Аналіз існуючого обладнання, розробка і впровадження нових апаратів для очищення агломераційному виробництві

Экологія

Опис


Гресс О.В. Каші М.А. кандидат технічних наук

 Дніпровський державний технічний університет

м Кам'янське Україна emal: pmz@pmz.dp.ua Владі В.А. ТОВ «Конструкторське бюро« VAV »м Кам'янське Україна emal: pmz@pmz.dp.ua

Руденко Н.Р. Дніпровський державний технічний університет м Кам'янське Україна 18rudenko@gmail.com

анотація:

Проведено аналіз останніх досліджень і публікацій з експлуатації існуючого обладнання для очищення газів. Встановлено, що при використанні цих апаратів для очищення агломераційних газів виникають суттєві недоліки, які пов'язані з очищенням великої кількості високо запилених газів. На підставі аналізу запропоновано два типи фільтрів: фільтр грубої очистки газів VAV і фільтр тонкого очищення газів VAV, які дозволяють послабити або зовсім виключити виявлені недоліки. Це дає можливість значно підвищити ефективність роботи газоочисного устаткування в агломераційному виробництві.

Ключові слова:

Агломашина, викиди пилу, інерційний апарат, колектор, тонке очищення.

Вступ.

Виробництво агломерату супроводжується утворенням великих обсягів запилених газів.

Технологічні гази (організовані викиди) утворюються при спіканні шихти на агломашин. Ці гази відводяться з-під аглоленти через вакуум-камери, колектор, пиловловлюючого установку, з якої відсмоктуються ексгаустером і через димову трубу викидаються в атмосферу.

Вихід технологічних газів на 1 т агломерату становить в середньому 2,5 тис. М3 / год, а кількість газів, відсмоктуються від однієї машини коливається від 300 тис до 2,0 млн. М3 / год, залежно від площі спікання температура газів становить 120 -180 оС.

Технологічні гази містять (% об'ємних) СО2 - 5-10; СО - 0.5-3.0; О2 - 12-18; SО2 - 0.1-0.5; N2- інше. Влагосодержание - 5-15%. Вміст пилу 4.0-8.0 г / м3 [1, 2].

Обеспилеваніе агломераційних газів визначається як технологічної потребою - необхідністю збільшення терміну служби ексгаустерів, який зараз становить від 1,5 до 10 місяців, а також з метою очищення відхідних газів, що викидаються в атмосферу для поліпшення екологічної обстановки навколо аглофабрик.

Для поліпшення екологічної обстановки місць проживання людей поблизу аглофабрик в світі встановлені норми викиду пилу [3-9]. У зв'язку з чим виробники зобов'язані виконувати відповідні законодавчі акти шляхом очищення промислових газів від пилу і шкідливих домішок.

 

Постановка задачі.

Одним із шляхів вдосконалення технології агломерації є зниження вмісту суспендованих частинок перед ексгаустером без погіршення газового режиму агломашини. Це дозволяє збільшити термін служби ексгаустерів, який зараз становить від 1.5 до 10 місяців, а також знизить втрати матеріалів при агломерації і кількість викидів в атмосферу [10,11].

Для одних виробників характерно використання до 80-100% тонкоподрібнених матеріалів крупністю 0-0.055 мм, що включають залізорудний концентрат, шлами пилу та ін. Це пов'язано з використанням власної сировинної бази, яка містить 28-35% заліза, що тягне за собою величезні викиди пилу з газами [12,13,14,15].

Інші виробники спекают, в основному, багаті залізні руди (розміром 0-10 мм), а не концентрати [16,17]. Утворюється при цьому пил в три рази більший і її в три рази менше. Вміст пилу класу менше 200 мкм становить понад 50%. В цьому випадку організувати очистку газів дещо простіше і легше.

Тому розробка і впровадження нових високоефективних і енергозберігаючих апаратів для очищення агломераційних газів є досить актуальним завданням.

Аналіз останніх досліджень і публікацій.

В даний час в світовому агломераційному виробництві застосовують різні типи і конструкції апаратів для очищення аглогазів від пилу. Найбільш поширені це батарейні мультициклони [15,16] і електроціклони [18-23]. Більшість циклонів працюють неефективно зі зниженням за рахунок накопичення пилу на їх елементах ККД, не забезпечують ефективного пиловловлення, що не дає можливості виконати необхідні норми викидів.

Деякі підприємства використовують для тонкого очищення газів рукавні фільтри [24-28]. При безсумнівних перевагах цих фільтрів, високий ступінь очищення газів від пилу, невелика чутливість фільтрів до фракційного складу пилу, але в разі застосування їх в агломераційному виробництві, де необхідне очищення великої кількості (понад 400000 м3 / год) високозагрезненних (більше 6 г / м3) газів, що відходять виникають серйозні недоліки [29]:

Низька швидкість очищення тягне за собою мати великі габарити фільтрів, що зумовлює окремі будівлі для їх установки.

Швидкий знос рукавів.

Необхідність обігріву системи фільтра.

При струшуванні з фільтру видаляється не весь пил, внаслідок чого рукава необхідно додатково очищати.

Велике аеродинамічний опір рукавних фільтрів, призводить до збільшення витрат електроенергії.

Обмеження температури газів, так як можливий спалах рукавів.

Підвищені експлуатаційні витрати.

Підприємства також використовують для тонкого очищення газів електрофільтри різної конструкції [26, 28,30,31], переваги яких полягають в наступному:

Високий ступінь очищення.

Зниження експлуатаційних витрат в порівнянні з рукавними фільтрами.

Зниження аеродинамічного опору.

Але при використанні існуючих електрофільтрів в агломераційному виробництві виникає ряд недоліків:

Великі габарити фільтрів, що тягне за собою будівництво додаткових корпусів.

Підвищені неактивні обсяги між робочими полями.

Вібраційні механізми розташовані в активному обсязі апарату.

З огляду на наведені вище недоліки ми пропонуємо нові технічні рішення, які позводяет зменшити або навіть виключити вплив їх на ефективність роботи газоочисного устаткування застосовуваного в агломераційному виробництві.

 

Методика проведення робіт.

Розробка, проектування, виготовлення та встановлення нових апаратів для уловлювання з промислових або аспіраційних газів дисперсних суспензій мінерального або органічного походження проводилася за допомогою чисельного моделювання та подальшої перевірки, і впровадження на існуючих агломашинах в умовах діючого виробництва.

Основний зміст робіт.

Виходячи з поставленого завдання нами був розроблений апарат інерційного осадження пилу VAV дозволяє проводити попередню очистку агломераційних газів.

Цей апарат знижує запиленість технологічних газів на вході в мультициклон на 30-50%. Таке зниження навантаження на роботу батарейних мультициклонів, рукавних фільтрів, електрофільтрів підвищує їх ефективність, знижує кількість викидів пилу в навколишнє середовище. Мале опір апарату (до 500 Па) дає можливість використовувати його в будь-якому технологічному циклі виробництва зі зменшенням витрат на енергоносії за рахунок раціонального використання потужності ексгаустерів. Зниження опору в газовому тракті дозволяє вести процес спікання без зниження якості агломерату. Відсутність вихрових потоків, великих швидкостей руху дисперсної маси в робочій зоні апарату істотно зменшує абразивний знос металоконструкцій, збільшує термін служби і експлуатаційні показники. За результатами наших розрахунків швидкість потоків газу в такому апараті знижується в 10 разів у порівнянні з аналогами.

VAV є пилову камеру з розміщеним всередині газопроницаемой осадителем, виконаним з профільних елементів. Конфігурація і взаємне розташування елементів осадителя направляють потік по складній траєкторії між елементами осадителя (рис. 1), що сприяє більш повному видаленню пилу. В процесі осадження пилу задіяні механізми гравітаційного осадження, посилені аеродинамічній складової комбінованого ходу газів. Час перебування дрібнодисперсних суспензій і реальний шлях частинок значно збільшуються, що призводить до збільшення ефективності процесу очищення. Евакуація уловленной дисперсної маси проводиться сухим способом через бункера, які знаходяться під колектором.

 

Рис. 1. Розрахункова схема руху потоків газів в інерційному апараті VAV

 

Конструкції кріплення елементів осадителя дозволяють провести швидку їх заміну без застосування складних і дорогих пристосувань. Апарат може бути встановлений в металевому корпусі на постаменті з колонами або безпосередньо в колекторі агломашини.

У грудні 2015 року інерційний апарат «VAV-250-АФК» був встановлений в корпусі газового колектора агломераційної машини, проведена його налагодження і введення в експлуатацію в умовах ПАТ «Дніпровський металургійний комбінат», м Кам'янське, Україна [32].

За результатами вимірів, проведених екологічною службою комбінату, запиленість газів на виході з апарату склала 0.92 г / м3 (при вхідної запиленості газів не менше 3.0 г / м3). Ефективність очищення апарату склала близько 70%.

В результаті використання розробленого нами обладнання визначено, що запиленість газів на виході з інерційного апарата становить близько 1 г / м3 при вимаганні 10 мг / м3. У зв'язку з цим нами була запропонована другий ступінь газоочистки шляхом заміни неефективних батарейних циклонів на апарат тонкого очищення газів VAV-400 / 50D. (Рис.2)

Сутність електронно-іонної технології, що використовується в апаратах тонкого очищення VAV, полягає в інтенсивній турбулізації очищаються викидів в зоні з максимальними величинами напруженості електричного поля і щільності електричного вітру. При цьому забезпечується максимальний рівень зарядки зважених часток, особливо їх високодисперсних фракцій. Аеродинамічні сили газового потоку транспортують всю сукупність зарядженої середовища в вловлюють осередки між осадітельного елементами, де і відбувається електростатичне осадження зважених часток в ламінарних підшарів.

 

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

Рис. 2. Електродна система апарату VAV


В активному обсязі апарату VAV монтуються тільки лабіринтові системи осаджувальних електродів з вузлами підвісу і аеродинамічними перегородками, а також системи коронирующих електродів з вузлами підвісу і високовольтної ізоляції від заземлених частин. Механізми віброрегенераціі осаджувальних і коронирующих електродів розташовуються, відповідно, на кришці корпусу та ізоляторний коробки.

При цьому частка пасивних обсягів між робочими полями становить мінімальну величину 29%, а гідравлічний опір - не більше 500 Па.

У такому виконанні ефективність очищення димових газів від дисперсних суспензій становить 99,9%.

При використовуваному в апаратах VAV плазмохімічному способі очищення забруднений газ проходить через газорозрядний реактор газоочисника (блок обробки газоподібних), в якому проходить процес руйнування (трансформація) шкідливих речовин під дією низькотемпературної плазми. У нашому випадку при обробці серосодержащего газу плазмокаталітіческім методом з використанням коронного розряду відбуваються такі основні реакції: SO2 + 1 / 2O2 = SO3, O2 + 1 / 2O2 = O3, SO2 + 1 / 3O3 = SO3, CO + 1 / 3O3 = CO2, CaO + SO3 = CaSO4.

При наявності на підприємстві обладнання тонкого очищення газів (електрофільтри або рукавні фільтри) рішення про його заміну має прийматися при проведенні додаткових досліджень після установки першого ступеня попереднього очищення.

Основною перевагою розробленого нами обладнання, в порівнянні з традиційними електрофільтрами, є те, що при аналогічних габаритах продуктивність електрофільтру VAV в 2-3 рази вище, а експлуатаційні витрати значно менше.

Конструктивно можливе виготовлення апаратів продуктивністю від 500 м3 / год.

Також, в порівнянні з традиційними апаратами газоочистки, наш електрофільтр має такі переваги:

Електрофільтр VAV може використовуватися як з попередньою (першої) щаблем очищення, так і без неї.

У робочій зоні нашого апарату розташовується дві різні зони:

нульове поле інерційного осадження, що використовує можливості каскадних переходів енергії аеродинамічній складової газового потоку;

розташованих за ним електричних полів з примусовим зміною напрямку потоку, що реалізують електроочістку газів.

Механічне обладнання, деталі осаджувальних і коронирующих електродів, системи пасивного газорозподілу легко збирання вручну, а усунення відмов не вимагає застосування спеціальної техніки, займає мінімальний час. Повна заміна поля становить 48 годин.

Застосовані вібраційні механізми регенерації поверхні активних частин осаджувальних і коронирующих електродів, розташовані поза активного об'єму апарату, що запобігає вторинний винесення конгломератів уловлених дисперсних суспензій.

Розташування механізму регенерації (струшування) поза робочій зоні апарату, на відміну від традиційного розташування молоткастого механізму (струшування) всередині апарату, дозволяє:

Скоротити до мінімуму неактивні обсяги між робочими полями.

В існуючих корпусах оптимально розмістити механічне обладнання.

У нових корпусах різко скоротити габарити установки газоочистки (в 2 рази).

Проводити ремонт, профілактику механізму регенерації без зупинки електрофільтру, збільшуючи при цьому його експлуатаційні показники.

Такий фільтр був Встановлено в 2007 р в ПАТ «ЗАПОРІЖВОГНЕТРИВ», Україна.

Висновок.

Розроблено, випробуваний і впроваджений на агломашин №12 агломераційного цеху ПАТ «Дніпровський металургійний комбінат» апарат інерційного осадження «VAV-250-АФК» для попереднього очищення газів.

За результатами вимірів, проведених екологічною службою, запиленість газів на виході з апарату складає 0.92 г / м3 при вхідної запиленості 3 г / м3. Ефективність очищення становить близько 70%.

Запропоновано проектно-технічне рішення заміни батарейних циклонів на апарат тонкого очищення газів «VAV-400 / 50D», що дозволить досягти норм викидів пилу в атмосферу до 10 мг / м3 і знизити вміст газоподібних шкідливих речовин (СО, SО2). Випробуваний в умовах ПАТ «ЗАПОРІЖВОГНЕТРИВ», Україна.

При впровадженні наших технічних пропозицій вирішується проблема запиленості промислових міст з працюючим агломераційним виробництвом, що є основним джерелом викиду пилу і шкідливих газів металургійного підприємства.


Література

 

  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 замовлення

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


Вся продукція піддається таврування товарним знаком заводу виробника і пакується в фірмову упаковку, що забезпечує захист від пошкоджень при транспортуванні

Виникли питання? - Зв'яжіться з нами

+38 (0569) 59-06-10 - Відділ продажів
+38 (0569) 59-06-14 - Відділ постачання
+38 (0569) 59-06-13 - Технічний відділ

О нас

Ми працюємо

Пн-Пт 08:00 – 17:00

Переглянути контакти