Лекция 13,14. Основных оборотного водоснабжения санитарной очистки газов

План лекции:

1. Состав сточных вод. Основные вредности. Теоретические основы очистки сточных вод нейтрализацией, сульфидированием, сорбцией. Организация оборотного водоснабжения на металлургических предприятиях. Очистка и использование оборотных вод при обогащении.

2. Состав газов металлургических предприятий. Требования к газам, выбрасываемых в атмосферу. Очистка и утилизация газов, практическое использование различных способов очистки газов, содержащих оксиды серы и углерода, углеводороды и другие соединения. Создание безотходных экологически безопасных технологий – главная задача металлургов.

Сточные воды предприятий черной металлургии. В состав черной металлургии входят следующие производства: агломерационное производство (подготовка руды и сырьевых материалов для производства чугуна); сталелитейный цех; цех непрерывной разливки стали; цех горячей прокатки (производство листа, бруса, проволоки и т.п.); цех холодной прокатки (производство готовой продукции).

Таблица 1- Состав и концентрации загрязнений в общем стоке металлургического завода

Показатели	Концентрация, мг/л
Взвешенные вещества	100-5000
Нефтепродукты	60-100
Жесткость общая, мг-экв/л	0,8-1,6
Щелочность, мг-экв/л	1,1-4,5
Сухой остаток	240-700
Хлориды	28-287
Сульфаты	45-188
Нитраты	0,1-7
Нитриты	0-8,5
Азот аммонийный	1-40
Железо общее	9-40

На складах горюче-смазочных материалов следует предусматривать локальные нефтеловушки для улавливания масел и нефтепродуктов; на отдельных наиболее загрязненных площадках – местные предварительные отстойники. На производстве агломерата образуются как условно-чистые, так и загрязненные сточные воды. Отработавшие воды агломерационных фабрик являются щелочными, величина pH осветленной воды находится в пределах 9-12, взвешенных веществ до 15 мг/л. Стоки содержат в основном рудную и известковую пыль (13-20 г/л). На агломерационных предприятиях очистка сточных вод, используемых в оборотном водоснабжении, должна предусматривать осветление и стабилизационную обработку. Сточные воды подаются на очистку двумя потоками. Первый содержит крупнодисперсные взвешенные вещества, который поступает на предварительную очистку на песколовку производства ООО НПО «ЭкоВодИнжиниринг», после чего подается на очистные сооружения. Второй поток с мелкодисперсной взвесью подается непосредственно на очистные сооружения, смешиваясь с первым потоком. В качестве метода очистки рекомендуется применять отстаивание. Время отстаивания можно ускорить с применением коагулянтов и флокулянтов, дозируемых с помощью установок дозирования реагентов «ЭВИ-УДР». При производстве стали сточные воды образуются от охлаждения сталеплавильных печей и конверторов и от мокрой очистки газов. Стоки загрязнены твердыми взвешенными частицами и растворимыми взвешенными веществами, а также характеризуются высокой временной жесткостью, увеличенной в 2-2,5 раза по сравнению с исходной жесткостью воды. Содержание взвешенных веществ может достигать 17 г/л. Баланс кислотных и щелочных компонентов в сточной воде наблюдается редко, чаще всего имеется избыток той или иной группы загрязнений. Стоки непрерывной разливки стали загрязнены окалиной и маслом. Концентрация взвешенных веществ в среднем достигает 500 мг/л, а концентрация масла – 50 мг/л. Очистку такой сточной воды требуется производить в три этапа. В качестве первой ступени необходимо применять тонкослойное отстаивание. На второй ступени используется флотационная очистка на флотаторах марки «ЭВИ-УФ» с возможным применением реагентов. Доочистка производится на песчано-гравийных фильтрах. Сточные воды от цеха горячей прокатки содержат масло, смываемое с оборудования, в количестве 30-50 мг/л. Для оборотного водоснабжения необходимо использовать очищенную сточную воду, прошедшую двухступенчатое отстаивание на нефтеловушке «ЭВИ-Н» и в отстойнике с тонкослойными модулями. Третья ступень очистки требуется для снижения взвешенных веществ и устранения окалины, что достигается путем прохождения стока через песчано-гравийные фильтры «ЭВИ». Загрязненные сточные воды цеха холодной прокатки поступают от системы технологической смазки валков и прокатываемого металла. В качестве технологической смазки применяют эмульсии, содержащие различные растительные и минеральные масла. Эмульсии в процессе прокатки загрязняются мельчайшими механическими примесями, а также солям и кислотами. Такие стоки необходимо пропускать через нефтеловушку и подвергать отстаиванию, далее применять флотационные установки «ЭВИ-УФ» с применением реагентов. После флотации очищенные стоки нейтрализуются до pH=7-7,5. Перед использованием сточной воды в оборотном водоснабжении необходимо предусматривать обеззараживание гипохлоритом натрия с использованием контактного резервуара и установки дозирования реагента «ЭВИ-УДР». Сточные воды предприятий черной металлургии после очистки и обработки используются в оборотном водоснабжении (без сброса в водоем). Качество очистки воды, используемой в системах технического водоснабжения промышленных предприятий согласно МУ 2.1.5.1183-03.

Особенности доменного процесса и состав выбросов

Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными - шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м куб. доменного газа со средней теплотой сгорания 3. 96 МДж/м куб. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшияся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.
Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20 - 100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9 - 55 г/м куб. , а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб.
Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м
куб. /т влажного кокса, или 4000 м куб. /т сухого кокса, или 2000 - 2500 м куб. на 1 т чугуна.

Удельные технологические выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли - 100; СО - 640; О2 - 0. 08 - 0. 45. Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300 - 350 градусов цельсия. Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса наобходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу.
Запыленность газа во время выхлопа составляет 250 - 700 г/м куб. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи.кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку. Для печей вместимостью 930 - 2700 м куб. выбросы пыли и оксида углерода (2) составляют соответственно 0. 17 - 0. 60 и 5 - 19 т/сут.
Химический состав пыли изменяется в широких пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением на колошнике печи пыль содержит, %: SiO2 - 14. 6; MgO - 4. 35; Al2O3 - 4. 35; CaO - 11. 85; S - 0. 74; MnO - 3. 75, остальное - оксиды железа.
Радикальным решением, почти полностью исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса газа под давлением, несколько превышающим давление в печи. При этих условиях запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство, и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Недостатком этого способа предотвращения выбросов пыли и СО из межконусного пространства печи являются дополнительные энергозатрары, связанные со сжиганием газа, подаваемого в засыпное устройство печи.
Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литеный дворы. На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную эстакаду и т. п. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м куб.
В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и ковейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.
Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон - весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м куб. , в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон - весов приходится герметизировать. В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2. 5 кг пыли на каждую тонну чугуна. После очистки в атмосферу выбрасывается в среднем около 90 г пыли на 1 т чугуна.
На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400 - 700 г пыли, 0. 7 - 1. 15 кг СО, 120 - 170 г SO2. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль игазы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150 - 1500 мг/м куб. ; максимальная концентрация наблюдается над главным желобом и ковшом для чугуна.

Средняя концентрацияя СО составляет, мг/м куб. : у чугунной летки - 22. . . 1250; у шлаковой летки - 11. . . 680; на уровне фурм 15. . . 884; у кольцевого воздухопровода - 11. . . 5000.

Содержание СОна рабочих местах в период выпуска чугуна составляет 125 - 250 мг/м куб. Наибольшая концентрация наблюдается в момент выпуска чугуна и шлака у леток и поворотных желобов.
При выпуске горячего шлака из домны сера реагирует с кислородом воздуха с образованием SO2. Этот газ выделяется от шлаковых леток, желобов и шлаководов; средняя концентрация SО2 на этих участках в период выпуска шлака достигает 30мг/м куб.

Выпущенные из печи продукты плавки направляются на дальней шую переработку: чугун - на разливку в чушки на разливочной машине, шлак - на грануляцию, доменный газ - на очистку.

При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяется пыль и СО. Аспирация и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяется в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.
В последнее время все газовые выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединять и направлять их на очистку в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн м куб. /ч. Чтобы уменьшить его, все системы отсоса газа от источников пылегазовыделенийснабжают дроссельными клапанами, позволяющими по мере надобности дистационно включать необходимое в данный момент укрытие (зонт).

Очистка доменного газа

Доменный газ, содержащий до 35 % горючих компонентов и 50 - 60 г/м куб. пыли при работе печи с повышенным давлением на колошнике (и 15 - 20 г/м куб. - с нормальным давлением), должен быть очищен от пыли перед его отправкой потребителям - на коксовые батареи, на горелки доменных воздухонагревателей и др. - до достижения концентрации пыли не выше 10 мг/м куб. Для очистки газа до столь низких концентраций пыли на металлургических заводах применяют многоступенчатые комбинированные схемы.
Как правило, первоначально очистку доменного газа проводят в сухих пылеуловителях диаметром 5 - 8 м, в которых осаждаются частички пыли размером 50 мкм и более. В этих аппаратах улавливается 70 - 90 % пыли, содержащейся в доменном газе, благодаря воздействию сил гравитации и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180 градусов. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи винтового конвейера, смачиваемого водой. Остаточное содержание пыли в доменном газе после грубой очистки не превышает 3 - 10 г/м куб.
Для второй ступени очистки газа используют системы мокрой очистки. Обычно доменный газ из системы грубой сухой очистки поступает на полутонкую очистку газа, в которой выделяются частички размером 20 мкм и более и газ очищается до остаточного содержания пыли на выходе 0. 6 - 1. 6 г/м куб. Полутонкую очистку осуществляют в аппаратах мокрого типа - форсуночных полых скрубберах и трубах Вентури. Газы в доменных скрубберах имеют скорость 1 - 2 м/спри удельном расходе воды, состовляющем 3 - 6 кг/м куб. газа. Проходящий через скруббер доменный газ охлаждается с 250 - 300 до 40 - 50 градусов цельсия и полностью насыщается влагой. Степень очистки газа от пыли в скруббере не превышает 60 - 70 %.
После скруббера газ в большинстве случаев поступает в две - четыре низконапорные трубы Вентури, скорость газов в горловине которых равна 50 - 80 м/с при удельном расходе воды 0. 2 кг/м куб. Здесь завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую очистку доменного газа, содержащего до 10 мг/м куб. пыли, осуществляют в аппаратах 1 класса. В связи с широким внедрением на заводах черной металлургии газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию давления доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), для тонкой очистки газа обычно применяют аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр.
Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ, на отечественных заводах обычно применяют две схемы очистки доменного газа:
1) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - дроссельная группа каплеуловитель - чистый газ потребителю;

2) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - мокрый электрофильтр чистый газ на получение электроэнергии в ГУБТ.

Выбор системы очистки доменного газа зависит от требуемой степени его чистоты и экономических показателей пылеочистки. При применении трубы Вентури расходуется около 600 - 800кг воды и 10. 8 - 14. 4 МДж электроэнергии на 1000 м куб. газа.

За трубой Вентури устанавливают каплеуловитель - сепаратор, которым может быть мокрый циклон, скруббер или канальный сепаратор.
В электрофильтрах для промывки и охлаждения электродов расходуется 0. 5 - 1. 5 кг воды и 3. 6 - 4. 3 МДж электроэнергии на 1000 м куб. газа.
Затраты на устройства для очистки от пыли и газов всех основных источников загрязнения атмосферы доменного цеха, т. е. газов, отводимых при загрузке кокса в бункеры6 транспортировании и сортировке руды и кокса перед загрузкой в печь, отводе доменного газа и воды из очистных сооружений и отстойников, составляет примерно 15 - 20 % суммы всех капиталовложений цеха, включая и все соответствующие вспомогательные службы.
Объем капиталовложений зависит от мощности предприятия и его технической оснащенности. Некоторые устройства используют одновременно для нескольких пылегазоочистных агрегатов (газоходы, отстойники устройства для переработки шлама, вспомогательные агрегаты), благодаря чему объем капиталовложений снижается.
Эксплуатационные затраты на очистные сооружения доменного цеха зависят в основном от стоимости электроэнергии, водоснабжения и обслуживания.

Контрольные вопросы:

1. Рассказать о сточных водах предприятий черной металлургии. Состав сточных вод. Основные вредности.

2. Теоретические основы очистки сточных вод предприятий черной металлургии. Организация оборотного водоснабжения на металлургических предприятиях. Очистка и использование оборотных вод.

3. Дать характеристику газов металлургических предприятий. Требования к газам, выбрасываемых в атмосферу. Очистка и утилизация газов, практическое использование различных способов очистки газов металлургических производств.