Снижение выбросов сероводорода при грануляции доменных шлаков

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Ахмедьянова З. И., Боброва О. Б., Понамарева Т. Б. Снижение выбросов сероводорода при грануляции доменных шлаков // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 11. – С. 1641–1645. – URL: http://e-koncept.ru/2016/86351.htm.
Аннотация. Термодробление доменного шлака путем его грануляции в потоке воды – наиболее рациональный способ подготовки этого отхода черной металлургии к повторному использованию в качестве строительного материала. Процесс грануляции сопровождается загрязнением атмосферного воздуха в результате выделения парогазовых выбросов, в которых содержится сероводород – вещество второго класса опасности. Рассмотрены варианты снижения интенсивности парогазовых выбросов при гидрожелобной грануляции доменных шлаков.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Залия ИльгамовнаАхмедьянова,Студент ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственныйтехнический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорскsuper.achmedyanova@mail.ru

Ольга БорисовнаБоброва,старший преподавателькафедры Промышленной экологии и БЖД,ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственныйтехнический университет им. Г.И. Носова», г.Магнитогорскobproshkina@mail.ru

Татьяна БорисовнаПонамарева,инженеркафедры Химической технологии неметаллических материалов и физической химииФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственныйтехнический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорскtatjana.ponamareva@yandex.ru

Снижениевыбросов сероводорода при грануляции доменных шлаков

Аннотация.Термодробление доменного шлака путем его грануляции в потоке воды наиболее рациональный способ подготовки этого отхода черной металлургии к повторному использованию в качестве строительного материала. Процесс грануляции сопровождается загрязнением атмосферного воздуха в результате выделения парогазовых выбросов, в которых содержится сероводород вещество второго класса опасности. Рассмотрены вариантыснижения интенсивности парогазовых выбросов при гидрожелобной грануляции доменных шлаков. Ключевые слова:доменный шлак, грануляция, загрязнение окружающей среды, припечная грануляция.

Шлак доменной плавки образуется в результате восстановительноокислительных процессов при высокой (1200 оС иболее) температуре, путём сплавления пустой породы и флюсов железорудного материала (агломерата и окатышей), к которым в горне печи добавляется зола сгоревшего кокса. Гранулированные доменные шлаки являются хорошим материалом для дорожного строительства.Обработанные вязкими битумами (продукт переработки коксового газа) в смеси с гравием они служат эффективными заменителями горячих асфальтобетонных смесей; битумошлаковые покрытия дорог в 2,5 раза дешевле асфальтобетонных.Процесс грануляции может осуществляться тремя способами: мокрым, сухим и полусухим. Сухой способ в настоящее время в РФ как и в других странах не применяется. Причина в низкой скорости охлаждения капель шлака на воздухе, в результате чего образующийся гранулят частично кристаллизуется и далее подвергается силикатному самораспаду. Распространены установки полусухой и мокрой грануляции. Расход воды при мокрой грануляции около 3 м3/т гранулята, при полусухой 2 м3/т. При мокрой грануляции используются бассейновые и гидрожелобные установки.Бассейновая установка для грануляции шлака имеет недостатки: при её работе происходит выделение в атмосферу H2Sи SO2. Используемая вода в бассейнах насыщается щелочами, поэтому необходимо производить обновление воды в бассейне. Известны попытки использовать воды гранустановок для лечебных целей, так как после очистки и разбавления, её минеральный и химический состав близок к составу вод мацестинского источника г.Сочи.Гидрожелобная установка позволяет улавливать и нейтрализовать кислотные пары, если за паросборником устанавливается тракт вытяжки и газоочистки. Однако на практике эти системы быстро выходят из строя изза коррозирующего воздействия сернистых парогазовых выбросов. Кроме того конструкции отвода и нейтрализации выбросов уменьшают зону действия грейферных мостовых кранов, увеличивают капитальные и текущие эксплуатационные затраты на грануляцию.Полусухая грануляция доменных шлаков осуществляется на барабанных и гидроударных установках.Барабанные установки обладают следующими недостатками: расплав в полете по воздуху успевает частично закристаллизоваться, что приводит к ухудшению качества гранулированного шлака. Кристаллы нитей и гранул состоят в основном из βдвухкальциевого силиката, который при охлаждении переходит в γмодификациюс увеличением объема и последующим распадом в пыль. Это ухудшает условия труда и работу оборудования, снижает качество гранулята.Также барабаны быстро изнашиваются; происходят хлопки и взрывы при попадании в гранулированный агрегат чугуна и шлаковых корок. Поэтому барабанные грануляционные установки не нашли широкого применения[1, 2].В последние годы в ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов» разработана технология и оборудование для полусухой грануляции расплавов как доменного, так и сталеплавильного шлаков. Барабан наклонён на 50по горизонтали, его поверхность имеет щели (колосник). Формирование структуры и крупности готового продукта –граншлака происходит в полости колосникового барабана при одновременной подаче небольшого количества воды на поверхности движущихся металлических тел: шаров или цилиндров. Это позволяет избежать перечисленные выше недостатки. Барабан помещён в кожух и соединен с системой сбора и локализации парогазовых выбросов. Разгрузка происходит через нижний торец барабана. Граншлак проходит магнитную сепарацию для извлечения металла.В ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов» разработана техническая документация для установок производительностью от 0,2 до 5 т/мин жидкого шлака. Ведется проектирование установки барабанного типа для производства 750 тыс. т щебня в год из жидких доменных шлаков на Нижнетагильском металлургическом комбинате. Технологический процесс и техническая документация на переработку конвертерных шлаков в агрегате барабанного типа производительностью 5 т/мин закуплена фирмой Baosteel(г. Шанхай, КНР)[3].Общими недостатками мокрых и полусухих способов грануляции являются несовершенство систем оборотного водоснабжения, загрязнение окружающей среды, потери физического тепла шлака. Эти недостатки могут быть устраненыпутем снижения расхода воды на грануляцию (за счет совершенствования систем подачи воды) и за счет улучшения систем оборотного водоснабжения [4, 5].Другим недостатком существующих гранустановок является использование мостовых кранов, что связано со значительными капитальными затратами на сооружение колоннады. Эксплуатация мостовых кранов их профилактика и ремонт связаны с комплексом вредных производственных факторов: вибрация, шум, тепловые нагрузки, выделение газов при грануляции, содержащих сульфидные соединения. В настоящее время мостовые краны могут быть заменены мобильными (на гусеничном или колесном ходу) погрузочно–разгрузочными устройствами–манипуляторами, с более комфортными условиями работы для оператора.Однако грануляции подвергается не весь шлак, выпускаемый из доменной печи. Значительная часть шлака затвердевает на стенках канав, но большая его часть затвердевает в стальных шлаковозных ковшахчашах. Время от заполнения жидким шлаком ковша до его опорожнения при грануляции составляет от 100 до 150 минут. Для обслуживания крупного доменного цеха требуется большое количество ковшей. Например, на ОАО «ММК» (~10 млн т чугуна в год) функционирует свыше 120 ковшей объёмом 16 м3. Ежесуточно из доменного цеха вывозится более 400 ковшей со шлаком. Такие грузопотоки требуют четкой работы шлакоперерабатывающих установок и значительных материальных затрат. Доля затвердевшего в ковше шлака (ковшевого остатка) может достигать 25 % и более от первоначального жидкого объема. Всего доля гранулированного шлака 6070 %. Ковшевой остаток содержит скрап осевшего и затвердевшего чугуна. Поэтому ковшевой остаток перерабатывается для извлечения металла на шлаковых дворах. Переработка заключается в выбивке шлакометаллических коржей из шлаковозных чаш и в разрушении коржей с помощью передвижных копров. Из шлака ковшевого остатка можно получить только щебень. Это обусловлено тем, что в его структуре количество стекловидной фазы значительно меньше, чем в гранулированном шлаке, который прошел стадию замораживания. Следовательно, ценность шлака ковшевого остатка как сырья для производства вяжущих невелика, но качество щебня из него достаточно высокое и соответствует требованиям ГОСТ на шлаковый щебень.Одним из предложений по уменьшению выбросов является применение полусухого или сухого метода грануляции шлака. Наиболее описан и применяется валковый или барабанный способ, который может быть как чисто сухим, так и с применением небольшого количества воды –так называемый полусухой. Этот метод позиционируется авторами как способ припечной переработки доменного и сталеплавильного шлака, что позволяет в 2,53 раза снизить расходы на производство граншлака, сократить затраты на содержание и эксплуатации парка шлаковозов, уменьшить производственные площади, упростить схему сортировки и извлечения металла. Одновременно создаются условия для нейтрализации вредных выбросов и утилизации тепла шлакового расплава. Вторым вариантом устранения парогазовых выбросов является установка над гидрожелобом укрытий для улавливания и очистки газовых выбросов. Например, конструкцияукрытия с общим парогазоотводом (рис. 1), из которого парогазовая смесь направляется либо в башню с системой адсорбционной очистки, либо на трубудля рассеивания. Укрытия необходимо оборудовать шиберными затворами с электроприводом для поочередного открытия участка газохода[6].

Рис. 1 Укрытие над желобами[6]

Третьим вариантом является строительство нового участка грануляции. Примером такого участка является построенная в 1998 г в Германии на заводе Зальцгиттер фирмы SalzgitterFlachstahlGmbHгрануляционная установка, состоящая из грануляционной башнитрубы высотой 32 м, в нижнюю часть которой подается жидкий шлак (рис. 2). Особенностью установки является кольцо (рис. 3), распыляющее воду вокруг шлакового желоба, с помощью которого большая часть парогазовых выбросов инжектируется внутрь башни, а также подача воды для грануляции вдоль шлакового желоба (как обычно) и распыление ее внутри башни сверху. В результате газообразные продукты, в основном водяной пар и газообразные соединения H2Sи SO2, осаждаются в конденсаторной части башни для грануляции благодаря орошению водой. В результате окисления и реакции с кальцием газообразные соединения серы осаждаются на поверхности частиц граншлака, в виде гипса. Таким образом, благодаря конденсации достигается работа установки без выбросов. Производительность установки 1400 т шлака в сутки или около 1 т/мин; расход воды на грануляцию при давлении 2,12,5 атмсоставляет 14503300 м3/мин. Обезвоживание гранулята до 10 % производят в специальных вертикально установленных цилиндрических бункерах. Эксплуатационные расходы составляют 0,8 евро на 1 т гранулированного шлака [7].

Рис. 2 Схема башни для грануляции шлака [7]

Рис. 3 Схема гидрожелобной грануляции шлака с улавливанием выделяющихся газов [7]

Четвертым вариантом является обезвреживание парогазовых выбросов путем добавки нейтрализатора (известковое молоко) и окислителей (Fe2O3, CaCO3, KMnO4) в воду длягрануляции при неблагоприятных метеоусловиях.Наряду с известковым молоком для уменьшения содержания сероводорода в парогазовых выбросах могут быть использованы органические отходы химической промышленности. В этом случае исключается сложный комплекс агрегатов, необходимых для приготовления известкового молока. Большим преимуществом органических поглотителей сероводорода является то, что они значительно замедляют сроки схватывания карбонатных осадков в трубопроводах, насосах, отстойниках и резервуарах системы оборотного водоснабжения, а также в шлакоприемных бункерах и обезвоживателях.Для уменьшения выбросов в воду перед грануляцией можно добавлять различные окислители, которые предотвращают образование Н2S, образуя SO2и SO3.Также для уменьшения содержания сероводорода в парогазовых выбросах может быть использовано ПАВ, например от производства целлюлозы. Наиболее ярким представителем ПАВ является мыло: доступное, недорогое. Эффективность очистки в этом случае составляет 84% [1, 2].

Ссылки на источники1.Панфилов М.И. Металлургический завод без шлаковых отвалов. М.: Металлургия, 1978. 248 с.2.Панфилов М.И., Школьник Я.Ш., Орининский Н.В., Коломиец В.А. и др. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. М.: Металлургия, 1987. 238 с.3.Сорокин Ю.В., Демин Б.Л. Экологические и технологические аспекты переработки сталеплавильных шлаков // ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Черная металлургия». 2003. № 3. С. 7579.4.Исследование характеристики парогазовых выбросов при грануляции доменных / Кормышев В.В., Потоцкий В.П., Зубков В.Ф., Маркман Л.Г. в сб. «Очистка водного и воздушного бассейнов на предприятиях черной металлургии», № 5 М.: Металлургия, 1976. С. 3239.5.Прошкина О.Б., Карбаинова Н.В. Источники загрязнения атмосферного воздуха при переработке шлаков // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 1. С. 177181.6.Сеник А.И., Милюков С.В., Прошкина О.Б. Образование выбросов сероводорода при внепечной грануляции доменных шлаков // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 3. С. 7579.7.К.Х. Гроспич, В.Эверс, Г. Домбровски Новая установка грануляции шлака // Черные металлы. 2004. январь. С. 3340.