Очистка доменного газа и газоутилизационные турбины

В современных доменных печах на 1 т выплавляемого чугуна образуется 1250—1800 м³ газа, отводимого из печи через колошник.

Доменный или колошниковый газ используют как топливо воздухонагревателей доменных печей, коксовых печей, нагревательных колодцев и печей прокатных станов, котельных установок.

На выходе из печи доменный газ содержит от 10 до 40 г/м³ пыли, а перед подачей в горелочные устройства для предотвращения выхода их из строя (засорение и др.) содержание пыли в нем должно быть не более 5 мг/м³, в связи с чем требуется обязатель­ная его очистка.

Рис.1.   Схема системы отвода и очистки доменного газа

Для каждой доменной печи сооружают индивидуальную си­стему газоочистки; газ к газоочистным устройствам, располагае­мым на нулевой отметке, подают от колошника по наклонному газопроводу (на печи объемом 5000 м³ их два). Система газо­очистки обычно включает несколько последовательно установлен­ных газоочистных аппаратов. На современных отечественных пе­чах, работающих с повышенным давлением газов, применяют две различающиеся схемы газоочистки — с дроссельным устройством, предназначенным для понижения давления газов, и с газовой ути­лизационной бескомпрессорной турбиной.

Большая часть печей оборудована системой очистки газов с дроссельным устройством, показанной на рис. 1. От колошнико­вой части 1 печи газы по наклонному газопрободу поступают в сухой радиальный пылеуловитель 2 диаметром до 16 м, имеющий сужение вверху и внизу. Газ в него поступает сверху и изменяет направление движения на 180°, а крупные частицы пыли осаждаются в нижнем конусе пылеуловителя, откуда пыль периодиче­ски выпускают в железнодорожные вагоны.

Далее газ попадает в безнасадочный скруббер 3, где частицы пыли захватываются подаваемой через форсунки водой и осаж­даются в нижней части скруббера в виде шлама; газ здесь охлаж­дается до 35—40 °С. Затем газ проходит через нерегулируемые трубы Вентури 4, где частицы пыли поглощаются каплями воды, которые улавливаются в далее расположенном каплеуловителе. Окончательная очистка газа происходит в дроссельном устрой­стве 6. Последнее предназначено для снижения давления газа и одновременно обеспечивает его очистку, работая как газоочист­ной аппарат по тому же принципу, что и трубы Вентури. Далее газ проходит через водоотделитель 7 и через листовую задвижку 8 поступает в коллектор 9 (цеховую сеть). По газопроводу 5 газ отводят на колошник для уравновешивания давления в межко­нусном пространстве.

Вновь сооружаемые доменные печи, а также печи многих суще­ствующих цехов с целью экономии энергоресурсов в последние годы оборудуют газовыми утилизационными бескомпрессорными турбинами (ГУБТ), предназначенными для выработки электро­энергии за счет использования энергии повышенного давления доменного газа. В турбине, располагаемой после газоочистки, давление газа снижается, в связи с чем в системе очистки газа не используется дроссельное устройство. В настоящее время в со­четании с ГУБТ в большинстве случаев применяют следующую схему газоочистки: сухой пылеуловитель, полый скруббер, нере­гулируемые трубы Вентури с каплеуловителем; применяется так­же схема, в которой вместо труб Вентури используют мокрые электрофильтры. В обеих схемах сохраняется дроссельное устрой­ство, через которое газ пропускают в случае остановки ГУБТ, что обеспечивает работу доменной печи на повышенном давлении.

Обе эти схемы газоочистки, как показал опыт, недостаточно приспособлены для эффективной работы с ГУБТ. Нерегулируемые трубы Вентури без дроссельного устройства не обеспечивают ста­бильной очистки газа, особенно при периодических переводах печи на работу с пониженным давлением; мокрые электрофильтры так­же не работают устойчиво. В связи с этим наблюдаются заносы турбины пылью и требуются периодические ее остановки. Кроме того, при обеих схемах очистки доменный газ охлаждается до 35—40 °С, а затем для обеспечения нормальной работы турбины его приходится нагревать до 120—140 °С.

С учетом этого опыта в дальнейшем Гипромез рекомендует сле­дующие схемы очистки доменного газа при работе с ГУБТ: сухой пылеуловитель, малогабаритный скруббер, регулируемые трубы Вентури, каплеуловитель; сухой пылеуловитель, испарительный скруббер, сухие электрофильтры. При очистке по первой из этих схем газ будет охлаждаться до 55 °С, по второй — до 100—120°С;  вторая схема может быть реализована после промышленного опробования сухих электрофильтров.

Газотурбинная расширительная станция. ГУБТ, использующая энергию повышенного давления доменного газа, служит приводом электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию. Для раз­мещения ГУБТ и электрогенератора вблизи от газоочистки соору­жают газотурбинную расширительную станцию (ГТРС); в ней располагают также подогреватель смешивающего типа, который обеспечивает нагрев газа перед турбиной до 120—140 °С за счет сжкгания части (до 5—6%) подаваемого в нее газа.

Применяемые в настоящее время турбины ГУБТ-8 и ГУБТ-12 имеют соответственно мощность около 8 и 12 МВт и пропускную способность в 260 000 и 360 000 м³ газа в час. Турбину выбирают с учетом того, что она должна обеспечить пропускание всего газа, отводимого от доменной печи.

В существующих ГТРС обычно предусматривали установку одной турбины на каждую доменную печь (для печи объемом 5000 м³ предусмотрена установка двух параллельно работающих турбин ГУБТ-12). В последующем с целью повышения технико­экономических показателей и экономии территории Гипромезом рекомендуется сооружение ГТРС с установкой, как правило, одной мощной турбины на две-три доменных печи. Соответственно наме­чено создание более мощных ГУБТ, чем существующие (в част­ности, турбины, которая одна обеспечивала бы пропуск газа от лечи объемом 5000 м³ до 740 000 м³/ч).