СПОСОБ СУХОЙ ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА
PROCEDURE FOR BLAST-FURNACE GAS DRY SCRUBBING

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при сухой очистке доменного (колошникового) газа и производстве электрической энергии в газовой утилизационной бескомпрессорной турбине (ГУБТ), используя энергию доменного газа.
Известен способ мокрой очистки доменного газа, который включает очистку и охлаждение доменного газа с помощью распыленной жидкости (воды), а также последующее подогревание очищенного доменного газа тепловой энергией, которую отбирают с поверхности кожуха доменной печи, для использования очищенного и подогретого доменного газа в производстве электрической энергии с помощью газовой утилизационной бескомпрессорной турбины (ГУБТ) [1].
Недостатками этого способа являются, прежде всего, большие расходы воды, которая нужна не только для охлаждения доменного газа, но и для его очистки от пыли. Очистка доменного газа от пыли с помощью воды значительно снижает энергию доменного газа, что в свою очередь уменьшает количество киловатт-часов электрической энергии, которые вырабатывают с помощью ГУБТ. Невзирая на подогрев очищенного доменного газа тепловой энергией, которую отбирают с поверхности кожуха доменной печи, тепловые потери доменного газа остаются значительными и теряются с паром воды. При отсутствии таких значительных потерь тепловой энергии доменным газом тепловую энергию, отобранную с поверхности кожуха доменной печи, можно было бы использовать более рационально.
Кроме того, наличие большого количества оборудования (теплообменников и трубопроводов), нужного для осуществления указанного способа очистки доменного газа, обеспечивает большую материалоемкость оборудования.
Использование большого объема воды и непосредственный контакт с грязным доменным газом обеспечивает химическую эрозию металлических деталей оборудования, которая значительно снижает их ресурс работы.
Наиболее близким является способ очистки и охлаждения доменного газа, который включает отведение доменного газа от доменной печи, грубую очистку доменного газа в сухом пылеуловителе, охлаждение доменного газа после грубой очистки водой в газопроводе до температуры, не превышающей 200°С, и затем тонкую очистку доменного газа в фильтрах с последующей подачей очищенного доменного газа на газовую безкомпрессорную турбину для производства электрической энергии [2].
Недостатком этого способа также является низкий ресурс работы оборудования, необходимого для его осуществления. Температура грязного доменного газа может колебаться в пределах от 300°С до 700°С. Притом температура доменного газа может меняться за короткие промежутки времени. Поверхностный теплообменник является инерционным устройством и не способен оперативно охлаждать грязный доменный газ. Для нагревания установленного объема воды до большей температуры необходимо дополнительное время, а скорость прохождения грязного газа через теплообменник при этом может не меняться. В этом случае сам ресурс поверхностного теплообменника будет низким, поскольку резкое повышение температуры грязного газа на 300-400°С вызовет прогорание теплопроводных стенок теплообменника и стенок его корпуса.
Сверхнормативное превышение температуры грязного газа на выходе из поверхностного теплообменника, прежде всего, уменьшает ресурс работы рукавных фильтров тонкой очистки доменного газа. При температуре, которая превышает допустимые значения, возможно прожигание ткани рукавов рукавного фильтра, прожигание корпуса рукавного фильтра, трубопроводов доменного газа, корпусов другого оборудования, перегрев и выведения из строя ГУБТ, поскольку доменный газ в своем составе содержит молекулы кислорода. Также температуру свыше 200°С не выдержит сама ткань рукавов рукавного фильтра.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в совершенствовании способа сухой очистки доменного газа, позволяющего увеличить ресурс работы оборудования, необходимого для осуществления способа сухой очистки доменного газа.
Поставленная задача решается тем, что в способе сухой очистки доменного газа, который включает отведение доменного газа от доменной печи, грубую очистку доменного газа в сухом пылеуловителе, охлаждение доменного газа после грубой очистки водой в газопроводе до температуры, не превышающей 200°С, и затем тонкую очистку доменного газа в фильтрах с последующей подачей очищенного доменного газа на газовую бескомпрессорную турбину для производства электрической энергии, новым является то, что после грубой очистки доменного газа в сухом пылеуловителе измеряют температуру доменного газа, и в случае когда температура доменного газа превышает установленное значение, доменный газ охлаждают водой до температуры, которая не превышает установленное значение, но не ниже температуры точки росы, при этом воду распыляют в потоке доменного газа, в любом направлении относительно направления потока доменного газа так, чтобы капли распыляемой воды не контактировали с внутренней поверхностью установленного объема, в котором распыляют воду, при этом температуру точки выпадения росы определяют расчетом в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режимах, дополнительно измеряя давление доменного газа в установленном объеме, температуру доменного газа после охлаждения, среднюю скорость потока доменного газа через плоскость любого выбранного поперечного сечения установленного объема, и контролируют полностью или частично химический состав доменного газа, а объем воды, которую распыляют в единицу времени, нужный для охлаждения доменного газа, определяют расчетом в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режимах, учитывая измеренные значения, которые использовались для расчета температуры точки выпадения росы, то есть давление доменного газа в установленном объеме, температуру доменного газа до охлаждения, температуру доменного газа после охлаждения, среднюю скорость потока доменного газа через плоскость любого поперечного сечения установленного объема, также учитывая при этом полностью или частично химический состав доменного газа, а тонкую очистку доменного газа осуществляют в рукавных фильтрах, где импульсную регенерацию рукавов рукавного фильтра осуществляют азотом, аргоном или очищенным доменным газом, обеспечивая при этом давление газа, нужное для импульсной регенерации рукавов рукавного фильтра, превышающее давление грязного доменного газа в рукавном фильтре не менее чем на четыре атмосферы.
На чертеже схематически изображено осуществление способа сухой очистки доменного газа.
Способ осуществляют следующим образом. Доменный газ с доменной печи 1, который имеет давление 4-5 атмосфер, отводят с помощью трубопровода 2 в сухой пылеуловитель 3 для грубой очистки доменного газа от пыли. В сухом пылеуловителе 3 обеспыливание доменного газа осуществляют на 60-80%. После этого доменный газ подают на рукавные фильтры 4 с помощью трубопровода 5. С помощью рукавных фильтров или секций одного рукавного фильтра 4 осуществляют тонкую очистку доменного газа. Очищенный доменный газ подают на газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ) 6 с помощью трубопровода 7. С помощью ГУБТ 6 производят электрическую энергию. Импульсную регенерацию рукавов рукавных фильтров или секций одного рукавного фильтра 4 осуществляют азотом, аргоном или очищенным доменным газом с помощью станции газа регенерации 8 (см. чертеж). Регенерацию рукавов рукавных фильтров 4 осуществляют поочередно, отключая отдельный рукавный фильтр 4 или секцию рукавного фильтра 4 от потока грязного доменного газа, используя при этом любые запорные устройства (не указано.) Отключение рукавных фильтров 4 или секций рукавных фильтров 4 осуществляют в автоматическом режиме через установленные промежутки времени и/или при увеличении разницы давления между грязным и очищенным доменным газом относительно установленной величины разницы давления. Давление грязного доменного газа в рукавном фильтре 4 во время его регенерации может оставаться неизменным, а может уменьшаться относительно атмосферного давления в зависимости от работы запорных устройств и времени их включения. Однако давление газа регенерации рукавных фильтров или секций одного рукавного фильтра 4 должно превышать давление грязного доменного газа в рукавном фильтре или секции рукавного фильтра 4 не менее чем на четыре атмосферы. При разнице давлений газа регенерации и грязного газа в рукавном фильтре или секции рукавного фильтра 4 менее четырех атмосфер регенерация рукавов рукавных фильтров 4 будет недостаточной, что приведет к значительному уменьшению ресурса работы тканей рукавных фильтров 4.
Доменный газ, который отводят из доменной печи 1, имеет достаточно высокую температуру в пределах от 200°С до 700°С. Такая высокая температура доменного газа может привести к разрушению всей системы очистки доменного газа из-за прожигания рукавов рукавных фильтров 4, трубопроводов, корпусов или устройств системы очистки грязного газа. По этой причине постоянно измеряют температуру доменного газа, который поступает из пылеуловителя 3 с помощью датчика 9, и потом охлаждают доменный газ путем распыления воды в потоке доменного газа с помощью форсунки 10, в которую подают воду из станции воды 11 (фиг.1). Распыление воды осуществляют в газопроводе 5, в любом направлении относительно направления потока доменного газа так, чтобы капли распыляемой воды не контактировали с внутренней поверхностью газопровода 5 (направление потока доменного газа в газопроводе 5 на чертеже указано стрелками). Охлаждение доменного газа является водоиспарительным. Попадание капель воды на внутреннюю поверхность газопровода 5 приведет к налипанию пыли на внутреннюю поверхность газопровода 5, что в конечном результате может привести к уменьшению площади сечения газопровода 5 или вообще к его закупориванию. Это значительно уменьшит ресурс работы газопровода 5.
Доменный газ охлаждают до установленной температуры, которая обычно не превышает 200°С. При этом контролируют температуру доменного газа до охлаждения с помощью датчика 12. Однако охлаждать температуру газа до низких значений температуры также нецелесообразно, поскольку в этом случае уменьшается энергия доменного газа, что приведет к уменьшению производства электрической энергии с помощью ГУБТ 6.
Доменный газ также нецелесообразно охлаждать до температуры точки выпадения росы. Попадание капель воды на внутреннюю поверхность газопровода 5 может привести к уменьшению площади сечения газопровода 5, а то и вообще к его закупорке согласно приведенным выше причинам. Кроме этого, выпадение росы может привести к закупорке рукавов рукавных фильтров 4.
Во избежание выпадения росы на внутреннюю поверхность газопровода 5 температуру точки выпадения росы определяют расчетом в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режимах, дополнительно при этом измеряя давление доменного газа в установленном объеме с помощью датчика давления 13, температуру доменного газа после охлаждения с помощью датчика температуры 14, и среднюю скорость потока доменного газа через плоскость любого поперечного сечения установленного объема (плоскость сечения газопровода 5) с помощью датчика скорости потока газа 15, а также полностью или частично контролируют химический состав доменного газа с помощью датчика или датчиков 16. Все расчеты осуществляют с помощью информационной системы 17, которой может быть обычный компьютер. Информационная система 17 может работать полностью в автоматическом режиме либо в ручном режиме, то есть при ручном управлении информационной системой. Информационная система 17 также может работать в полуавтоматическом режиме, то есть часть операций она будет осуществлять в автоматическом режиме, а часть на ручном управлении. Средняя скорость потока доменного газа влияет на давление доменного газа и, как следствие, влияет на температуру точки выпадения росы. Химический состав доменного газа также влияет на значение температуры точки выпадения росы.
При этом объем воды, которую распыляют в единицу времени, нужный для охлаждения доменного газа, определяют расчетом в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режимах с помощью информационной системы 17, учитывая измеренные значения давления доменного газа в установленном объеме, температуру доменного газа до охлаждения, температуру доменного газа после охлаждения, среднюю скорость потока доменного газа через плоскость любого поперечного сечения установленного объема, и учитывая полностью или частично химический состав доменного газа, что использовались для расчета температуры точки росы. То есть объем воды определяют исходя из удельной тепловой энергии доменного газа и массы доменного газа, который нужно охладить.
Благодаря охлаждению доменного газа до температуры, приемлемой для его сухой очистки, ресурс работы системы очистки доменного газа становится почти таким, как при очистке обычного загрязненного пылью воздуха.
Таким образом, благодаря внедрению указанного способа ресурс работы системы очистки доменного газа будет не меньшим, нежели ресурс работы очистительных систем загрязненного пылью воздуха с температурой окружающей среды.
Пример конкретного исполнения
3
3
2
3
3
Способ опробован в опытно-промышленных условиях ОАО «Запорожсталь» при очистке доменного газа из доменной печи №2, при количестве рукавных фильтров 6 и мощности очистительной системы производительностью 725000 м/час. Тип фильтровального материала - Nomex. Удельная газовая нагрузка на ткань рукавных фильтров - 1,17 м/м×мин. Средняя частота регенерации рукавов - один раз в час. Регенерацию рукавов осуществляли сжатым азотом. Запыленность доменного газа до очистки была 3,6 г/м, после очистки - 5 мг/м. Средняя температура доменного газа после охлаждения его водой составляла 160-180°С. Для измерения температуры доменного газа, давления доменного газа, скорости движения доменного газа, контроля химического состава доменного газа использовали датчики, работа которых основана на разных физических принципах. Для расчета температуры точки росы доменного газа и объема воды, которую нужно было подать в зону охлаждения доменного газа за секунду, использовали компьютер и соответствующее программное обеспечение. В рукавных фильтрах, перед рукавами рукавных фильтров, в потоке грязного доменного газа были установлены две металлические искусственные преграды. Ресурс работы рукавов рукавных фильтров по проведенным исследованиям материала рукавов рукавных фильтров будет составлять не менее двух лет. Минимальный ресурс работы металлических деталей системы очистки доменного газа по проведенным исследованиям металла будет составлять не менее 25-30 лет.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1027220, С21В 7/22, опубликовано 07.07.1985. бюл. №25.
2. Авторское свидетельство СССР №624919, С21В 7/22, опубликовано 07.08.1978. бюл. №35.