СПОСОБЫ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА
1. Улучшение подготовки и качества сырых материалов:повышение прочности агломератов, отсев мелких фракций, обеспечение однородности и химического состава сырья.
Повышение содержания железа в сырье на 1 % сопровождается повышением производительности печи на 2,5 % и снижением расхода кокса на 1,5 - 2,0 %. Замена обычного агломерата офлюсованным позволяет исключить из шихты доменной печи известняк. Снижение расхода известняка на 100 кг/т чугуна приводит к снижению расхода кокса на 3 %.
Понижение содержания мелочи в шихте улучшает газопроницаемость столба шихтовых материалов и обеспечивает более равномерный ход газов в шахте печи. Уменьшение содержания мелочи в агломерате на 10 % приводит к увеличению производительности доменной печи на 10 %.
Каждый килограмм серы, выведенный из состава шихты, дает экономию 17 - 20 кг кокса, а снижение содержания серы в коксе на 1 % приводит к уменьшению его расхода на 2,5 % и на столько же повышает производительность печи.
2. Применение высоконагретого дутья. Дутье создает воздушную подушку, на которой держится вся масса сырья, заполняющего внутреннее пространство печи.
Дутье – столь важный фактор, что доменщики ввод печи в эксплуатацию называют задувкой. На каждый м3 полезного объема печи воздуходувка подает более 2000 м3 воздуха в минуту. Этот ураган обеспечивает горение огромной массы кокса.
Впервые нагрев дутья до 150 оС применили в 1829 г. По мере развития конструкций воздухонагревателей температура дутья постепенно повышалась и в настоящее время достигла 1350 оС. Повышение температуры дутья является одним из самых действенных факторов по снижению расхода кокса. С горячим дутьем в доменную печь поступает большое количество физического тепла. Это заменяет тепло, которое получают от сжигания кокса.
При повышении температуры дутья от 1000 до 1200 оС расход кокса снижается на 4,5 %. В ближайшее время температура дутья может достичь 1250 – 1400 оС, что потребует разработки новых конструкций воздухонагревателей и более стойких огнеупоров.
3. Вдувание топлива в печь для замены кокса.Самой дорогой составляющей шихты доменного процесса является кокс. На долю кокса приходится 40-50 % себестоимости передельного чугуна. Поскольку заменить полностью кокс в доменном процессе пока невозможно, ученые и металлурги всего мира постоянно ищут топливно-восстановительные добавки, позволяющие снизить расход кокса (так называемое комбинированное дутье). В настоящее время такими добавками являются кислород, природный газ, мазут, пылеугольное топливо.
При увеличении содержания кислорода в дутье до 30 % производительность печи повышается на 10 %, а расход кокса уменьшается на 9 %. Расход природного газа на дутье обогащенным кислородом до 30 % составляет 150 - 200 м3/т чугуна.
Практически применение природного газа является сейчас эффективным только в Северной Америке и России (причем используется газ собственных месторождений), а использование мазута экономически целесообразно для условий Западной Европы. В остальных регионах мира, где производятся черные металлы, основным заменителем кокса служит пылеугольное топливо (табл. 8).
Пылеугольное топливо (ПУТ) нашло широкое применение в 1993 - 1996 гг. в связи с необходимостью реконструкции большого числа коксовых батарей.
Таблица 8
Затраты основных энергоносителей на производство чугуна в главных регионах мира (по данным 1998 – первой половины 1999 гг.)
| Регион | Доля от мирового производства чугуна, % | Общие затраты энергии в аглодоменном переделе, ГДж/т чугуна | Затраты энергоносителей, кг (м3)/т чугуна | |||
| кокс | пылеуголное топливо | нефтепродукты | природный газ | |||
| Западная Европа (страны ЕС) | 16,19 | |||||
| Северная Америка (США и Канада) | 16,07 | |||||
| Дальний Восток (Япония, Южная Корея, Тайвань) | 15,68 | - | - | |||
| Средняя Азия (Китай, Индия, Северная Корея) | 20,73 | - | - | |||
| СНГ и Восточная Европа | 19,00 | - | ||||
| Мир в среднем | - | 17,68 |
Расход мазута составляет 60 кг/т чугуна. Это топливо вызывает в доменном процессе те же изменения, что и природный газ. Использование мазута повышает производительность доменных печей на 2 % и снижает расход кокса на 8-16 %.
Количество пыли, вводимой в печь, составляет 60-80 кг/т чугуна, что понижает расход кокса примерно на такое же количество. Вдувание угольной пыли требует разработки процессов ее подготовки: измельчения, осушения, транспортировки. Еще более эффективным является совместное применение природного газа и угольной пыли.
Во многих странах мира (Японии, Германии, Южной Корее, Бразилии, Китае и др.) в настоящее время ведутся активные исследования по применению в агломерационном и доменном производствах техногенных энергоносителей: пластмасс, древесных опилок, отработанных технических масел, спиртов, пищевых отходов производства сахара, риса, муки и т. п. Наиболее перспективным большинством специалистов признается применение в качестве заменителя кокса отходов пластмасс, как производственных, так и в виде ТБО. Пластмассы по энерго-металлургическим характеристикам не уступают либо превосходят известные топливно-восстановительные материалы (табл. 9).
Впервые пластмассы начала использовать в доменной печи немецкая фирма «Штальверке Бремен ГмбХ» в 1993 г. Для подачи пластмасс в фурмы была использована модернизированная система вдувания ПУТ. Предварительная подготовка пластмассовых ТБО включала сортировку, после которой пленочные материалы плавят и гранулируют, а твердые пластмассы дробят. Затем оба компонента смешивают и вдувают в доменную печь.
Таблица 9
Сопоставление химического состава пластмасс с другими видами топлив, %
| Составные элементы топлив | Топливные добавки к доменному дутью | |||
| природный газ | ПУТ | мазут | пластмассы | |
| Углерод | 70-75 | 75-80 | 85-87 | 75-80 |
| Водород | 22-26 | 4-5 | 10-12 | 10-14 |
| Зола | 8-12 | 0,05-0,10 | 4-6 | |
| Сера | менее 0,001 | 0,6-1,2 | 2,0-2,5 | 0,5-1,5 |
| Хлор | 0,1-0,3 | менее 0,05 | до 1,5 | |
| Фтор | менее 0,01 | до 0,001 | до 1,5 | |
| Калий | 0,2-0,3 | до 0,001 | 0,03-0,06 | |
| Натрий | менее 0,1 | до 0,001 | 0,08-0,12 | |
| Теплота сгорания, МДж/м3 | 30,0-38,5 | 13,0-28,0 | 40,0-42,5 | 38,0-45,0 |
4. Повышение давления газов в печи значительно увеличивает производительность печи и несколько снижает расход кокса.
Для повышения давления газа в доменной печи используется специальное дроссельное устройство на газопроводе очищенного колошникового газа. Это позволяет увеличить количество воздуха, подаваемого в печь. Расход кокса снижается потому, что улучшается использование газов в печи.
Кроме повышения производительности печи на 5-7 % и снижения расхода кокса, повышение давления способствует уменьшению выноса пыли из-за снижения скорости газов на колошнике на 20-50 %.