Черная металлургия как источник загрязнения окружающей среды

Металлургический завод, производящий 1 млн. т. стали в год, за сутки выбрасывает в атмосферу 350 т пыли, 400 т окиси углерода и 200 т двуокиси серы. От общего количества выбросов на долю металлургических заводов приходится 20% выбросов пыли, 43% окиси углерода, 16% сернистого ангидрида и 23% окислов азота. Больше всего выбросов у аглофабрики и ТЭЦ. От общего количества выбросов аглофабрика даёт 34% пыли, 82% сернистого ангидрида, 23% окислов азота. ТЭЦ выбрасывает 36% пыли. Таким образом, аглофабрика и ТЭЦ вместе выбрасывают в атмосферу около 70% общезаводских выбросов пыли.

Различают очистку газов от взвешенных твёрдых частиц (пыли) и улавливание вредных газообразных веществ химическими методами газоочистки. В настоящее время очистка выбрасываемых в атмосферу газов от вредных газообразных веществ почти не применяется, за исключением коксохимического производства, где такая очистка широко распространена в связи с необходимостью улавливания ряда ценных веществ.

На заводах чёрной металлургии, главным образом, осуществляют механическую очистку газов от пыли. По принципу действия применяемые методы очистки делят на сухие и мокрые. Мокрые пылеуловители позволяют одновременно с улавливанием пыли частично очищать газы от диоксида серы (SO2). Однако эти пылеуловители потребляют значительные количества воды, которую затем требуется очищать.

Аппараты для сухой механической очистки газов

Эти аппараты делятся на пылеуловители и фильтры. В свою очередь, пылеуловители подразделяются на гравитационные и инерционные. Гравитационные пылеуловители имеют пылевые камеры различной конструкции, в которых осаждение пыли происходит, в основном, под действием сил тяжести. Силы инерции здесь оказывают незначительное влияние на процесс извлечения пыли из потока газа.

На рис. 10.1 приведена схема радиального пылеуловителя.

Схема радиального пылеуловителя
Рис. 10.1. Схема радиального пылеуловителя

Через центральный газоход поступает запыленный газ, который в корпусе пылеуловителя снижает скорость своего движения и меняет направление движения на 180° . Пыль, содержащаяся в газе, под действием сил тяжести и по инерции, оседает в бункер, а газ удаляется в очищенном виде. Гравитационные пылеуловители эффективны при удалении частиц пыли с размерами, большими 100 мкм, т.е. достаточно крупных частиц. Они обеспечивают грубую очистку газа, улавливая до 60% пыли.

Схема циклона
Рис. 10.2. Схема циклона

В инерционных (центробежных) пылеуловителях на частицы пыли действует сила инерции, возникающая при повороте или вращении газового потока. Так как эта сила значительно превосходит гравитационную, то и удаляются из газового потока частицы более мелкие, чем при гравитационной очистке. Пример такого пылеуловителя – циклон (рис. 10.2). В циклоне из газового потока удаляются частицы пыли с размерами, большими 20 мкм. Запыленный газовый поток вводится в верхнюю часть корпуса циклона через патрубок, расположенный тангенциально относительно корпуса. Поток приобретает вращательное движение, частицы пыли силами инерции отбрасываются к стенкам циклона и под действием сил тяжести опускаются в бункер, а очищенный газ удаляется из циклона. Улавливается до 95% пыли.

Фильтр тканевый
Рис. 10.3. Фильтр тканевый

Фильтры — это аппараты, обеспечивающие тонкую очистку газа (улавливается до 99% пыли). По типу фильтрующего элемента они подразделяются на фильтры с волокнистым, тканевым, зернистым, металлокерамическим, керамическим фильтрующим элементом. Типичным примером являются фильтры с тканевым фильтрующим элементом: из натуральных и синтетических тканей или металлотканый, выдерживающий температуру до 600 ºС (рис. 10.3). Запыленный газ проходит через рукавную ткань, оставляя на ней частички пыли, и очищенным удаляется из фильтра. Пыль оседает в бункер по мере её накопления на ткани. Когда сопротивление ткани существенно возрастает, регенерация тканевого фильтра осуществляется обратной продувкой сжатым воздухом. При этом тканевый рукав очищается от пыли.

Электрофильтры

Электрофильтры — это аппараты для тонкой очистки газа (удаляется 98% пыли). Их принцип действия основан на силовом взаимодействии заряженных частиц между собой и с металлическими электродами. Известно, что одноимённо заряженные частицы отталкиваются, а разноименно заряженные — притягиваются. В электрофильтре частицы пыли, попадая в электрическое поле, заряжаются, а затем под действием сил взаимодействия с осадительными электродами притягиваются к ним, осаждаются на них и теряют свой заряд.

В качестве примера рассмотрим работу трубчатого электрофильтра (рис. 10.4).

Схема электрофильтра
Рис. 10.4. Схема электрофильтра

Фильтр состоит из корпуса и системы электродов. Корпус фильтра заземляется. Электроды представляют собой металлические пластины, часть из которых (осадительные электроды) подсоединена к корпусу, а другая часть (коронарные электроды) — изолирована от него. Изолированные и подсоединённые к корпусу электроды чередуются. Между ними с помощью источника постоянного тока высокого напряжения создаётся разность потенциалов порядка 25-100 кВ. Величина разности потенциалов определяется геометрией электродов и тем больше, чем больше расстояние между ними. Это связано с тем, что электрофильтр работает, если между электродами существует коронный разряд. Газ, проходя между электродами, ионизируется. Частицы пыли взаимодействуют с ионами, приобретают отрицательный заряд и притягиваются к осадительным электродам, соединенным с положительным полюсом источника напряжения. Осаждаясь на электродах, частицы пыли теряют свой заряд и частично осыпаются в бункер. Производится периодическая очистка фильтра встряхиванием или промывкой, на время очистки фильтр отключается.

При работе на доменном газе фильтр промывают через каждые 8 часов в течение 15 минут. Максимальная температура очищаемого газа не должна превышать 300 °С, рабочая температура до 250 °С. Высота электродов до 12 м.

Электрофильтр очищает газ от частиц пыли с размерами до 0,1 мкм.

Мокрая очистка газов

В аппаратах мокрой очистки запыленный газ промывается водой, что позволяет отделить значительную часть пыли.

Наибольшее применение в чёрной металлургии нашли скрубберы различной конструкции (рис. 10.5) и турбулентные газопромыватели (рис. 10.6).

Схема скруббера
Рис. 10.5. Схема скруббера

Скрубберы — это агрегаты, в которых запыленный газ поднимается навстречу орошающей воде. С целью защиты от коррозии внутреннюю поверхность скруббера футеруют керамической плиткой. Максимальная температура газа в скруббере 300 °С. Размеры скруббера: диаметр — 6-8 м, высота — 20-30 м. Расход воды — 1-2 кг/м3 газа. В скрубберах осуществляется полутонкая очистка от пыли (улавливается до 80% пыли).

Схема скоростного газопромывателя
Рис. 10.6. Схема скоростного газопромывателя

Скоростной газопромыватель — эффективный аппарат тонкой очистки (улавливается до 98% пыли), применяемый как самостоятельно, так и для подготовки газа перед электрофильтром. Состоит из трубы-распылителя и циклона каплеуловителя. Улавливает частицы пыли размерами до 0,1 мкм. Производительность по газу 40000 м3/ч и более. Удельный расход орошающей воды 0,15-0,5 кг/м3 газа. Скорость газа в горловине трубы-распылителя 40-150 м/с.

Принцип действия скоростного газопромывателя основан на улавливании в циклоне мелких частиц пыли, утяжелённых смачивающей их водой. Смачивание частиц пыли осуществляется в трубе-распылителе.

В заключение следует отметить, что пыль с частицами крупнее 10-20 мкм хорошо улавливается в большинстве аппаратов газоочистки. Для очистки от пыли с частицами, меньшими 1 мкм, пригодны только аппараты тонкой очистки: пористые фильтры, электрофильтры, скоростные газопромыватели.