в котором происходит дальнейшее осаждение пыли из реакционных газов. Затем очищенные реакционные газы отсасывающим средством 7 отводятся через камин 12 в атмосферу.
Перед устройством 11 осаждения пыли в соединительный канал 10 вводят устройство 13 подачи охлаждающего воздуха, которое выполнено так, что на оставшемся участке пути до устройства осаждения пыли достигается существенное перемешивание и охлаждение реакционного газа. Так что реакционный газ с пиковыми значениями температуры или в пиковых количествах может обрабатываться в устройстве осаждения пыли. Для оптимизации подвода охлаждающего воздуха на стороне входа в устройство 11 осаждения пыли предусмотрено средство 14 контроля температуры в соединительном канале 10, измерительный сигнал от которого поступает в регулятор 15 управляющий вдуванием охлаждающего воздуха устройством 13 подачи. Посредством запорного клапана 16 расход потока охлаждающего воздуха может регулироваться.
Предпочтительно, если тепловой аккумулятор 9 расположен максимально близко к устройству 11 осаждения пыли и максимально далеко от вытяжного кожуха 4, так что через длинную стенку соединительного канала 8 значительные количества тепла передавались в атмосферу и реакционные газы достигали теплового аккумулятора 9 с уже пониженной температурой.
Посредством регулировочного клапана 17 в соединительном канале 8 немного над вытяжным кожухом 4 регулируется засасываемое количество газа во вторую установку пылеудаления.
На фиг.2 показан второй вариант применения второй установки пылеудаления согласно изобретению с кислородным конвертером в конвертерном цехе. При длительном процессе производства конвертер 20 находится в вертикальном положении и над ним расположен охлаждаемый вытяжной кожух 21 на небольшом расстоянии от горловины 22 конвертера, который является частью традиционной первой установки пылеудаления. Конвертер 20 для загрузки лома вращается вокруг оси 23 показанное штрих-пунктирной линией 24 наклонное положение. Выделяющиеся при загрузке лома в большом количестве реакционные газы улавливаются вытяжным кожухом 25 и поступают для обработки во второе устройство пылеудаления. Это второе устройство пылеудаления по своему структурному выполнению соответствует показанному и описанному выполнению установки пылеудаления по фиг.1.
На фиг.3 и 4 показаны конструктивные элементы теплового аккумулятора. Тепловой аккумулятор 9 имеет встраиваемые соединительные каналы 8, 10, корпус 30, от которого показаны две боковые стороны 30а, 30b, и который имеет входное отверстие 31 и выходное отверстие 32 для прохождения реакционных газов. Поток реакционных газов проходит через тепловой аккумулятор по кратчайшему пути с минимальным сопротивлением без изменения направления. В корпусе 30 размещены выполненные из множества аккумуляторных элементов 33 отдельные модули 9а, 9b, 9с, которые посредством несущих балок 34 лежат на выступах 35 корпуса. Аккумуляторные элементы 33 состоят из металлических пластин, предпочтительно из тонких плоских тарелок, с приваренными распорками 36, которые поддерживают расстояние между ними, и с проходящими насквозь натяжными стержнями 37, обеспечивающими сборку модуля. Плоские тарелки имеют толщину 2 мм и распложены на расстоянии 60 мм друг от друга.