Очистка газов от пыли

Как правило, первоначально очистку доменного  газа проводят в сухих пылеуловителях диаметром 5-8 м, в которых осаждаются частички пыли размером 50 мкм и более. В этих аппаратах улавливается 70-90 % пыли, содержащейся в доменном газе, благодаря воздействию сил гравитации и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180 градусов. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи винтового конвейера, смачиваемого водой. Остаточное содержание пыли в доменном газе после грубой очистки не превышает 3-10 г/м куб.

Для второй ступени очистки газа используют системы мокрой очистки. Обычно доменный газ из системы грубой сухой очистки поступает на полутонкую очистку газа, в которой выделяются частички размером 20 мкм и более и газ очищается до остаточного содержания пыли на выходе 0.6-1.6 г/м куб. Полутонкую очистку осуществляют в аппаратах мокрого типа - форсуночных полых скрубберах и трубах Вентури. Газы в доменных скрубберах имеют скорость 1-2 м/с при удельном расходе воды, состовляющем 3-6 кг/м куб. газа. Проходящий через скруббер доменный газ охлаждается с 250-300 до 40-50 градусов цельсия и полностью насыщается влагой. Степень очистки газа от пыли в скруббере не превышает 60-70 %.

После скруббера газ в большинстве  случаев поступает в две- четыре низконапорные трубы Вентури, скорость газов в горловине которых  равна 50-80 м/с при удельном расходе  воды 0.2 кг/м куб. Здесь завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую  очистку доменного газа, содержащего  до 10 мг/м куб. пыли,осуществляют в  аппаратах 1 класса. В связи с широким  внедрением на заводах черной металлургии  газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию давления доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), для тонкой очистки газа обычно применяют аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр.

Таким образом, в зависимости от наличия или отсутствия ГУБТ, на отечественных заводах обычно применяют две схемы очистки доменного газа

• 1) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - дроссельная группа - каплеуловитель - чистый газ потребителю;
• 2) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - мокрый электрофильтр - чистый газ на получение электроэнергии в ГУБТ.

Выбор системы очистки доменного газа зависит от требуемой степени его чистоты и экономических показателей пылеочистки. При применении трубы Вентури расходуется около 600-800кг воды и 10.8-14.4 МДж электроэнергии на 1000 м куб. газа.

За трубой Вентури устанавливают каплеуловитель-сепаратор, которым может быть мокрый циклон, скруббер или канальный сепаратор.

В электрофильтрах  для промывки и охлаждения электродов расходуется 0.5-1.5 кг воды и 3.6-4.3 МДж  электроэнергии на 1000 м куб. газа.

Затраты на устройства для очистки от пыли и газов всех основных источников загрязнения атмосферы доменного цеха, т.е. газов, отводимых при загрузке кокса в бункеры6 транспортировании и сортировке руды и кокса перед загрузкой в печь, отводе доменного газа и воды из очистных сооружений и отстойников, составляет примерно 15-20 % суммы всех капиталовложений цеха, включая и все соответствующие вспомогательные службы.

Объем капиталовложений зависит от мощности предприятия и его технической  оснащенности. Некоторые устройства используют одновременно для нескольких пылегазоочистных агрегатов (газоходы, отстойники устройства для переработки шлама, вспомогательные агрегаты), благодаря чему объем капиталовложений снижается.

Эксплуатационные  затраты на очистные сооружения доменного  цеха зависят в основном от стоимости  электроэнергии, водоснабжения и обслуживания[53]. 
 
 

3.ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ШЛАМОВ

Пыли  металлургического производства обычно не требуют какой-либо предварительной  подготовки перед утилизацией. Шламы, прежде чем их использовать (например в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке).

Сгущение - процесс повышения концентрации твердой фазы в сгущаемом продукте (шлам,пульпа), протекающий под действием  гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последнийв оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом продукте составляет 30-60%, то использовать такой обводненный материал в качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8-10%.

При фильтровании шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку (обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают шламы, частицы которых имеют размер<1 мм, так как обезвоживать такие дисперсные системы другими методами нецелесообразно из-за малой скорости удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого осадка.

Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из которых следущие: содержание твердого в шламе, крупность твердой  фазы, разность давлений по обе стороны  фильтрующей перегородки и др. [53]. 
 

4. Физико-химические свойства оксида железа III 

   Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, не растворяется в

воде. Самое устойчивое природное кислородсодержащее соединение железа, которое встречается в виде минералов гематита или красного железняка.. Мало растворим в воде. Растворимость в кислотах зависит от температуры и продолжительности прокаливания оксида перед растворением. Получают прокаливанием гидроксида или нитрата железа (III), карбоната, сульфата железа (II) или пирита на воздухе. Применяется как пигмент для изготовления красок под названием железный сурик, охра, мумия. 
 

 Оксид железа (III) получают:

    А)  разложением гидроксида железа (III):

                           2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O 

    Б)  окислением пирита (FeS2): 

                  4Fe+2S2-1 + 11O20 = 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2. 

Fe+2 – 1e ( Fe+3

2S-1 – 10e ( 2S+4 

O20 + 4e ( 2O-2  11e 

    Оксид  железа (III) проявляет амфотерные свойства:

    А)  взаимодействует с твердыми щелочами  NaOH и KOH и с карбонатами

натрия и калия  при высокой температуре:

                       Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,

                        Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O,

                       Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

                                       Феррит натрия

Самое устойчивое природное кислородсодержащее соединение железа, которое встречается в виде минералов гематита или красного железняка.. Мало растворим в воде. Растворимость в кислотах зависит от температуры и продолжительности прокаливания оксида перед растворением. Получают прокаливанием гидроксида или нитрата железа (III), карбоната, сульфата железа (II) или пирита на воздухе. Применяется как пигмент для изготовления красок под названием железный сурик, охра, мумия. 
 
 

5. Токсикологическое действие оксида железа        

 Интенсификация  промышленности приводит к очень  сильному загрязнению окружающей среды. Ежегодный ущерб только от загрязнения воздуха в США оценивается в 16 млн. долларов. Промышленными предприятиями в атмосферу планеты ежегодно выбрасывается около миллиарда тонн пылевых частиц (сажи) и газов, то есть примерно по 0,25 тонн на каждого человека.

Многие технологические  процессы в строительстве и промышленности сопровождаются выделением пыли, отрицательно воздействующей на организм человека и, в основном, на его органы дыхания.

Для предупреждения профессионального заболевания (вызванного воздействием на работника вредных условий труда) необходимо, чтобы в воздухе рабочей зоны, цеха и т.д. содержание пыли было ниже предельно допустимых концентраций (ПДК).

Вредность воздействия  пыли на организм человека зависит, прежде всего, от её вещества, дисперсности, формы частиц, а также от растворимости и твердости пыли¬нок. Так, частицы крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях: носовой полости, носоглотке, и только частично достигают бронхов. Чем мельче пыль, тем она опасней. Однако утверждение, что все пылинки крупнее 10 мкм оседают в верхних дыхательных путях, не совсем правильное. Как показали наши исследования, при микроскопическом изучении легких шахтеров, погибших в результате аварий, были обнаружены пылинки до 50 - 70 мкм.

Наибольшую опасность  представляют частицы размером 0,2 – 5 мкм.

Более мелкие частицы (меньше 0,2 мкм) не представляют такой  опасности для органов дыхания, так как удаляются вместе с  выдыхаемым воздухом, почти не вступая  во взаимодействие с тканями легких.[49]

Легкие обладают очень важным свойством. Они все  время очищаются от пыли с помощью  фагоцитов (особый вид лейкоцитов). Но при высоком содержании пыли в  воздухе защитное действие организма  ослабевает. Пыль, накапливаясь в легких, воздействует на них, приводя к заболеванию – пневмокониозу.

Такое заболевание  характеризуется медленным превращением лёгочной ткани из эластичной, способной  существенно растягиваться и  увеличивать площадь воздухообмена  при вдохе, в ткань с образованием множества рубцов (фиброзов).

Существует много  разновидностей пневмокониоза. Наиболее распространенным и опасным пневмокониозом считается силикоз, являющийся результатом  попадания в легкие большого количества пыли, содержащей свободную двуокись кремния SiО2. От цементной пыли возникает цементоз, силикатной — cиликaтoз, стальной — сидероз, угольной — антракоз. Известны также заболевания: люминитоз, асбетоз, талькоз и др.

Пневмокониоз  обычно развивается медленно и может  проявить себя через несколько лет  после прекращения систематического пребывания в запыленной атмосфере.

Время развития и тяжесть заболевания зависят  от многих факторов (химико-минералогический состав пыли, уровень запыленности, дисперсность, заряженность частиц, время  пребывания в запыленной атмосфере  и др.).

Процесс заболевания силикозом сводится к следующему: пылевые частицы (преимущественно размером менее 5 мкм) проникают вместе с вдыхаемым воздухом в легочные альвеолы и задерживаются на их стенках. Участвуя в реакциях, SiО2 частично превращается в кремниевую кислоту H2Si03. Действие кремниевой кислоты понижает жизнеспособность фагоцитов, что снижает и защитные свойства, и ведет к накоплению пыли в легких и образованию фиброзных уплотнений. Это приводит к отвердению легких и снижению накопления кислорода в крови.

Часто силикоз сопровождается силико-туберкулезом. [49] 
 

Вредные соединения железа, источники их поступления  в окружающую среду, свойства, поражающее действие, ПДК, способы очистки. 

     В  воздух рабочей зоны на металлургических, металлообрабатывающих предприятиях поступает пыль, аэрозоли из частиц железа и его соединений. При воздействии на кожу возможны аллергические дерматиты, при вдыхании такого воздуха происходит раздражение дыхательных путей, разрушение легких, плевры, нарушения функции печени, желудочные заболевания. Поэтому установлено ПДК (Предельно Допустимая Концентрация) для железосодержащих частиц в воздухе рабочей зоны в зависимости от типа частиц от 2 до 4мг/м3.

При сгорании железного  порошка, при операциях, связанных  с работой электрической дуги, в окружающую атмосферу поступает дым оксида железа Fe2O3, который вызывает патологические изменения функции легких. ПДК для Fe2O3 в воздухе (в пересчете на Fe) - 0,04мг/м3.

Сульфаты и  хлориды железа являются наиболее токсичными вредными примесями. ПДК для сульфата (в пересчете на Fe) в атмосферном воздухе - 0,007 мг/м3, для хлорида - 0,004 мг/м3.

Аэрозоли (пыль, дым) железа и его оксидов, руд  и других соединений при длительном воздействии откладываются в  легких и вызывают специфическое  заболевание легких - сидероз. Различают, так называемый "красный сидероз", вызываемый оксидом железа (III) и "черный сидероз", возникающий от вдыхания пыли железа, его карбонатов и фосфатов.

У рабочих, обрабатывающих пириты, наблюдаются желудочные заболевания (гастриты, дуодениты).