3.3 Тоо «мк «KazSilicon»

ТОО «МК «KazSilicon» является первым в Республике Казахстан

предприятием по производству металлургического кремния высокой чистоты с

проектной мощностью 5 000 тонн в год. Предприятие создано в рамках

государственной программы индустриально-инновационного развития с целью

перехода от добычи и реализации дешевого кварцевого сырья к производству

ценной импортозамещающей продукции – металлургического,

поликристаллического кремния и солнечных батарей. Потребителем продукции

ТОО «МК «KazSilicon» является предприятие по производству

фотоэлектрических ячеек из кремния «солнечной» чистоты ТОО «Kazakhstan

Solar Silicon» в г. Усть-Каменогорске.

Завод ТОО «МК «KazSilicon» расположен в поселке Бастобе

Алматинской области, производство кремния осуществляется в электропечи

мощностью 6,7 МВт из кварца Сарыкульского месторождения и древесного

угля методом вертикальной направленной кристаллизации [118].

В работе представлены результаты технического обследования работы

предприятия с целью снижения неорганизованных выбросов загрязняющих

веществ в атмосферу.

Электропечь открытого типа, имеет рабочие окна для ввода подводящих

ток электродержателей к электродам и удерживающих их, а также для

наблюдения за процессом плавки и его корректировки (рисунок 3.8). Для

выпуска расплава предусмотрено отверстие в печи со сливным желобом.

Питание печи осуществляется трехфазным переменным током. Нагрев и

плавление металлургического кремния осуществляется электрическими

мощными дугами, горящими между концами трех электродов и расплавом

кремния, находящимся в печи [119].

В кирпичной кладке свода печи имеются три отверстия для электродов.

Диаметр отверстия больше диаметра электрода, поэтому во время плавки в

зазор устремляются горячие газы, которые разрушают электрод и выносят

тепло и загрязнения из печи. Для предотвращения этого на своде

предусматривают уплотнения зазоров в месте прохода электродов в печь.

Следует отметить, что применение открытых печей обусловливает очень

тяжелые условия труда обслуживающего персонала. На колошник печи через

технологические окна подсасывается большое количество воздуха. В

результате на колошнике нерационально сгорает часть восстановителя –

высокореакционного древесного угля, что увеличивает объем отходящих из

печи газов. Расход древесного угля в таких печах в 1,5-2,0 раза выше

теоретически необходимого [120].

99

Рисунок 3.8 – Рабочие окна в корпусе электропечи для ввода

электродержателей, подводящих ток к электродам и удерживающих их, а также

для наблюдения за процессом плавки и его корректировки

Преимуществом этих печей является возможность эффективно и быстро

реагировать на расстройства процесса, изменяя состав шихты, загружать на

различные участки колошника шихту определенного состава, постоянно

следить за процессом плавки.

Снижение неорганизованных подсосов атмосферного воздуха через

рабочие окна в печь на колошнике позволит улучшить на его поверхности

восстановительную атмосферу и полезно использовать до 70…90 % углерода

древесного угля [120, с. 2].

Однако чрезмерное снижение подсосов атмосферного воздуха в печь

приведет к увеличению концентрации оксида углерода в отходящих газах, а

при полной герметизации печи она может достигнуть 50 %, что приведет к

взрыву газа или хлопкам в рабочем объеме печи и газоходах. Для их

предупреждения концентрация оксида углерода не должна превышать 4 % [120,

с. 2], в настоящее время ее концентрация составляет около 0,1 %.

Образующиеся в процессе плавки технологические газы выделяются в

производственные помещения из печи через неплотности прохождения

электродов, рабочие окна, а также при сливе готового расплава в ковш.

Общий отсос технологических газов из электропечи осуществляется с ее

верхней части боковой поверхности газоходом сечением 2,0 Ч 2,3 м. При этом с

двух сторон газохода на его уровне расположены рабочие окна площадью

около 4 м2 для прохода электродержателей. Указанное приводит к активному

100

перетоку атмосферного воздуха из цеха непосредственно в отводящий газоход,

препятствуя удалению из печи технологических газов.

В результате обследования электропечи в работе с целью снижения

подсосов атмосферного воздуха предложено использовать тепловой напор

технологических газов и отбирать их через свод печи тремя газоходами в

количестве около 25 000 м3/ч каждый из мест, где рядом отсутствуют

технологические окна. Газы направить в существующий газоход за

установленный в нем дроссель (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 – Схема отбора технологических газов через свод печи

Для отбора проникающих через уплотнение прохода электродов

технологических газов из печи предложено использовать щелевой отсос,

охватывающий район ввода электродов в печь. Отводящий газоход выполнить

диаметром 100 мм и врезать в общий газоход после дросселя (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 – Расположение щелевого отсоса в районе ввода электродов в

печь

101

Очистка технологических газов от электропечи производится

последовательно в кулере, циклоне, а затем в рукавном фильтре.

Кулер имеет площадь охлаждения 660 м2, включает входную и выходную

камеры, изготовлен из труб диаметром 750 мм, длиной 48,5 м и состоит из 5

штук. Циклон прямоточный диаметром 3 м.

Рукавный фильтр состоит из 8 секций, каждая включает 46 рукавов

диаметром 300 мм и длиной 10 м. В работе находятся шесть секций, две в

резерве. Регенерация рукавов осуществляется посекционно, принудительной

продувкой очищенным газом с циклом регенерации 5 минут. Посекционная

работа рукавного фильтра дает значительные преимущества в эксплуатации и

обслуживании. Рукава трикотажные из стекловолокна массой 650 г/м2

(производство КНР).

Схема системы пылеочистки приведена на рисунке 3.11. Показатели

работы системы определенные инструментальными замерами сведены в

таблицу 3.8.

102

Таблица 3.8 – Технологические показатели работы системы пылеочистки от электропечи по результатам

инструментальных замеров на предприятии ТОО «МК «KazSilicon»

Точка

замеров

Диаметр /

сечение,

газохода, мм

Температура

газов, оС

Статическое

давление, Па

Расход

воздуха,

м3/ч

Скорость в

газоходе,

м/с

Запыленность,

мг/м3

Содержание

оксида азота,

мг/м3

1 2 3 4 5 6 7 8

Т1 1800 185 -366,52 154 880 16,9 1150 1070

Т2 1800 150 -1617 142 800 15,6 572 1005

Т3 1800 142 3185 140 000 15,3 558 1012

Т4 - 65 - 140 000 - 14,5 -

Примечание: сопротивление Кулера 588 Па, сопротивление циклона 735 Па, сопротивление рукавного фильтра

1570 Па

103

Рисунок 3.11 – Принципиальная схема системы очистки технологических газов от электропечи

104

Установлено, что производительность системы по газовой нагрузке

соответствует характеристике используемого дымососа марки «LU YINNGJINAN

» (КНР) и составляет около 140000 м3/ч. Система пылеочистки работает

эффективно, запыленность технологических газов после рукавного фильтра

равна 14,5 мг/м3.

При обследовании влияния эксплуатации эпектропечи на загрязнение

атмосферы в цехе и населенном пункте выявлены следующие недостатки:

1) В период выпуска расплава металлургического кремния из печи

происходит интенсивное выделение запыленных газов в помещение цеха.

Установленный зонт не обеспечивает полный забор газов, направляемых на

очистку в рукавный фильтр.

Отвод газа от зонта выполнен газоходом 500 Ч 600 мм и врезается в

основной газоход от печи, где разрежение не превышает 50-100 Па. Этим

объясняется недостаточный отбор газов от зонта в количестве 8 000 м3/ч.

2) Перелив расплавленного металлургического кварца из ковша в

изложницу производится на открытой площадке цеха, что обусловливает

выделение запыленных газов. Это приводит к ухудшению санитарного

состояния атмосферы в цехе и неорганизованным выбросам в селитебную зону

через открытые проемы.

Необходимо от участков перелива металлургического кварца

запроектировать и установить единую индивидуальную аспирационную

систему для отвода газовых выделений с помощью зонтов (приложение В),

вентилятора и очисткой в циклоне (оптимально в рукавном фильтре). Выбросы

газов после очистки выполнить через трубу, высотой выше крыши корпуса цеха

на 2-5 метров. Так как в цехе работает мостовой кран, воздуховоды проложить

на уровне пола или в канале. Вентилятор и пылеуловитель можно установить

внутри цеха или снаружи.

3) Из-за большого количества технологических окон в электропечи,

обуславливающих неорганизованное поступление в нее атмосферного воздуха,

существующая система пылеочистки не справляется с отбором разбавленных

дымовых газов из нее. Выполненная реконструкция по отбору технологических

газов из под свода печи тремя газоходами не обеспечила достаточного

снижения их объема. Необходимо максимально уменьшить подсос

атмосферного воздуха через технологические окна нижнего яруса и в

определенной мере снизить подсос через верхний ярус окон. Это позволит

улучшить ведение процесса плавки, снизить расход активированного угля и

избежать образования больших концентраций окиси углерода и следовательно

их взрыва.

Данное мероприятие возможно выполнить путем разработки и испытания

воздушной завесы [121] на одном из технологических окон нижнего яруса

электропечи. После выбора конструкции воздушной завесы, обеспечивающей

достаточное снижение неорганизованного поступления атмосферного воздуха в

печь, ее следует использовать на остальных технологических окнах.

4) В северной части здания цеха, где установлена электропечь, в

перекрытии имеются две вытяжные шахты, которые практически не

105

функционируют. Это обусловлено тем, что оконные проемы в продольных

сторонах цеха открыты и в зависимости от направления ветра естественная

вентиляция в этой наиболее задымленной части помещения производится с

удалением загрязненного воздуха от печи в селитебную зону села.

Необходимо восстановить работу вытяжных шахт, расположенных на

более высоком уровне от земли с установкой в них вентиляторов и

увеличением их высоты над крышей на 2 – 5 метров (на растяжках).

Производительность осевых вентиляторов в вытяжных шахтах, должна быть

3 000 – 5 000 м3/ч, что обеспечит двух – трехкратный часовой воздухообмен в

печном отделении.

Выполнение данного мероприятия позволит осуществить эффективное

рассеивание загрязнений в атмосферном воздухе и не допускать превышения

предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ в селитебной

зоне.

5) Производительность дымососа в настоящее время составляет около

140 000 м3/ч температурного газа при открытии дросселя на 75 %. Скорость

фильтрации газа в рукавном фильтре составила 0,43 м/мин.

Более полное открытие дросселя, возможно, приведет к увеличению

производительности фильтра на 10 – 15 % и, следовательно, к увеличению

объема отсасываемых технологических газов от электропечи до 150 000 –

160 000 м3/ч. Скорость фильтрации при этом увеличится до 0,5 м/мин.

Ввод в работу двух резервных секций фильтра позволит снизить газовую

нагрузку на рукава на 30 %, скорость фильтрации будет не выше 0,4 м/мин.

Это может повысить срок службы рукавов при правильной их

эксплуатации, но их количество в целом по фильтру возрастет на 30 %, а

следовательно, капитальные затраты вряд ли окупятся.

6) При капитальном ремонте электропечи следует рассмотреть вопрос

переноса держателей электродов и токопроводов из ее объема, т.е. поднять их

над сводом печи.

Данная реконструкция обеспечит:

- уменьшение объема печи и следовательно теплопотерь;

- снижение неорганизованных подсосов атмосферного воздуха в

электропечь в два раза;

- добиться полного отбора технологических газов и исключить их

выделение в атмосферу цеха и селитебную зону;

- упростить эксплуатацию держателей и токопроводов.

Рекомендации по разработке воздушной завесы

Воздушная завеса, используемая для ограничения поступления

неорганизованного притока атмосферного воздуха в электропечь, представляет

собой струю воздуха, исходящую из узкой длинной щели и перекрывающую

технологическое окно в корпусе печи.

Воздушная завеса характеризуется результатом взаимодействия двух

потоков: воздушной струи завесы и набегающего на нее горизонтального

неорганизованного потока воздуха. Воздушная струя, не препятствуя

106

наблюдению и выполнению работ внутри печи, существенно уменьшает

количество проникающего в нее наружного воздуха.

Исходные данные для расчета воздушной завесы:

Температура газов внутри электропечи – 1500 0С.

Температура воздуха в цехе – 20 0С.

ρн, ρв – рабочая плотность газа (воздуха) при температуре, кг/м3:

ρн = 1,3 Ч 273/(273+20) = 1,21 кг/м3;

ρв = 1,3 Ч 273/(273+1500) = 0,2 кг/м3;

ΔР − располагаемое давление в проеме, Па:

ΔР = 9,81 Ч h Ч (ρн – ρв) (3.1)

h – расчетная _______высота, м;

ΔР = 9,81 Ч 4,85 Ч (1,21 – 0,2) + 20 = 68,05 Па

20 – тепловой напор газов в печи, Па.

Воздуховод завесы располагаем горизонтально снизу технологического

отверстия, чтобы избежать вторичного пылеобразования при направлении ее

сверху вниз. Двухсторонние боковые завесы также не рекомендуется

применять, так как при встречном потоке струй, они могут эжектировать

подачу атмосферного воздуха в печь или вытяжку из нее

высокотемпературного газа непосредственно на рабочего в зависимости от угла

направления встречных струй завесы [122].

Односторонняя боковая завеса также не подойдет, так как будет нагрета и

после использования поступать в рабочую зону.

Окончательное решение по месту расположения завесы следует принять

по результатам испытаний.

Исходя из эксплуатационных данных ширину щели воздушной завесы

приняли 30 мм и длину по ширине технологического отверстия 1,5 м.

Максимальная скорость выхода воздуха из щели воздушной завесы (v) на

основании практических данных должна быть не более 25 м/с.

Q = F Ч v Ч 3600, м3/ч (3.2)

Q = 0,045 Ч 25 Ч 3600 = 4050 м3/ч

где F – площадь щели завесы, b Ч l = 0,03 Ч 1,5 = 0,045 м2;

b – ширина щели завесы, b = 0,03 м;

l – длина щели завесы, l = 1,5 м.

Напор вентилятора при подаче воздуха в завесу должен быть не менее

одного кПа.

107

Выводы по разделу 3

1. Для обеспечения нормальных санитарных условий в электролитном

и гидрометаллургическом цехах РМК ТОО «Казцинк», предложено увеличить

объем удаляемых паров из сгустителей, агитаторов и пачуков в два раза, а при

высокотемпературном выщелачивании в три раза. Это можно достигнуть:

применением объединенной механической вытяжной аспирации совместно с

использованием существующей естественной; в воздуховодах естественной

вытяжной аспирации установить эжекторы с обеспечением увеличения объема

удаляемого воздуха в 2 – 3 раза.

Внедрение представленных рекомендаций обеспечит улучшение

санитарного состояния атмосферного воздуха на рабочих местах. Результаты

могут быть использованы при проектировании систем вентиляции и аспирации

на предприятиях цветной металлургии.

2. Представленный вариант реконструкции фильтра ФРИ 1600 № 3 за

счет сокращения длины рукавов с 6,82 до 4,7 м и свободной их подвеске

способствовало снижению гидравлического сопротивления фильтра с 1,82 до

1,12 кПа. При этом остаточная запыленность газов после фильтра № 3

снизилась _______на 41ч46,5 % и составила 0,023 г/м3, а коэффициент фильтрации

увеличился на 28,2ч42,5 %.

3. Физические свойства свинца и меди значительно отличаются.

Возгонка свинца происходит при температуре более 1500, а меди при 2500 0С.

Формирование пылевыноса по размерам и форме частиц осуществляется в

печах Ванюкова и конвертерах в результате высокотемпературных процессов.

4. Исследованиями установлено, что в пылегазовом потоке БМЗ медь

концентрируется в более крупных частицах пыли, а свинец в мелких.

5. Необходимо от участков перелива металлургического кварца ТОО

«МК «KazSilicon» запроектировать и установить единую индивидуальную

аспирационную систему для отвода газовых выделений с помощью зонтов,

вентилятора и очисткой в циклоне (оптимально в рукавном фильтре). Выбросы

газов после очистки выполнить через трубу, высотой выше крыши корпуса цеха

на 2-5 метров. Так как в цехе работает мостовой кран, воздуховоды проложить

на уровне пола или в канале. Вентилятор и пылеуловитель можно установить

внутри цеха или снаружи.

108