Thread Content
I. Газ из доменной печи: газ подается с помощью высоконапорных вентиляторов; после нагрева в тепловых камерах он поступает в доменную печь. Этот нагретый воздух вместе с углем способствует процессу сгорания. В результате образуются углекислый газ и монооксид углерода. Углекислый газ взаимодействует с раскаленным углем, в результате чего образуется ещё больше монооксида углерода. При подъеме монооксида углерода происходит восстановление железа, содержащегося в руде, в результате чего получается чугун. Таков химический процесс производства чугуна. Чугун временно остается на дне печи и через определенные промежутки времени извлекается для непосредственной переработки в сталь или для литья слитков. В этот момент в газе, образующемся в доменной печи, также присутствует большое количество избыточного монооксида углерода. Эта смесь газов и является доменным газом. При производстве одной тонны железа получается 2100–2200 кубических метров газа из доменной печи. Этот газ, содержащий горючий монооксид углерода, является топливом с низкой теплотворной способностью; его можно использовать в металлургических предприятиях в качестве источника тепла для нагрева прокатных слитков, предварительного нагрева чанов с расплавленным сталью и т. д. Его также можно использовать в гражданских целях. Если к нему добавить газ из коксовых печей, то он получает название «смешанный газ», что повышает его теплотворную способность. Газ бесшовной печи является побочным продуктом процесса производства чугуна. Его основные компоненты – CO, CO2, N2, H2, CH4 и т. д. Среди них горючий компонент CO составляет примерно 25%; содержание H2 и CH4 очень мало. Доля CO2 и N2 составляет соответственно 15% и 55%. Теплотворная способность этого газа составляет около 3500 кДж/м3. Состав и теплотворная способность газа, образующегося в доменных печах, зависят от топлива, используемого в печах, вида производимой чугунной продукции и технологии ее производства. В современном производстве чугуна широко применяются технологии с большим объемом работы печей, высокой температурой воздуха, высокой интенсивностью процесса переработки и большим количеством вводимого угольного порошка. Использование этих современных технологий позволяет повысить производительность труда и снизить энергозатраты. Однако теплотворная способность газа, получаемого в таких условиях, снижается, что затрудняет его использование. CO2 и N2, содержащиеся в доменном газе, не участвуют в процессе сгорания и не способствуют его протеканию. Напротив, они поглощают большое количество тепла, выделяющегося при сгорании, в результате чего теоретическая температура сгорания доменного газа оказывается низкой. Температура воспламенения угольного газа из доменной печи не является высокой, поэтому, казалось бы, не должно быть препятствий для возникновения пламени. Однако на самом этапе сгорания, под влиянием различных факторов, температура смеси должна быть значительно выше температуры воспламенения, чтобы обеспечить стабильность процесса сгорания. Теоретическая температура сгорания газа, получаемого в доменных печах, низкая; кроме того, объем этого газа, участвующего в процессе сгорания, велик. Все это приводит к медленному повышению температуры смеси, к низкой температуре сгорания и к плохой стабильности процесса сгорания. Еще одним условием для происхождения процесса горения является возможность эффективных столкновений между молекулами газа, то есть столкновений между молекулами, обладающими достаточной энергией для протекания окислительно-восстановительных реакций. Наличие большого количества CO2 и N2 снижает вероятность эффективных столкновений между молекулами; в результате скорость горения снижается, а процесс горения становится нестабильным. В газе, образующемся при сжигании чугунных печей, присутствует большое количество CO2 и N2. В процессе сгорания эти газы практически не участвуют в химических реакциях; они переходят в дымовые газы, образующиеся в результате сгорания. Количество дымовых газов, образующихся при сжигании газа чугунных печей, значительно выше, чем при сжигании угля. ----------------------------------------------------- II. Газ конвертера. В процессе производства стали в конвертере углерод, содержащийся в чугуне, при высокой температуре вступает в реакцию с подаваемым кислородом, в результате чего образуется смесь газов, состоящая из монооксида углерода и небольшого количества диоксида углерода. Газ, получаемый в результате рекуперации при использовании конвертеров с верхним подачей кислорода, содержит 60–80% монооксида углерода, 15–20% диоксида углерода, а также азот, водород и незначительное количество кислорода. Объем газа, образующегося в конвертере в процессе плавки, не является постоянным, а его состав также меняется (см. рисунок). Обычно газ, полученный в результате многократной переработки в конвертерах, собирается в резервуаре для хранения, там смешивается, а затем поступает к потребителям. Когда газ из конвертера выходит через верхнюю часть устройства, его температура достигает 1450–1500°C; кроме того, в нем содержится большое количество пыли оксида железа. Перед использованием его необходимо охладить и очистить от пыли. Очистка бывает двух типов: влажного и сухого. ①Типичная схема системы влажной очистки выглядит следующим образом: после выхода газа из конвертера он проходит через кулер для охлаждения до температуры 800–1000°C. Затем газ проходит через первый Вентури-трубопровод, первый устройство для удаления влаги, второй Вентури-трубопровод и второе устройство для удаления влаги. В месте сужения Вентури-трубопровода в газ бросается вода для промывки; это позволяет снизить температуру газа до примерно 35°C, а также уменьшить содержание пыли в газе до примерно 100 миллиграммов на кубический метр. Затем с помощью вентилятора очищенный газ подается в резервуар для хранения газа. Влажный процесс широко распространен в мире; с каждой тонны стали можно получить 60–80 кубических метров газа. Средняя теплоемкость этого газа составляет примерно 2000–2200 килокалорий на кубический метр. ②В некоторых заводах в США, Федеративной Германии и других странах используются системы сухой электростатической очистки. Газ охлаждается в дымовых трубах до температуры 1000°C, затем с помощью эвапоративных охладителей его температура снижается до 200°C. После этого газ проходит через сухой электростатический фильтр для удаления пыли; концентрация пыли в чистом газе составляет менее 50 миллиграммов на кубический метр. Чистый газ затем подается в резервуар с помощью вентилятора. Стоимость внедрения сухой системы примерно на 12–15% выше, чем у влажной системы ； Однако не требуется строительство установок для обработки сточных вод; энергопотребление низкое. Необходимо же принять соответствующие меры для предотвращения смешивания газа с воздухом с целью образования взрывоопасной смеси. Газ из конвертера — это газообразное топливо средней теплотворной способности, используемое на металлургических предприятиях. Может использоваться в качестве топлива для промышленных печей отдельно, а также в сочетании с коксовым газом, газом из доменных печей и газом, получаемым на генераторах, для получения смесевого газа с различной теплотворной способностью. Газ из конвертера содержит большое количество монооксида углерода, обладает высокой токсичностью; поэтому в процессе хранения, транспортировки и использования необходимо строго предотвращать его утечку. --------------------------------------------------- III. Газ коксовых печей. Газ коксовых печей – это горючий газ, который образуется в процессе высокотемпературной дегидратации угля, используемого для производства кокса, в коксовых печах. При этом получаются кокс и тара; газ является побочным продуктом производства кокса. В основном используется в качестве топлива и сырья для химической промышленности. При производстве одной тонны кокса получается 300–320 кубических метров коксового газа. Газ коксовых печей в основном состоит из водорода и метана, которые составляют соответственно 56% и 27%; кроме того, в нем присутствует небольшое количество угарного газа, углекислого газа, азота, кислорода и других углеводородов ； Его низкая теплота сгорания составляет 18250 кДж/Нм³, плотность — 0,4–0,5 кг/Нм³, а скорость движения — 25×10^(-6) м²/с. Согласно схемам работы самого коксового завода и системы охлаждения, газ, выходящий из коксовой печи, ещё до того, как попадает дальше, в значительной степени конденсируется в жидкость. В то же время угольная пыль и коксовый порошок, находящиеся в газе, также улавливаются. Растворимые в воде компоненты газа растворяются в аммиаке. Деготь, аммиак, а также пыль и остатки дегтя поступают в механизированное устройство для разделения дегтя и аммиака. После разделения аммиаковая вода используется повторно, деготь направляется на централизованную переработку, а остатки дегтя могут быть добавлены обратно в уголь для производства коксующегося газа. Газ проходит через первичный охладитель, где он охлаждается либо непосредственно, либо косвенно до нормальной температуры; при этом влага и деготь, оставшиеся в газе, удаляются дополнительно. Газ, вышедший из первого охлаждающего устройства, проходит через устройство для механического удаления камфоры; это позволяет избавиться от тумана камфоры, находящегося в газе, с помощью механических методов. Затем газ поступает в вентилятор, где его давление повышается до примерно 19600 паскалей (2000 мм водного столба). Чтобы не повлиять на последующую обработку газа, такую как окрашивание сульфатами аммония или старение растворов для десульфуризации, газ проходит через электрофильтры для удаления остатков тарового тумана. Для предотвращения кристаллизации нафталена из газа при низких температурах перед поступлением газа в башню для десульфуризации устанавливаются башни для очистки от нафталена, предназначенные для абсорбции нафталена с помощью масла. В дымоочистительной башне с помощью агента для десульфуризации поглощается сероводород, содержащийся в газе; одновременно с этим поглощается и цианид водорода, присутствующий в газе. Аммиак, содержащийся в газе, поглощается водой или водным раствором в аммиачной колонне, в результате чего образуется жидкий аммиак или сульфат аммония. При прохождении газа через аммиачную колонну температура газа повышается, поскольку реакция поглощения аммиака серной кислотой является экзотермической. Чтобы не нарушить процесс извлечения сырого бензола, газ после охлаждения в окончательном охладителе поступает в колонну для промывки. В этой колонне промывочное масло поглощает содержащиеся в газе низкокипящие углеводороды — бензол, толуол, ксилол и циклопентадиен, а также вещества с высокой температурой кипения, такие как стирол и нафталингумарон. Одновременно с этим удаляются и органические соединения серы. 1 Основы безопасности при использовании газа 1.1 Свойства газа 1.1.1 Состав газа Под газом, как это обычно понимается, имеется в виду искусственный газ, состоящий из различных газовых компонентов; это горючая смесь газов. В зависимости от сырья для получения газа и методов его производства и рекуперации, состав и процентное соотношение компонентов в различных видах газа также различаются. Наиболее распространенными являются коксовый газ, газ газогенератора, газ непрерывно действующей вертикальной печи для коксования, доменный газ, конвертерный газ и т. д. Состав распространенных газов приведен в таблице 1-1. 1.1.2 Физико-химические свойства угольного газа (1) Газ, получаемый в коксовых печах, после очистки представляет собой бесцветный, имеющий специфический запах, токсичный, легковоспламеняющийся и взрывоопасный газ. Его плотность составляет 0,3623; энергия сгорания – 16800–18900 кДж/м³. Температура воспламенения – 550–650 °C; предел взрываемости – 4,5%–35,8%. Теоретическая температура сгорания составляет около 2150 °C. Содержание CO в газе коксовых печей выше, чем в газе доменных печей, но это также может привести к отравлениям. (2) Газ из доменной печи – это бесцветный, безвонный, токсичный горючий и взрывоопасный газ. Его плотность составляет 0,9–1,1, а теплоемкость – 3349–4187 кДж/м³. Теоретическая температура сгорания составляет около 1500°C, а температура возгорания – около 730°C. Предел взрываемости – 30,8%–89,5%. В составе газа присутствует около 70% N2 и CO2. Этот газ может вызвать у человека одышку (из-за низкого содержания кислорода) и удушье. (3) Газ конвертера. Состав газа конвертера в течение цикла плавки меняется в разные периоды и зависит от оборудования для его сбора и условий эксплуатации. Газ из конвертера — это бесцветный, беззапаховый, токсичный горючий и взрывоопасный газ с энергией сгорания 6800–10000 кДж/м³, температурой воспламенения 530 °C и пределом взрываемости 18,2%–83,2%. Теоретическая температура сгорания газа, получаемого в конвертере, выше, чем у газа, получаемого в доменной печи.