Снижение выбросов на коксохимическом предприятии
ВВЕДЕНИЕ
Коксохимическое производство является одной из важнейших отраслей металлургии. Она обеспечивает коксом черную и цветную металлургию, ряд других видов промышленности, является источником разнообразного химического сырья, в том числе сырья для углеграфитовых материалов и технического углерода.
В странах с развитой коксохимической промышленностью, интенсивно продолжаются исследования, как по совершенствованию существующего процесса коксования, так и по созданию ново техники и технологии коксового производства. В последнее десятилетие на передовые позиции вышли Германия, Япония, США, Англия, Россия и Украина. Появилось большое количество новых разработок по подготовке углей к коксованию, новым конструкциям коксовых агрегатов большой единичной мощности, процессам загрузки угольной шихты в коксовые печи, процессам выгрузки кокса из печи, тушению раскаленного кокса, его транспортирования, а также процессам подготовки кокса к доменной плавки.
По прогнозам Международного института черной металлургии (IISI, г. Брюсель) доменный процесс в ближайшие десятилетия останется основной технологией получения чугуна, причем систематически ведутся работы по его интенсификации и повышению экономичности путем применения повышенной температуры дутья, восстановительных газов и др. В связи с этим значительно возрастает роль кокса, особенно по прочности и крупности, для обеспечения необходимых условий ведения процесса. Поэтому перед коксохимической промышленностью поставлена весьма трудная и сложная задача, от решения которой в большой мере зависит дальнейший прогресс в черной металлургии, - разработать и осуществить рациональную систему развития техники и технологии производства, обеспечивающую получение высококачественного кокса в достаточном количестве.
1 ПОДГОТОВКА УГЛЕЙ К КОКСОВАНИЮ
- Технология углеподготовки
Назначение углеподготовительного цеха [1] коксохимического завода - обеспечить прием, хранение и подготовку угля для коксования, а также подачу угольной шихты в коксовые цехи данного предприятия, либо отгрузку ее на сторону. Конечным продуктом углеподготовительного цеха является угольная шихта заданного состава и качества.
На коксохимические заводы уголь поступает обычно со многих шахт и углеобогатительных фабрик смерзшийся в железнодорожных вагонах, поэтому, сначала уголь попадает в гараж размораживания. Разработана особая конструкция гаража - размораживания для прогрева 15 - 20 вагонов по 60 т каждый. Затем уголь подается на углеприемный склад. Предназначение угольного склада заключается в приеме, хранении и усреднении углей, поступающих на углеподготовку. Вместимость склада зависит от расхода угля на коксование и расстояния завода до шахт, с которых завод получает угли.
Перед коксованием угли обогащают, т.е. удаляют пустую пароду, для этого уголь дробят. По схеме ДШ (дробление шихты) отдельные составляющие шихты поначалу подвергаются подготовительному дроблению до крупности 50 - 0 мм либо 25 - 0 мм, а потом их дозируют и подвергают всю массу шихты окончательному измельчению. В данном случае дополнительное смешение шихты в особых устройствах, обычно, не проводится. После дробления угли обогащают.
Угли при обогащении проходят обычно следующие технологические операции:
1. Разгрузка в углеприемные ямы, передача в дозировочные бункеры или же прямо на обогатительную фабрику.
2. Дозирование углей и
передача их в заданной
3. Отделение крупных кусков углей размером более 80 мм (на грохотах), дробление крупных кусков углей и присоединение дробленого продукта к рядовому углю.
4. Разделение рядового угля на классы с размером кусков 10—80 мм и 0—10 мм.
5. Обогащение класса 10—80 мм на отсадочных машинах, реожелобах, в сепараторах с тяжелой жидкостью или какими-либо другими способами.
6. Подача класса 0—10 мм на обеспыливающие устройства или грохот для удаления пыли (шлама).
7. Обогащение обеспыленного мелкого класса углей.
8. Передача пыли (шлама) на
обогащение методом флотации. При
отсутствии флотационной
Далее обогащенный угольный концентрат направляют на сортировку. Усреднение углей является важной технологической операцией при подготовке углей к коксованию, обеспечивающей всепостоянство характеристик свойства шихты, а как следует, и всепостоянство характеристик свойства кокса. После обогащения и усреднения уголь направляют для хранения в угольную башню.
- Выбросы от углеподготовительного цеха
Источники образования выбросов: разгрузка (уголь из вогона роторными вагоноопрокидователями подается в 2 приемных бункера), грохчение (из бункеров уголь подается на колосниковый грохот), дробление (крупный уголь подается в валковую дробилку), смешивание дробленого угля и подрешоточного и распределение по силосам, взимний период размораживание. Также источниками выбросов являются: проектируемая система очистки установка циклона (вентиляционная система вагоноопрокидователя), увлажнение поверхности угля на открытом складе, ревизия вытяжных систем отделения дробления и коксосортировки. Выбросы углеподготовительного представлены пылью, продуктами сгорания коксового газа, , оксидами азота, CO.
- Мероприятия по снижению выбросов
Радикальным мероприятием по снижению выбросов при складировании углей [2] является сооружение закрытого склада с эффективными системами аспирации и пылеулавливания. Запыленность воздуха рабочей зоны может быть уменьшена путем следующих мероприятий: герметизации пылящего оборудования; сооружения аспирационных систем, предназначенных для удаления запыленного воздуха; систем с эффективным пылеулавливающим оборудованием; устройством приточной вентиляции; блокировкой технологического оборудования с аспирационными системами; регулярной уборкой помещений и оборудования от осевшей пыли; систематическим контролем за состоянием воздуха производственных помещений.
До настоящего времени основным способом улавливания угольной пыли остается мокрый. В связи с этим на предприятиях наиболее распространены центробежные скрубберы, скоростные промыватели, циклоны с водяной пленкой; в ряде случаев применяются оригинальные конструкции, разработанные предприятиями. В последнее время появились ротоклоны. Сухие коллекторы, используемые в качестве первой ступени очистки, в большинстве случаев оборудуют устройствами для подачи и распыления воды. Эффективность улавливания угольной пыли в мокрых аппаратах весьма различна, что связано, по-видимому, как с плотностью орошения и качеством распыления жидкости, так и с дисперсностью улавливаемых частиц. Необходимость комплексного решения природоохранных проблем обусловливает перспективность сухих методов при обеспыливании газов и воздуха.
- ЗАГРУЗКА УГОЛЬНОЙ ШИХТЫ В КОКСОВУЮ ПЕЧЬ
- Технология загрузки шихты в печь
Загрузка коксовых печей включает следующие этапы: набор шихты из угольной башни в загрузочный вагон, засыпка шихты в камеру коксования и выравнивание (планирование) верхнего ее слоя штангой коксовыталкивателя.
Режим загрузки оказывает существенное влияние на производительность батарей, сохранность кладки коксовых печей, качество получаемого кокса и химических продуктов, а также на степень загрязнения атмосферы газами и угольной пылью. Угольная башня обычно содержит запас угольной шихты, обеспечивающий 14--16-часовую потребность коксового блока. Башня делится на самостоятельные секции, которые закрепляются за отдельными батареями. Бункеры загрузочного вагона наполняют шихтой из угольной башни через затворы. Количество шихты, набираемое в загрузочный вагон, определяется разовой загрузкой коксовой камеры и контролируется по весу шихты или ее объему. Весы для взвешивания устанавливают под угольной башней или на самих вагонах.
Шихту загружают в печь при опущенных телескопах загрузочного вагона. Телескопы должны плотно прилегать к гнездам загрузочных люков коксовой камеры или входить в них. Поэтому перед загрузкой люки очищают от нагара.
После загрузки в печь шихты ее планируют, т. е. выравнивают верхнюю часть шихты в камере планировочной штангой. Планирование продолжается 1--2 мин до обеспечения свободного про хода газа к отверстиям для выхода в стояки. Управление штангой с коксовыталкивателя должно быть автоматизировано. Излишек шихты, выгребаемый из камеры при планировании, собирается в бункер коксовыталкивателя. Бункер периодически опорожняется, и шихта скиповым подъемником угольной башни подается на загрузку коксовых печей.
2.2 Выбросы при загрузке угольной шихты в печь
В процессе загрузки в камере образуется значительное количество газов и пыли, которые выделяются вместе с пламенем в атмосферу через открытые стояки, а часто выбиваются и из загрузочных люков. Данные по выбросам в атмосферу при загрузке угольной шихты в печь приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1 – Выбросы при загрузке угольной шихты в коксовую печь
- Мероприятия по снижению выбросов
Применяемые за рубежом способы уменьшения пылегазовых выбросов, образующихся при загрузке печей [2], основаны на отводе в газосборник путем инжекции пара или надсмольной воды под высоким давлением в стояк, а также отсосе газов из печи и очистке перед выбросом в атмосферу. Отсасывающее и газоочистное оборудование размещено на углезагрузочном вагоне или стационарно установлено на земле.
1 – углезагрузочный вагон; 2 – стояк; 3 – перепускной трубопровод, соединяющий загружаемую коксовую печь 4 с соседней; а - с отводом газов через стояки загружаемой печи; б - дополнительным отводом через смежную камеру
Рисунок 2.1 – Система бездымной загрузки шихты путем гидроинжекции
На новых батареях в Германии и других странах бездымная загрузка шихты обеспечивается отсосом газов в газосборник путем гидроинжекции.
Для печей с широкими камерами коксования (масса загружаемой шихты 50 т) при оптимальном расположении загрузочных стояков и соответствующей конструкции углезагрузочного вагона требуемая эффективность достигается при отводе газов через стояк загружаемой печи (рисунок 2.1, а). Для большей гарантии бездымности на коксовой стороне батареи предусматривают иногда мини-стояки, через которые загружаемая печь во время загрузки шихты соединяется со смежной печью с помощью U-образного перепускного патрубка (рисунок 2.1, б) для отвода части газов в газосборник через соседнюю камеру.
Широко применяются за рубежом и комбинированные системы отсоса образующихся при загрузке газов: в газосборник печи и стационарный вытяжной газопровод на верху батареи.
Для этого используются модифицированные углезагрузочные вагоны, оборудованные системами сбора, сжигания и передачи газа, которые не могут быть направлены в газосборник, в стационарный газопровод. В процессе загрузки шихты углезагрузочный вагон с помощью специальных устройств подсоединяется к вытяжному газопроводу.
Такие системы предпочитают также внедрять при модернизации коксовых батарей, поскольку оборудование их мини-стояками на коксовой стороне сопряжено с большим объемом работ на перекрытии батарей, а применение гидроинженкции с отсосом газов, образующихся при загрузке, только через стояк загружаемой печи не обеспечивает требуемой бездымности.
Применение систем комбинированного отсоса образующихся при загрузке шихты газов в газосборник коксовой печи и стационарный вытяжной газопровод широко практикуется в Японии. Системами бездымной загрузки такого типа оснащены практически все батареи. Бездымная загрузка осуществляется путем отсоса части запыленных газов в газосборник печи за счет инжекции аммиачной воды в стояк, а остального количества газов после сжигания - в вытяжной стационарный газопровод, проходящий вдоль коксовой батареи (рисунок 2.2). Мощность инжекционной форсунки обычно выбирают так, чтобы обеспечить отсос в газосборник почти половины образующихся при загрузке газов.
Для обеспечения бездымной загрузки шихты также применяется система гидроинжекции (давление надсмольной воды 3,5 МПа); отсос газов осуществляется через загружаемую и соседнюю камеры коксования. С этой целью на коксовой стороне батареи установлены мини-стояки, соединяемые попарно перепускной трубой. К концу процесса загрузки приводится в действие клапан, через который поступает воздух для вытеснения остаточных газов из перепускной трубы.
1 – камера коксования; 2 – планирная штанга; 3 – стояк; 4 – форсунка для инжекции аммиачной воды; 5 – смолоотстойник; 6 – центробежный отделитель; 7 – вытяжные колпаки; 8 – камера сжигания запыленных газов; 9 – емкость с водой; 10 – пылеосадитель; 11 – соединительный клапан; 12 – стационарный вытяжной газопровод; 13 – скруббер Вентури; 14 – сгуститель; 15 – дымовая труба; I–оборудование, монтируемое на углезагрузочном вагоне; II–оборудование, монтируемое на земле
Рисунок 2.2 – Система бездымной загрузки шихты в коксовые печи
- ВЫДАЧА КОКСА ИЗ КОКСОВОЙ ПЕЧИ
- Технология выдачи кокса из коксовой печи
Кокс из печей выдается в определенной последовательности и только при полной его готовности. Перед выдачей кокса печь отключается через стояк от газосборников вначале с машинной, а затем с коксовой стороны. Одновременно с машинной и коксовой сторон с печи снимаются двери, после этого в камеру печи подают штангу коксовыталкивателя. Согласованность работы всех машин, участвующих в выдаче кокса, осуществляется надежной блокировкой или сигнализацией между ними. Двери печей с коксовой стороны снимают и закрывают при помощи двересъемной машины. Помимо этого ее назначением является очистка рамы и двери от смоляных и графитовых отложений, направление в тушильный вагон коксового пирога, выдаваемого из печи. Коксовыталкиватель является машиной, предназначенной помимо выталкивания пирога кокса из печи для съема и установки дверей с машинной стороны печей, очистки рам и дверей, обезграфичивания сводов камеры. Каждая типовая батарея печи (61-77 печей) обслуживается отдельным коксовыталкивателем. На блок печей из 4 батарей дается резервный коксовыталкиватель.
Поскольку выгрузка кокса сопровождается выбросом коксовой пыли, то перед началом выдачи кокса коксовыталкиватель отдает команду на включение установки беспылевой выдачи кокса.
Кокс из печи выдают в равномерно движущийся вагон, предназначаемый для приема, перемещения кокса под башню для его тушения, для передачи к рампе и выгрузки кокса на последнюю. Выданный из печи раскаленный кокс по возможности быстро отвозят под тушильную башню для охлаждения. Кокс тушат (охлаждают) многочисленные струи воды, вытекающие из отверстий оросительного устройства башни.
- Выбросы при выгрузки кокса из печи
Над раскаленным коксом, попадающим в тушительный или коксовозный вагоны, возникает интенсивное восходящее течение нагретого воздуха, которое вовлекает в движение значительные массы окружающего атмосферного воздуха. Этот подсасываемый (эжектируемый) из атмосферы поток подхватывает образующиеся при разрушении коксового пирога частицы пыли и увлекает их вверх. В результате возникает окрашенное пылевое облако значительных размеров, в котором кроме пыли могут содержаться и газообразные вредные вещества, выделяющиеся из кокса; объем этих газов сравнительно невелик и обычно не превышает нескольких десятков кубометров. Данные по выбросам при выгрузки кокса приведены в табл. 3.1
Таблица 3.1 – Данные по выбросам при выгрузки кокса из коксовой печи
- Мероприятия по снижению выбросов
Существует несколько вариантов систем беспылевой выдачи кокса: пылеотсасывающие зонты над коксонаправляющей и тушильными вагонами; перекрытия над рельсовым путем тушильного вагона; комбинированные системы беспылевой выдачи и тушения кокса.
Наибольшее признание получили системы с устройством зонтов, отсосом и очисткой газов выдачи [2]. При этом отсасывающее и пылеулавливающее оборудование проектируют как в передвижном, так и в стационарном исполнении. На практике чаще всего используются системы с передвижным зонтом и стационарной системой пылеулавливания. В качестве пылеуловителей применяют скрубберы Вентури, мокрые электрофильтры, тканевые фильтры. В последнее время за рубежом наблюдается тенденция перехода только на сухие пылеуловители, как правило, рукавные фильтры.
В 1983г. на Коммунарском коксохимическом заводе была пущена первая установка беспылевой выдачи кокса (УБВК) со стационарной системой отсоса и очистки газов (рисунок 3.1). В последующие годы подобные установки были смонтированы ещё на ряде заводов.
Существующие тенденции все еще базируются на увеличении объема отсасываемых газов до 150-180 тыс. /ч с соответствующим увеличением размеров и конструкции зонта. Концентрация пыли в отсасываемом из-под зонта газе достигает 18-22 г/. Устанавливая на первой ступени очистки группы циклонов, достигают суммарной степени очистки 99,1-99,2% при остаточной концентрации пыли в газах выдачи 0,11- 0,22 г/. Нетрудно видеть, что увеличив объем отсасываемых газов, получаем повышенную запыленность, уменьшение которой до требуемых норм требует повышения степени очистки.
Рисунок 3.1 - Схема установки беспылевой выдачи кокса со стационарной системой очистки
Наиболее простым вариантом сухого пылеулавливания является система из конических циклонов. Такие системы разработаны и включены в проекты для ОАО «КМК» (рисунок 3.2) и ОАО «Носта».
Схемы отличаются простотой и не требуют высококвалифицированного обслуживания, поэтому они имеют приоритет при реконструкции действующих предприятий. Эффективно применение циклонов СК-ЦН-22, СЦН-40 и др. Основным требованием при этом, помимо высокой эффективности и приемлемого гидравлического сопротивления» является предотвращение абразивного износа, что достигается правильным выбором скоростей во входном патрубке и корпусе циклона.
- циклоны СК-ЦН-34-3600; 2 - пулеуловители КМП-8; 3 - вентиляторы ВВН-18
Рисунок 3.2 - Проектная схема очистки газов выдачи с коническими циклонами
Для стационарной установки обеспыливания газов выдачи наиболее эффективным решением с точки зрения пылеулавливания является применение электрофильтров. Наибольший экономический эффект при этом получают при совмещении в них очистки газов выдачи и газов загрузки при условии утилизации уловленной смеси угольной, полукоксовой и коксовой пыли. Поскольку газы загрузки содержат много горючих веществ, возникает необходимость обеспечения взрывобезопасности, поэтому следует использовать электрофильтры.
Для сокращения неорганизованных выбросов, образующихся при выдаче кокса из камер коксования в тушильный вагон, на коксовых батареях № 5 и 6КХП АО «Северсталь» в 1997г. построена установка беспылевой выдачи кокса. На двересъемной машине установлен зонт, который закрывает «корзину» коксонаправляющей и тушильный вагон. С помощью телескопических патрубков, установленных на зонте, происходит стыковка зонта и газового коллектора, предназначенного для транспортировки газо-воздушной смеси на очистку в двух электрофильтрах типа ЭГА. Затем воздух, очищенный от мелкодисперсной пыли до концентрации 50-80 мг/, выбрасывается в атмосферу, а уловленная электрофильтрами пыль используется как добавка в шихту для коксования. Сокращение выбросов пыли в атмосферу при выдаче кокса составляет 200 т/год.
Из всех применяемых в настоящее время за рубежом систем беспылевой выдачи кокса (перекрытие над всей коксовой стороной батареи; отсос и очистка выделяющихся газов в стационарной системе скрубберов; пылеулавливающие зонты над коксонаправляющей и тушильным вагоном с газоочистным оборудованием на тушильном вагоне или соединенной с ним платформе; пылеулавливающие зонты над коксонаправляющей и тушильным вагоном со стационарными вытяжным газопроводом и системой газоочистки) наиболее эффективными признаны системы последнего типа. В Японии такими системами оснащены практически все коксовые батареи.
Схема одной из таких систем показана на рисунке 3.3. Ширина пылеулавливающего зонта равна ширине коксоприемного вагона, длина колеблется от 6до 10 м в зависимости от объема камеры коксования. Мощность дымососа в системе беспылевой выдачи при 40 °С составляет 2500-4500 /мин в зависимости от объема камеры коксования. Для очистки газов применяются как мокрые, так и сухие методы очистки.
1 - камера коксования; 2 - коксонаправляющая; 3 - пылеулавливающий зонт;
4 - коксоприемный вагон; 5 - соединительный клапан; 6 - стационарный вытяжной
газопровод; 7 - пылеосадитель; 8 - тканевый фильтр; 9 - дымосос; 10 - дымовая труба; I – оборудование, монтируемое на коксонаправляющей; II – оборудование, монтируемое на земле
Рисунок 3.3 - Система беспылевой выдачи кокса из печей
- ТУШЕНИЕ КОКСА
- Технология тушения кокса
Выданный из печи готовый кокс подвергается тушению, так как он находится в раскаленном состоянии (с температурой до 950-1000°С). В настоящее время известны два способа тушения кокса: мокрое и сухое.
Мокрое тушение заключается в заливке раскаленного кокса водой. На современных коксохимических заводах процесс мокрого тушения полностью механизирован и производится следующим образом. Тушильный вагон с раскаленным коксом подводится с помощью электровоза под тушильную башню. Башня состоит из помещения для тушильного вагона и вытяжной трубы. На высоте нескольких метров от пола башни, под вытяжной трубой, подвешено оросительное устройство, состоящее из нескольких рядов горизонтально расположенных труб с частыми отверстиями. Это устройство соединяется трубопроводом с напорным баком. Вода накачивается в - напорный бак насосами из насосного помещения, расположенного рядом с тушильной башней. Поступление воды из напорного бака в оросительное устройство и работа насосов автоматизированы. При открывании запорного вентиля вода из напорного бака поступает в оросительное устройство, выбивается с большой силой через отверстия в трубах падает на горячий кокс и тушит его. Образующиеся водяные пары уходят через вытяжную трубу в атмосферу. Часть воды не успевает испариться и стекает из вагона «на дно тушильной башни, а оттуда по открытым каналам отводится в шламовые отстойники.
Отстойники представляют собой открытые железобетонные бассейны, в которых происходит осаждение мелких кусочков кокса, захватываемых водой при стекании ее из тушильного вагона. Осветленная вода переливается в отдельный бассейн, а оттуда перекачивается насосами опять в напорный бак тушильной башни. Осевший на дно осадок (шлам) по мере накопления удаляется вручную или грейферными кранами. Коксовый шлам находит применение как топливо в парокотельных. Для удобства работ обычно устанавливается не менее двух отстойников. В одном из них происходит осветление воды, а другой на это время выключается и очищается от шлама.
Тушение кокса в тушильных башнях производится в течение 1—2 минут. Влажность кокса зависит как от работы машиниста тушильного вагона, так и от количества недопала и состояния оросительного устройства. При нормальной работе влажность кокса не должна превышать 4—5%.
Испаряющаяся в процессе тушения вода пополняется свежей водой, поступающей в напорный бак из водопровода. Часто для тушения используются отходящие с химического завода сточные воды (фенольные). На тушение безвозвратно расходуется около 0,5—0,7 куб. м воды на 1 т кокса. Тушильные башни строятся из железобетона, кирпича или дерева и бывают высотой до 30—40 м.
После окончания процесса тушения тушильный вагон выводится из-под башни и подается к рампе для разгрузки. Тушильный вагон имеет наклонное дно, благодаря чему при открывании боковой двери вагона кокс Самостоятельно сползает на коксовую рампу в течение нескольких секунд.
Сухое тушение кокса. Раскаленный кокс, выдаваемый из коксовой камеры, содержит большое количество тепла. В процессе тушения кокса за счет этого тепла образуется водяной пар, который не используется и уходит в атмосферу. Чтобы использовать это тепло, применяется сухое тушение кокса, которое заключается в следующем. Из тушильного вагона раскаленный кокс ссыпается в специальную кирпичную камеру, изолированную от проникновения в нее воздуха. Через эту камеру при помощи вентиляторов продуваются инертные газы, состоящие из углекислоты и азота, в атмосфере которых не происходит горения. Инертные газы проходят через раскаленный кокс и за счет его теплоты нагреваются до температуры 500—700 °С, после чего прогоняются по системе газоходов парового котла. Омывая паровой котел, горячие газы отдают свое тепло для образования пара, идущего на нужды завода. При сухом тушении температура кокса постепенно снижается и охлажденный кокс выдается на рампу.
Рампа представляет собой наклонную площадку шириной до 6—7 м, выстилаемую чугунными плитами. Назначение коксовой рампы состоит в следующем. Кокс, выгруженный из тушильного вагона, имеет температуру, достигающую 200— 300° С. Транспортировать такой кокс ленточными резиновыми транспортерами нельзя, так как он будет их прожигать и приводить в негодность. Кроме того, свежепотушенный кокс содержит много поверхностной влаги, вследствие чего коксовый мусор прилипает к крупным кускам кокса и в дальнейшем плохо отсортировывается на коксосортировке. Поэтому кокс вылеживается на коксовой рампе в течение 30—40 минут. За это время поверхностная влага кокса успевает испариться за счет сохранившейся внутренней теплоты его, а кокс успевает остыть до температуры, позволяющей его дальнейшее транспортирование.