Энерго- и ресурсосбережения, модернизация технологий в черной металлургии

Продукции ме предприятий составляет 5% от ВВП страны. В промышленным производстве металлургам принадлежит 18%. Металлургия потребляет 32% электроэнергии. 25% Природного газа и 25% угля страны. 23% в железнодорожных перевозках. В 20 году 390 кг стали в ну душу населения – план. Потребитель – машиностроение, поэтому его нужно развить так, чтобы оно могло потреблять столько металла. 61% - конвертер, остальное – электро – к 20 году. Отказ от разливки в слитки и 90% - на МНЛЗ.

1.11.11 Лекция 17

Модернизация:

1. Внедрение новых технологий

2. Реконструкция заводов.

Делается эколого-экономический анализ. И в зависимости от того какими средствами располагает предприятие, решается идти по тому или иному пути. Также учитывается конъюнктура рынка.

Коксующийся уголь:

– 80% кузнецкий бассейн (Кемеровская область западной Сибири).

- Печерский бассейн

- Южноякутский бассейн

93 т. руды.

Товарная руда – это руда, которая идет для получения агломерата, либо окатышей. В ней повышенное содержание железа. Особенностью железных руд России – ряд месторождений низкое содержание железа. Самое лучшее – курская магнитная аномалия. Доля добывания руды -65%, 65 млрд. тон – запасы. Очень хорошие руды находятся в Карелии: Ковдорское и Костомукше.

Богословское месторождение, Тагило-кушвинское месторождение, Лебяженское, Благодатское месторождения. Удельный вес уральских месторождений – 14%.

Дальний Восток для заводов Амура. Исследование районов Байкало-Амурские месторождения. Но от туда везти неудобно, поэтому есть потребность там развивать предприятия.

Известняк, производится 15-16 млн. тонн. 8 млн. тонн потребляется металлургом.

85-90% - улучшение качества с использованием известняка. Уменьшение расходных ресурсов при производстве стали, прямой путь уменьшить загрязнение среды, сделать более дешевый продукт и т. о. занять определённое положение в мире.

Кокс

1. Высокая тепловая ценность

2. Обладает термической стойкостью и прочностью

3. Не обладает не спекаемостью

Коксовая печь

16-18 часов – коксование, за это время происходит разложение угля: выделяются смолы, остаются углерод и зола.

Увеличение камер, усовершенствуются огнеупорные материалы.

Особенности:

1. печи сложны по конструкции.

На изготовление этих печей уходит 400 видов огнеупорных материалов.

2. Обогрев либо коксовым, либо доменным газом.

Чтобы получить 1200-1300 ^о нужно газ подогревать.

3. Продукты улавливают и обрабатывают в цехах очень сложного оборудования. Большинство летучих очень токсичны.

4. Система должна быть герметична. Утечки газа могут вызвать много неприятностей. Около 50% водорода.

5. Продукты улавливания не востребованы потребителями, т.к. в условиях металлургического завода продукты получаются дорогими.

Технология производства кокса с рекуперацией тепла

Схема производства кокса с использованием печей с рекуперацией (приложение).

Рисунок Сравнение технологий получения кокса.

Обогрев коксового пирога по бокам и печь аналог камерной печи с выдвижным подом, но здесь он не подвижен.(20-40 огнеупоров).

15.11.11 Лекция 18

Новые пути получения кокса. Особенно последнее время ужесточение требований к выбросам. Старая технология является грязной. Через не плотности «грязи» уход в атмосферу (аммиак, тяжелые угреводороды, бензаперен и многое другое. Кокс также стал использоваться как сырье для химической промышленности. Новая технология базируется на использовании камерных печей.

Рабочее пространство 4 на 15 метров. Рабочее пространство через вертикальные каналы связаны с подподовыми каналами. Продукты горения под подом соединяются и удаляются через дымовую трубу. Загрузка в виде блоков (4 на 15 высотой 1 метр). Она готовится из угля, влаги. Шихта, помещается в матрицу и трамбуется. Утрамбованный блок загружается в печь. Особенностью в том., что она закрывается с торцов специальными крышками. Передний конец – щель на 100 мм больше блока. На передней заслонке 2 отверстия, через которые могут поступать воздух. Задвижка поднимается и специальным механизмом выталкивается в вагон кокс. Далее отправляется в установку сухого тушения кокса.

Получают продукты неполного горения, которые через вертикальные каналы подогревают коксовый блок с боковых сторон. Кроме верха подогрев сбоку. Подподовые каналы – это ещё один источник нагрева, там дожигается полугаз. Нагрев идет и сверху, и снизу и сбоку.

Обеспечение быстрого нагрева, разложение угля и получения кокса.

Преимущества:

1. Вся система находится под разряжением, значит ни каких выбросов в окружающую среду нет. (через не плотности идет подсос воздуха)

2. Требуется всего 23 типаразмеров огнеупоров, по сравнению с традиционной, где до 400.

3. Полное сжигание появляющихся газов. 65% - направляется в котел утилизатор для получения электроэнергии.

Технология получения кокса не предполагает переработки газообразных продуктов коксования. Кокс более прочный и это улучшает работу доменной печи.

Старые технологии позволяют получить продукт, который используют для изготовления электролизеров.

Производство железорудного сырья

Раньше были месторождения с содержанием железа до 65%.

Стояла задача убрать пустую породу. Первоначально решали так: дробили до 3 и менее мм, т.е. выделяли железную часть, и с помощью магнитного обогащения отделяли одно от другого. Применить такую мелкую руду в домне нельзя. Придумали процесс агломерации – спекания.

Использование горна (природный газ)

1. Увеличение производительности агломашины на 9%

2. Появляется СО и Н₂, которые омывают оксиды железа, которые восстанавливаются до железа. Расход кокса соответственно уменьшается.

3. Удалось на 60 тыс. тонн снизить выбросы СО₂, за счет того, что сверху даем газ и моем уменьшить кол-во коксика в слое и довести до 2,5%.

Частичное использование горячих газов в начало, чтобы смягчить тепловой удар. Тепло на охлаждение аломерата направляется в котел утилизатор из чашевого охладителя агломерата.

Производство окатышей

Молодое железорудное сырье. Появилось как отклик на состояние рудной базы в мире. По мере выработки богатых месторождений.

Цель получить – железорудные концентраты, размер частик которых 0,07 мм, иногда даже менее 0,05 мм. Такие концентраты не поддаются агломерации. Получают в результате флотации (мокрого обогащения), с использованием ПАВ. Пузырьки поднимают пустую породу. Получают пульпу – влажный железный концентрат.

Бентонит склеивает частица. На специальных устройствах – окомкователях – получают окатыши.

Надо так, чтобы часть потока газа использовалась для подогрева газа, для охлаждения горячих окатышей.

Чтобы обеспечить доступ газа и улучшить работу доменной печи, окатыш должен быть пористым.

Пошли по пути полимерных добавок. Которые позволяют делать их пористыми. Во время обжига полимеры выгорают.

1. Увеличение производительности на 10%

2. Хорошие показатели в доменных цехах.

Известь, известняк

15-16 млн, из них 6 млн. тонн металлурги, строительство, обработка сахара.

Флюсующие добавки.

Содержание CaCO₃ в известняке. CaCO₃ – CaO+CO₂

Флюсующая способность: быстро растворяться в жидких шлаках, степень обжига (на сколько природный известняк образует количество извести), реакционная способность (важно для конвертера, где реакции с высокими скоростями). Вредные примеси: кремнезем SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃

Качественные характеристики: однородность состава. Состояние в обожжённом состоянии.

Известь получается в результате термического разложения известняка. (чистый известняк дает - 56% извести, но так как есть примеси, то меньше)

Доломитовые известняки содержат MgO

900^оС – формируется пористая корочка (уменьшение теплопроводности)

При 1300С возможно протекание разложения и выделение примесей. – пережог, 1150С – обжиг. Задача теплотехника не допустить развитие температур 1300, чтобы не происходило пережога – брак.

(СаО +MgO)_акт 100/(CaO + MgO)_изв 100 = СаО_{активный}

Производительность до 300 т/сут., характеризуется т.усл.топлива и удельным расходом электроэнергии.

1. Шахтная печь

2. Труба, футерованная огнеупором – вращающая печь глиноземного производства.

Отдают предпочтение шахтным, так как в трубе занято только 15%. (тепло, которое отходит, надо его использовать. Много пыли.

Печи кипящего слоя. Низкий коэф. заполнения рабочего пространства.

22.12.11 Лекция 19

Разработки кафедры по шахтным печам:

Рисунок – схема распределения потоков газа, воздуха и рециркулята в шахтной печи обжига извести

В шахте должны стремиться организовать стремление к температуре

Использование рециркуляции

Работа печи: сверху загружается известняк, который под влиянием разгрузочного устройства опускается вниз и все температуры регулируются скоростью выдачи извести из печи. Примерно на 1,5 м под уровне слоя вверху устанавливается газоотборное устройство, которое позволяет организовать равномерное распределение газа по горизонтальному сечению печи. Газ удаляется не только колошник, но и через это газоотборное устройство. Проходя последнюю зону В, где распределены топливосжигательные устройства начинается зона охлаждения, которая организуется центральной подачи воздуха. Благодаря керамической вставки, распределяется равномерно. Питает газогорелочные устройства уровня В и Б. На вентилятор а=1,7, за счет воздуха горячего увеличивается до 1,3

После длительной эксплуатации (в Николаеве) удельный расход условного топлива сократился на 40% по сравнению с аналогичными печами, работающих на мазуте. Уменьшилась истираемость на 7%. Снижение содержания азота в 3 раза, диоксида серы до 0. Нулевые концентрации СО.

29.11.11 Лекция 20 (с дырками)

Ресурсы и энергосбережение в доменном производстве.

1) Возможность нагрева дутья до 1300

2) Применение комбинированного дутья (обогащено топливными добавками и кислорода)

3) При печная грануляция шлака. Уход от конусной загрузки к засыпному устройству.

4) Комбинированное дуться

Теплоемкость – кол-во тепла, которое надо подвести, чтобы нагреть потока на 1 градус.

Далее график температуры 3х зон для и доменная печь.

6.12.11 Лекция 21

Формы для доменной печи

График температуры

1) В верхней части печи теплоемкость шихты и газа практически не меняется.

2) В нижней части доменной печи

FeO + CO = Fe + CO₂

C + CO₂ = 2CO + требует значительных затрат тепла

FeO + C = Fe + CO₂ - Реакция прямого восстановления.

Тепловую работу совершают:

1) Верхняя ступень нагрева

2) Нижняя ступень нагрева

Эти ступени разделены зоной умеренных температур, которые для разных печей может иметь неодинаковый размер. В этой зоне наблюдается наименьшая разность температур.

Каждая ступень отличается самостоятельностью и автономностью.

На что указывает существование зоны умеренных температур (порядка 40^о)

Когда случился переизбыток ПГ, то доменщики решили попробовать использоваться его в домне.

Петрозаводск (первые испытания), уменьшился расход кокса.

Но когда стали давать больше ПГ, то возникли проблемы.

1) При добавке ПГ уменьшается температура на фурменных очагах.

Реакция идет с поглощения тепла (СH₄ + 0,5O₂ = CO +2H₂), которая забирается с фурменных очагов. Так как 1,5 = 3, то увеличивается выход горного газа.

2) Увеличивается выход горнового газа.

3) Количество восстановителей увеличивается, газы обладая лучшим потенциалом восстановления, которое действует на верхние части.

На примере ПГ,

Любые добавки к дутью должны гарантировать, как минимум сохранение распределения температур по высоте доменной печи, а следовательно и условий восстановления шихты.

1) Тепловое состояние нижней части должно обеспечивать в физический и химический нагрев чугуна.

2) Потенциал восстановительных газов СО, H₂ должен быть не хуже до внесения изменения в состав дутья.

3) Если даем какую-нибудь добавку, то мы должны обеспечить полную конверсию разложения на полное разложение.

4) Тепло в верхней ступени должно обеспечивать нагрев до зоны умеренных температур.

5) При любых добавках к дутью, газодинамический режим печи, чтобы производительность печи как минимум сохранялась на прежнем уровне.

Отличие кокса и пылеугольного топлива, в наличие летучих компонентов в ПУТ.

Требования температурного поля в пределах верхнего теплообмена.

Требования к сохранению и улучшения газодинамического режима.

1) Увеличить давление

2) Увеличить содержание кислорода в дутье.

1 кг угольного топлива, дает снижение использование кокса н 1 кг.

13.12.11 Лекция 22

Экономия кокса больше затрат на подогрев

30-35% доменного газа цена на нагрев.

Компенсируется углеродной добавкой.

поддерживается t фурменного очага.

Регенеративные подогреватели – нагрев насадки

Воздухонагреватель с внутренней камерой горения

Кауперы:

- камера сгорания (где сжигается газ) и насадка находятся в одном кожухе. в камере – высокая температура.

- за счет перепада температур – термическое напряжение, следовательно разрушение кладки

- факел бьет в стенку, следовательно деформация трещины, и переток газа из камеры горения в насадку и наоборот при проходе воздуха – тепловое короткое замыкание

- поворот ПГ на 180^о приводит к неравномерному распределению потока по сечению, следовательно разное количество протекаемого газа

- пульсации (т.к. высокая камера горения) – шум, создание другой горелки или уменьшение расхода газа (уменьшение тепловых нагрузок – греть меньше воздуха или снижать температуру).

- при горении образуются СО, оксиды, которые портят окружающую среду.

Воздухонагреватель с наружной (выносной) камерой горения

+ камера с насадкой не соприкасается

+ поворот сглаженный

- тепловая работа: в камере ~1600С, под куполопм – 1550.

Камера при нагреве расширяется, уходя газ к печи имеет t = 1100^оС, т.е. камера «дышит» - трещины.

Бесшахтный воздухонагреватель

Камеры горения нет. все пространство заполнено насадкой. Горелки располагаются по диаметру купола на стыке с насадкой с малым расходом газа и воздуха. Равномерное распределение по сечению и свод не изнашивается.

+ объем насадки увеличивается, следовательно ув. мощность.

- полнота горения топлива ниже, значительные выбросы СО.

- т.к. больше горелок, то нельзя поднять мощность к любой в отдельности.

Калугин. Струйно – вихревая горелка

Струи выходят через отверстия, газ и воздух подводятся с температурой дыма, но ГВС закручивается в куполе, поэтому смешение входят с газом ~100%. Поток уменьшается, процесс горения заканчивается

+ равномерное распределение по насадке ПГ за счет крутки

+ прямого удара в кладку нет

+ уменьшение t насадки при нагреве газа и воздуха за счет того, что воздух нагревается до 1300С

+ выбросы СО 20 мг/м³ – в 5 раз меньше нормы Европы.

Блочные насадки

диаметра отверстия

С меньшим диаметром наверх, т.к. конвекция и излучение.

ε_г = f(Pco2, lэф.луч)

Чем больше слой газа, тем интенсивнее теплопередача.

Снизу ~200-300C – излучения почти нет, для конвекции необходимо увеличение скорости и снижение диаметра.

рис 7.7: Калугина (слева).

- Нагрев воздуха и газа, тепло отходящего дыма с использованием термосифинов (т/трубы): в боров вводятся трубы (300-400 шт), диаметром 40-25мм, с небольшим количеством воды, она вскипает.

Следовательно исключение ПГ – большая экономия.

- использование трубчатых рекуператоров (- коррозия)

- подогрев до 600 С – бесшахтные кауперы (малые), затраты на строительство уменьшаются на 360 млн. руб.

Отказ от ПГ 60 млн, 3,5 млн – экономия на ремонте. Выбросы оксидов N уменьшаются на 155 т/год, СО – 70 тыс. т/год, экономия кокса 20 тыс. т/год

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 456
• 7
• Далее ⇒