Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 5 )

Агломерационный процесс является предварительной ступенью производства чугуна и цветных металлов, когда мелкие частицы металлических руд агломерируются посредством сжигания. Агломерация мелких частиц необходима для увеличения пути прохождения газов в процессе продувки печи. Прочность частиц также увеличивается при агломерации.

Производство агломерационного завода включает:

·  обработку руд: дробление и просеивание;

·  перемешивание обработанных руд, кокса и составляющих флюса;

·  сжигание и агломерация смеси раздробленных руд, кокса, небольших спекшихся агломератов и составляющих флюса;

·  просеивание спекшихся агломератов;

·  очистка отходящих газов.

·  транспортировка и обработка, проводимая в промежутках между вышеуказанными операциями.

3.2 Определения

Смешение руд	Руды смешиваются с материалом, оставшимся от предыдущего процесса агломерации, топливом (коксовая мелочь) и составляющими флюса. Это необходимо для подготовки руды к процессу спекания.
Процесс дробления	Руды дробятся для увеличения контактной площади для спекания. Агломерат дробится, чтобы упростить транспортировку к доменной печи.
Процесс просеивания	Раздробленные руды просеиваются, чтобы предотвратить попадание не полностью раздробленной руды в процесс спекания. Раздробленный агломерат просеивается, чтобы предотвратить попадание небольших спекшихся частиц в печь.
Процесс спекания	В процессе спекания происходит агломерация частиц руды, флюса и других материалов за счет сжигания коксовой мелочи. Температура должна оставаться ниже температуры плавления металлов руды.
Процесс очистки воздуха	Воздух при сжигании и в процессе охлаждения очищается путем удаления пыли, а иногда и других загрязняющих веществ.
Основность агломерационной смеси	Основность агломерационной смеси может представлять собой важный параметр, влияющий на выбросы SO2. Она определяется соотношением следующих соединений (дроби выражены как весовые%). Основность = (CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)
ПОВ	Полициклическое органическое вещество

3.3 Технологии, применяемые в процессе агломерации

Процесс агломерации используется для нескольких разных первичных процессов производства металлов, каждый из которых имеет различные схемы. При спекании мелкозернистые плавкие руды, в особенности, железная руда, агломерируются в компактные куски за счет нагрева почти до точки плавления или размягчения. Имеется тенденция к возникновению расплава на границах гранул, что ведет к спеканию материала.

До проведения агломерации различные вещества сначала смешиваются, и, если требуется, гранулируются. Агломерация железных руд осуществляется на конвеерных агломерационных установках; конвеерные ленты состоят из большого числа вагонеток. Эти вагонетки соединены в одну ленту, которая может достигать 4 м в ширину и 100 м в длину. Мелкодробленая руда для агломерации увлажняется и подается на циркулирующую сетку вместе с коксовой мелочью и добавками, такими как известняк, негашеная известь, оливин или доломит. Горелки, расположенные над термостойкой сетчатой лентой, нагревают материал до требуемой температуры (1100-1200 °C). Это приводит к воспламенению топлива в смеси. Затем сжигание осуществляется самостоятельно и обеспечивает достаточное количество тепла, от 1300 до 1480 °C, для расплавления поверхности и агломерации смеси. Углерод горит за счет воздуха, подаваемого через решетку в смесь, что приводит к перемещению фронта горения через слой спекания. С обратной стороны агломерационной ленты расположен ряд воздушных коробок, которые вытягивают воздух сгорания через слой материала в общий канал, ведущий на устройства очистки газа. (с. 1). Процесс спекания завершается после того, как фронт горения пройдет через весь смешанный слой, и сгорит все топливо.

Расплавленный агломерат разгружается в конце агломерационной ленты, где он подвергается дроблению и просеиванию. Мелкий агломерат возвращается на смесительные вальцы, а затем на ленту. Оставшийся агломерационный продукт охлаждается на открытом воздухе или в кольцевом охладителе с водяным орошением или механическим вентилятором. Охлажденный агломерат дробится и просеивается последний раз, затем, мелкие частицы повторно перерабатываются, и продукт подается на доменные печи для загрузки (с. 1).

Наиболее часто используемые охладители включают кольцевой или прямой подвижный настил ленты, неподвижные настилы или валы. В качестве охлаждающей среды в этих охладителях применяется воздух или вода, причем на новых заводах превалирует использование воздуха, а на старых – использование воды (ссылки 2, 3).

Технические данные, являющиеся стандартными для заводов Западной Европы, перечислены в таблице 3.1:

Таблица 3.1 Диапазон технических параметров на Европейских агломерационных заводах

Параметр	Диапазон	Ссылка
Ширина [м]	2,5-4,5	(с. 4)
Площадь [м2]	50-400(1)	(с. 4)
Удельный расход топочного газа [м3/т агломерата]	1800-2000	(с. 5)
Расход топочного газа [миллион м3/ч]	До 1,5	(с. 4)
Высота слоя агломерата	Примерно 250-650 мм	(с. 6)
Подача кокса [кг/т агломерата]	38-55

(1)Имеются сведения, что несколько небольших установок эксплуатируются в Польше, еще одна в Германии (агломерация возвратных и фильтрующих материалов, содержащих железо).

Агломерационные заводы играют главную роль в объединенном производстве чугуна и стали для использования отходов производства, которые, в противном случае, были бы ликвидированы. На агломерационном заводе перерабатываются шлаки от производства стали, пыль от фильтров для различных систем очистки топочного газа (включая те системы, которые применяются на самих агломерационных заводах), а также разные железосодержащие материалы от обработки отходов. Переработка может привести к обогащению соответствующих соединений, а именно, тяжелых металлов. Некоторые остаточные материалы, такие как вторичная окалина, могут быть загрязнены органическими соединениями (маслами), являющимися предшественниками для образования ПАУ и PCDD/F. Примерный состав исходного материала представлен ниже в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Примерный состав исходного материала для агломерационного завода

Материал	%(%)
Гематит	81,3
Магнитный железняк	2,7
Возврат	7,9
Абразивные окатыши	2,2
Пыль от доменной печи	0.3
Сталеплавильная пыль	0,6
Прокатная окалина	1,3
Известняк	9,4
Оливин	3,5
Коксовая мелочь	5

1 По отношению к сухой смеси

Хлористые соединения могут попасть в агломерационные установки через шлак коксовой плавки, а также через руду из-за природного содержания в ней хлора. Более того, возвратные материалы, такие как некоторые фильтрующие частицы, окалина и шлам из очистки сточных вод, добавляемые к материалам, подлежащим агломерации, также могут увеличить содержание хлора в используемых веществах. Это отражается на отходящих газах агломерационных установок, которые содержат неорганические газообразные хлористые соединения.

Альтернативный процесс – это таблетирование, для которого сжигание не требуется.

Ожидается, что к 2010 году будет введена в использование новая технология, называемая «конвертированная доменная печь» или «технология плавления-восстановления». Для такого процесса агломерация, таблетирование и введение кокса больше не потребуется (с. 7).

3.4 ВЫБРОСЫ

3.4.1 Выбрасываемые соединения

Известно, что из 8 стандартных газообразных соединений CORINAIR все, кроме аммиака, выбрасываются агломерационными предприятиями.

·  Выбросы SO2 в основном возникают из серы, содержащиейся в коксе, используемом в качестве топлива. Затем, фактические выбросы могут зависеть от основности (валентности) смеси. Если в смеси преобладает CaO, то выработка SO2 снижается вследствие увеличения валентности. Если в смеси преобладает MgO, то примерно 97% содержащейся в ней серы превращается в SO2. Основная доля суммарных выбросов SO2 образуется в горячей части агломерационной ленты (около конца), (с. 5).

·  Оксиды азота в основном выбрасываются в форме NO вследствие быстрого охлаждения топочных газов. Выбросы NOx возникают из азота, содержащегося в коксе (примерно 80%) и железной руде (примерно 20%), (с. 5).

·  В сырье содержатся тяжелые металлы (ТМ). Выбросы пыли обычно связаны с выбросами ТМ. При агломерации некоторые ТМ могут улетучиться или преобразоваться в летучие соединения (например, хлориды) и, таким образом, могут быть обнаружены в топливном газе. Это, в основном, касается Zn, Pb, и Cd. Мышьяк выбрасывается в газообразной форме, как As2O3, при проходе через сухие газоочистители, которые обычно эксплуатируются при температуре 120 °C. Поскольку такие летучие соединения формируют или адсорбируются до тонкодисперсных включений, которые удаляются в газоочистителях, они могут аккумулироваться во время обратного цикла агломерации. Более того, тонкодисперсные включения при проходе через фильтры могут иметь более высокое содержание таких металлов, чем пыль неочищенного газа или агломерационная смесь (с. 5).