ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Современная металлургия базируется на использовании: горючих ископаемых (уголь, природный газ, нефть), электроэнергии (источниками которой являются нефть, природный газ, уголь), кислорода (производство, которое связано со значительными расходами электроэнергии). Энергоресурсы металлургических предприятий обычно делят на первичные и вторичные. К первичным относят потребляемые в процессе производства поступающие на завод уголь, газ, мазут, электроэнергию и т. п. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) условно можно подразделить на две группы: высокопотенциальные ВЭР и низкопотенциальные ВЭР. В нашей стране и во многих других промышленно развитых странах основное внимание традиционно уделяют утилизации высокопотенциальных ВЭР. Использование высокопотенциальных ВЭР. К высокопотенциальным вторичным энергоресурсам относят обычно нагретые до высоких температур (1000-1700 °С) отходящие газы металлургических агрегатов, а также отходы, содержащие горючие компоненты. На практике действуют достаточно эффективные способы утилизации физического и химического тепла этих газов. Утилизация тепла отходящих газов. Покидающие рабочее пространство металлургических агрегатов горячие дымовые газы уносят с собой значительное количество тепла (тем большее, чем выше температура газов и чем ниже степень использования тепла в агрегате). Для максимальной утилизации тепла чаще всего используют следующие варианты: пропускают отходящие горячие газы через котел-утилизатор с целью получения пара; используют горячие газы для предварительного (перед загрузкой в сталеплавильный агрегат) подогрева металлолома; организуют передачу тепла горячих газов воздуху или газу, подаваемому в металлургический агрегат для горения (применение теплообменников регенеративного и рекуперативного типов). Следует подчеркнуть, что единица тепла, отобранного у горячих дымовых газов и вносимая в печь подогретым воздухом или газом, оказывается значительно ценнее единицы тепла, полученной в печи в результате сгорания топлива. Использование регенеративных и рекуперативных теплообменников обеспечивает заметное снижение расхода топлива. Описанные выше методы сохранения тепла газов имеют общее название — регенерация тепла1. Регенерация в теплотехнике — использование тепла отходящих газов для подогрева воздуха и/или топлива, поступающих в какую-либо теплотехническую установку, печь. Регенератор — теплообменник, в котором передача тепла осуществляется путем поочередного соприкосновения горячего и холодного теплоносителей с одними и теми же поверхностями аппарата. Во время соприкосновения с горячим теплоносителем стенки регенератора нагреваются, с холодным — охлаждаются, нагревая его. Рекуператор — теплообменник поверхностного типа для использования тепла отходящих газов, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенератора трасса потоков теплоносителей в регенераторах не меняется. Регенеративные теплообменники широко применяют на высокотемпературных печах (мартеновских и доменных печах, в нагревательных колодцах), так как регенераторы могут работать при весьма высоких температурах дымовых газов (1500—1600 °С). При такой температуре рекуператоры работать устойчиво пока не могут. Особенности утилизации конвертерных газов. Основной составляющей конвертерных газов является СО; температура их в зависимости от периода плавки колеблется в пределах 1300-1700 "С. В случае работы конвертеров с подачей кислорода только сверху в отходящих газах практически нет водорода; при донной продувке и защите фурм подачей жидких или газообразных углеводородов в отходящих газах может содержаться заметное количество водорода. Конвертерные газы представляют собой ценнейший вид высокопотенциальных ВЭР (можно утилизировать и физическое тепло нагретых газов, и химическое тепло от сжигания СО и Н2). Приходится, однако, учитывать следующее: 1. Интенсивность выделения газов из конвертера периодически меняется от нуля в межплавильный период до максимума примерно в середине периода продувки. Если принять, что промежуток времени от выпуска до выпуска 35 мин (т. е. примерно 40 плавок в сутки), а продолжительность интенсивного окисления углерода 10 мин, то из 1440 мин суточного времени лишь 10 • 40 = 400 мин в сутки конвертер покидают газы, являющиеся ВЭР. 2. Отходящие конвертерные газы несут с собой значительное количество плавильной пыли (в отдельные периоды до 250 г/м3 газа). Выброс таких запыленных газов в атмосферу недопустим и по санитарным, и по экологическим, и по экономическим нормам (пыль состоит в основном из оксидов железа). Поэтому все конвертеры оборудованы системами очистки отходящих газов с тем, чтобы утилизировать пыль, уловленную в этих системах. В данной связи конвертер является частью единой системы: конвертер — охладитель газов (котел-утилизатор)— газоочистное устройство—дымосос-устройства для выброса газов в атмосферу или для их утилизации. В зависимости от допускаемого (или организуемого) подсоса воздуха в систему плавка может осуществляться по нескольким режимам: а) с полным дожиганием (дополнительно выделяемое тепло в известной степени используется в котле-утилизаторе); б) с частичным дожиганием (при максимальном выделении газов дожигается только часть СО, остальная часть СО сгорает на свече на выходе из системы; при уменьшении выделяющихся газов количество СО, сгорающего на свече, уменьшается; в результате обеспечивается по ходу всей продувки более равномерная работа котла-утилизатора при постоянной производительности дымососа; как при полном, так и при частичном дожигании объемы газов вследствие подсоса воздуха существенно (в 3—4 раза) возрастают; в) без дожигания. В последнем случае зазор между горловиной конвертера и котлом-утилизатором герметизируют. Объем очищаемых газов при этом в 3—4 раза меньше, чем при работе с дожиганием, что упрощает и удешевляет организацию газоочистки. Выделяющиеся после газоочистки газы собирают в газгольдере. Их можно использовать как топливо (содержат 70—85 % СО, теплота сгорания 8-10 кДж/м3) или сырье для химической промышленности. Отечественная промышленность пока не располагает значительным опытом такой работы. Основная масса конвертерных газов используется для получения пара и подвергается при этом охлаждению до (200—500 °С) в котлах-утилизаторах, после чего направляется на газоочистку. Современные котлы-утилизаторы имеют паропроизводительность до 300 т/ч и более. Кроме перечисленных способов утилизации горячие конвертерные газы можно использовать и как восстановитель железорудного сырья, и для предварительного нагрева загружаемого в конвертер лома. Использование газов как восстановителя весьма заманчиво, но только после охлаждения, так как в случае твердофазного восстановления желательно иметь температуру около 1050 °С (т. е. газы необходимо охлаждать). В Магнитогорском горно-металлургическом институте предложена технология так называемой энергохимической аккумуляции, сущность которой заключается в добавке в отходящие конвертерные газы определенного количества природного газа. В результате реакции повышается теплота сгорания газа, увеличивается его количество. СО + ЗСО2 + СН4 = 4СО + СO2 + Н2 + Н2О Возможны и другие варианты решения проблемы эффективного использования физической и химической теплоты конвертерных газов.
Пути использования низкопотенциальных ВЭР. Низкопотенциальные вторичные энергетические ресурсы (например, отходящие газы с температурой 200 "С и менее) очень часто не только остаются неиспользованными, но и рассеиваются в окружающую среду. По мере совершенствования методов использования высокопотенциальных ВЭР доля энергии, теряемой с низкопотенциальными ВЭР, возрастает. Проблема использования этих низкопотенциальных ВЭР уже имеет несколько вариантов решения, проверенных на практике: 1. Выработка электроэнергии на базе специальных турбин, работающих на легковскипающих рабочих телах. Этот путь опробован на некоторых предприятиях (прежде всего в таких странах с малыми природными энергоресурсами, как Япония, Ю. Корея, Италия). 2. Использование низкопотенциальных ВЭР для обогрева грунта (обогреваемые теплицы). По предварительным расчетам, такое предприятие, как крупный металлургический комбинат, может отапливать низкотемпературными (80—90 °С) ВЭР примерно 150 га теплиц и обеспечивать тем самым производство около 60 тыс. т овощей и зелени. 3. Использование перепада давления при дросселировании газов на газораспределительных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (FPQ металлургических заводов. Во многих случаях давление редуцируется в 3—6 раз без какого-либо использования. Между тем использование энергии сжатых газов может быть реализовано с целью выработки холода, необходимого для производства и хранения плодоовощной продукции. 4. Использование углекислоты, извлекаемой из отходящих газов для получения сухого льда (который затем можно использовать для быстрой заморозки, хранения, сушки продуктов питания и т. п.). Пункты 3 и 4 заслуживают особого внимания в связи с запретом на использование фреонов (для сохранения озонового слоя).
|