Химического тепла отходящих газов сталеплавильных агрегатов

25.11.1. Улавливание конвертерных га­зов. Отходящие газы сталеплавиль­ных агрегатов содержат обычно сле­дующие компоненты: СО, СО₂, N₂, О₂ и иногда Н₂ и SO₂. Два компонен­та отходящего газа (СО и Н₂) делают его перспективным для использова­ния газа в качестве топлива. Однако следует учитывать разные условия ра­боты отдельных сталеплавильных аг­регатов:

а) конструкция мартеновской печи такова, что отходящие газы проходят сложный путь (рабочее пространство печи с окислительной атмосферой — вертикальные каналы — шлаковики — регенераторы); в результате в конце пути они практически не содержат го­рючих составляющих;

б) дуговые печи работают обычно с использованием в качестве металло-шихты металлолома (материала с низ­ким содержанием углерода), поэтому газы, отсасываемые из электропечей, содержат обычно малое количество горючих составляющих (рис. 25.4);

Рис. 25.4. Система удаления и очистки печ­ных газов дуговых печей

в) конвертеры обычно используют в качестве шихты 75—80 % жидкого чугу­на, т. е. материала с высоким содержа­нием углерода. В период интенсивного обезуглероживания содержание СО в отходящих газах возрастает до 90 %. При использовании углеводородов в качестве охладителей фурм донного ду­тья в отходящих газах содержится так­же некоторое количество водорода.

Если использовать метод работы без дожигания, то отходящий газ будет содержать 70-85% СО и 2-5% Н₂, т. е. его можно с успехом применять в качестве топлива или для других це­лей. При этом приходится учитывать особенности технологического про­цесса выплавки стали в конвертерах: поплавочная работа; быстрая смена протекающего потока — с атмосфер­ного воздуха на горючий газ с высо­ким содержанием СО и обратно на воздух; невозможность полностью ис­ключить возникновение хлопков; не­большая доля периода интенсивного обезуглероживания (10—15 мин) по от­ношению к длительности всей опера­ции (35-40 мин).

Первые промышленные опыты экс­плуатации установок по улавливанию и утилизации конвертерных газов были организованы в бедной энергетически­ми ресурсами Японии в начале 60-х го­дов прошлого века. В настоящее время такая практика получила достаточно широкое распространение и в других странах. Конкурирующими оказались два способа очистки: а) «мокрый», с ис­пользованием для улавливания пыли скрубберов или труб Вентури (затем обезвоживание, сушка шламов и от­правка их на аглофабрику); б) «сухой», с использованием электрофильтров (затем брикетирование пыли и отправ­ка ее в сталеплавильный цех).

На рис. 25.5 показана одна из схем «сухого» метода. Накопленный опыт выявил особую роль котла-утилизато­ра, а именно: 1) относящееся к ко­тельной установке уплотнительное кольцо играет самую решающую роль в улавливании газов; 2) геометричес­кая форма котла-утилизатора должна быть оптимальной (чтобы предотвра­тить завихрения, которые иногда при­водят к образованию взрывоопасных смесей и хлопков).

25.11.2. Конвертер-газогенератор. Энергетический кризис 70-х годов ус­корил распространение технологий

Рис. 25.5. Схема сухого улавливания конвертерного газа:

/ — кислородный конвертер; 2—подвижная юбка газохода; 3— котел-утилизатор; 4 — испарительный охладитель; 5— охлаждающая вода; 6— сухой электрофильтр; 7—брикетирование пыли; 8— станция переключения; 9 — дымовая труба со све­чой; 10— охлаждение воды (градирня); 11 — охладитель газа; 12 — газгольдер; 13 — газоповысительная станция; 14 — газосмесительная станция; 15— к потребителю

газа

улавливания конвертерных газов. Бо­лее того, появились предложения и разработаны технологии с заменой ча­сти чугуна дешевым углем. Например, в технологии KMS-процесса предус­мотрено вдувание в конвертер уголь­ной пыли или кокса в смеси с природ­ным газом или азотом (используемым в качестве газа-носителя). В этом слу­чае конвертер играет роль газогенера­тора. Выход газа регулируется расхо­дом металлолома, угля (антрацита) и степенью дожигания газа. При 50 % скрапа в шихте и расходе угля 55— 125 кг/т стали получается на 1 т стали 200-240 м³ газа состава, %: СО 64-67, Н₂ 8-10, СО₂ 11-15. Теплотворная способность газа более 9000 кДж/м³. Расход кислорода составляет в этом случае 90— 155м³/т. Получаемый кон­вертерный газ используется в качестве топлива (рис. 25.6—25.8).

25.11.3. Газгольдеры¹ представляют собой стационарные сооружения для приема, хранения и выдачи газа. Раз­личают газгольдеры «мокрые» и «су­хие».

'От англ, gasholder, где holder — держа­тель.

«Мокрые» газгольдеры (иначе газ­гольдеры переменного объема) обычно состоят из цилиндрического вертикального резервуара (бассей­на), наполненного водой, и колокола (цилиндрический вертикальный ре­зервуар без нижнего днища). Сверху этот резервуар ограничен сферической крышей. Через дно заполненного водой бассейна под колоколом пре­дусмотрен выход газа из газопровода. При поступлении в газгольдер газа (из газопровода) колокол поднимается, при отборе газа — опускается.

Основное достоинство «мокрых» газгольдеров — сравнительная просто­та как изготовления, так и эксплуата-

Рис. 25.7. Энергетический баланс 250-т плав­ки по технологии KMS (50 % скрапа, степень дожигания 20%, антрацит):

а — потери на крекинг метана и восстановление же­леза; б —тепловые потери; в —защитный газ СН₄ и Н₂; г —окисление Si, Mn, P, Fe; КГ— конвертер­ный газ

Рис. 25.8. Зависимость теплотворной способ­ности конвертерного газа Q£™ от степени до­жигания укг и сорта угля (а — антрацит; б — бурый уголь; в —уголь 1) (250-т конвертер; измерения проводили в горловине конвертера)

ции. Основные недостатки — увлаж­нение газа, переменный режим давле­ния газа, трудности эксплуатации в зимнее время, значительный расход металла на изготовление.

«Сухие» (поршневые) газгольдеры представляют собой неподвижный корпус с поршнем, который поднима­ется при поступлении и опускается при выдаче газа. К недостаткам сухих или поршневых газгольдеров относят­ся сложность монтажа и трудность обеспечения герметичности между корпусом и поршнем.

В системе газоснабжения в нашей стране большее распространение по­лучили «сухие» газгольдеры постоян­ного объема (обычно они рассчитаны на высокое давление — до 1,8 МПа).

Особый вид газгольдеров — под­земные газовые хранилища.

В качестве примера использования газгольдеров приведем данные о газ­гольдере за конвертерным цехом за­вода фирмы Krupp Stahl (300-т кон­вертеры): газгольдер «сухой» с рези­новыми уплотнениями, диаметр 47 м, высота 48м, емкость 60 тыс. м³. Та­кой объем газгольдера позволяет обеспечивать сбор, хранение и усред­нение получаемого в процессе про­дувки газа.