Анализ эффективного использования энергосберегающих технологий металлургического предприятия

Анализ эффективного использования энергосберегающих технологий металлургического предприятия Сергеев П. А.1, Нешпоренко Е. Г.2

1 Сергеев Павел Александрович / Sergeev Pavel Alexandrovich - магистрант;

2Нешпоренко Евгений Григорьевич / Neshporenko Evgeny Grigoryevich - кандидат технических наук, доцент, кафедра теплотехнических и энергетических систем,

Институт энергетики и автоматизированных систем Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,

г. Магнитогорск

Аннотация: изучение энергоэффективных технологических мероприятий металлургического предприятия выявило широкую область энергетически выгодного решения по использованию вторичных энергетических ресурсов и топлива. Приведены опытно-промышленные показатели снижения расхода кокса, повышения производительности доменной печи при реализации технологий вдувания горячих восстановительных газов и замены качественных руд на концентрат сидеритовой руды обожженных конвертерным газом.

Abstract: study of energy-efficient technological measures revealed metallurgical enterprise wide range of energy-energetically favorable decision on the use of secondary power e-re- sources and fuels. Presents experimental-industrial indicators reduce coke consumption, increase productivity of the blast furnace in the implementation of technology blowing hot reducing gases and replacement of high-quality ore to concentrate siderite ore mineral calcined converter waste gas.

Ключевые слова: энергосберегающие технологи, рециклинг доменного газа, утилизация конвертерного газа, сидеритовая руда.

Keywords: energy-saving technologies, recycling of blast-furnace gas, converter gas utilization, the use of siderite ore mineral.

Эффективное использование энергоресурсов является одним из главных составляющих энергоемкого металлургического предприятия. Основное направление деятельности по снижению уровня энергетических затрат в металлургическом производстве стали определяется энергоемкостью производимой металлопродукции. Энергосбережение и снижение энергоемкости производства являются одними из самых приоритетных направлений энергетической стратегии России, что подтверждают Колпаков С. В. и Лисиенко В. Г. в выводах и заключениях своих докладов [1, с. 8; 2, с. 899].

В целях повышения энергоэффективности производства чугуна и, следовательно, производства конвертерной стали в мировой черной металлургии проводятся исследования и промышленные испытания различных технологий, обеспечивающих снижение расхода кокса и природного газа (рециклинг доменного газа, рециклинг коксового газа, инжекция железорудного концентрата с энергетическим углем, применение биотоплива и др.). В России наибольшее развитие получила технология рециклинга доменного газа. В частности, в условиях НПО «Тулачермет» в 1989-1990 гг. был построен опытно-промышленный комплекс (ОПК) для получения горячих восстановительных газов (ГВГ) и вдувания их в доменную печь. Во время эксплуатации доменной печи в опытно-промышленном режиме при вдувании ГВГ выплавлено около 200,0 тыс. т чугуна, расход кокса сократился с 606 до 353 кг/т чугуна (-58 %); суточная производительность доменной печи возросла с 1067 до 1800 т чугуна/сут (+68,7 %) [3, с. 103, 104]. Улучшились экологические показатели доменной плавки: выбросы вредных веществ и парниковых газов в атмосферу снизились вдвое.

Для получения ГВГ используют доменный газ в процессе его рециркуляции. Доменный газ очищают от СО2 на специальных агрегатах. Двуокись углерода улавливается и реализуется как товар. При вдувании ГВГ исключается возможность работать с атмосферным дутьем, так как температуры фурменных очагов устанавливаются на уровне обычного доменного процесса [3, с. 105].

Существенным недостатком доменного процесса выплавки чугуна является использование дефицитных восстановителей - кокса и рудного сырья высокого качества, запасы которых с каждым годом истощаются, мировые запасы коксующихся углей, по данным ООН [4, с. 211], не превышают 5 % от общих запасов каменного угля.

Меламуд С. Г. в своей работе [5, с. 8] на основании промышленных испытаний, проведенных в доменных печах, с целью замены качественных руд на концентрат обожженной сидеритовой руды (КОСР) с 48 % Fe, опроверг общее убеждение о снижение производительности выплавки чугуна при вовлечении в шихту агломерата труднообогатимых, бедных руд. Было доказано, что сидеритовые руды могут заменить дорогую руду в шихте агломерата и положительно повлиять на технико-экономические показатели работы печи. Применение КОСР значительно повлияло на содержание железа в агломерате. С повышением Fe в агломерате с 54,5 до 56,2 %, совместно с другими факторами, позволило достичь положительных изменений технико-экономических показателей работы доменной печи: снизился расход условного топлива (кокса, угля, природного газа), фактический расход кокса снизился на 44,2 кг/т чугуна, сократился расход железорудных материалов на 24,5 кг/т чугуна, повысилась производительность печи на 92 т/сут.

Для реализации дополнительного сокращения кокса, повышения производительности доменной печи и использования ВЭР кислородно-конвертерного цеха предполагается использовать конвертерный газ для обжига сырой сидеритовой руды и получения КОСР.

Расчеты в данной области показали, что обжиг максимально возможной массы сидеритовой руды конвертерным газом возможен при условии перехода котла охладителя конвертерных газов в режим работы «без дожигания» окиси углерода, где коэффициент расхода воздуха a = 0,11. Были выявлены расчетные значения затрат теплоты на выработку пара в котлах ОКГ (2,361 МДж/кг) (рис. 1, процесс 1-2), температура конвертерного газа перед кессоном котла ОКГ (1650 °С), после котла ОКГ (650^700 °С). Дальнейшее использование газа предполагает полное его сжигание с коэффициентом расхода воздуха а = 1 в агрегате обжига сырой сидеритовой руды (рис. 1, процесс 2-3). Теплотой от полного сжигания СО возможно обжечь 331,25 т сидеритовой руды, не превышая температуры обжига 650 °С, на основании данных работы [6, с. 267] за время продувки чугуна кислородом (12 мин.). Расчетные значения переданной теплоты на обжиг сидеритовой руды (7,98 МДж/кг) (рис. 1, процесс 3-4).

В агрегате обжига предполагается проводить противоточный режим нагрева для повышения интенсификации процесса. Мощность агрегата обжига сидеритовой руды составит 682 МВт. Обожженный концентрат сидеритовой руды направляется на аглофабрику, где проводится дальнейшая подготовка к загрузке в доменную печь.

Использование теплоты конвертерного газа в режиме работы котла «без дожигания» окиси углерода с коэффициентом расхода воздуха a = 0,11 позволяет сэкономить до 26 тыс. т условного топлива на 1 млн. т выплавленной стали.

Применение эффективных энергосберегающих мероприятий в доменном и кислородно-конвертерном производствах позволит сократить потребление покупных энергетических ресурсов, снизить энергоемкость чугуна и конвертерной стали. Реализация перспективных технологий, главным образом, возможна за счет модернизации и реструктуризации технологических процессов, реконструкции и замены энергетического оборудования. Внедрение современных технических средств и технологий направлены на интенсивное энергосбережение, ориентированное, прежде всего, на утилизацию вторичных энергоресурсов.

Выводы:

1. Использование технологии вдувания горячих восстановительных газов и концентрат обожженной сидеритовой руды обеспечат полную реализацию энергетического потенциала в доменном производстве: снижение расхода кокса с 606 до 308,2 кг/т чугуна (на 49 %), повышение производительности доменной печи с 1067 до 1892 т чугуна/сут. (на 77 %), полный вывод качественных железных руд путем их замены на КОСР и природного газа путем его замены доменным газом, отмытым от СО2.

2. СО2, отмытый из доменного газа, можно продавать как товарный продукт для использования в рефрижераторном оборудовании.

3. Технология обжига КОСР основана на полной утилизации теплоты конвертерного газа, при этом выбросы ВЭР значительно сократятся и достигнут экономии до 26 тыс. т у. т. на 1 млн. т выплавленной стали.

4. Выбросы парниковых газов при использовании технологии горячих восстановительных газов и обжига КОСР конвертерным газом снизятся на 69,2 %, значительно улучшая экологическую ситуацию в металлургических регионах.

Литература

1. Колпаков С. В. Энергосбережение в металлургии. V Всероссийское совещание-выставка по энергосбережению (5-9 апреля 2004 г.). - Екатеринбург, 2004.

2. Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Хрестоматия энергосбережения. Справочное издание в 2-х книгах / Под ред. В. Г. Лисенко. - М.: Теплоэнергетик, 2002. - 688 с. (кн. 1), 768с. (кн. 2).

3. Сосковец О. Н., Шевелев Л. Н., Шатлов В. А., Еремин В. И., Марсуверский Б. А., Рогинко С. А. Применение технологии «горячих восстановительных газов» для повышения энергоэффективности производства чугуна / Сталь. 2014. № 5.

4. Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна. - М.: Металлургия, 1989 г. 512 с.

5. Меламуд С. Г., Юрьев Б. П., Дадчук И. А. Использование сидеритовых руд при производстве агломерата и выплавке чугуна / Сталь. 2015 г. № 1.

6. Клочковский С. П., Смирнов А. Н., Абдрахманов Р. Н., Савченко И. А. Активация обожжённых в «мягких» условиях высокомагнезиальных сидеритов. Хроматографические и рентгеноструктурные исследования / Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 72-й научно-технической конференции / под редакцией В. М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2014. Т. 1.