yandex.metrica
Теплотехника

Вторичные энергоресурсы черной металлургии

Источники вторичных энергоресурсов

Являясь одной из самых топливопотребляющих отраслей промышленности, металлургия обладает рядом особенностей. Высокотемпературные технологические процессы приводят к относительно низкой эффективности использования топлива. Одновременно значительная часть вносимой в процесс энергии уходит из агрегата с энергоносителями, которые могут быть затем использованы в виде вторичных энергоресурсов. Распределение ВЭР по основным переделам чёрной металлургии приведено в табл. 12.1.

Распределение ВЭР по основным металлургическим переделам
Таблица 12.1 Распределение ВЭР по основным металлургическим переделам

Классификация ВЭР

По виду энергии ВЭР разделяют на горючие (топливные), тепловые и избыточного давления газа.

К горючим ВЭР относятся побочные продукты технологических процессов, которые могут быть использованы в качестве энергетического или технологического топлива.

Тепловые ВЭР – это физическая теплота основных и побочных продуктов технологических процессов, отходящих газов технологических агрегатов, а также систем охлаждения их элементов. Если эта теплота используется для подогрева сырья или воздуха, то есть возвращается в технологический процесс, то к ВЭР она не относится.

ВЭР избыточного давления газов- это потенциальная энергия газов, выходящих из технологических агрегатов с избыточным давлением, которое может быть использовано в утилизационных установках для получения других видов энергии.

Характеристика ВЭР

Характеристика горючих ВЭР

В чёрной металлургии к горючим ВЭР относятся доменный, ферросплавный и конвертерный газы, а иногда также и коксовый газ.

Доменный газ образуется при выплавке чугуна в доменных печах. Его выход и химсостав зависят от свойств шихты и топлива, режима работы печи, способов интенсификации процесса и других факторов. Выход газа колеблется в пределах 1500-2500 м3 на тонну чугуна. Доля негорючих компонентов (N2 и CO2) в доменном газе составляет около 70%, поэтому он имеет низкую теплоту сгорания (3-5 МДж/м3).

При сжигании доменного газа максимальная температура продуктов сгорания равна 1400-1500 °C. Если перед сжиганием газ и воздух подогреть, то температуру продуктов
сгорания можно значительно повысить.

На выходе из печи газ загрязнён колошниковой пылью, содержащей окислы железа, кремния, алюминия, марганца, серы, а также другие компоненты, имеющиеся в шихте. Запыленность доменного газа очень высока и достигает 20-25 г/м3, поэтому использовать его в качестве топлива можно только после очистки.

При применении доменного газа для обогрева коксовых печей, воздухонагревателей доменных печей, а также в утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ) содержание пыли в нем не должно превышать 4 мг/м3.

Ферросплавный газ образуется при выплавке ферросплавов в рудовосстановительных печах. Газ, отходящий из закрытых печей, можно использовать в качестве топливных ВЭР. В открытых печах в связи со свободным доступом воздуха газ сгорает на колошнике.

Выход и состав ферросплавного газа зависит от марки выплавляемого сплава, состава шихты, режима работы печи, ее мощности и т.п. Состав газа: 50-90% CO, 2-8% H2, 0,3-1% CH4, 2-5% CO2 , O2 <1%, остальное N2. Максимальная температура продуктов сгорания около 2000 °C. Запыленность газа высока и составляет 30-40 г/м3.

Конвертерный газ образуется при выплавке стали в кислородных конвертерах. Выход его колеблется, в среднем, от 80 до 100 м3 на тонну стали. Газ характеризуется высокой запыленностью, достигающей 200 г/м3. Состав зависит от свойств шихты, режима и интенсивности продувки, конструкции фурм, типа процесса и других факторов. Основная составляющая – оксид углерода СО. После очистки состав газа примерно таков: 70-80% CO; 15-20% CO2; 0,5-0,8% O2 ; 3-12% N2. Теплота сгорания – 8,4-9,2 МДж/м3. Максимальная температура сгорания достигает 2000 °С.

Коксовый газ образуется в процессе получения кокса (спекание угольной шихты) в количестве 400-460 м3 на тонну кокса. В качестве топлива он используется после извлечения ряда ценных химических продуктов.

Состав коксового газа зависит от свойств угольной шихты и условий коксования. Объёмные доли компонентов в газе находятся в следующих пределах: 52-62% H2; 0,3-0,6% O2; 23,5-26,5% CH4; 5,5-7,7% CO; 1,8-2,6% CO2. Теплота сгорания – 17-17,6 МДж/м3, максимальная температура продуктов сгорания около 2000 °С.

Характеристика тепловых ВЭР

Доля тепловых ВЭР к общему выходу ВЭР составляет около 30%.

Физическая теплота готового продукта и шлаков

Из печей и агрегатов металлургического производства готовый продукт и шлак выходят с высокой температурой. Чугун и сталь в большинстве случаев являются промежуточными продуктами металлургического производства и их физическая теплота, как правило, используется в последующих переделах: чугуна – в сталеплавильном, стали – в прокатном производстве. Поэтому физическая теплота их при таком использовании к ВЭР не относится.

Количество тепловой энергии, которое можно получить при использовании теплоты жидких шлаков, составляет около 6% от теплоты технологического процесса. Выход шлаков при выплавке чугуна составляет 0,4-0,6 т/т при температуре 1400-1500 °С, а при выплавке стали – 0,2-0,3 т/т при температуре 1500-1600 °С.

Физическая теплота вторичных газов

Вторичные газы подразделяются на горючие и негорючие (дымовые). Первые образуются непосредственно в технологическом процессе, вторые выделяются при сжигании топлива. Источниками их образования являются мартеновские, электросталеплавильные, нагревательные и обжиговые печи, коксовые батареи, кислородные конвертеры, агломерационные машины и воздухонагреватели доменных печей. В некоторых производствах (электросталеплавильном, обжиговом, агломерационном) продукты сгорания смешиваются с технологическими газами.

Коксовый газ выходит из коксовой печи с температурой 600-700 °С. Непосредственное использование физической теплоты этого газа затруднено в связи с большим содержанием в нём смол.

Температура доменного газа равна 150-350 °С. Использование его физической теплоты возможно только после сухой очистки.

Среди горючих газов наибольшую температуру (1400-1800 °С) имеет конвертерный газ.

Температура ферросплавного газа зависит от вида получаемого сплава. Так, при выплавке ферромарганца газ выходит из печи с температурой 200-300 °С, а при выплавке ферросилиция – 500-700 °С.

Отходящие газы мартеновских печей состоят из продуктов сгорания топлива и газообразных компонентов химических реакций, протекающих в технологическом процессе. Выход газа равен 60-80 м3 на тонну стали, запыленность его 10-15 г/м3. Температура непосредственно за ванной – 1650 °С, за регенераторами 600-850 °С.

В электросталеплавильных печах газы образуются в процессе химических реакций. При использовании топливно-кислородных горелок к газам добавляются продукты сгорания топлива. Температура газов до разбавления воздухом составляет 1600-1800 °С, запыленность – 50-60 г/м3.

Газы известково-обжиговых печей состоят, главным образом, из продуктов сгорания топлива и газов, образующихся при разложении карбонатов. Выход газов из вращающихся печей равен 2500-3000 м3/т, температура – 750-800 °С. Запыленность их зависит от типа печи и колеблется в пределах от 5 до 75 г/м3.

Отходящие газы агломерационных машин содержат компоненты продуктов сгорания газообразного и твёрдого топлив, летучих веществ коксовой мелочи, а также продуктов разложения карбонатов. По длине машины температура газов неравномерна, наиболее высока она (200-250 °С) в хвостовой части вакуум-камер. Запыленность газов – 4-7
г/м3.

В системе отопления коксовых батарей образуются продукты сгорания, которые после регенератора имеют температуру 250-350 °С.

Отходящие газы нагревательных печей состоят из продуктов сгорания топлива и, в зависимости от типа печи, имеют температуру 800-1300 °С. Их теплота используется для нагрева воздуха, при этом температура понижается до 400-600 °С.

Температура дымовых газов воздухонагревателей доменных печей равна 200-300 °С и обычно не используется. При сжигании ферросплавного газа под сводом в закрытых печах с укрытым колошником образуются продукты сгорания с температурой 1600 °С.

К тепловым ВЭР относятся также энергоносители в виде водяного пара, горячей воды, полученные при охлаждении технологических агрегатов, а также вентиляционные выбросы.

Горючие ВЭР и отходящие газы технологических агрегатов характеризуются высокой запыленностью, поэтому их использованию должна предшествовать очистка.