Чистый воздух для электродного производства: как каталитическое окисление побеждает угарный газ, бензпирен, смолы
Рассмотрено двухступенчатое решение по очистке отходящих газов от бензпирена, монооксида углерода, смол электродного производства
Производство электродов для металлургии — сложный высокотемпературный процесс. Однако его побочным эффектом становится образование большого количества отходящих газов, насыщенных токсичными компонентами. Печи обжига электродного завода, перерабатывающие антрацит, графит и пек, выбрасывают монооксид углерода (СО), бенз(а)пирен - один из самых опасных канцерогенов -, смолистые вещества и пыль.
Традиционные методы очистки, например, электрофильтры не справляются с тонкодисперсными смолами и газообразными токсикантами. Современное решение — это двухступенчатый комплекс, сочетающий на первой стадии полусухую сорбционную очистку, а на второй - каталитическое окисление. Комплекс предназначен для очистки отходящих газов до 200000 нм3/ч цеха обжига электродов: от ряда печей, сгруппированных по организации выбросов в дымовые трубы.
Ниже разберем, из чего состоит это технологическое решение и почему оно эффективно.
Традиционные методы очистки, например, электрофильтры не справляются с тонкодисперсными смолами и газообразными токсикантами. Современное решение — это двухступенчатый комплекс, сочетающий на первой стадии полусухую сорбционную очистку, а на второй - каталитическое окисление. Комплекс предназначен для очистки отходящих газов до 200000 нм3/ч цеха обжига электродов: от ряда печей, сгруппированных по организации выбросов в дымовые трубы.
Ниже разберем, из чего состоит это технологическое решение и почему оно эффективно.
Какое сырье формирует «опасный профиль» газов в электродном производстве?
Чтобы понять состав выбросов, нужно посмотреть на шихту (смесь для производства электродов), которая состоит из:
- Твердых компонентов: прокаленный антрацит, нефтяной и игольчатый кокс, технический графит.
- Связующих: каменноугольный пек (среднетемпературный СТП и высокотемпературный ВТП).
- Добавок: стеариновая кислота (пластификатор) и оксид железа.
Типовой состав отходящих газов электродного производства
Вещество | Текущее значение (дымовая труба) | Требование по очистке |
Монооксид углерода СО, мг/нм3 | 500-1000 | <100 |
Диоксид серы SO2, мг/нм3 | 10-30 | - |
PM2,5 – взвешенные частицы диаметром менее 2,5 мкм (смолистые вещества), мг/нм3 | 150-250 20-40* | <10 |
Бензпирен, мг/нм3 | 0,03 | <0,003 |
Метан CH4, мг/нм3 | 20-40 | - |
Оксид азота NO, мг/нм3 | 5-15 | - |
Диоксид азота NO2 | - | - |
Пыль неорганическая*, мг/нм3 | 5 | - |
Описание решения по каталитической очистке отходящих газов электродного производства
Двухстадийный технологический комплекс установок предназначен для комплексной очистки отходящих газов печей обжига электродов от пыли, сернистого ангидрида (SO2), бенз(а)пирена, монооксида углерода и других летучих органических соединений.
Очистка отходящих газов двухступенчатая:
Таким образом решается вопрос исходных реагентов и их утилизация.
Нейтрализация вредных химических соединений будет производиться применением низкотемпературной беспламенной технологией каталитического окисления горючих соединений.
Основными преимуществами данной технологии являются:
Очистка отходящих газов двухступенчатая:
- предварительная очистка от пыли и смолистых возгонов – сухая сорбционная
- окисление химических соединений в каталитическом реакторе
Таким образом решается вопрос исходных реагентов и их утилизация.
Нейтрализация вредных химических соединений будет производиться применением низкотемпературной беспламенной технологией каталитического окисления горючих соединений.
Основными преимуществами данной технологии являются:
- Существенная экономия топлива, операционных и капитальных расходов в сравнении с термодожиганием.
- Энергоэффективность за счет снижения температуры процесса до 200-400 °С. Возможность рекуперации энергии.
- Безопасность (беспламенная технология окисления на 99,9%).
- Компактность, легкость монтажа и простота в эксплуатации.
- Стабильность работы установки и высоким сроком службы катализаторов до 10 лет.
- Отсутствие образования вторичных загрязнителей — CO, NOx.
Стадия очистки №1: способ полусухой сорбции
Технология сорбционной полусухой очистки обладает рядом преимуществ:
В состав установки, смонтированной на одной опорной эстакаде, входят:
- В отличие от газоочистных установок мокрого типа, применяемых в настоящее время, данная технология относится к «сухим», то есть в ней полностью исключены проблемы, связанные с образованием шламов, стоков и устойчивой работы установки в зимний период.
- В качестве сорбента предлагается использовать электрокальцинированный антрацит.
- Оборудование газоочистной установки компактно, требует минимальных навыков от обслуживающего персонала.
- Производство оборудования в РФ.
- Установка работает полностью в автоматическом режиме.
- Газоочистная установка поставляется в виде укрупненных сборок и монтируется на открытой площадке.
В состав установки, смонтированной на одной опорной эстакаде, входят:
- подводящий газоход «грязного» газа от врезки в сборный коллектор грязных газов
- сорбционный реактор с системой подачи свежего сорбента
- рукавный фильтр
- оборудование для транспортировки, рециркуляции и выгрузки уловленного отработанного сорбента
- отводной газоход «чистого» газа
- тяго-дутьевое оборудование
Основные технические показатели
установки полусухой пылеочистки на 200000 нм3/ч
установки полусухой пылеочистки на 200000 нм3/ч
№ п/п | Наименование параметра | Ед. измер. | Значение |
1. | Расход очищаемого газа | м3/час | 200 000 |
2. | Расход сорбента | кг/ч | 50 |
2*. | Номинальное количество сорбента в системе | кг | 10 000 |
3. | Номинальное гидравлическое сопротивление вихревого реактора | Па | 5 000 |
4. | Номинальное гидравлическое сопротивление фильтра | Па | 2 000 |
5. | Коэффициент рециркуляции |
| 50 |
6. | Выход отработанного сорбента | т/ч | 4,6 |
7. | Расход сжатого воздуха | Нм3/мин | 20 |
8. | Установленная электрическая мощность, в том числе: - вентилятор - фильтр - шлюзовые питатели - шнековые транспортеры - АСУ | кВт | 860
800 28 6 24 2 |
9. | Режим работы |
| Непрерывный, круглосуточный |
Описание компонентов установки пылеочистки отходящих газов
Конструкция рукавных фильтров
Область применения фильтров типа – фильтрация сухих и полусухих пылегазовых сред больших расходов - от 25 000 до 2 000 000 м3/час и более.
Отличительные особенности фильтров:
Для предотвращения слеживания накопившейся пыли подрукавные бункеры укомплектованы виброустановкой.
Над фильтром необходимо минимум 4 метра для демонтажа рукавов.
В комплект поставки аспирационного оборудования входит фильтр рукавный секционный с импульсной системой регенерации и системой управления.
Область применения фильтров типа – фильтрация сухих и полусухих пылегазовых сред больших расходов - от 25 000 до 2 000 000 м3/час и более.
Отличительные особенности фильтров:
- Работа с высоким начальным запылением и низким остаточным пылесодержанием, не превышающим 10 мг/м3.
- Компактность фильтра.
- Отличительной особенностью является способ подвода газа на фильтрорукава - загрязненный газ подается в верхнюю часть «грязной» камеры фильтра, позволяя достичь равномерной загрузки фильтра и увеличить срок службы рукавов ближайших к входу газа в фильтр.
- Совершенная импульсная система регенерации фильтрорукавов, собранная из некорродирующих комплектующих, позволяющая долговременную необслуживаемую эксплуатацию.
- Для удобства обслуживания фильтроэлементы сгруппированы по секциям. Каждая секция оборудована своим отсечным клапаном, отсекающим ее во время регенерации.
- Фильтры комплектуются рукавными фильтроэлементами длиной 4,4 м. Монтаж и демонтаж фильтроэлементов осуществляется по одному, через люки чистых камер фильтра.
Для предотвращения слеживания накопившейся пыли подрукавные бункеры укомплектованы виброустановкой.
Над фильтром необходимо минимум 4 метра для демонтажа рукавов.
В комплект поставки аспирационного оборудования входит фильтр рукавный секционный с импульсной системой регенерации и системой управления.
Общий вид конструкции рукавного фильтра
Общий вид рукавного фильтра на производительность 100000 нм3/ч
Общий вид вихревого сорбционного реактора очистки от пыли
Корпус фильтра.
Состоит из «грязной» и «чистой» камер. Очищаемый газ проходит через «грязную» камеру внутри которой располагаются фильтроэлементы, на которых проходит процесс фильтрации, и уже очищенный от пыли проходя через «чистую» камеру сбрасывается через выходной фланец на газоход. Корпус фильтра теплоизолируется и имеет антикоррозийное покрытие.Для замены фильтрорукавов предлагается электрическая кран-балка.
Сетки каркасные.
Совместно с фильтрорукавом и конфузором (прижимным фланцем) образуют фильтроэлементы.
Каркасная сетка и конфузор - сварные, окрашены.
Состоит из «грязной» и «чистой» камер. Очищаемый газ проходит через «грязную» камеру внутри которой располагаются фильтроэлементы, на которых проходит процесс фильтрации, и уже очищенный от пыли проходя через «чистую» камеру сбрасывается через выходной фланец на газоход. Корпус фильтра теплоизолируется и имеет антикоррозийное покрытие.Для замены фильтрорукавов предлагается электрическая кран-балка.
Сетки каркасные.
Совместно с фильтрорукавом и конфузором (прижимным фланцем) образуют фильтроэлементы.
Каркасная сетка и конфузор - сварные, окрашены.
Установка фильтроэлемента в матрицу чистой камеры фильтра
Фильтрорукава – базовый элемент фильтрации, прямоугольной формы 350х4400мм как правило, изготовленные из полиэстера
Фильтроэлемент прямоугольной формы имеет следующие преимущества:
Бункера подрукавные и выгрузка пыли.
Бункер подрукавный с встроенным шнеком, угол наклона стенок бункера не более 60°. На бункере установлены два датчика уровня пыли: верхний и нижний. Разгрузка бункера осуществляется встроенным шнеком совместно со шлюзовым затвором, обеспечивающими необходимую герметичность фильтра при пылевыгрузке. Мотор-редуктор шнека выполнен по конструкции с вынесенным подшипниковым узлом, что обеспечивает длительную безаварийную работу. Мощность мотор-редуктора шнека 4 кВт.
Пылесборные винтовые конвейеры.
Предназначены для сбора и транспортирования сорбента из подрукавных бункеров в вихревой реактор, и буферный бункер отработанного сорбента. Исполнение: в трубе. Установленная мощность 15 кВт.
Измерительное оборудование (КИП)
Перечень поставляемых датчиков и измерительных средств:
1. Датчик дифференциального давления на фильтре. (вход/выход);
2. Датчики уровня пыли в бункерах (верхний, нижний).
3. Датчик температуры на входе в фильтр.
Фильтроэлемент прямоугольной формы имеет следующие преимущества:
- высокая компактность;
- повышенная степень регенерации, – связано с тем, что у плоского рукава меньше внутренний объем, что увеличивает инжекцию.
Параметр | Значение |
Толщина, мм | 1,7 |
Толщина волокна, тэкс | 20…50 |
Максимальная рабочая темп., °С | 140 |
Максимальная кратковрем. (до 5 мин темп., °С) | 150 |
Воздухопрониц, дм3/дм2 мин | 220 |
Прочность daN, вдоль | 130 |
Прочность daN, поперек | 140 |
Удлинение при разрыве, %, вдоль | 35 |
Удлинение при разрыве, %, поперек | 25 |
Относительная химстойкость | Хорошая |
Эффективность улавливания частиц, не менее 2 мкм. | 99,8% |
Бункер подрукавный с встроенным шнеком, угол наклона стенок бункера не более 60°. На бункере установлены два датчика уровня пыли: верхний и нижний. Разгрузка бункера осуществляется встроенным шнеком совместно со шлюзовым затвором, обеспечивающими необходимую герметичность фильтра при пылевыгрузке. Мотор-редуктор шнека выполнен по конструкции с вынесенным подшипниковым узлом, что обеспечивает длительную безаварийную работу. Мощность мотор-редуктора шнека 4 кВт.
Пылесборные винтовые конвейеры.
Предназначены для сбора и транспортирования сорбента из подрукавных бункеров в вихревой реактор, и буферный бункер отработанного сорбента. Исполнение: в трубе. Установленная мощность 15 кВт.
Измерительное оборудование (КИП)
Перечень поставляемых датчиков и измерительных средств:
1. Датчик дифференциального давления на фильтре. (вход/выход);
2. Датчики уровня пыли в бункерах (верхний, нижний).
3. Датчик температуры на входе в фильтр.
Шлюзовой ротационный затвор имеет следующие параметры:
Пылевая задвижка
Все бункера комплектуются ручной пылевой задвижкой с ручным приводом, которая позволяет проводить ремонт пылевыгружных устройств без остановки фильтра.
- число оборотов ротора 24 об/мин
- потребляемая мощность 1,1 кВт, 380В, 50 Гц
Пылевая задвижка
Все бункера комплектуются ручной пылевой задвижкой с ручным приводом, которая позволяет проводить ремонт пылевыгружных устройств без остановки фильтра.
Шлюзовой ротационный затвор
Виброустановка - используются для обеспечения безаварийного пылеудаления. Режим работы -3…10 секунд один раз в час либо непосредственно перед выгрузкой пыли. Управление может быть как ручным (при нажатии на кнопку), так и интегрированным в АСУ.
Вибратор имеет следующие параметры:
- мощность потребляемая – 1 кВт;
- напряжение – 380 В;
- частота питающего тока и частота вынуждающего усилия – 50 Гц
Пылесборные винтовые конвейеры.
Предназначены для сбора и транспортирования сорбента из подрукавных бункеров в вихревой реактор, и буферный бункер отработанного сорбента. Исполнение: в трубе. Установленная мощность 15 кВт.
Вибратор имеет следующие параметры:
- мощность потребляемая – 1 кВт;
- напряжение – 380 В;
- частота питающего тока и частота вынуждающего усилия – 50 Гц
Пылесборные винтовые конвейеры.
Предназначены для сбора и транспортирования сорбента из подрукавных бункеров в вихревой реактор, и буферный бункер отработанного сорбента. Исполнение: в трубе. Установленная мощность 15 кВт.
Общий вид виброустановки
Автоматическая импульсная система регенерации.
Блок импульсных клапанов
Система обеспечивает своевременную очистку рукавов от пыли и поддерживает номинальную газопроницаемость фильтроэлементов.
При недостаточной эффективности работы системы регенерации увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра и падает расход очищаемого газа. В тоже время, при чрезмерном увеличении степени очистки рукавов в процессе фильтрации от осевшей пыли наблюдается повышенный проскок пыли через фильтрополотно, так как внешняя сторона рукава слишком "оголяется": с нее убирается фильтрующий слой.
Поэтому система регенерации содержит элементы, обеспечивающие настройку ее эффективности в различных эксплуатационных условиях.
Система регенерации для всех типов фильтров располагается в отдельной кабине (или шкафе).
Работает система в следующем порядке:
При фильтрации газов на поверхности рукавов нарастает слой пыли, увеличивающий гидравлическое сопротивление фильтра, т.е. перепад давления между чистой камерой и рукавной полостью (этот перепад давления задействован в системе регенерации как управляющий фактор). Дифманометр постоянно измеряет перепад давления; при достижении установленного значения (по заданному положению уставки на циферблате) выдается сигнал на контроллер, последний в соответствии со своей программой запускает работу импульсных клапанов. При срабатывании импульсного клапана сжатый воздух из данного клапанного блока через импульсную трубу с патрубком выбрасывается в сопла Вентури и, далее, внутрь рукавов. Наличие импульсных патрубков и сопел Вентури повышает эффективность воздействия импульса сжатого воздуха и обеспечивает улучшенную очистку фильтроэлементов от пыли.
Блок импульсных клапанов
Система обеспечивает своевременную очистку рукавов от пыли и поддерживает номинальную газопроницаемость фильтроэлементов.
При недостаточной эффективности работы системы регенерации увеличивается гидравлическое сопротивление фильтра и падает расход очищаемого газа. В тоже время, при чрезмерном увеличении степени очистки рукавов в процессе фильтрации от осевшей пыли наблюдается повышенный проскок пыли через фильтрополотно, так как внешняя сторона рукава слишком "оголяется": с нее убирается фильтрующий слой.
Поэтому система регенерации содержит элементы, обеспечивающие настройку ее эффективности в различных эксплуатационных условиях.
Система регенерации для всех типов фильтров располагается в отдельной кабине (или шкафе).
Работает система в следующем порядке:
При фильтрации газов на поверхности рукавов нарастает слой пыли, увеличивающий гидравлическое сопротивление фильтра, т.е. перепад давления между чистой камерой и рукавной полостью (этот перепад давления задействован в системе регенерации как управляющий фактор). Дифманометр постоянно измеряет перепад давления; при достижении установленного значения (по заданному положению уставки на циферблате) выдается сигнал на контроллер, последний в соответствии со своей программой запускает работу импульсных клапанов. При срабатывании импульсного клапана сжатый воздух из данного клапанного блока через импульсную трубу с патрубком выбрасывается в сопла Вентури и, далее, внутрь рукавов. Наличие импульсных патрубков и сопел Вентури повышает эффективность воздействия импульса сжатого воздуха и обеспечивает улучшенную очистку фильтроэлементов от пыли.
Блок импульсных клапанов
Стадия очистки №2: способ каталитического окисления отходящих газов
Принцип работы каталитической установки основан на процессе низкотемпературного беспламенного каталитического окисления летучих (горючих) веществ в отходящем воздухе. Транспортировка очищаемого воздуха от пылегазоочистной установки и через каталитическую установку осуществляется дымососом. На газоходе подачи очищаемого воздуха на всасывание вентилятора установлена входная заслонка для автоматической регулировки разряжения на входе каталитической установки и отключения установки, а также переход на обводную линию (бай-пасс).
Принципиальная технологическая схема каталитической очистки отходящих газов
Установка состоит из клапана (8), через который технологический газ подается на установку. Данным клапаном можно отсекать подачу технологического газа на установку. Дымосос (1) который обеспечивает движение технологического газа по установке. Технологический газ проходит через теплообменник (2), где отходящими горячими газами после катализа нагревается до температуры 220..250 °С. Далее горячий газ после теплообменника нагревается топочными газами газовой горелки 3 до температуры 280 °С, которой достаточно для подачи газа в реактор. Для горения природного газа используют технологический газ подаваемый дымосос 5 в топку, так как он содержит высокое количество кислорода 21%. При розжиге установки, так как газ циркулирует по контуру для горения топлива применяют подачу атмосферно воздуха открывая клапан 6 и закрывая газоход подачи циркулируемого топочного газа. Это позволит исключить затухания пламени после сжигания кислорода в контуре циркуляции. Реактор с катализатором 4 представляет собой стальную коробку в которой в два слоя установлен катализатор имеющий вид куба с размером стороны 150 мм. Регулирование температуры газа перед реактором производят горелочным устройством регулируя подачу природного газа.
В процессе основной работы байпасный клапан закрыт. Он используется только при запуске установки, когда по контуру через байпас циркулирует топочный горячий газ и нагревает всю установку включая теплообменник. При достижении на выходе из теплообменника температуры 195 °С можно закрывать байпасный клапан и подавать технологический газ на катализаторную очистку. Частотное регулирование двигателем дымососа позволяет снизить расход электроэнергии на 15-30% в сравнении с дроссельным регулированием установки.
В процессе основной работы байпасный клапан закрыт. Он используется только при запуске установки, когда по контуру через байпас циркулирует топочный горячий газ и нагревает всю установку включая теплообменник. При достижении на выходе из теплообменника температуры 195 °С можно закрывать байпасный клапан и подавать технологический газ на катализаторную очистку. Частотное регулирование двигателем дымососа позволяет снизить расход электроэнергии на 15-30% в сравнении с дроссельным регулированием установки.
Описание компонентов каталитической установки очистки отходящих газов
Главный регулирующий клапан Ду1400, представляет собой поворотный клапан с МЭО с выходом 4..20 мА позволяющим контролировать степень закрытия клапана.
Дымосос ДРГ-085-0175.10-2К с двигателем мощностью 500 кВт под частотное регулирование представляет собой дымосос с одним всасывающим устройством с возможностью регулирования производительности в широком диапазоне объема воздуха от 100 до 200 тыс. м3/ч с разрежением от 2000 до 5000 Па.
Теплообменник пластинчатый представляет собой перекрестно-противоточный теплообменник изготовленный из нержавеющей стали с площадью теплообмена 2000 м2. Он позволяет возвратить 70% тепла в отходящих газов и в несколько раз снизить потребность в топливе на нагрев газа перед реактором.
Топочное устройство – представляет собой футерованную огнеупором топку размером Ø2500х3000м в которую установлена газовая горелка мощностью 7500 кВт с широким пределом регулирования мощности от 10 до 100%. В данную топки вводится дутьевые газы для разбавления топочных газов до температуры 800 …1000 °С. Данные газы подмешиваются в главный газовый поток и поднимают общую температуру газа на 50..100 °С, что позволяет достичь требуемую температуру в 250 °С. Температура технологического газа перед реактором поддерживается в автоматическом режиме за счет регулирования мощности горелки. Сама территория установки топки оснащена датчиками наличия метана для исключения взрыва газа в случае утечке. Топочное устройство оснащено регулирующими и предохранительными запорными устройствами с системой автоматикой полностью исключающие врыв природного газа.
Каталитический реактор – представляет собой сварную коробку с перфорированными четырьмя перегородками на которые устанавливается два слоя кубического катализатора. Для исключения проскока газа через щели между катализатором устанавливается силиконовый высокотемпературный герметик. За счет двух слоев катализатора исключается недоокисления угарного газа за счет проскока. Слой катализатора увеличивает сопротивление и усредняет скорость потока газа через катализатор, который в среднем равен 4.4 м/с. В процессе окисления угарного газа выделяется тепло, которое поднимает температуру уходящего газа. Контроль разницы температуры на входе и выходе из реактора позволяет оценить работу катализатора, при снижении градиента температуры, говорит либо о снижении концентрации угарного газа либо о отравлении катализатора, когда резко падают его свойства. Так же осуществляется контроль перепада давления по слою катализатора
Котел-утилизатор (водогрейный или парогенератор), теплообменник пластинчатый представляет собой перекрестно-противоточный теплообменник изготовленный из нержавеющей стали, предназначен для нагрева воды или производства пара. Устанавливается для утилизации тепла отходящих газов после теплообменника подогрева поступающего газа на очистку и дымовой трубой. Комплектуется как дополнительное устройство за отдельную стоимость.
Дымосос ДРГ-085-0175.10-2К с двигателем мощностью 500 кВт под частотное регулирование представляет собой дымосос с одним всасывающим устройством с возможностью регулирования производительности в широком диапазоне объема воздуха от 100 до 200 тыс. м3/ч с разрежением от 2000 до 5000 Па.
Теплообменник пластинчатый представляет собой перекрестно-противоточный теплообменник изготовленный из нержавеющей стали с площадью теплообмена 2000 м2. Он позволяет возвратить 70% тепла в отходящих газов и в несколько раз снизить потребность в топливе на нагрев газа перед реактором.
Топочное устройство – представляет собой футерованную огнеупором топку размером Ø2500х3000м в которую установлена газовая горелка мощностью 7500 кВт с широким пределом регулирования мощности от 10 до 100%. В данную топки вводится дутьевые газы для разбавления топочных газов до температуры 800 …1000 °С. Данные газы подмешиваются в главный газовый поток и поднимают общую температуру газа на 50..100 °С, что позволяет достичь требуемую температуру в 250 °С. Температура технологического газа перед реактором поддерживается в автоматическом режиме за счет регулирования мощности горелки. Сама территория установки топки оснащена датчиками наличия метана для исключения взрыва газа в случае утечке. Топочное устройство оснащено регулирующими и предохранительными запорными устройствами с системой автоматикой полностью исключающие врыв природного газа.
Каталитический реактор – представляет собой сварную коробку с перфорированными четырьмя перегородками на которые устанавливается два слоя кубического катализатора. Для исключения проскока газа через щели между катализатором устанавливается силиконовый высокотемпературный герметик. За счет двух слоев катализатора исключается недоокисления угарного газа за счет проскока. Слой катализатора увеличивает сопротивление и усредняет скорость потока газа через катализатор, который в среднем равен 4.4 м/с. В процессе окисления угарного газа выделяется тепло, которое поднимает температуру уходящего газа. Контроль разницы температуры на входе и выходе из реактора позволяет оценить работу катализатора, при снижении градиента температуры, говорит либо о снижении концентрации угарного газа либо о отравлении катализатора, когда резко падают его свойства. Так же осуществляется контроль перепада давления по слою катализатора
Котел-утилизатор (водогрейный или парогенератор), теплообменник пластинчатый представляет собой перекрестно-противоточный теплообменник изготовленный из нержавеющей стали, предназначен для нагрева воды или производства пара. Устанавливается для утилизации тепла отходящих газов после теплообменника подогрева поступающего газа на очистку и дымовой трубой. Комплектуется как дополнительное устройство за отдельную стоимость.
Описание сотового катализатора для очистки отходящих газов электродного производства
В реакторе каталитической установки используется сотовый катализатор марки ТП-01 производства ООО НПФ ТОПСЕ. В качестве активного компонента используется платина, распределенная на носителе. В качестве носителя используются материалы на основе кордиерита и оксида алюминия.
Катализатор служит для увеличения скорости реакции полного сгорания горючих веществ беспламенным способом при температурах 200-250 °С. Катализатор обеспечивает степень конверсии СО более 95%.
В данных технологических комплексах предполагается применение катализатора имеющего следующие характеристики:
Применение сотового катализатора имеет следующие преимущества:
Во-первых, это исключительная пылестойкость, которая на порядки выше, чем у насыпных аналогов.
Во-вторых, конструкция с прямыми каналами обеспечивает крайне низкий перепад давления в реакторе. Это позволяет уменьшать диаметр аппаратов и часто исключать из технологической схемы энергозатратные газодувки.
В-третьих, монолитный блок не подвержен механическому истиранию, что полностью устраняет проблему образования катализаторной пыли, засоряющей оборудование и снижающей эффективность процесса.
Важным эксплуатационным преимуществом является удобство обращения: блоки легко транспортировать, устанавливать в реактор и выгружать по истечении срока службы, не прибегая к сложным процедурам. Типичный элемент имеет форму куба или прямоугольного параллелепипеда с длиной ребра 15 см.
Катализатор служит для увеличения скорости реакции полного сгорания горючих веществ беспламенным способом при температурах 200-250 °С. Катализатор обеспечивает степень конверсии СО более 95%.
В данных технологических комплексах предполагается применение катализатора имеющего следующие характеристики:
Тип | Прессованный монолитный сотовый катализатор |
Содержание платины | 1,95 г/л |
Химический состав, объемный процент: | Кордиерит 70…90 Al2O3 10…30 |
Физико-механические свойства: | |
Объем катализатора в элементе, л | 3,375 |
Вес элемента, кг | 2,1 |
Насыпная плотность, кг/л | 0,6…0,7 |
Коэф. Термического расширения, 1/К | ≤ 1.5·10-6 |
Удельная поверхность, m2/m3 | ≥ 2,000 |
Пористость, % | ~65-75 |
Максимальная рабочая температура, °C | 525 |
Размер элемента, ДхШхВ, мм | 150х150х150 |
Применение сотового катализатора имеет следующие преимущества:
Во-первых, это исключительная пылестойкость, которая на порядки выше, чем у насыпных аналогов.
Во-вторых, конструкция с прямыми каналами обеспечивает крайне низкий перепад давления в реакторе. Это позволяет уменьшать диаметр аппаратов и часто исключать из технологической схемы энергозатратные газодувки.
В-третьих, монолитный блок не подвержен механическому истиранию, что полностью устраняет проблему образования катализаторной пыли, засоряющей оборудование и снижающей эффективность процесса.
Важным эксплуатационным преимуществом является удобство обращения: блоки легко транспортировать, устанавливать в реактор и выгружать по истечении срока службы, не прибегая к сложным процедурам. Типичный элемент имеет форму куба или прямоугольного параллелепипеда с длиной ребра 15 см.
Общий вид сотового катализатора
Основные технические показатели
каталитической установки газоочистки на 200000 нм3/ч
каталитической установки газоочистки на 200000 нм3/ч
№ | Наименование параметра | Ед. изм. | Кол-во |
1 | Объем очищаемых газов | тыс. нм3/ч | 200 |
2 | Температура отходящих газов на входе в установку | оС | 250-350 |
3 | Температура отходящих газов после установки | оС | 280-380 |
4 | Содержание пыли в газе | мг/нм3 | До 10 |
5 | Содержание СО в газе | % об. | 0,7 |
6 | Содержание СО2 в газе | % об. | 1,07 |
7 | Содержание О2 в газе | % об. | до 21 |
8 | Содержание N2 в газе | % об. | 76,28 |
9 | Содержание SO2 в газе | % об. | 0.11 |
10 | Эффективность окисления угарного газа | % | До 99,9 |
11 | Минимальная температура начала окисления | оС | 250 |
12 | Максимальная температура окисления | оС | 500 |
13 | Максимальная мощность горелки | кВт | 7000 |
14 | Удельный расход природного газа на нагрев газа до минимальной температуры | нм3/нм3 | 0,002 |
15 | Тепловая эффективность теплообменника | % | 69 |
16 | Суммарная потребность в природном газе | нм3/ч | 700 |
17 | Суммарная потребность в электроэнергии | кВт*ч/ч | 530 |
18 | Суммарная потребность в сжатом воздухе | м3/ч | 500 |
19 | Режим работы установки |
| Непрерывный |
Общий вид двухстадийного решения газоочистки электродного завода на 200000 нм3/ч
Общий вид двухстадийного решения газоочистки электродного завода на 200000 нм3/ч
Пуск технологического комплекса
Пуск технологического комплекса должен осуществляться последовательным включением технологических установок от каталитической установки к сорбционной.
Пуск группы дымососов (вентиляторов) установки сорбции осуществляется последовательно системой группового плавного пуска.
Пуск сорбционной установки должен быть синхронизирован с пуском дымососов электрофильтров.
При выходе на нормальный режим эксплуатации каталитической установки производится подача очищаемого газа на установку сорбции и затем осуществляют пуск основного технологического агрегата.
Плановый останов технологического комплекса осуществляют в обратной последовательности пуску.
Пуск группы дымососов (вентиляторов) установки сорбции осуществляется последовательно системой группового плавного пуска.
Пуск сорбционной установки должен быть синхронизирован с пуском дымососов электрофильтров.
При выходе на нормальный режим эксплуатации каталитической установки производится подача очищаемого газа на установку сорбции и затем осуществляют пуск основного технологического агрегата.
Плановый останов технологического комплекса осуществляют в обратной последовательности пуску.
Работа технологического комплекса очистки отходящих газов электродного завода
Загрязненный газ поступает в сорбционный реактор, где происходит физическая поверхностная адсорбция аэрозоля и возгонов каменноугольного пека, содержащихся в газе при помощи сорбента – электрокальцинированного антрацита (ГОСТ 32464-2013). После реактора газовый поток направляется в рукавный фильтр, где происходит его очистка от пыли частиц сорбента.
Очищенный газ, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, подается на вход в блок каталитической очистки. Сорбент, уловленный фильтром в сухом состоянии, подается в систему рециркуляции. В смесительном бункере системы рецикуляции, к пыли отработанного сорбента добавляется в необходимом объеме порция свежего сорбента.
Сорбент подается в реактор в виде аэрозоля, где он снова контактирует с газообразными компонентами очищаемого газа.
Уловленная пыль с помощью ротационного шлюзового затвора выгружается в систему пылетранспорта. Отработанный сорбент выгружается из установки в отдельный выгружной бункер. Регенерация (очистка) фильтрорукавов рукавного фильтра происходит с помощью импульсной продувки сжатым воздухом. Расход сорбента, подаваемого в газоочистную установку, автоматически регулируется системой управления установки по данным о концентрации аэрозоля загрязнителя на выходе газоочистки.
Контроль концентрации смол проводится на базе сигнализатора концентраций смол в воздухе. В датчиках расположены электрохимические сенсоры, сигналы с которых преобразуются в цифровые значения, отображаемые на жидкокристаллических индикаторах. При превышении установленных порогов концентраций срабатывает сигнализация и происходит автоматический переход установки на другой режим подачи сорбента.
Необходимо отметить, что перед запуском установки происходит процесс первоначального накапливания сорбента в ней. Количество рециркулирующего в установке сорбента значительно больше необходимого на процесс сорбции, что позволяет увеличить поверхность контакта и сократить время реакции, тем самым уменьшив размеры реактора.
Применение рукавного фильтра на последней стадии очистки позволяет протекать процессу физической поверхностной сорбции в слоях пыли, уловленной рукавами, увеличивая КПД очистки установки.
Очищенный газ, под действием разряжения, создаваемого вентилятором, подается на вход в блок каталитической очистки. Сорбент, уловленный фильтром в сухом состоянии, подается в систему рециркуляции. В смесительном бункере системы рецикуляции, к пыли отработанного сорбента добавляется в необходимом объеме порция свежего сорбента.
Сорбент подается в реактор в виде аэрозоля, где он снова контактирует с газообразными компонентами очищаемого газа.
Уловленная пыль с помощью ротационного шлюзового затвора выгружается в систему пылетранспорта. Отработанный сорбент выгружается из установки в отдельный выгружной бункер. Регенерация (очистка) фильтрорукавов рукавного фильтра происходит с помощью импульсной продувки сжатым воздухом. Расход сорбента, подаваемого в газоочистную установку, автоматически регулируется системой управления установки по данным о концентрации аэрозоля загрязнителя на выходе газоочистки.
Контроль концентрации смол проводится на базе сигнализатора концентраций смол в воздухе. В датчиках расположены электрохимические сенсоры, сигналы с которых преобразуются в цифровые значения, отображаемые на жидкокристаллических индикаторах. При превышении установленных порогов концентраций срабатывает сигнализация и происходит автоматический переход установки на другой режим подачи сорбента.
Необходимо отметить, что перед запуском установки происходит процесс первоначального накапливания сорбента в ней. Количество рециркулирующего в установке сорбента значительно больше необходимого на процесс сорбции, что позволяет увеличить поверхность контакта и сократить время реакции, тем самым уменьшив размеры реактора.
Применение рукавного фильтра на последней стадии очистки позволяет протекать процессу физической поверхностной сорбции в слоях пыли, уловленной рукавами, увеличивая КПД очистки установки.
Режимы работы каталитической установки
Каталитическая установка может быть запущена из «состояния ожидания» или из «холодного состояния».
Если установка запускается из холодного состояния, то есть, когда температура в середине слоя катализатора, измеряемая термопарой, ниже уставки контроллера и/или температуры на выходе реактора, измеряемая также термопарой, то она предварительно разогревается при помощи атмосферного воздуха.
Объем подаваемого для холодного пуска воздуха составляет примерно 50% номинальной производительности установки.
Очищаемый воздух подается в установку только тогда, когда температуры достигнут рабочих значений. Время разогрева установки составляет приблизительно 4 часа. Подача осуществляется дымососом (вентилятором) посредством забора воздуха через открытый аварийный клапан подсоса.
Нормальная работа установки
Как только каталитическая установка разогрета, то при наличии сигнала о работе одного из дымососов, автоматически начинает открываться входная заслонка на входе в сорбционную установку и одновременно закрываться аварийный клапан подсоса для прекращения подачи атмосферного воздуха.
Начинается подача очищаемого воздуха, и заслонкой на входе в каталитическую установку осуществляется регулирование общей подачи. Напорные характеристики на входе установки определяется в процессе пуско-наладочных работ и могут быть изменены при необходимости.
АСУТП должна обеспечить регулирование температуры в реакторе вышеупомянутыми приемами.
Изменение концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе и расхода очищаемого воздуха
Во время работы каталитической установки могут изменяться несколько факторов, самыми важными из которых являются концентрация горючих веществ (СО для конкретного случая) в очищаемом воздухе и расход очищаемого воздуха.
В отношении влияния концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе уместно выделить два режима работы установки:
Неавтотермический режим работы
Регулирование температуры на входе в реактор для неавтотермического режима путем изменения мощности газовой горелки, работающей с теплообменником подогревателя.
Управление будет осуществляться контроллером по алгоритму, определяемому для конкретного технологического агрегата и обусловленных уставок, отрабатываемых в ходе проведения пуско – наладочных работ.
Если концентрация горючих веществ в очищаемом воздухе будет ниже минимальной концентрации, при которой возможна стабильная работа установки, то установка будет продолжать работать до тех пор, пока температура на входе в реактор не снизится до значения уставки блокировки, или температура в слое катализатора не упадет до значения уставки блокировки.
Автотермический режим работы
Поддержание требуемой температуры на входе в реактор осуществляется контуром регулирования контроллера АСУТП путем дополнительной подачей воздуха через воздуходувку отключенной горелки или подсосом воздуха через клапан.
При концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе, вызывающей подъем температуры на катализаторе, при котором температура в середине слоя катализатора достигнет уставки контура регулирования, то есть 500 °С, происходит активирование этого контура. Контур регулирует подачу атмосферного воздуха на разбавление очищаемого воздуха и препятствует подъему температуры в слое катализатора выше 500 °С.
Режим ожидания
В режиме ожидания установка готова к приему очищаемого воздуха тогда, когда температура на входе в реактор не ниже уставки перехода в автотермический режим, температура в середине слоя катализатора и на выходе реактора не ниже уставок.
Установка переходит в режим ожидания продолжительностью не более 2 часов при пуске каталитической установки после окончания разогрева при отсутствии сигнала о работе сорбционной установки. Каталитическая установка также переходит в режим ожидания из режима очистки при поступлении сигнала об останове сорбционной установки.
В режиме ожидания закрыта входная заслонка, работает воздуходувка горелки без подачи газа. Если температура катализатора будет достаточно высока, чтобы обеспечивать нагрев воздуха на входе в реактор до требуемой температуры, то температура на входе в реактор будет регулироваться при помощи подачи воздуходувки. Если температура катализатора будет недостаточно высока, чтобы обеспечивать нагрев воздуха на входе в реактор, то температура на входе в реактор будет регулироваться газовой горелкой, которая будет обеспечивать компенсацию потерь тепла с выбрасываемым в атмосферу воздухом.
Для режима ожидания контроллер должен обеспечивать режим соответствующего управления горелочным устройством.
Если в течение 2 часов (или иное значение по уставке) не поступит сигнала о работе, то каталитическая установка будет автоматически остановлена. Если в течение 2 часов любая из температур на входе в реактор или в середине слоя катализатора упадет ниже соответствующих уставок блокировки, то установка будет автоматически остановлена. В случае снятия ограничения по потребляемой на установке мощности, каталитическая установка может находиться в режиме ожидания неограниченное время. При этом достаточно поддерживать температуру в середине слоя катализатора выше уставки. Для этого необходимо использовать соответствующий алгоритм программы управления.
Обвод установки КАТОКС
В течение разогрева или в случае останова установки очищаемый воздух будет сбрасываться напрямую в атмосферу при помощи вентиляторов, установленных в сорбционной установке.
Обвод установки должен быть включен при превышении концентрации смолистых веществ или пыли в соответствии с уставками и показаниями газоанализатора установленного между сорбционной и каталитической установками.
Если установка запускается из холодного состояния, то есть, когда температура в середине слоя катализатора, измеряемая термопарой, ниже уставки контроллера и/или температуры на выходе реактора, измеряемая также термопарой, то она предварительно разогревается при помощи атмосферного воздуха.
Объем подаваемого для холодного пуска воздуха составляет примерно 50% номинальной производительности установки.
Очищаемый воздух подается в установку только тогда, когда температуры достигнут рабочих значений. Время разогрева установки составляет приблизительно 4 часа. Подача осуществляется дымососом (вентилятором) посредством забора воздуха через открытый аварийный клапан подсоса.
Нормальная работа установки
Как только каталитическая установка разогрета, то при наличии сигнала о работе одного из дымососов, автоматически начинает открываться входная заслонка на входе в сорбционную установку и одновременно закрываться аварийный клапан подсоса для прекращения подачи атмосферного воздуха.
Начинается подача очищаемого воздуха, и заслонкой на входе в каталитическую установку осуществляется регулирование общей подачи. Напорные характеристики на входе установки определяется в процессе пуско-наладочных работ и могут быть изменены при необходимости.
АСУТП должна обеспечить регулирование температуры в реакторе вышеупомянутыми приемами.
Изменение концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе и расхода очищаемого воздуха
Во время работы каталитической установки могут изменяться несколько факторов, самыми важными из которых являются концентрация горючих веществ (СО для конкретного случая) в очищаемом воздухе и расход очищаемого воздуха.
В отношении влияния концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе уместно выделить два режима работы установки:
- Концентрация горючих веществ обеспечивает автотермический режим работы установки, то есть тепла, выделяющегося при сжигании горючих веществ, достаточно для нагрева очищаемого воздуха в теплообменнике до требуемой температуры на входе в реактор.
- Концентрация горючих веществ не обеспечивает автотермический режим работы установки, то есть тепла, выделяющегося при сжигании горючих веществ, недостаточно для нагрева очищаемого воздуха в теплообменнике до требуемой температуры на входе в реактор.
Неавтотермический режим работы
Регулирование температуры на входе в реактор для неавтотермического режима путем изменения мощности газовой горелки, работающей с теплообменником подогревателя.
Управление будет осуществляться контроллером по алгоритму, определяемому для конкретного технологического агрегата и обусловленных уставок, отрабатываемых в ходе проведения пуско – наладочных работ.
Если концентрация горючих веществ в очищаемом воздухе будет ниже минимальной концентрации, при которой возможна стабильная работа установки, то установка будет продолжать работать до тех пор, пока температура на входе в реактор не снизится до значения уставки блокировки, или температура в слое катализатора не упадет до значения уставки блокировки.
Автотермический режим работы
Поддержание требуемой температуры на входе в реактор осуществляется контуром регулирования контроллера АСУТП путем дополнительной подачей воздуха через воздуходувку отключенной горелки или подсосом воздуха через клапан.
При концентрации горючих веществ в очищаемом воздухе, вызывающей подъем температуры на катализаторе, при котором температура в середине слоя катализатора достигнет уставки контура регулирования, то есть 500 °С, происходит активирование этого контура. Контур регулирует подачу атмосферного воздуха на разбавление очищаемого воздуха и препятствует подъему температуры в слое катализатора выше 500 °С.
Режим ожидания
В режиме ожидания установка готова к приему очищаемого воздуха тогда, когда температура на входе в реактор не ниже уставки перехода в автотермический режим, температура в середине слоя катализатора и на выходе реактора не ниже уставок.
Установка переходит в режим ожидания продолжительностью не более 2 часов при пуске каталитической установки после окончания разогрева при отсутствии сигнала о работе сорбционной установки. Каталитическая установка также переходит в режим ожидания из режима очистки при поступлении сигнала об останове сорбционной установки.
В режиме ожидания закрыта входная заслонка, работает воздуходувка горелки без подачи газа. Если температура катализатора будет достаточно высока, чтобы обеспечивать нагрев воздуха на входе в реактор до требуемой температуры, то температура на входе в реактор будет регулироваться при помощи подачи воздуходувки. Если температура катализатора будет недостаточно высока, чтобы обеспечивать нагрев воздуха на входе в реактор, то температура на входе в реактор будет регулироваться газовой горелкой, которая будет обеспечивать компенсацию потерь тепла с выбрасываемым в атмосферу воздухом.
Для режима ожидания контроллер должен обеспечивать режим соответствующего управления горелочным устройством.
Если в течение 2 часов (или иное значение по уставке) не поступит сигнала о работе, то каталитическая установка будет автоматически остановлена. Если в течение 2 часов любая из температур на входе в реактор или в середине слоя катализатора упадет ниже соответствующих уставок блокировки, то установка будет автоматически остановлена. В случае снятия ограничения по потребляемой на установке мощности, каталитическая установка может находиться в режиме ожидания неограниченное время. При этом достаточно поддерживать температуру в середине слоя катализатора выше уставки. Для этого необходимо использовать соответствующий алгоритм программы управления.
Обвод установки КАТОКС
В течение разогрева или в случае останова установки очищаемый воздух будет сбрасываться напрямую в атмосферу при помощи вентиляторов, установленных в сорбционной установке.
Обвод установки должен быть включен при превышении концентрации смолистых веществ или пыли в соответствии с уставками и показаниями газоанализатора установленного между сорбционной и каталитической установками.
Система управления комплексом газоочистки
Система управления предполагается быть реализованной на аппаратных средствах компании Siemens, контроллеры S7-1500 с CPU1515, панель оператора КТР900. Управление горелочным устройством - автономный контроллер S7-1200.
Для обмена данными со смежными системами, а так же верхним уровнем, корзина управляющего контроллера оснащается соответствующими коммуникационными процессорами, обеспечивающими связь по сети Industrial Ethernet и Profibus, по желанию Заказчика возможен обмен по Modbus (опция).
Для визуализации процесса, ведения локальных архивов и местного управления предназначен пульт с панелью оператора КТР900 фирмы Siemens.
Технологический комплекс имеет общую систему управления для обеспечения функционирования в различных режимах работы, обеспечивает запуск и останов комплекса, предотвращает аварийные ситуации. Система управления может быть интегрирована в систему диспетчеризации технологического агрегата с которого поступает газ для очистки. По требованиям Заказчика возможна интеграция в АСУТП технологического агрегата, а также обмена данными со смежными системами и SCADA.
Каталитическая установка имеет систему противоаварийной автоматической защиты (систему защитных блокировок), которая переводит установку в безопасное состояние в случае, если опасный параметр процесса достигнет опасного значения, и осуществляет сигнализацию, а также индицирует причину возникновения аварийной ситуации. Для защиты от аварийных ситуаций катализатора используется обводная линия, описанная выше.
Для обмена данными со смежными системами, а так же верхним уровнем, корзина управляющего контроллера оснащается соответствующими коммуникационными процессорами, обеспечивающими связь по сети Industrial Ethernet и Profibus, по желанию Заказчика возможен обмен по Modbus (опция).
Для визуализации процесса, ведения локальных архивов и местного управления предназначен пульт с панелью оператора КТР900 фирмы Siemens.
Технологический комплекс имеет общую систему управления для обеспечения функционирования в различных режимах работы, обеспечивает запуск и останов комплекса, предотвращает аварийные ситуации. Система управления может быть интегрирована в систему диспетчеризации технологического агрегата с которого поступает газ для очистки. По требованиям Заказчика возможна интеграция в АСУТП технологического агрегата, а также обмена данными со смежными системами и SCADA.
Каталитическая установка имеет систему противоаварийной автоматической защиты (систему защитных блокировок), которая переводит установку в безопасное состояние в случае, если опасный параметр процесса достигнет опасного значения, и осуществляет сигнализацию, а также индицирует причину возникновения аварийной ситуации. Для защиты от аварийных ситуаций катализатора используется обводная линия, описанная выше.
Заключение
Для предприятий электродной и коксохимической промышленности проблема «липкой» пыли, угарного газа, бензпирена — ключевая. Решение, представленное в статье, переводит экологию производства на новый уровень: без стоков, без вторичных NOx, с возможностью энергорекуперации. Это не просто фильтр, это элемент экономики замкнутого цикла, где отходы (отработанный сорбент и сгоревшие газы) превращаются в ресурс (добавку в шихту и тепло).
Внедрение двухступенчатого комплекса на электродных заводов позволяет:
Внедрение двухступенчатого комплекса на электродных заводов позволяет:
- Снизить выбросы СО с 1000 мг/нм³ до < 100 мг/нм³.
- Снизить бенз(а)пирен с 0,03 мг/нм³ до < 0,003 мг/нм³.
- Утилизировать отходы сорбции в основном производстве (экономия на закупке сырья).
- Получить тепловую энергию.
Будем рады диалогу и сотрудничеству!
Оставьте контактные данные — мы свяжемся с вами в ближайшее время и предложим решение.