УТИЛИЗАЦИОННАЯ КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПРОДУКТА

Заявляемое техническое решение предназначено для утилизации тепла дымовых газов, отходящих из печи металлизации с вращающимся подом при производстве металлизованного продукта, и может быть использовано для выработки электро- и теплоэнергии.
Из уровня техники известна комбинированная схема утилизации тепла отходящих газов из металлургической печи [М.Н. Башкова, А.А. Олейников. Утилизация тепла отходящих газов от металлургических агрегатов. Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии. Труды 2-й Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 25-летию кафедры «Информационные технологии в металлургии». Под общей редакцией С.П. Молчанова г.Новокузнецк: СибГИУ, 2006 г. стр.161-165, рис.2]. Продукты сгорания из металлургической печи направляются в турбину, которая приводит в действие электрогенератор. Котел-утилизатор, подключенный к системе теплоснабжения, соединен с турбиной.
При комбинированном теплоиспользовании отходящие газы из металлургической печи используют как для внутреннего, так и для внешнего теплоиспользования. Например, отходящие газы после печи используют для сушки какого-либо технологического сырья (продукта) без дополнительных затрат топлива.
Из уровня техники известно использование энергии отходящих газов для нагрева воздуха, подаваемого в печь для горения топлива, в технологии Itmk-3, обеспечивающей одностадийное производство гранулированного чугуна путем прямого восстановления железорудного сырья углем в печах с вращающимся подом [В.А. Горбачев, С.Н. Евстюгин, Н.Н. Копоть и др. Принципы выбора технологии прямого получения железа. Сталь, №6, 2006, стр.44, 45 рис.4.]. Технология Itmk-3 реализована в технологической схеме, включающей смеситель, соединенный с системами подачи концентрата и энергетического угля, окомкователь, сушилку, печь с вращающимся подом, снабженную устройством для выгрузки продукта, систему подачи топлива для горения, устройство для разделения продукта на гранулированный чугун и шлак, систему утилизации тепла, газоочистку и вентилятор.
Также из уровня техники известно использование энергии отходящих газов для нагрева воздуха, подаваемого в печь для горения топлива, в технологической схеме первого коммерческого завода ITmk3 Mesabi Nuggets [Разаз Юнее, И.А. Опрышко, П.И. Лобода. Анализ технологий прямого восстановления оксидов металлов с применением печей с вращающимся подом. Вестник национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», серия «Машиностроение», №61, стр.191, рис.10, 2011], включающей смеситель, окомкователь, сушилку, укладчик слоя окатышей, укладчик слоев, печь с вращающимся подом, соединенную с системой подачи топлива, систему утилизации тепла, содержащую испарительный охладитель, рекуператор и фильтр, барабанный охладитель и магнитный сепаратор.
Недостатком известных технологических схем является низкая эффективность утилизации тепла отходящих из печи дымовых газов.
Из уровня техники известна технологическая линия для производства металлизованного продукта [патент RU №93802, МПК С21В 13/14, опубл. 10.05.2010 г.], в которой установка утилизационной котельной в линии отвода отработанных газов из печи металлизации позволяет использовать часть, отходящей в систему газоочистки, тепловой энергии дымовых газов в виде электроэнергии для производственных нужд, а также для термообработки агломератов в сушильной камере и для нагрева газа, подаваемого в печь. Линия включает в себя участок дробления угля, участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, снабженный смесителем сырьевых железо-углеродсодержащих компонентов, агломерационной установкой, сушильной установкой, участок подготовки и подачи газообразного топлива, печь металлизации с вращающимся подом, снабженная устройствами загрузки и выгрузки, горелками для подачи топлива, соединенная линиями транспортировки с участком подготовки железо-углеродсодержащих агломератов, участком подготовки и подачи газообразного топлива и через устройство для отвода отработанных газов с газоочистной установкой, причем в линии отвода отработанных газов перед газоочистной установкой установлен рекуператор тепла в виде воздушного теплообменника, соединенный линией подачи горячего воздуха с сушильной установкой. Участок подготовки железо-углеродсодержащих агломератов снабжен линией возврата некондиционного агломерата на агломерационную установку, в линии отвода отработанных газов установлена утилизационная котельная, а устройство выгрузки снабжено магнитным сепаратором. Участок подготовки и подачи топлива снабжен не менее чем двумя угольными газификаторами, каждый из которых соединен линиями транспортировки с участком дробления угля и линией подачи газообразного топлива с горелками печи металлизации, с которой также соединен рекуператор тепла линией подачи горячего воздуха. Участок дробления угля снабжен не менее чем двумя дробилками. Сушильная установка снабжена газоотводящим устройством, соединенным с газоочистной установкой.
Недостатками данной технологической линии являются низкая эффективность утилизации тепла отходящих из печи дымовых газов.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности утилизации тепла отходящих из печи дымовых газов.
Техническими результатами являются:
- обеспечение непрерывной выработки электроэнергии, в том числе при незапланированных технологических остановках, и снижения ее дефицита на производстве;
- выработка тепловой энергии в отопительный период.
Поставленная задача решается тем, что утилизационная котельная установка для технологической линии производства металлизованного продукта содержит котел-утилизатор, подключенный к системе подачи резервного топлива, паротурбинную установку, включающую паровую турбину, кинематически связанную с электрогенератором, конденсатор, соединенный через соответствующий питательный насос в линии отвода конденсата водяного пара с котлом-утилизатором, и теплофикационный контур выработки тепловой энергии, включающий теплообменник, соответствующий питательный насос и тепловой потребитель, при этом теплообменник подключен к соответствующему питательному насосу в линии отвода конденсата водяного пара, впускные паропроводы конденсатора и теплообменника объединены и подключены к выпускному паропроводу паровой турбины, впускной паропровод которой соединен с котлом-утилизатором, впускные дымоходы котла-утилизатора и рекуператора объединены и подключены через соответствующую газоочистную установку к линии отвода отработавших газов из печи металлизации с вращающимся подом, при этом выпускные газоходы котла-утилизатора и рекуператора объединены и через соответствующие шибера подключены к впускному газоходу конвейерной установки и к линии отвода отработавших газов из конвейерной установки соответственно.
Для обеспечения непрерывной выработки электроэнергии, в том числе при незапланированных технологических остановках, утилизационная котельная содержит котел-утилизатор, подключенный к системе подачи резервного топлива.
В неотопительный период паротурбинная установка работает в конденсационном режиме с отводом отработавшего пара из конденсатора с помощью соответствующего питательного насоса по линии отвода конденсата водяного пара в котел-утилизатор.
В отопительный период паротурбинная установка работает в теплофикационном режиме с отводом отработавшего пара в теплообменник для выработки вторичного тепла. Отработавший теплоноситель из теплообменника с помощью соответствующего питательного насоса по линии отвода конденсата водяного пара также поступает в котел-утилизатор. Это также в целом повышает эффективность утилизации дымовых газов кольцевой печи.
В заявляемом техническом решении впускные дымоходы котла-утилизатора и рекуператора объединены и подключены через соответствующую газоочистную установку к линии отвода отработавших газов из печи. Кроме того, в заявляемом техническом решении сушильная установка выполнена в виде конвейерной установки, при этом выпускные газоходы котла-утилизатора и рекуператора объединены и через соответствующий шибер подключены к впускному газоходу конвейерной установки.
Так как в заявляемом техническом решении для подогрева воздуха в рекуператоре используют отходящие из печи дымовые газы, имеющие температуру около 800°С, то горячий воздух на выходе из рекуператора характеризуется температурой около 400-450°С. Подача горячего воздуха с данной температурой из рекуператора в печь позволяет обеспечить температуру газа в печи около 1450°С, что запускает процесс жидкофазного разделения продуктов твердофазного восстановления оксидов железа, содержащихся в железо-углесодержащих агломератах.
Использование в качестве теплоносителя для сушки железо-углесодержащих агломератов смеси отработанных дымовых газов котла-утилизатора и рекуператора позволяет обеспечить необходимую скорость просасывания теплоносителя на конвейерной решетке при любых возможных отклонениях технологических параметров железо-углесодержащих агломератов (влажность, крупность, содержание мелочи и т.д.) и, следовательно, повысить эффективность их термообработки. Кроме того, при этом также повышается эффективность утилизации тепла отработанных дымовых газов котла-утилизатора.
Поскольку выпускные газоходы котла-утилизатора и рекуператора объединены и через соответствующий шибер подключены к линии отвода отработавших газов из конвейерной установки, то это позволяет обеспечить непрерывность производства электроэнергии при незапланированных остановках кольцевой печи.
На чертеже представлена схема заявляемой утилизационной котельной установки для технологической линии производства металлизованного продукта со следующими обозначениями: 1 - конвейерная установка; 2 - газоочистная установка в линии отвода отработавших газов из конвейерной установки; 3 - угольный газификатор; 4 - печь металлизации с вращающимся подом; 5 - устройство загрузки печи; 6 - устройство выгрузки печи; 7 - вращающийся барабанный холодильник; 8 - магнитный сепаратор; 9 - устройство для отвода отработавших газов из печи; 10 - газоочистная установка в линии отвода отработавших газов из печи; 11 - горелки для подачи газообразного топлива; 12 - рекуператор; 13 - котел-утилизатор; 14 - паровая турбина; 15 - электрогенератор; 16 -конденсатор; 17 - питательный насос в линии отвода конденсата водяного пара; 18 - теплообменник; 19 - питательный насос в теплофикационном контуре выработки тепловой энергии; 20 - тепловой потребитель; 21 - шибер; 22 - шибер, открываемый при незапланированных технологических остановках печи металлизации; 23 - дымосос; 24 - дымовая труба; РТ - резервное топливо; ДГ - дымовые газы.
Как видно на чертеже, технологическая линия для производства металлизованного продукта включает участок подготовки железо-углесодержащих агломератов, снабженный конвейерной установкой 1, соединенной линией отвода отработавших газов с газоочистной установкой 2, участок подготовки и подачи газообразного топлива, снабженный угольным газификатором 3, печь металлизации 4 с вращающимся подом, вращающийся барабанный холодильник 7, магнитный сепаратор 8, рекуператор 12 и утилизационную котельную. Газоочистная установка 2 соединена через дымосос 23 с дымовой трубой 24.
Печь металлизации 4 с вращающимся подом снабжена устройством загрузки 5, устройством выгрузки 6, устройством для отвода отработавших газов 9 и горелками 11 для подачи газообразного топлива. Устройство загрузки печи 5 соединено линией транспортировки с конвейерной установкой 1. Устройство выгрузки печи 6 снабжено вращающимся барабанным холодильником 7, соединенным с магнитным сепаратором 8. Магнитный сепаратор 8 связан со складом. Устройство для отвода отработавших газов 9 из печи соединено линией отвода отработавших газов с газоочистной установкой 10. Горелки 11 для подачи газообразного топлива соединены линиями транспортировки генераторного газа и подачи горячего воздуха с угольным газификатором 3 и рекуператором 12 соответственно. Рекуператор 12 связан с дутьевым вентилятором.
Утилизационная котельная установка содержит котел-утилизатор 13, подключенный к системе подачи резервного топлива РТ, паротурбинную установку, конденсатор 16 и теплофикационный контур выработки тепловой энергии. Паротурбинная установка включает паровую турбину 14, кинематически связанную с электрогенератором 15. Конденсатор 16 соединен через соответствующий питательный насос 17 в линии отвода конденсата водяного пара с котлом-утилизатором 13. Теплофикационный контур включает теплообменник 18, соответствующий питательный насос 19 и тепловой потребитель 20. При этом теплообменник 18 подключен к соответствующему питательному насосу 17 в линии отвода конденсата водяного пара. Впускные паропроводы конденсатора 16 и теплообменника 18 объединены и подключены к выпускному паропроводу паровой турбины 14, впускной паропровод которой соединен с котлом-утилизатором 13.
Впускные дымоходы котла-утилизатора 13 и рекуператора 12 объединены и подключены через соответствующую газоочистную установку 10 к линии отвода отработавших газов из печи металлизации 4. Выпускные газоходы котла-утилизатора 13 и рекуператора 12 объединены и через соответствующие шибера 21 и 22 подключены к впускному газоходу конвейерной установки 1 и к линии отвода отработавших газов из конвейерной установки 1 соответственно.
Утилизационная котельная установка для технологической линии производства металлизованного продукта работает следующим образом.
Сформированные в агломерационной установке (не показана) железо-углесодержащие агломераты по линии транспортировки поступают на конвейерную установку 1, где они подвергаются сушке перед поступлением в печь металлизации 4 через загрузочное устройство 5. В печь металлизации 4 через горелки 11 по линии транспортировки поступает газообразное топливо, полученное в угольном газификаторе 3.
Отходящие из печи 4 дымовые газы, пройдя очистку в газоочистной установке 10, одновременно поступают в рекуператор 12 и котел-утилизатор 13. В рекуператоре 12 тепло отходящих из печи 4 газов утилизируется при нагревании воздуха, нагнетаемого с помощью дутьевого вентилятора. Горячий воздух из рекуператора 12 подается по линии подачи на горелки 11. Дымовые газы из рекуператора 12 по впускному газоходу через соответствующий шибер 21 поступают на конвейерную установку 1.
Загружаемые на вращающийся под печи металлизации 4 термообработанные железо-углесодержащие агломераты горелками 11 нагреваются до температуры 1350÷1400°С. При этих температурах железо быстро восстанавливается, науглероживается и частично расплавляется. При этом обеспечивается возможность эффективного отделения чугуна от жидкого шлака, который образуется внутри окатышей еще до расплавления металла. Затем термообработанный материал в виде частично охлажденной смеси гранул чугуна и шлака выгружается с пода печи 4 с помощью разгрузочного устройства 6 и поступает во вращающийся барабанный холодильник 7, где охлаждается до температуры около 100°С. Охлажденная до приемлемого уровня смесь подается на магнитный сепаратор 8, где происходит разделение шлака и чугуна. Отсепарированные гранулы чугуна отправляются на склад.
В котле-утилизаторе 13 генерируется острый пар, который далее поступает в паровую турбину 14, где расширяясь, вращает ротор турбины 14 и ротор электрогенератора 15. Полученная электрическая энергия подается к потребителю.
В отопительный период отработанный в турбине 14 пар по впускному паропроводу подается в теплообменник 18, где нагревает сетевую воду, которая насосом 19 подается к тепловому потребителю 20. Образовавшийся в теплообменнике 18 конденсат насосом 17 возвращается в котел-утилизатор 13. В неотопительный (летний) период отработанный в турбине 14 пар отводится в конденсатор 16, откуда образовавшийся конденсат насосом 17 в линии отвода также возвращается в котел-утилизатор 13.
Отработанные дымовые газы из котла-утилизатора 13 через соответствующий шибер 21 поступают на конвейерную установку 1 для обеспечения притока дополнительного теплоносителя в процессе сушки агломератов. Отработанные дымовые газы из конвейерной решетки 1 очищаются в газоочистной установке 2. Затем очищенные газы дымососом 23 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 24.
При незапланированных технологических остановках печи металлизации 4 включается система подачи резервного топлива РТ, от которой запитывается котел-утилизатор 13. Это обеспечивает непрерывную работу утилизационной котельной и, как следствие, непрерывную выработку электроэнергии. При этом отработанные дымовые газы из котла-утилизатора 17 и рекуператора 12 через соответствующий шибер 22 направляются в газоочистную установку 2. Затем очищенные газы дымососом 23 сбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 24.