Характеристика организованных выбросов.

Количество и физико-химическая характеристика газов, отходящих по дымовому тракту.

Технологические газы, выходящие из печи, образуются от сжигания топлива,газовыделения из сы-пучих материалов при нагреве и разложении, а также от образования СО и СО₂ при окислении углерода шихты. Точное значение выхода технологических газов можно получить из материаль­ного баланса плавки. Однако с достаточной для практических расчетов точностью его можно определить по следующей формуле, м³/ч: V_т.г .= V_уд + V_изв + 0,054 T _с, (1)

Зависимость удельного выхода продуктов сгорания от коэффициента расхода воздуха при расходе кислорода, м^3/м^3 газа: 1-без кислорода; 2-0,2; 3-0,4; 4-0,6; 5-0,8; 6-1,0 (25% по теплу)	Зависимость количества СО2, выделяющегося при разложении известняка в период плавления, от садки печи при расходеизвестняка в завалку, %:1 - 5; 2 - 7; 3 – 9

где V_уд - удельный выход продуктов сгорания, м³/1000 кДж топлива - величина может быть определена по графику, представленному на рис. 4, или по формуле

V_уд = _, (2)

- низшая теплотворная способность топлива, кДж (ккал/м³);

V - теоретический выход продуктов сгорания на 1 м³ (1 кг) топлива при коэффициенте расхода воздуха n = 1,0 м³/м³ (м³/кг); V0 - теоретический объем воздуха для сжигания 1 м³ (1 кг) топлива при коэффициенте расхода воздуха n = 1,0 м³/м³ (м³/кг); n - коэффициент расхода воздуха, м³/м³ (м³/кг); - расход топлива, тыс. кДж/ч;

V_изв - количество углекислого газа, выделяющегося при разложении известняка, тыс. м3/ч (величину можно опреде­лить по графику на рис. 5); Т - садка печи, т; V_с - ско­рость выгорания углерода, %/ч; 0,054 - коэффициент пере­счета массы в объем.

При форсированном режиме печи средний расход продуктов сгорания изменяется при движении по дымоотводящему тракту печи. Это связано с подсосом атмосферного воздуха через не плотности кладки. Величина подсосов так велика, что объем продуктов сгорания, увеличивается в 1,8 – 2,0 раза по сравнению с величиной» определяемой формулой (1).

В течение плавки количество продуктов сгорания колеблется практически незначительно. Для оценки неравно­мерности тепловой нагрузки на печь введен коэффициент форсировки:

m = / , (3)

где - максимальная тепловая нагрузка на печь, кВт (ккал/ч);

- средняя тепловая нагрузка на печь, кВт (ккал/ч).

Обычно коэффициент форсировки составляет 1,25 - 1,30.

Средняя тепловая мощность печей существующих конструкций, в которых, как правило, невозможно увеличить пропускную способность дымового тракта, выражается зависимостью

= 18,2 + 3.76 • 10^-2 T + 4,0 • 10^-6 Т², (4)

где T - садка печи.

Для гидравлического расчета печи и газоочистных сооружений нужно знать не только среднее, но и максималь­ное количество продуктов сгорания, которое можно опреде­лить по формуле (1), подставив вместо максимальное значение:

= (1,25 - 1,30) .

Тепловой режим работы мартеновских печей приведен в табл. 2.

Состав и количество отходящих от печей газов изменяются при движении по дымоотводящему тракту. Это связано, прежде всего с подсосом атмосферного воздуха через не плотности кладки, так как отводящий тракт находится под разрежени­ем. Величина подсосов зависит от разрежения на отдельных участках тракта, определяющегося конструктивными парамет­рами печи и герметичностью кладки, которые изменяются в течение компании печи (периода между остановками печи на ремонты свода).

Наибольшая величина подсосов бывает на участке головка печи - верх насадок. Количество отходящих от мартеновской печи газов на участке от головки до под насадочного - пространства регенераторов увеличивается в 1,55-1,65 раза в начале компании и в 1,25 раза в конце; на участке от головки до общего борова в 1,6 - 1,7 в начале и в 1,35 раза в конце кампании. В борове на участке от перекидных устройств до входа в котел-утилизатор количество газов увеличивается на 10 % от количества газов в вертикальном канале.

Таким образом, на современных печах, отапливаемых высо­кокалорийным топливом, количество технологических газов при входе в котел-утилизатор увеличивается по сравнению с количеством газа, выходящего из головки, в 1,8-2,0 раза.

Физико-химическая характеристика технологических газов мартеновских и двух ванных печей (перед входом в дымовую трубу) приведена в табл. 2.

Выбросы пыли с технологическими газами. Содержание пыли в отходящих газах мартеновских и двух ванных печей определяется расходом кислорода на печь, при этом значение имеют способ подачи кислорода (в факел или в ванну), садка печи, вид топлива, период плав­ки и др. Данные о выбросах пыли из рабочего пространства мартеновских печей довольно разноречивы, очевидно, из-за не четких сведений о технологических процессах и различных методик определения запыленности газовых потоков. Однако анализ многочисленных данных позволяет установить наиболее характерные показатели запыленности для печей различной садки и конструкции (мартеновских и двух ванных) в зависимости от способа (в факел или ванну) и интенсивности подачи кислорода в ванну.

В зависимости от указанных факторов концентрация пыли в дымовых газах мартеновских печей колеблется в широких пределах - от 160 мг/м³ до 50 г/м³, при этом на печах, работающих без применения кислорода, - от 160 до 260 мг/м³, с подачей кислорода в факел - от 400 до 700 мг/м³ и с продувкой ванны кислородом - от 270 мг/м³ до 50 г/м³. Запыленность газов двух ванных печей колеблется в пределах от 2,8 до 17,2 г/м³. Более высокое значение нижнего предела запыленности по сравнению с мартеновскими печами, работающими с продувкой ванны кислородом, объясняется тем, что практически в двух ванной печи одна из ванн всегда находится под продувкой, тогда как в мартеновских печах нижний предел относится к бес продувочным периодам. Более низ­кий верхний предел запыленности на двух ванных печах связан с сепарирующим (способствующим осаждению части пыли) действием развитой поверхности шихтовых материалов в ванне, через которую проходят газы из продувочной камеры. Применение кислорода значительно увеличивает запыленность отходящих газов. Влияние подачи кислорода в факел на пылеобразование связано с усилени­ем тер

1 – вертикальный канал; 2 – над насадкой; 3 – общий боров Рис.6 Зависимость содержания пыли в отходящих продуктах сгорания 300-т мартеновской печи от удельной интенсивности продувки:

Рис.7 Зависимость запыленности отходящих продуктов сгорания от скорости выгорания углерода

мического разрушения кусковых материалов в период прогрева и угара оплавленного или расплавленного металла в последующие периоды плавки.

Основной причиной бурного пылеобразования в период продувки жидкой ванны кислородом является испарение металла в очагах высокой температуры и последующее его окисление атмосферой рабочего пространства, отсюда газы принимают бурую окраску оксидов железа. На рис. 6 приведена зависимость содержа­нии пыли в отходящих газах от удельного расхода кислорода. Для практических расчетов количества выбросов пыли из рабочего пространства печи при продувке кислородом рекомендуется снижать их величину на 35% при добавлении в дутье топлива (природного газа или мазута) и на 30 % при применении щелевых продувочных фурм относительно обычно применяемой шести сопловой кислородной фурмы.

На примере 150-т печи при подаче кислорода в факел показано изменение показателей запыленности также и в зависимости от периода плавки. Количество пыли в каждый период плавки определяется характером технологического процесса, проходящего в это время.

Во время завалки основным источником пылевыделения является загружаемая шихта, из которой газовым потоком увлекаются мелкие частицы железной руды, известняка и других ее компонентов.

В начале периода прогрева пыль образуется в результате термического разрушения кусковых материалов, в конце -

вследствие угара оплавленного металла.

В период слива чугуна максимальная запыленность отходящих дымовых газов наблюдается при сливе первого ковша, а далее сокращается, а три-четыре раза.

Во время плавления максимальное пылевыделение происходит при продувке ванны кислородом, причем в α.Существенное влияние на пылеобразование оказывает скорость выгорания углерода (рис. 7). Пылеобразование тем выше при одной и той же температуре металла, чем выше содержание углерода.

Физико-химические свойства пыли

Химический состав

Химический состав пыли характеризуется высоким содержанием железа. Основную часть составляют оксиды железа, соотношение которых меняется по дымоотводяшему тракту печи. Содержание FеО в вертикальном канале составляет 20-30%, а перед газоочисткой до 1,5%, при этом содержании Fе₂О₃ увеличивается с 65-75 до 88-92 %.

На ряду с железосодержащими оксидами в состав пыли входят СаО, А1₂О₃, МnO, МgО, Р₂О₅, соединения серы. Исследованиями института "Уралмеханобр" установлено, что в пыли мартеновского производства содержится 0,09-1,19% свинца и 0,36—4% цинка, при этом основная масса цинка представлена ферритом (ZnO₂^x Fе₂O₃), а свинца - церрусситом (РbСО₃).

Дисперсный состав

Основную часть пыли при продувке ванны составляют первичные частицы с диаметром 0,01—1,0 мкм. Средний медианный размер этих частиц составляет 0,2-0,4 мкм. Дисперсный состав первичных частиц пыли незначительно изменяется в течение плавки и мало зависит от расхода кислорода, но при движении по газоотводящему тракту первичные частицы коагулируют в агрегаты различных размеров. Агрегаты в буром дыме представлены в виде комков неправильной формы и цепочек. Размер и компактность их изменяются в течение продувки и по ходу потока в газоотводящем тракте. Это необходимо учитывать при проектировании газоочистных сооружений за мартеновскими печами.

Выбросы оксидов серы в мартеновских, в двух ванных печах невелики. Это связано с тем, что и шихта, и топливо пода­ются в них по возможности обессеренными и, кроме того, основное количество серы переходит в шлак.

Содержание оксидов серы в дымовых газах от печей мартеновского производства определяется видом применяемого топлива и содержанием серы в шихтовых материалах, достигая максимально 800 мг/м³ при отоплении мазутом или коксодоменной смесью. При отоплении печей природным газом с добавкой малосернистого мазута содержание сернистого ангидрида в дымовых газах составляет 20-1.80 мг/м³, возрастая с увеличением доли мазута в топливе. С увеличением садки печи концентрация оксидов серы в газах несколько снижается.

С учетом указанных факторов содержание оксидов серы (m ^SO₂) в дымовых газах с достаточной для практических расчетов точностью описывается формулами:

при плавлении

m = 7.8 * 10^-4 * г/м³; (5)

при доводке

m = 1.28 * 10^-4 * г/м³, (6)

где - Т - количество жидкого расплава в печи, г; V_г - количество отходящих газов, м³/ч; [S_Ш] - содержание серы в шихте, %; , - длительность плавки и периода доводки соответственно, ч.

Содержание оксида углерода в конце дымового тракта мартеновских и двух ванных печей незначительно и выбросы ее носят кратковременный характер, в двух ванных могут достигать 200 мг/м³.

Физико-химические и токсические свойства бенз(а)пирена и характеристика выбросов его с технологическими газами

В составе пыли, отходящей от мартеновских и двухванных содержится бенз(а)пирен, высокотоксичное вещество,относящееся к классу канцерогенных полициклических арома­тических углеводородов (ПАУ).

Рис.8 Структурная формула

бенз(а)пирена (C₂₀H₁₂)

Проблемы защиты от загрязнения канцерогенными вещества­ми атмосферного воздуха приобретает все большую актуаль­ность в связи с повсеместным ростом заболевания раком органов дыхания у населения большинства стран мира.

Источником образования канцерогенных ПАУ являются процессы, связанные со сжиганием топлива и различными видами термической переработки канцерогенных ПАУ.

Индикатором загрязнения внешней среды канцерогенными ПАУ служит высокоактивный канцерогенный углеводород бенз(а)пирен.

Он относится к группе пиренов. Эмпирическая формула С₂₀Н₁₂. Структурная формула представлена на рис. 8. Молекулярный вес 252,32. В чистом виде он представляет собой твердое вещество желтого цвета с температурой плав­ления 176,5-179,3 °С и температурой кипения 475 °С при давлении 1,011*10⁵ Па. Летучесть бенз(а)пирена незначи­тельная при комнатной температуре, но значительно возрас­тает при 100 °С и особенно при 170-200 °С.

Бенз(а)пирен обладает способностью хорошо сорбироваться на различных твердых материалах - частицах пыли, сажи, известных материалах и др.

Являясь одним из наиболее стабильных ПАУ, он в составе атмосферных загрязнений сохраняется очень долгое время (в течение года при хранении в темноте сохраняется 68 %). В биологическом отношении бенз(а)пирен является наиболее активным из всех встречаемых в окружающей среде ПАУ.

Содержание бенз(а)пирена в дымовых газах мартеновских печей после газоочистки составляет 0,051-0,158 мкг/м³, двухванных 0,064-0,159 мкг/м³.

Мартеновское производство имеет большое количество неорганизованных выбросов загрязняющих веществ, которые в месте их образования попадают первоначально в рабочую зону цеха, а затем через аэрационные фонари и другие проемы производственных зданий в атмосферу. В табл. 4 приведена качественная и количественная характеристика неорганизованных выбросов загрязняющих веществ из аэрационных фонарей от различных участков цеха.

Объем газовоздушной смеси, выделяемой через аэрационные фонари мартеновского цеха, с достаточной для практических целей точностью можно определить по следующей формуле,

V_аф = 7200 WLh _аф, (7)

где W - скорость выхода газовоздушной смеси через проемы аэрационного фонаря (для горячих пролетов и участков составляет 1,0-1,5 м/с, для холодных 0,8-1,0 м/с); L - длина аэрационного фонаря, м; h – высота створки аэрационного фонаря, м; - степень открытия проемов аэрационного фонаря ( 1), для полностью открытых проемов = 1.

Дата добавления: 2015-07-08