Виталий Скляр - Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии. Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»

Поэтому, даже учитывая то, что кислородно-конвертерный способ сам по себе экономичнее мартеновского в 12…18 раз, сквозные затраты энергии при переходе с одного способа на другой фактически не уменьшаются. В то время, как переход от получения заготовки с помощью слиткового передела к разливке на МНЛЗ существенно уменьшает затраты энергии на производство готового проката.

1. Приведите структуру энергопотребления металлургического предприятия и назовите основные виды топлив, которые потребляются в металлургии.

2. Что называется энергоемкостью продукции? Какое из металлургических производств наиболее энергоемкое?

3. Чему соответствует 1 тонна условного топлива?

Многие металлургические агрегаты характеризуются не только большим потреблением энергоресурсов, но и имеют при этом низкий коэффициент полезного действия (КПД), из-за больших потерь тепла в окружающую среду, обусловленных особенностью их конструкции. В большинстве случаев эти потери тепла уменьшить нельзя, но можно использовать данное тепло на другие нужды.

В коксовых батареях, доменных печах, кислородных конвертерах и некоторых других агрегатов в процессе основного производства образуются искусственные технологические газы, которые затем можно использовать как топливный ресурс для печей или котлов.

Данные тепловые и топливные ресурсы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР).

Вторичные энергоресурсы – это содержащаяся в продукции или отходах энергия, которая не используется в основном технологическом агрегате, но может применяться в других агрегатах.

Таким образом, к ВЭР не может относиться, например, подогрев воздуха перед подачей в печь с помощью рекуператора, так как тепло отходящих газов будет использоваться в самом агрегате. Но если тепло отходящих газов направить в котел-утилизатор, то такой источник тепла будет относиться к ВЭР.

За счет использования ВЭР на предприятии можно покрыть потребности в тепловой энергии на 30…70%.

Все имеющиеся ВЭР можно разделить на три группы: горючие, тепловые и ВЭР избыточного давления (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Классификация вторичных энергетических ресурсов

Горючие ВЭР – это отходы основного производства, используемые в качестве топлива для других агрегатов. К ним относятся различные технологические газы, которые образуются в основном производственном агрегате во время технологического процесса. Горючие ВЭР образуются во многих технологических агрегатах, причем в больших объемах, и поэтому широко используются на металлургических предприятиях. Использование горючих ВЭР позволяет экономить до 20% и более привозного топлива (природного газа, угля, мазута и т.д.).

Тепловые ВЭР – это теплосодержание печных газов, воды из системы охлаждения, жидкого, кристаллизующегося или нагретого под прокатку металла, шлака, и т.д, которое можно использовать как источник теплоэнергии для других нужд. Обычно они используются для нагрева воздуха и газа для горения в печах, других исходных материалов (например, металлолома) а также для выработки горячей воды или пара. Источники тепловых ВЭР разнообразны и встречаются фактически на каждом звене технологической цепочки производства металла, поскольку большинство металлургических процессов происходит при высокой температуре.

Тепловые ВЭР используются в основном в котлах-утилизаторах для получения пара или горячей воды, камерах предварительного подогрева шихтовых материалов, в контактных нагревателях, а также в системах испарительного охлаждения (СИО).

Тепловые ВЭР по величине их температуры можно условно разделить на высокотемпературные (более 600 °С), среднетемпературные (300…600 °С) и низкотемпературные (менее 300 °С). В основном используются высокотемпературные тепловые ВЭР, поскольку эффект от их применения велик.

Использование низкотемпературных ВЭР возможно в так называемой турбине Рэнкина (Organic Rankine Cycle – ORC). Это турбина специальной конструкции, в которой в качестве рабочего вещества используется не вода, а другое вещество с низкой температурой кипения (например, аммиак или фреон). Низкотемпературные ВЭР подаются в теплообменник, где отдают тепло этому теплоносителю, полученный низкотемпературный пар подается на турбину, которая вырабатывает электрическую энергию.

К ВЭР избыточного давления относят газ, воду или пар, которые, выходя из основного производственного агрегата, имеют высокое давление, которое можно использовать на турбине для получения электроэнергии. В этом случае в основном применяются газовые бескомпрессорные утилизационные турбины (ГУБТ).

Все рассмотренные виды ВЭР в больших количествах образуются и используются на металлургических предприятиях..

В качестве горючих ВЭР используются коксовый газ, доменный газ и конвертерный газ. Характеристика данных газов приведена в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Характеристика топливных ВЭР

Доменный газ – это наиболее часто используемый топливный ВЭР, который образуется в доменной печи в процессе горения кокса в фурменной зоне и последующего прохождения через слой шихты с восстановлением железа из рудного материала. Горючий потенциал коксового газа объясняется наличием СО, который не успел прореагировать с оксидами железа в рудной части шихты.

Сжигание доменного газа производится в паровых котлах, а также в нагревательных колодцах и методических печах прокатных цехов. Однако это использование опасно из-за большой токсичности доменного газа (наличие в его составе СО – угарного газа) и требует повышенных мер безопасности с постоянным контролем состава воздуха в цеху. Возможно применение доменного газа и для работы коксовых батарей, а также для доменных воздухонагревателей. Может применяться, как только сам доменный газ, так и смесь его с другими видами топлива. За счет сжигания доменного газа возможно покрытие до 30…40% потребности в тепловой энергии металлургического комбината.

Использование доменного газа как теплового ВЭР нерационально из-за его низкой температуре на выходе из печи.

Кроме горючего потенциала доменный газ имеет избыточное давление на выходе их печи, величина которого составляет 0,15…2,4 МПа и зависит от производительности печи. Использование данного избыточного давления производится путем пропускания доменного газа через ГУБТ, которая вырабатывает электрическую или механическую энергию для производственных нужд.