Перспективы развития теплоэнергетики черной металлургии

Развитие теплоэнергетики черной металлургии неразрывно связано с техническим перевооружением отрасли.

Технический прогресс в черной металлургии, как и в остальных отраслях народного хозяйства, определяется созданием безотходных и энергосберегающих технологиче­ских процессов. Следует иметь в виду, что это направление, помимо экономических выгод, обеспечивает также сниже­ние загрязнения окружающей среды промышленными выб­росами.

Повышение эффективности использования энергии в технологических процессах. Металлургические печи являются основными технологиче­скими агрегатами и потребителями топлива на металлурги­ческих заводах. Поэтому повышение эффективности топливоиспользования определяется в первую очередь совершенствованием теплотехнологических процессов, осущест­вляемых в металлургических печах.

Основным потребителем энергии в технологических про­цессах черной металлургии является доменное производст­во, характеризующееся максимальным удельным расходом энергии и максимальной долей используемой энергии.

Так, удельный расход топлива и энергии на производ­ство чугуна превышает 20 ГДж/т, что примерно в 40 раз выше удельных расходов энергии на производство стали. Расход энергии на производство чугуна (вместе с подготов­кой сырья) превышает 60 % общего расхода энергии в чер­ной металлургии. Поэтому повышение эффективности ис­пользования топливно-энергетических ресурсов в этом пе­ределе имеет большое значение, тем более, что доменное производство расходует наиболее дефицитное и дорогое топливо – кокс.

С целью снижения расхода кокса улучшается подготов­ка железорудных материалов, расширяется использование комбинированного дутья, повышается температура и сни­жается влажность дутья и др.

Перспективным направлением в развитии доменного производства является вдувание в доменные печи горячих восстановительных газов при холодном кислородном дутье. В качестве такого газа имеется в виду применение домен­ного газа, очищенного от СО₂ и Н₂0 с их удалением или использованием для конверсии углеводородов, вдуваемых в печь вместе с доменным газом.

Использование восстановительных газов обеспечивает по сравнению с работой доменных печей на комбинирован­ном дутье экономию до 20 % кокса и до 100 м³ природного газа на 1 т чугуна.

Повышение температуры нагрева дутья требует созда­ния более совершенных воздухонагревателей. Перспектив­ны компактные воздухонагреватели с неподвижной насып­ной насадкой.

Наряду с совершенствованием традиционной доменной технологии получает развитие бескоксовая металлургия, заключающаяся в процессе металлизации железорудного сырья, с использованием в качестве технологического топ­лива природного газа и последующей электроплавкой ме-таллизованного продукта. По общему расходу энергии новая схема существенных преимуществ не имеет (предпола­гается снижение расхода топлива на 3 %), однако вытесне­ние из металлургических процессов кокса весьма эффек­тивно.

Совершенствование технологии доменного производства сказывается на уменьшении выхода и теплоты сгорания до­менного газа. С учетом его использования в качестве вос­становительного газа в доменных печах выход вторичных топливных энергоресурсов в доменном переделе будет сни­жаться.

Большое внимание уделяется расширению использова­ния остальных ВЭР доменного производства. Ведутся рабо­ты по использованию уходящих газов доменных воздухо­нагревателей для нагрева воздуха, подаваемого в их горел­ки; повышению эффективности работы СИО доменных пе­чей; расширению использования давления доменного газа в ГУБТ как за счет повышения и стабилизации избыточно­го давления газов под колошником, так и за счет совершен­ствования схем и конструкций ГУБТ.

Основным направлением в развитии сталеплавильного производства является замена мартеновского процесса кис­лородно-конвертерным и электросталеплавильным.

При значительных преимуществах кислородно-конвер­терного процесса по сравнению с мартеновским следует от­метить его существенный недостаток – высокую энергоем­кость. Это объясняется малой долей используемого лома и, таким образом, возрастанием энергозатрат за счет значи­тельного расхода чугуна. Следо­вательно, важнейшим направлением снижения энергозат­рат на кислородно-конвертерный передел является увеличе­ние количества используемого лома. Так, при увеличении доли лома до 50 % энергоемкость снижается на 30 % и становится ниже энергоемкости мартеновского процесса при той же доле лома. Возможность увеличения доли лома достигается применением, так называемого комбинирован­ного процесса, состоящего в использовании топлива в кон­вертере и продувки металла сверху и через днище, а так­же в предварительном подогреве лома или его расплавле­нии в шахтных печах.

Наименее энергоемким является электросталеплавильный процесс, использующий 100% лома в металлической шихте. Увеличение ресурсов лома в стране, развитие элек­троэнергетики, повышение потребности народного хозяйст­ва в спецсталях создают предпосылки для развития этого передела.

Существенным в снижении энергоемкости сталепла­вильного процесса является расширение использования непрерывной разливки стали. Производство стали в кисло­родных конвертерах и дуговых электропечах в сочетании с непрерывной разливкой обеспечивает по сравнению с тра­диционной схемой мартеновского процесса в сочетании с обжимными станами значительную экономию топлива. В расчете на 1 т заготовок применение МНЛЗ дает экономию 60 кг коксующихся углей, >50 кг нефти, 40 м³ природного газа, 9 м³ кислорода и >5000 МДж электро­энергии.

В утилизации ВЭР сталеплавильного передела важное значение имеет использование конвертерных газов, выход которых составляет около 15 кг условного топлива на 1 т стали. Следует при этом иметь в виду, что конвертерный газ является не только высококачественным энергетическим топливом, но и ценным технологическим топливом, исполь­зование которого возможно в восстановительных процессах. Расширение электросталеплавильного процесса и при­менение в электропечах газокислородных горелок для сжи­гания природного газа выдвигают проблему использования тепла уходящих газов дуговых печей.

В прокатном производстве снижение расходов топлива обеспечивается прежде всего применением МНЛЗ, исклю­чающих использование нагревательных колодцев. Приме­нительно к существующим печным агрегатам значитель­ные резервы экономии топлива заключаются в повышении доли и температуры горячего посада металла в нагрева­тельные колодцы и методические печи, повышении темпе­ратуры нагрева воздуха, улучшении изоляции кладки и водоохлаждаемых элементов печей.

Создание безотходных и малоотходных технологий должно привести к снижению выхода вторичных энергоре­сурсов. Однако в обозримом периоде для технологических процессов в черной металлургии выход ВЭР остается весь­ма значительным и важность проблемы их более полного и эффективного использования не снижается, а возрастает. Помимо расширения использования топливных ВЭР, в частности конвертерного и ферросплавного газов, преду­сматривается более полное использование тепловых ВЭР:

– физического тепла уходящих газов, готового продукта, шлаков и др. При этом совершенствуются теплоутилизирующие устройства. Так, в системах испарительного охлаж­дения и в котлах-утилизаторах намечается повышение параметров пара до энергетических (4–4,5 МПа и 450°С, а в перспективе до 10 МПа) с его использованием в турби­нах ТЭЦ–ПВС, кислородных станций, теплоутилизацион­ных ТЭЦ и др.

С целью повышения эффективности работы котлов-ути­лизаторов должна быть снижена температура уходящих га­зов с 200–250 до 130–150°С, т. е. до температур уходя­щих газов современных энергетических котлоагрегатов. Это обеспечит экономию более 800 тыс. т у. т. в год. Уплотне­ние боровов и газоотводящих трактов печей позволит на 10–15% увеличить выработку пара.

Предусматривается использование ВЭР для получения холода с его широким применением для нужд технологии (осушки доменного дутья и сжатого воздуха, охлаждения воздуха в процессах сжатия, охлаждения электродвигате­лей и др.). Помимо использования вторичных энергоресур­сов технологических агрегатов, следует учитывать и начать использование ВЭР энергетических установок, к которым относятся: тепло, теряемое в доменных воздуходувках и в компрессорах, а также теряемое с водой, охлаждающей конденсаторы паровых турбин привода компрессоров; теп­ло уходящих газов теплоутилизационных установок, паро­вых и водогрейных котлов; избыточное давление природ­ного газа, поступающего к металлургическим предприяти­ям. Должно быть существенно расширено использование низкопотенциальных ВЭР (пара низкого давления, теплой воды, вентиляционных выбросов и др.).

Улучшению использования ВЭР способствует примене­ние сухих методов очистки газов, в том числе доменного, обеспечивающих сохранение их физического тепла.

Наряду с совершенствованием технологических процес­сов и улучшением использования ВЭР существенно должна быть повышена эффективность энергообеспечения метал­лургических заводов. С этой целью прежде всего осущест­вляется вывод из эксплуатации устаревшего оборудования с заменой его современным.

Повышение эффективности теплоснабжения будет до­стигнуто его максимальной централизацией, увеличением выработки электроэнергии на тепловом потреблении, мак­симальной заменой пара для технологических нужд горя­чей водой и др.

Перспективы использования ядерной энергии в черной металлургии. Черная металлургия является крупнейшим потребителем топлива. В связи с тем, что запасы органического топлива ограничены, усложняется его добыча, повышается стои­мость, увеличивается дефицит коксующихся углей, большое внимание уделяется исследованию перспектив использова­ния в черной металлургии тепла ядерных реакторов. Новый источник энергии, заложенный в ядрах атомов урана и плутония, по своим энергетическим возможностям превос­ходит все ранее найденные и используемые виды энергии. Одним из преимуществ ядерной энергии является концен­трация ее в очень малом объеме. Соотношение масс угля и урана, необходимых для выработки одинакового количест­ва энергии, составляет 24000: 1.

Основными перспективными направлениями использования тепла высокотемпературных атомных реакторов являются: производство и на­грев восстановительных газов, газификация угля, получение водорода из воды. Большое внимание уделяется вопросам создания атомных энергометаллургических комплексов.