Анализ существующего оборудования, разработка и внедрение новых аппаратов для очистки агломерационном производстве

Экология

Описание


Гресс А.В.   Кашеев М.А. кандидат технических наук

 Днепровский государственный  технический университет 

г. Каменское Украина  emal:pmz@pmz.dp.ua Влади В.А.  ООО «Конструкторское бюро «VAV»  г. Каменское Украина  emal:pmz@pmz.dp.ua

Руденко Н.Р.  Днепровский государственный  технический университет  г. Каменское Украина  18rudenko@gmail.com

Аннотация:

Проведен анализ последних исследований и публикаций по эксплуатации существующего оборудования для очистки газов.  Установлено, что при использовании этих аппаратов для очистки агломерационных газов возникают существенные недостатки, которые связаны с очисткой большого количества высоко запылённых газов. На основании анализа предложены два типа фильтров: фильтр грубой очистки газов VAV и фильтр тонкой очистки газов VAV, которые позволяют ослабить или совсем исключить выявленные недостатки. Это дает возможность значительно повысить эффективность работы газоочистного оборудования в агломерационном производстве.

Ключевые слова:

Агломашина, выбросы пыли, инерционный аппарат, коллектор, тонкая очистка.

Введение. 

Производство агломерата сопровождается образованием больших объемов запыленных газов.

Технологические газы (организованные выбросы) образуются при спекании шихты на агломашине. Эти газы отводятся из-под аглоленты через вакуум-камеры, коллектор, пылеулавливающую установку, из которой отсасываются эксгаустером и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу.

Выход технологических газов на 1 т агломерата составляет в среднем 2,5 тыс. м3/час, а количество газов, отсасываемых от одной машины колеблется от 300 тыс до 2,0 млн. м3/час, в зависимости от площади спекания температура газов составляет 120-180 оС.  

Технологические газы содержат (% объемных) СО2 – 5-10; СО – 0.5-3.0; О2 – 12-18; SО2 – 0.1-0.5; N2- остальное. Влагосодержание – 5-15 %. Содержание пыли 4.0-8.0 г/нм3 [1, 2].

Обеспылевание агломерационных газов определяется как технологической потребностью – необходимостью увеличения срока службы эксгаустеров, который сейчас составляет от 1,5 до 10 месяцев, а также с целью очистки отходящих газов, выбрасываемых в атмосферу для улучшения экологической обстановки вокруг аглофабрик.

Для улучшения экологической обстановки мест проживания людей вблизи аглофабрик в мире установлены нормы выброса пыли [3-9]. В связи с чем производители обязаны выполнять соответствующие законодательные акты путем очистки промышленных газов от пыли и вредных примесей.

 

Постановка задачи. 

Одним из путей совершенствования технологии агломерации является снижение содержания суспендированных частиц перед эксгаустером без ухудшения газового режима агломашины. Это позволяет увеличить срок службы эксгаустеров, который сейчас составляет от 1.5 до 10 месяцев, а также снизит потери материалов при агломерации и количество выбросов в атмосферу [10,11].

Для одних производителей характерно использование до 80-100 % тонкоизмельченных материалов крупностью 0-0.055 мм, включающих железорудный концентрат, шламы пыли и др. Это связано с использованием собственной сырьевой базы, содержащей 28-35 % железа, что влечет за собой огромные выбросы пыли с газами [12,13,14,15].

Другие производители спекают, в основном, богатые железные руды (крупностью 0-10 мм), а не концентраты [16,17]. Образующаяся при этом пыль в три раза крупнее и ее в три раза меньше. Содержание пыли класса менее 200 мкм составляет более 50 %. В этом случае организовать очистку газов несколько проще и легче.

Поэтому разработка и внедрение новых высокоэффективных и энергосберегающих аппаратов для очистки агломерационных газов является весьма актуальной задачей.

 

Анализ последних исследований и публикаций.

В настоящее время в мировом агломерационном производстве применяют разные типы и конструкции аппаратов для очистки аглогазов от пыли. Наиболее распространенные это батарейные мультициклоны [15,16] и электроциклоны [18-23]. Большинство циклонов работают неэффективно со снижением за счет накопления пыли на их элементах КПД, не обеспечивают эффективного пылеулавливания, что не дает возможности выполнить требуемые нормы выбросов.

Некоторые предприятия используют для тонкой очистки газов рукавные фильтры [24-28]. При несомненных преимуществах этих фильтров, высокая степень очистки газов от пыли, небольшая чувствительность фильтров к фракционному составу пыли, но в случае применения их в агломерационном производстве, где необходима очистка большого количества (более 400000 м3/час) высокозагрезненных (более 6 г/нм3 ) отходящих газов возникают серьезные недостатки [29]:

  1. Низкая скорость очистки влечет за собой иметь большие габариты фильтров, что предопределяет отдельные здания для их установки.

  2. Быстрый износ рукавов.

  3. Необходимость обогрева системы фильтра.

  4. При встряхивании из фильтра удаляется не вся пыль, вследствие чего рукава необходимо дополнительно очищать.

  5. Большое аэродинамическое сопротивление рукавных фильтров, приводит к увеличению расхода электроэнергии.

  6. Ограничение температуры газов, так как возможно возгорание рукавов.

  7. Повышенные эксплуатационные расходы.

Предприятия также используют для тонкой очистки газов электрофильтры различной конструкции [26, 28,30,31], преимущества которых заключаются в следующем:

  1. Высокая степень очистки.

  2. Снижение эксплуатационных расходов по сравнению с рукавными фильтрами.

  3. Снижение аэродинамического сопротивления.

Но при использовании существующих электрофильтров в агломерационном производстве возникает ряд недостатков:

  1. Большие габариты фильтров, что влечёт за собой строительство дополнительных корпусов.

  2. Повышенные неактивные объемы между рабочими полями.

  3. Вибрационные механизмы расположены в активном объеме аппарата.

Учитывая приведенные выше недостатки мы предлагаем новые технические решения, которые позводяют уменьшить или даже исключить влияние их на эффективность работы газоочистного оборудования применяемого в агломерационном производстве.

 

Методика проведения работ. 

Разработка, проектирование, изготовление и установка новых аппаратов для улавливания из промышленных или аспирационных газов дисперсных взвесей минерального или органического происхождения производилась с помощью численного моделирования и последующей проверки, и внедрения на существующих агломашинах в условиях действующего производства.

Основное содержание работ. 

Исходя из поставленной задачи нами был разработан аппарат инерционного осаждения пыли VAV позволяющий производить предварительную очистку агломерационных газов. 

Этот аппарат снижает запыленность технологических газов на входе в мультициклон на 30-50%. Такое снижение нагрузки на работу батарейных мультициклонов, рукавных фильтров, электрофильтров повышает их эффективность, снижает количество выбросов пыли в окружающую среду. Малое сопротивление аппарата (до 500 Па) дает возможность использовать его в любом технологическом цикле производства с уменьшением затрат на энергоносители за счет рационального использования мощности эксгаустеров. Снижение сопротивления в газовом тракте позволяет вести процесс спекания без снижения качества агломерата. Отсутствие вихревых потоков, больших скоростей движения дисперсной массы в рабочей зоне аппарата существенно уменьшает абразивный износ металлоконструкций, увеличивает срок службы и эксплуатационные показатели. По результатам наших расчетов скорость потоков газа в таком аппарате снижается в 10 раз по сравнению с аналогами.

VAV представляет собой пылевую камеру с размещенным внутри газопроницаемым осадителем, выполненным из профильных элементов. Конфигурация и взаимное расположение элементов осадителя направляют поток по сложной траектории между элементами осадителя (рис. 1), что способствует более полному удалению пыли. В процессе осаждения пыли задействованы механизмы гравитационного осаждения, усиленные аэродинамической составляющей комбинированного хода газов. Время пребывания мелкодисперсных взвесей и реальный путь частиц значительно увеличиваются, что приводит к увеличению эффективности процесса очистки. Эвакуация уловленной дисперсной массы производится сухим способом через бункера, которые находятся под коллектором.

 

Рис. 1. Расчетная схема движения потоков газов в инерционном аппарате VAV

 

Конструкции крепления элементов осадителя позволяют произвести быструю их замену без применения сложных и дорогостоящих приспособлений. Аппарат может быть установлен в металлическом корпусе на постаменте с колоннами либо непосредственно в коллекторе агломашины. 

В декабре 2015 года инерционный аппарат «VAV-250-АФК» был установлен в корпусе газового коллектора агломерационной машины, произведена его наладка и ввод в эксплуатацию в условиях ПАО «Днепровский металлургический комбинат», г. Каменское, Украина [32].

По результатам замеров, проведенных экологической службой комбината, запыленность газов на выходе из аппарата составила 0.92 г/нм3 (при входящей запыленности газов не менее 3.0 г/нм3). Эффективность очистки аппарата составила около 70%.

В результате использования разработанного нами оборудования определено, что запыленность газов на выходе из инерционного аппарата составляет около 1 г/нм3 при требовании 10 мг/нм3. В связи с этим нами была предложена вторая ступень газоочистки путем замены неэффективных батарейных циклонов на аппарат тонкой очистки газов VAV-400/50D. (рис.2)

Сущность электронно-ионной технологии, используемой в аппаратах тонкой очистки VAV, заключается в интенсивной турбулизации очищаемых выбросов в зоне с максимальными величинами напряжённости электрического поля и плотности электрического ветра. При этом обеспечивается максимальный уровень зарядки взвешенных частиц, особенно их высокодисперсных фракций. Аэродинамические силы газового потока транспортируют всю совокупность заряженной среды в улавливающие ячейки между осадительными элементами, где и происходит электростатическое осаждение взвешенных частиц в ламинарных подслоях.

 

D:ManzenkoDesktopдля подготовки рассширенной информации для ДОНБАСЭНЕРГОАналоги на ЗОЗРисунки1. Электродная система.jpg

Рис. 2. Электродная система аппарата VAV


В активном объеме аппарата VAV монтируются только лабиринтные системы осадительных электродов с узлами подвеса и аэродинамическими перегородками, а также системы коронирующих электродов с узлами подвеса и высоковольтной изоляции от заземленных частей. Механизмы виброрегенерации осадительных и коронирующих электродов располагаются, соответственно, на крышке корпуса и изоляторной коробки.

При этом доля пассивных объемов между рабочими полями составляет минимальную величину 29 %, а гидравлическое сопротивление - не более 500 Па. 

В таком исполнении эффективность очистки дымовых газов от дисперсных взвесей составляет 99,9 %.

При используемом в аппаратах VAV плазмохимическом способе очистки загрязненный газ проходит через газоразрядный реактор газоочистителя (блок обработки газообразных), в котором проходит процесс разрушения (трансформация) вредных веществ под действием низкотемпературной плазмы. В нашем случае при обработке серосодержащего газа плазмокаталитическим методом с использованием коронного разряда происходят такие основные реакции: SO2 + 1/2O2 = SO3, O2 + 1/2O2 = O3, SO2 + 1/3O3 = SO3, CO + 1/3O3 = CO2, CaO + SO3 = CaSO4.

При наличии на предприятии оборудования тонкой очистки газов (электрофильтры или рукавные фильтры) решение о его замене должно приниматься при проведении дополнительных исследований после установки первой ступени предварительной очистки.

Основным преимуществом разработанного нами оборудования, по сравнению с традиционными электрофильтрами, является то, что при аналогичных габаритах производительность электрофильтра VAV в 2–3 раза выше, а эксплуатационные затраты значительно меньше.

Конструктивно возможно изготовление аппаратов производительностью от 500 м3/ч.

Также, в сравнении с традиционными аппаратами газоочистки, наш электрофильтр имеет следующие преимущества:

  1. Электрофильтр VAV может использоваться как с предварительной (первой) ступенью очистки, так и без нее.

  2. В рабочей зоне нашего аппарата располагается две различные зоны:

    • нулевое поле инерционного осаждения, использующее возможности каскадных переходов энергии аэродинамической составляющей газового потока; 

    • расположенных за ним электрических полей с принудительным изменением направления потока, реализующих электроочистку газов.

  1. Механическое оборудование, детали осадительных и коронирующих электродов, системы пассивного газораспределения легко собираемы вручную, а устранение отказов не требует применения специальной техники, занимает минимальное время. Полная замена  поля составляет 48 часов.

  2. Применены вибрационные механизмы регенерации поверхности активных частей осадительных и коронирующих электродов, расположенные вне активного объема аппарата, что предотвращает вторичный унос конгломератов уловленных дисперсных взвесей. 

Расположение механизма регенерации (встряхивания) вне рабочей зоне аппарата, в отличие от традиционного расположения молоткового механизма (встряхивания) внутри аппарата, позволяет:

    1. Сократить до минимума неактивные объемы между рабочими полями.

    2. В существующих корпусах оптимально разместить механическое оборудование.

    3. В новых  корпусах резко сократить габариты установки газоочистки (в 2 раза).

    4. Проводить ремонт, профилактику механизма регенерации без остановки электрофильтра, увеличивая при этом его эксплуатационные показатели.

Такой фильтр был Установлен в 2007 г в ПАО «ЗАПОРОЖОГНЕУПОР», Украина.

Заключение. 

Разработан, опробован и внедрен на агломашине №12 агломерационного цеха ПАО «Днепровский металлургический комбинат» аппарат инерционного осаждения «VAV-250-АФК» для предварительной очистки газов.

По результатам замеров, проведенных экологической службой, запыленность газов на выходе из аппарата составляет 0.92 г/нм3 при входящей запыленности 3 г/нм3. Эффективность очистки составляет около 70 %.

Предложено проектно-техническое решение замены батарейных циклонов на аппарат тонкой очистки газов «VAV-400/50D», что позволит достичь  норм выбросов пыли в атмосферу до 10 мг/нм3 и снизить содержание газообразных вредных веществ (СО, SО2). Опробован в условиях ПАО «ЗАПОРОЖОГНЕУПОР», Украина.

При внедрении наших технических предложений решается проблема запыленности промышленных городов с работающим агломерационным производством, являющимся основным источником выброса пыли и вредных газов металлургического  предприятия.


Литература

 

  1. Савинов В.М., Дробный О.Ф., Садыков Н.Х. Аспирация хвостовых частей агломашин. «Сталь» № 2. 2007г.

  2. Совершенствование технологии спекания агломерата / Р.С. Берштейн и др. – Днепропетровск: Промінь, 1975-11с.

  3. Quantification of Health Effects Related to SO2, NO2, O3 and Particulate Matter Exposure. Report from the Nordic expert meeting Oslo, 1995. NILU OR 63/96.

  4. Global premature mortality due to anthropogenic outdoor air pollution and the contribution of past climate change // Environmental Research Letters. - 2013. - Т. 8. - № 3

  5. Health Aspects of Air Pollution with Particulate Matter, Ozone and Nitrogen Dioxide. Report on a WHO Working Group. Bonn, Germany 13–15 January 2003. P. 94

  6. Air quality guidelines. Global update 2005. [Електронний ресурс] : Режим доступу: http://www.who.int/phe/ health topics/outdoor air

  7. Directive 2008/50/ЕС of the European Parliament and of Council of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe

  8. The Clean Air Act, 1990. [Электронный ресурс] : Режим доступа: http://www.epa.gov/air/caa/index.html

  9. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні у 2013 році. К.: МЕПР України, 2015. – 416 с. [Електронний ресурс] : Режим доступу : http://www.menr.gov.ua/index.php/dopovidi/infooglyad

  10. Крижевский А.З. Совершенствование технологии агломерационного производ-ства, Киев: Техника 1989 – 77 с.

  11. Совершенствование агломерационного процесса / Колесанов Ф.Ф. и др. – К: Техника 1983 – 110 с.

  12. Величко А.Г., Бобылев В.П., Турищев В.В. и др. Эколого-технологические аспекты расширения ресурсосберегающих функций агломерационного производства / Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2012, - №2 – с.107-109.

  13. Очистка отходящих газов агломерацион-ных машин / ин-т «Черметинформация», - М, - ЦИИНЧМ, 1970: 14-е (эи. сер 22. Защита от загрязнений воздушного и водного бассейнов: Информация 6).

  14. Пицык Ю.В., Шишацкий А.Г., Агапова В.Г. Пути повышения экологической безопасности в зоне влияния агломерационного производства / Металлургическая и горнорудная промышленность – 2010-№5- с. 97-99.

  15. Мищенко И.М., Егоров Н.Т. Возмож-ности кардинального сокращения пылевых и газовых выбросов в агломерационном производстве / Металлургическая и горнорудная промышленность – 2005 - №4.

  16. Гурьев В.С., Корецкая Н.И. Очистка газов в агломерационном производстве США., ин-т «Черметинформация», 1978 - 20 с.

  17. Агломерационные установки большой мощности по переработке железных руд. Материалы симпозиума с участием фирмы «Лурги», ФРГ, Кривой Рог, 1974 г. 

  18. Chen, C. L. Grade efficiency of electrocyclone for fly ash particulates / C. L. Chen, M. T. Cheng // Fuel and Energy Abstracts. - 1998. - № 40. - p. 27–34.

  19. Петров, В. А. Электроциклон - эффективный аппарат для очистки промышленных газов от твердых частиц / Петров В. А., Инюшкин Н. В., Ермаков А.А. // ЭКиП: Экология и промышленность России. - 2010. - N 5. - С. 7-10 М.:

  20. Степанов Г.Ю. Инерционные воздухоочистители. / Степанов Г.Ю., Зицер И.М. – М.: Машиностроение. 1986 г. – 184 с.

  21. Рудаков Д.В. Обоснование применения электроциклона для очистки пылевых выбросов металлургических предприятий / Рудаков Д.В., Ляховко А.Д. // – Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2013. – №4. – С. 128-131.

  22. Рудаков Д. В. Исследования эффективности пылеулавливания опытной установки «ЭЛЕКТРОЦИКЛОН» / Рудаков Д. В., Ляховко А. Д. // Форум гірників - 2014 : матеріали міжнар. конф., 1-4 жовтня 2014 р. – Д.: ЛізуновПрес, 2014. – С. 185-190

  23. Ляховко А.Д. Оценка эффективности применения Электроциклона для снижения экологической опасности пылевых выбросов агломерационных фабрик. / Ляховко А.Д. // Ι Всеукраїнська науково-технічна конференція «Актуальні проблеми науково-промислового комплексу регіонів». 14-17 квітня 2015 р. – Рубіжне: ІХТ СНУ ім. В.Даля. – 2015. – С. 149-153.

  24. Ермаков И. В. Удаление пыли в различных технологических системах GORCOSA (Испания) Межотраслевой научно-практический журнал «Пылегазоочистка» №14 2017 г., с. 8-11

  25. И. Риетич Реконструкция системы пылеулавливания станции для десульфузации жидкого чугуна с целью увеличения производительности и стабильности работы (IRMA project system d.o.o серия) Межотраслевой научно-практический журнал «Пылегазоочистка» № 11 2016 г., с. 16-19

  26. М. Александров Оборудование REDECAM для систем пылеудаления и газоочистки (REDECAM Group S.r.s Италия) Межотраслевой научно-технический журнал «Пылегазоочистка» №7 2014 г., с. 13-19

  27. Р. Маграф Практические примеры эффективного улавливания пылевидных и газообразных частиц при помощи плоскорукавного фильтра и метода рециркуляции с паровым ротором (LUHR FILTER Gmbh CO KG Германия) с

  28. Д. К. Мысливец Использование высокоэффективного газоочистного оборудования производства фирмы INTENSIV INFASTA CIPRES FILLTR (Швеция) в металлургической промышленности при новом строительстве и реконструкции (ЗАО «СовПлим») Межотраслевой научно-технический журнал «Пылегазоочистка» №5 2013 г., с. 10-12

  29. Кащеев М.А. Влади В.А., Манзенко С.В., Кащеев Е.М. Преимущества и недостатки применения рукавных фильтров в агломерационном производстве и технические решения по повышению эффективности газоочистки / Метал-лургическая и горнорудная промыш-ленность – 2017 - №5–с. 96-100.

  30. Cao RJ, Tan HZ, Xiong YY, Mikulcˇic´ H, Vujanovic´ M, Wang X, et al. Improving
    the removal of particles and trace elements from coal-fired power plants by
    combining a wet phase transition agglomerator with wet electrostatic
    precipitator. J Clean Prod 2017;161:1459–65.   

  31. Yang Z, Zheng C, Chang Q, Wan Y, Wang Y, Gao X, et al. Fine particle migration
    and collection in a wet electrostatic precipitator. J Air Waste Manage Assoc
    2017;67(4):498–506.

  32. Кащеев М.А., Влади В.А., Манзенко С.В., Кащеев Е.М. Предварительная очистка агломерационных газов путем установки в габаритах коллектора инерционного аппарата VAV / Металлургическая и горнорудная промышленность – 2016-№6- с. 106-110.

 


Для заказа

  • Телефон: +38 (0569) 59-06-10
  • Email: pmz@pmz.dp.ua


Вся продукция подвергается клеймению товарным знаком завода изготовителя и пакуется в фирменную упаковку, что обеспечивает защиту от повреждений при транспортировке

Возникли вопросы? - Свяжитесь с нами

+38 (0569) 59-06-10 - Отдел продаж
+38 (0569) 59-06-14 - Отдел снабжения
+38 (0569) 59-06-13 - Технический отдел

О нас

Мы работаем

Пн-Пт 08:00 – 17:00

Смотреть контакты