Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ ГАЗА НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при очистке доменного газа на печах, работающих с повышенным давлением газа на колошнике.

Известен способ очистки доменного газа доменных печей, работающих при повышенном давлении на колошнике, включающий: сухую предварительную очистку в 1-м или 2-х пылеуловителях или осевом циклоне с направляющими лопатками; полутонкую очистку от пыли и предварительное охлаждение газа до 40-60°С в скруббере или в скрубберной секции аппарата комбинированного типа и/или в первичной низконапорной трубе Вентури; тонкую очистку до 4-5 мг/нм³ с насыщением газа парами воды до 100% в высоконапорной трубе Вентури и сепарацией шламовой воды в каплеуловителе с последующим использованием или без использования энергии сжатого газа в газорасширительной турбине для выработки электроэнергии; регулирование заданного давления газа на колошнике доменной печи и попутную тонкую очистку газа от пыли в орошаемой водой дроссельной группе с последующей сепарацией шламовой воды в каплеуловителе [1].

Недостатком данного известного способа очистки доменного газа является то, что во всех перечисленных вариантах очистки газа на заключительном этапе применяют орошаемую водой дроссельную группу. Это приводит к увеличению расхода воды и энергозатрат в 1,5-3,0 раза и материалоемкости системы газоочистки из-за: насыщения газа парами воды до 100% в процессе расширения газа в дроссельной группе, необходимости охлаждения газа до нормативной температуры не выше 40°С и необходимости установки после дроссельной группы водоотделителя и каплеуловителя.

Известен другой способ очистки доменного газа доменных печей, работающих при повышенном давлении на колошнике, включающий первичную очистку газа в пылеуловителе, полутонкую очистку в высоконапорной трубе Вентури при поддержании скорости газа в горловине трубы 120-160 м/с и удельном расходе воды 1,25-1,5 л/м³ газа, и окончательную тонкую очистку газа в дроссельной группе с удельным расходом воды в ней 1,0-1,25 л/м³ газа. При использовании сжатого газа в газорасширительной турбине в системе газоочистки по данному способу газ дополнительно очищают в электрофильтрах и подогревают перед турбиной в газонагревателе смешивающего типа [2].

Недостатком данного способа очистки газа является его низкая работоспособность в связи с быстрым зарастанием горловины трубы Вентури плотными отложениями при подаче в нее горячего грязного газа и низким удельным расходом воды (1,25-1,50 л/м³). Кроме того, поддерживать скорость газа в горловине трубы Вентури в пределах 120-160 м/с не представляется возможным технически (на практике для достижения заданной степени очистки газа от пыли поддерживают необходимый перепад давления в трубе Вентури). Поскольку по этому способу для окончательной тонкой очистки газа применяют дроссельную группу мокрого типа, то ему присущи недостатки, указанные выше для других способов: увеличение расхода воды и энергозатрат в 1,5-3,0 раза и материалоемкости системы газоочистки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является известный способ очистки доменного газа, принятый за прототип и включающий сухую очистку от крупной пыли в осевом циклоне с направляющими лопатками со степенью осаждения до 85%, полутонкую очистку и предварительное охлаждение в скруббере или в скрубберной секции, тонкую очистку и окончательное охлаждение газа в орошаемых водой трубах Вентури с регулируемым кольцевым зазором, работающих в режиме с перепадом давления до 25 кПа (при работе газорасширительной турбины) или в режиме дроссельной группы (при отсутствии или при отключении газорасширительной турбины), сепарацию капельной влаги в каплеуловителе [3].

Недостатком известного способа очистки доменного газа доменных печей, работающих при повышенном давлении газа на колошнике, является то, что в качестве дроссельной группы используют орошаемые водой трубы Вентури с регулируемым кольцевым зазором, что требует для нормативного охлаждения газа до 40°С повышенного расхода воды.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, снижение материалоемкости и энергопотребления на очистку и охлаждение доменного газа как при применении газорасширительной турбины, так и без нее.

Технический результат достигается тем, что в известном способе очистки доменного газа на печах, работающих с повышенным давлением на колошнике, включающем предварительную сухую очистку газа в осевом циклоне, полутонкую очистку и предварительное охлаждение газа в скруббере или в скрубберной секции, тонкую очистку газа в трубах Вентури с регулируемым кольцевым зазором при перепаде давления до 25 кПа и сепарацию капельной влаги в каплеуловителе, чистый газ дополнительно пропускают через дроссельную группу сухого типа, а температуру газа до дроссельной группы поддерживают, в зависимости от давления газа на колошнике, в пределах 45-60°С, определяя ее с помощью известной табличной зависимости содержания паров воды в насыщенном газе от его температуры и формулы

f₁=f₂(P₁/P₂), (1)

где f₁ - содержание паров воды в газе до дроссельной группы сухого типа, г/м³;

f₂ - содержание паров воды в газе после дроссельной группы сухого типа, г/м³;

P₁ - абсолютное давление газа до дроссельной группы, МПа;

Р₂ - абсолютное давление газа после дроссельной группы, МПа.

Изобретение иллюстрируется схемой системы газоочистки для осуществления способа очистки доменного газа на печах, работающих с повышенным давлением на колошнике, представленной на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом.

Газ из доменной печи с рабочим абсолютным давлением, например, 0,20-0,35 МПа очищают от крупной пыли в сухом осевом циклоне (1), полутонкую очистку и предварительное охлаждение осуществляют в скруббере (2), тонкую очистку до 4 г/м³ и охлаждение до 45-60°С в орошаемых водой трубах Вентури с регулируемым зазором (3) при перепаде давления до 25 кПа, отделяют капельную влагу в каплеуловителе (4), пропускают чистый газ с содержанием паров воды 100% насыщения через дроссельную группу сухого типа (5) и/или газорасширительную турбину (6) и направляют в заводской распределительный газопровод (7) для использования как топлива.

Оптимальную температуру охлаждения газа в соответствии с изобретением определяют в прямой зависимости от абсолютного давления газа на колошнике доменной печи с помощью формулы (1) и известной табличной зависимости [4] содержания пара насыщения (f) от температуры, на которое не влияют химический состав газа и давление (до Р<1,2 МПа)

При применении дроссельной группы сухого типа исключается насыщение газа парами воды в процессе его расширения в дроссельной группе. В связи с этим содержание влаги в сжатом газе до дроссельной группы (f₁) может быть увеличено во столько раз по сравнению с нормативным содержанием при 40°С после дроссельной группы (f₂), во сколько раз абсолютное давление газа до дроссельной группы (P₁) больше абсолютного давления в заводской сети (Р₃). Поэтому повышение давления газа на колошнике (до дроссельной группы) позволяет иметь более высокую температуру чистого газа до дроссельной группы и уменьшить расход воды на очистку и охлаждение газа в скруббере и трубах Вентури при обеспечении нормативного качества доменного газа как топлива.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Доменная печь полезным объемом 1000 м³ работает с абсолютным давлением газа на колошнике 0,2 МПа, перепад давления газа в системе газоочистки до дроссельной группы составляет 0,025 МПа, а абсолютное давление газа в заводском газопроводе составляет 0,11 МПа. Содержание паров воды в газе после дроссельной группы равно 63,1 г/м³ и соответствует нормативной температуре 40°С. По формуле (1) находим:

P₁=0,2-0,025=0,175 МПа;

f₁=f₂(P₁/P₂)=63,1(0,175/0,11)=100,4 г/м³,

что по табличным данным соответствует точке росы при температуре t₁=48°C.

Согласно расчетам при охлаждении газа до 48°С вместо 40°C расход воды на очистку и охлаждение газа уменьшится в зависимости от исходной температуры газа и его влагосодержания на 25...60% при сохранении нормативного качества доменного газа по содержанию пыли и влаги.

Пример 2. Доменная печь полезным объемом 2000 м³ работает с абсолютным давлением на колошнике 0,28 МПа, перепад давления газа в системе газоочистки до дроссельной группы составляет 0,025 МПа, а давление в заводской сети составляет 0,115 МПа. Содержание паров воды в газе после дроссельной группы равно 63,1 г/м³, что соответствует нормативной температуре 40°C. Согласно изобретению находим допустимое содержание паров воды в газе перед дроссельной группой по формуле (1):

P₁=0,28-0,025=0,255 МПа;

f₁=f₂(P₁/P₂)=63,1(0,255/0,112)=143,7 г/м³,

что по табличным данным соответствует точке росы при температуре t₁=54°C.

По расчетам расход воды на очистку и охлаждение газа до 54°C сокращается в зависимости от исходного влагосодержания и температуры газа в 16...2,2 раза.

Пример 3. Доменная печь полезным объемом 3200 м³ работает с абсолютным давлением на колошнике 0,35 МПа, перепад давления газа в системе газоочистки до дроссельной группы составляет 0,025 МПа, а давление в заводской сети доменного газа равно 0,115 МПа. Содержание паров воды в газе после дроссельной группы равно 63,1 г/м³, что соответствует нормативной температуре 40°C. В соответствии с изобретением находим содержание паров насыщения и допустимую температуру газа перед дроссельной группой, используя формулу (1) и табличную зависимость:

P₁=0,35-0,025=0,325 МПа;

f₁=f₂(P₁/P₂)=63,1(0,325/0,115)=178,3 г/м³,

что по табличным данным соответствует точке росы при температуре t₁=58°С вместо 40°С.

При поддержании температуры газа на выходе из труб Вентури 58°С расход воды на очистку и охлаждение газа уменьшается в 2,0...2,8 раза.

При подаче в газорасширительную турбину газа, насыщенного парами воды до 100% при температуре 55-58°С, повышается КПД турбины и исключается ее размораживание, так как турбина является эффективным охладителем газа вследствие адиабатического расширения газа в турбине и выполнения им работы.

Таким образом, осуществление способа очистки доменного газа в соответствии с изобретением приводит к упрощению и унификации схемы газоочистки, которая не изменяется при установке газорасширительной турбины.

Предложенный способ позволяет исключить из схемы газоочистки водоотделитель и каплеуловитель после дроссельной группы, снизить материалоемкость газоочистительной системы. Изобретение позволяет снизить расход воды в 1,25-2,8 раза, соответственно уменьшить габариты сооружений оборотного цикла водоснабжения, снизить материальные и энергетические затраты на очистку и охлаждение газа при обеспечении нормативных требований к доменному газу как топливу. При использовании изобретения доменный газ будет поступать в заводскую сеть с относительной влажностью 30-50% вместо 100%.

Источники информации

[1]. И.Е.Сперкач. Пути модернизации комплекса сооружений для подготовки к использованию доменного газа как топлива, (ж. "Сталь". №1. 1998 г., с.7-11).

[2]. А.С. №908817. Способ очистки доменного газа. Бюл. №8, 28.02.1982 г.

[3]. А.Крамер, X.Вайсерт, К.Давиди. Фирма "Пауль Вюрт умвельттехник" (Германия). (Ж. "Сталь". №10. 2001 г., с.87-89).

[4]. В.Н.Ужов. Очистка промышленных газов электрофильтрами. (Госхимиздат. Москва. 1962. Приложение 1V).