Материал: Очистка газовых выбросов в черной металлургии

Очистка газовых выбросов в черной металлургии

Курсовая работа

Очистка газовых выбросов в черной металлургии

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

. Литературный обзор

.1 Описание производства в черной металлургии

.1.1 Производство чугуна с использованием доменных процессов

.1.2 Производства железа в губчатых печах

.1.3 Производство стали с помощью мартеновского процесса

.1.4 Производство стали в конверторах

.2 Источники и выбросы черной металлургии

.3 Воздействие на окружающую среду и здоровье человека

. Методы очистки

.1 Абсорбция

.1.1 Очистка газов от диоксида серы N-этилпирролидоном

.1.2 Очистка от SO2 алюмо-сульфатным способом

.1.3 Поглощение оксида углерода медно-аммиачным раствором

.1.4 Очистка газов от диоксида серы известковой суспензией

.1.5 Очистка газов от оксидов серы и азота

.2 Адсорбция

.2.1 Способ очистки газов от диоксида серы марганцевым концентратом

.3 Термокаталитическая очистка газовых выбросов

.3.1 Метод очистки газов от NO с использованием продуктов термического разложения твердого карбамида

.3.2 Катализатор окисления оксида углерода

.3.3 Катализатор для очистки газа от оксидов азота и углерода

. Расчетная часть

.1 Технологическая схема

.2 Подбор и расчет оборудования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли, как конструкционного материала [1].

Однако интенсивное загрязнение атмосферы предприятиями металлургического комплекса <https://www.google.ru/search?newwindow=1&rlz=1C1AVNG_enRU621RU622&es_sm=122&q=%D0%9E%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%BE+%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5+%D0%B7%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%8F%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5+%D0%B0%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D1%8B+%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%83%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85&spell=1&sa=X&ei=uKxbVbCsOoT6ywOn1IDACQ&ved=0CBkQvwUoAA> значительно сказывается не только на человеке, но и на гидросфере, почвенно-растительном покрове, геологической среде. Поэтому охрана атмосферного воздуха является наиболее приоритетной проблемой охраны окружающей среды в черной металлургии [2].

На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха [3].

Для эффективного процесса очистки воздуха необходимо проанализировать воздействие предприятия, как единицы определенной отрасли. Изучение газового состава выбросов, влияние на человека и окружающую среду позволяет подобрать оптимальное оборудование и составить схему локальных газоочистных сооружений на предприятии.

абсорбция термокаталитическая очистка газы сталь

1. Литературный обзор

1.1 Описание производства в черной металлургии

Методы производства железа и стали сводятся к следующей классификации процессов в черной металлургии:

) Производство чугуна - доменный процесс, процесс в низкошахтной печи.

)Производство губчатого железа - процессы в шахтной печи, в печах кипящего слоя, во вращающихся трубчатых печах.

) Производство стали (периодические процессы) - мартеновский процесс, конверторный процесс.

) Производство стали (непрерывные процессы) - методы: каскадный, окислительная плавка в желобковой печи [4].

1.1.1 Производство чугуна с использованием доменных процессов

Чугун - сплав железа и углерода с сопутствующими элементами (содержание углерода более 2,14 %). Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы. Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Метод подготовки зависит от качества руды.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной величины, осуществляются с помощью дробилок и классификаторов.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав:

а) промывка - отделение плотных составляющих от пустой рыхлой породы;

б) гравитация (отсадка) - отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются;

в) магнитная сепарация - измельчённую руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы и отделяющего их от пустой породы.

Окусковывание производят для переработки концентратов в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах.

Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.

При выплавке чугуна решаются задачи:

) Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.

) Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.

Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:

Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород.

При температуре 1000…1100 ⁰C восстановленное из руды твёрдое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 ⁰С).

Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 ⁰C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.

В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива.

Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

Чугун выпускают из печи каждые 3-4 часа через чугунную летку, а шлак - каждые 1-1,5 часа через шлаковую летку.

Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг [5].

1.1.2 Производства железа в губчатых печах

Губчатым железом <http://www.markmet.ru/slovar/zhelezo-fe> называют продукт, который получают в результате восстановления <http://www.markmet.ru/slovar/vosstanovlenie> железорудного материала <http://www.markmet.ru/slovar/materialy> без его плавления <http://www.markmet.ru/slovar/plavlenie> при температуре <http://www.markmet.ru/slovar/temperatura> менее 1000-1200⁰С. В зависимости от вида исходного сырья <http://www.markmet.ru/slovar/syre> губчатое железо <http://www.markmet.ru/slovar/zhelezo-fe> представляет собой пористые куски восстановленной руды (редко агломерата) или окатыши, а в некоторых случаях - металлический порошок. Поскольку при восстановлении <http://www.markmet.ru/slovar/vosstanovlenie> объемные <http://www.markmet.ru/slovar/obem> изменения материала <http://www.markmet.ru/slovar/materialy> сравнительно невелики, плотность <http://www.markmet.ru/slovar/plotnost> губчатого железа меньше плотности <http://www.markmet.ru/slovar/plotnost> сырья <http://www.markmet.ru/slovar/syre>, а пористость <http://www.markmet.ru/slovar/poristost> велика. Обычно кажущаяся плотность <http://www.markmet.ru/slovar/plotnost> кускового губчатого железа 2-4 г/см³, а пористость <http://www.markmet.ru/slovar/poristost> 50-80%.

Химический состав <http://www.markmet.ru/slovar/sostav> губчатого железа определяется в основном составом <http://www.markmet.ru/slovar/sostav> сырья. По сравнению с ломом оно значительно чище по содержанию примесей цветных <http://www.markmet.ru/slovar/tsvet-okraska-mineralov> металлов. Содержание пустой породы <http://www.markmet.ru/slovar/poroda> в нем выше, чем в исходной руде, пропорционально степени <http://www.markmet.ru/slovar/stepen> восстановления. Обычно сырьем <http://www.markmet.ru/slovar/syre> служат богатые руды или концентраты, поэтому губчатое железо <http://www.markmet.ru/slovar/zhelezo-fe> не подвергают дополнительной очистке, <http://www.markmet.ru/slovar/ochistka> и оно содержит все примеси <http://www.markmet.ru/slovar/primesi> пустой породы <http://www.markmet.ru/slovar/poroda> сырья. При получении губчатого железа из бедного сырья <http://www.markmet.ru/slovar/syre> его подвергают обогащению магнитной <http://www.markmet.ru/slovar/magnit> сепарацией.

Губчатое железо <http://www.markmet.ru/slovar/zhelezo-fe> используют для плавки <http://www.markmet.ru/slovar/plav> стали <http://www.markmet.ru/slovar/stal> (главным образом в электропечах), цементации <http://www.markmet.ru/slovar/tsementatsiya> меди (осаждения ее из сернокислых растворов) и получения железного порошка.

При получении губчатого железа добытую руду обогащают и получают окатыши. Окатыши из бункера по грохоту поступают в короб шихтозавалочной машины и оттуда в шахтную печь, работающую по принципу противотока. Просыпь от окатышей попадает в бункер с брикетировочным прессом и в виде окатышей вновь поступает на грохот . Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу подают смесь природного и доменного газов, подвергнутую в установке конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород H₂ и оксид углерода CO. В восстановительной зоне печи создается температура 1000-1100 ⁰C, при которой H₂ и CO восстанавливают железную руду в окатышах до твёрдого губчатого железа. Содержание железа в окатышах достигает 90-95%. Для охлаждения железных окатышей по трубопроводу в зону охлаждения печи подают воздух. Охлаждённые окатыши выдаются на конвейер и поступают на выплавку стали в электропечах [6].

Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду отражательной печи, оборудованной регенераторами для предварительного подогрева воздуха и газообразного топлива.

В мартеновскую печь загружают шихту, состоящую из чугуна, скрапа, металлического лома и др. Шихта нагревается под действием тепла от сжигаемого топлива и постепенно плавится. После заливки чугуна плавление твердой металлической части шихты резко ускоряется. Одновременно с прогревом шихты начинается окисление примесей. К концу расплавления шихты почти полностью окисляется кремний, более половины марганца, почти третья часть фосфора и частично углерод. Окисление примесей происходит по тем же реакциям, что и при конверторном процессе. Известняк переводит в шлак фосфор и серу.

После расплавления шихты начинается доводка стали до необходимого химического состава. Готовность плавки определяют взятием пробы и ее экспресс-анализом. После этого проводится раскисление и выпуск стали в ковши, из которых ее разливают в слитки.

Продолжительность плавки стали в мартеновской печи составляет 8…16 ч. Печь работает непрерывно. Длительность функционирования печи в основном зависит от стойкости ее свода. Средняя стойкость динасового свода 200…350 плавок, магнезитового - 300-1000 плавок. Расход металлошихты на 1 т годных слитков составляет 1100-1200 кг [7].

1.1.4 Производство стали в конверторах

Кислородно-конвертерный процесс - выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап, заливают чугун при температуре 1250-1400 ⁰C. По окончании заливки чугуна подают дутье и конвертер устанавливают в вертикальное положение. Начинается процесс окисления примесей чугуна. В течение периода шлакообразования интенсивно окисляются примеси, имеющие наибольшее химическое сродство к кислороду: Si, Mn и в какой-то мере Fe. Образующийся шлак содержит SiO₂, MnO, FeO. Вследствие относительно низких температур первого периода углерод почти не окисляется. Поскольку общая масса жидкого металла в результате окисления Si, Mn и Fe уменьшается, относительное содержание углерода в ванне может немного увеличиться.

При окислении Mn, Fe, и особенно Si, температура ванны резко возрастает (до 1600-1650 °С) и начинается период кипения, во время которого окисляется углерод. Начало второго периода может быть достаточно точно зафиксировано визуально: как только начинает окисляться углерод, из ванны выделяется большое количество образующегося СО.

При высокой температуре металла и шлака процесс окисления углерода протекает очень интенсивно: углерод окисляется не только кислородом дутья, но частично и кислородом, содержащимся в оксидах железа шлака.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш, где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130-300 т заканчивается через 25-30 минут [8].

1.2 Источники и выбросы черной металлургии

Все известные технологические процессы, производства чугуна, стали и их последующего передела сопровождаются образованием больших количество отходов в виде вредных газов и пыли, шлаков, шламов, сточных вод, содержащих различные химические компоненты, скрапа, окалины, боя огнеупоров, мусора и других выбросов, которые загрязняют атмосферу, воду и поверхность земли. Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы (таблица 1).

Таблица 1 Газовые выбросы (до очистки) металлургического производства