Р 50-605-100-94. Рекомендации по стандартизации. Энергосбережение. Основные направления энергосбережения в черной металлургии. Технологические мероприятия по снижению расхода котельно-печного топлива

(утв. Приказом ВНИИстандарта от 10.06.1994 № 29)

от 10 июня 1994 г. № 29

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ РАСХОДА КОТЕЛЬНО-ПЕЧНОГО ТОПЛИВА

Energy conservation. Base directions of energy conservation in ferrous metallurgy. Technology procedure for reduction of boiler-furnaco fuel consumption

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. Разработаны и внесены Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России с участием рабочей группы специалистов Института экономики ЦНИИчермета.

2. Утверждены Приказом от 10.06.94 № 29 директора ВНИИстандарт.

3. Введены впервые.

ВВЕДЕНИЕ

Черная металлургия России, обладая мощным производственным потенциалом, позволяющим в основном устойчиво обеспечивать народное хозяйство всеми видами металлопродукции, относится к наиболее энергоемким отраслям промышленности и потребляет более 7,0% топлива и более 10% электроэнергии, расходуемых народным хозяйством России. Повышение эффективности использования топлива и энергии с целью снижения энергоемкости металлургической промышленности является непременным условием роста эффективности работы отрасли и увеличения рентабельности производства.

Эффективность энергопотребления характеризуется удельным расходом топлива и электроэнергии на производство 1 т продукции отрасли. Развитие черной металлургии характеризуется тенденцией постоянного снижения расхода топлива на единицу продукции. Главное воздействие при этом оказывает технический уровень производства и масштаб использования новых энергосберегающих технологий. За последнее десятилетие в черной металлургии всех стран получили широкое применение такие энергосберегающие технологии, как непрерывная разливка стали, внепечная обработка жидкого металла, непрерывные процессы прокатки и отделки продукции. На экономию топлива влияет также увеличение использования вторичных тепловых энергоресурсов — внедрение теплоутилизационных установок.

Черная металлургия России по темпам прироста использования энергосберегающих технологий отстает от других стран, поэтому и темпы снижения энергоемкости здесь ниже, чем в Японии или США.

Кроме технического уровня производства, на эффективность энергопотребления влияют внешние для отрасли факторы: цены на энергоносители и доступность источников снабжения топливом.

Следует отметить, что за последние годы в отрасли были разработаны энергосберегающие программы, которые, однако, не были выполнены в полном объеме из-за отсутствия выделенных для отрасли достаточных капиталовложений и ресурсов оборудования.

Уровень износа основных производственных фондов в отрасли в настоящее время составляет более 45%, а машин и оборудования — около 60%. Сверхнормативный срок службы имеют 85% мартеновских печей, 60% электросталеплавильных и 55% ферросплавных печей, 55,5% доменных печей, 74,4% станов горячей и 44% холодной прокатки. Поэтому осуществлять энергосберегающие технологии на таком изношенном оборудовании крайне сложно. Необходима коренная реконструкция отрасли с заменой старых технологий и оборудования на новые, энергосберегающие. При проектировании новых (реконструируемых) предприятий, цехов и внедрении новых технологий необходимо проводить расчеты энергоемкости продукции, которая должна соответствовать лучшим отечественным и зарубежным аналогам.

Концентрируя мероприятия по энергосбережению в черной металлургии, настоящие рекомендации не рассматривают эффекты перераспределения энергобаланса между топливом и энергией, не содержат также анализа мер экономического характера по стимулированию энергосбережения в черной металлургии, т.к. это объекты других нормативных документов.

В то же время любому предприятию (объединению), заводу, имеющим отношение к разработке, внедрению (освоению) или использованию технологических процессов в черной металлургии, рекомендуется ознакомиться с настоящим документом, включающим разнообразные энергосберегающие технологические мероприятия по снижению расхода котельно-печного топлива с учетом накопленного в стране и за рубежом опыта работы в проблемной области.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации устанавливают эффективные освоенные и прогнозируемые мероприятия по энергосбережению, оцениваемые с помощью показателей экономии котельно-печного топлива, дающих конкретное (пооперационное) представление о расходе топлива и потенциале экономии удельных затрат топлива применительно к основным технологическим процессам в черной металлургии: производству агломерата и окатышей, коксохимическому, доменному, сталеплавильному, прокатному и трубопрокатному видам производства.

1.2. Настоящие рекомендации дают представление о современном состоянии потребления котельно-печного топлива в процессах черной металлургии в стране и за рубежом с ориентацией на энергосбережение.

1.3. Настоящие рекомендации предназначены для всех предприятий и организаций, расположенных на территории Российской Федерации, независимо от форм собственности.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О СОСТОЯНИИ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ. СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В ОТРАСЛИ

Черная металлургия потребляет пятнадцать различных видов топлива. Характерной особенностью топливного баланса отрасли является то, что более 50% топлива представляют собой отходы технологических процессов (коксовая продукция, коксовый и доменный газы, ферросплавный газ, промпродукт). В 1990 г. доля привозных видов топлива (уголь, мазут, природный газ) в топливном балансе отрасли составила 41,8%.

В табл. 1 показана структура топливного баланса черной металлургии России за 1985 — 1990 гг.

Как видно из приведенных данных, наибольшую долю в топливном балансе занимают природный газ (35,4%) и кокс (30,0%), причем расход природного газа за последние годы возрастал из-за снижения выхода коксового и доменного газов в связи с сокращением производства чугуна. Отрасль сокращала потребление такого дефицитного топлива, как мазут, вследствие газификации металлургических предприятий и сокращения производства мартеновской стали — основного потребителя мазута.

В табл. 2 показана структура расхода топлива основными производствами черной металлургии.

Как видно из табл. 2, основным топливоемким производством в отрасли является производство чугуна, где потребляется до 90% дорогостоящего кокса, расходуемого отраслью. Поэтому очень важно осуществлять энергосбережение, в первую очередь в доменном производстве. В остальных технологических производствах экономится в основном природный газ (при осуществлении энергосберегающих мероприятий), за исключением мартеновского производства, где вывод из эксплуатации мартеновских печей и замена их электросталеплавильными или конвертерными печами позволяет экономить жидкое топливо — мазут и в небольшом количестве другие виды топлива.

За последние годы удельные расходы топлива на основные виды продукции черной металлургии России неуклонно снижались, что говорит об эффективности использования топлива в отраслях. В табл. 3 показано изменение удельных расходов топлива на основные виды продукции за период 1985 — 1990 гг.

Экономия энергоресурсов достигнута за счет:

• улучшения режима эксплуатации действующего оборудования;
• проведения энергосберегающих организационно-технических мероприятий;
• технического перевооружения и модернизации процессов и оборудования и внедрения новых энергосберегающих технологий;
• сокращения потерь и увеличения степени использования вторичных энергоресурсов.

Эти направления характерны для черной металлургии всех стран, но существенно различаются по степени их использования. Интенсивность энергосбережения в отрасли по России недостаточна вследствие таких факторов, как:

• крайне низкие темпы технического переоснащения отрасли;
• медленное внедрение новых энергосберегающих технологий и оборудования;
• слабая оснащенность отрасли современными средствами регулирования, контроля и учета расхода топлива и энергии;
• отсутствие у предприятий экономических стимулов к энергосбережению;
• низкие цены (действовавшие до 1992 г.) на энергоносители, что делало мероприятия по экономии для предприятий часто нерентабельными.

Для сравнения в табл. 4 приведен удельный расход топлива на производство некоторых видов металлургической продукции по ряду зарубежных стран за 1989 г. (по расчетам, проведенным Институтом экономики черной металлургии).

Направления и показатели эффективности использовании топлива в основных производствах черной металлургии за рубежом приведены в Приложении А.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ РАСХОДА КОТЕЛЬНО-ПЕЧНОГО ТОПЛИВА

Несмотря на достигнутые в стране успехи в экономии топливно-энергетических ресурсов за последние годы снижение норм удельных расходов топлива на основные виды продукции замедлилось, а за 1991 г. и первое полугодие 1992 г. фактические расходы даже увеличились.

Основными причинами перерасхода топлива являются:

• нарушение технологической дисциплины и режимов энергопотребления;
• неритмичная поставка сырья и снижение объемов производства основных видов металлургической продукции;
• сверхнормативные горячие простои металлургических печей и агрегатов;
• нарушение графика ремонта и увеличение аварийности оборудования;
• недостаточная реализация энергосберегающих мероприятий;
• неудовлетворительный контроль за расходованием энергоресурсов (в том числе из-за слабого внедрения систем автоматического управления (САУ));
• пренебрежение предприятиями задачей экономии энергоресурсов.

В металлургии есть достаточные резервы для более эффективной экономии топлива. Намеченный на перспективу технический прогресс отрасли, сопровождающийся модернизацией металлургического производства, изменением структуры сталеплавильного производства, внедрением энергосберегающих технологий и оборудования, позволит снизить энергоемкость металлургической продукции и расход топлива в черной металлургии.

Необходимые мероприятия по энергосбережению должны разрабатываться по трем основным направлениям:

• экономия топлива в самом металлургическом агрегате;
• создание энергосберегающих технологий и оборудования, автоматизация тепловых процессов;
• максимальное использование тепловых и горючих вторичных энергоресурсов.

Для энергоемкого оборудования важным является удельный показатель потребления топлива, определяемый как расход, отнесенный к производительности.

К перспективным следует отнести работы по стандартизации нормативов расхода топлива для энергоемкого оборудования и технологических процессов. До настоящего времени разработка и внедрение стандартов, регламентирующих нормативы — предельные значения удельного расхода топлива, не получили заметного развития (перечень действующих стандартов в этой области см. в Приложении Б).

Ниже представлены технологические мероприятия по снижению расхода котельно-печного топлива в основных производствах черной металлургии. Рассмотренные мероприятия прошли промышленное и полупромышленное опробирование.

3.1. Производство агломерата

Основные мероприятия, направленные на экономию топлива, связаны с модернизацией оборудования агломерационных фабрик и совершенствованием технологии производства агломерата:

• увеличение слоя спекаемой шихты от 240 до 450 мм с установкой высоконапорных нагнетателей типов 12000-П-1 и 13000-П-1;
• применение технологии накатывания тонкоизмельченного твердого топлива (до 0,5 мм) на гранулы окомкованной шихты;
• использование тепла охлаждения агломерата для подогрева шихты и отвод воздуха от головной части линейного охладителя агломерата для подачи его в горн с установкой высоконапорных дымососов;
• комбинированный нагрев шихты;
• реконструкция агломашин АМК-312 с увеличением площади спекания и ликвидацией узла грохочения горячего агломерата и реконструкцией загрузочного узла охлаждения ОП-315 с укладкой кусков агломерата максимального размера в нижнюю часть слоя;
• ввод извести в шихту взамен известняка;
• рециркуляция газов в тракте агломашин (до 50% отходящих газов) с подачей рециркулянта в слой спекаемой шихты и одновременным увлажнением;
• замена коксовой мелочи другими видами топлива (с учетом действующих цен и изменением их в перспективе);
• реализация работы агломашин АКМ-312 при однослойной загрузке шихты (экономия твердого топлива 3 — 5%);
• реализация усовершенствованной системы загрузки шихты на агломашину (экономия твердого топлива 2 — 3%).

3.2. Производство окатышей

Экономию топлива возможно получить путем совершенствования технологии производства окатышей и реконструкции оборудования за счет:

• совершенствования машин ОК-306, а также ввода обжиговых машин с площадью спекания 520 кв. м (вместо 306 кв. м). Последнее потребует установки высоконапорных дымососов со сменными сопатками для ОК-306 — 1,0 млн. куб. м/ч; 520 кв. м — 1,5 млн. куб. м/ч;
• совершенствования технологии и тепловых схем обжига окатышей (интенсификация процессов сушки и обжига, использование комбинированного способа обжига окатышей со сжиганием газа над слоем и в слое окатышей, применение эффективных горелочных устройств и пр.);
• увеличения степени рециркуляции газов из зоны охлаждения для сушки;
• увеличения высоты спекаемого слоя с установкой высоконапорных нагнетателей;
• совершенствования тепловых схем обжига окатышей с оптимизацией конструктивных элементов газовоздушных трактов и параметров работы тяго-дутьевого оборудования (до 10 кг у.т./т — ОК-108, 3 кг у.т./т — ОК-306);
• оптимизации состава гранул, высоты слоя и диаметра окатышей (2,5 кг у.т./т);
• реализации систем отопления на основе инжекционных горелок с использованием высокотемпературного воздуха (экономия топлива до 10%);
• реализации высокоинтенсивных режимов обжига (термоциклические режимы, комбинированный обжиг со сжиганием газообразного и пылеугольного топлива над слоем и в слое окатышей), экономия топлива до 3%;
• автоматизации процессов подготовки сырья на основе математического описания и применения УВМ и микропроцессоров (экономия топлива до 3,5%).

В производстве окатышей экономится природный газ и мазут.

3.3. Коксохимическое производство

Основным мероприятием, способствующим экономии топлива в коксохимическом производстве, является реконструкция и замена устаревших коксовых батарей на новые. В настоящее время не более 10% коксовых батарей соответствует современному уровню.

Снижению расхода топлива будет способствовать также:

• внедрение процесса термической обработки шихты;
• обеспечение оптимального соотношения «газ-воздух» в отопительной системе коксовых печей.

Следует заметить, что освоение в производстве новых процессов коксования, таких как частичное брикетирование угольной шихты перед коксованием, избирательное дробление и тромбование угольной шихты, производство формованного кокса, не приведет к экономии топлива, а лишь позволит заменить дорогостоящие и дефицитные коксующиеся угли на слабоспекающиеся (газовые) угли.

3.4. Доменное производство

Доменный процесс является наиболее топливоемким (см. таблицу 2) в черной металлургии, поэтому вопросам энергосбережения в этом процессе уделяется самое большое внимание, особенно снижению удельного расхода дорогостоящего кокса. Экономию кокса возможно получить в основном за счет расширения масштабов применения традиционных методов совершенствования техники и технологии доменного производства. Главные из них следующие:

• улучшение качества шихтовых материалов (повышение содержания железа в шихте, снижение содержания мелочи в агломерате (фракции 0 — 5 мм), увеличение доли окускованных материалов в железорудной части шихты, снижение расхода сырого известняка);
• совершенствование параметров доменной плавки (повышение температуры дутья, повышение давления газа на колошнике, снижение влажности дутья);
• частичная замена кокса другими энергоносителями (природный газ, угольная пыль);
• внедрение нового оборудования (бесконусные засыпные аппараты, подвижные колошниковые плиты);
• внедрение АСУ доменной плавки и автоматического регулирования загрузки шихты.

Экономия кокса в доменном производстве (в натуре — в килограммах и процентах) показана в табл. 5.

Такая мера, как значительное повышение содержания железа в шихте, потребует коренной реконструкции и даже строительства новых обогатительных фабрик; увеличение температуры дутья — новых температуростойких огнеупоров; внедрение пылеуловительного топлива (ПУТ) — дорогостоящих установок для вдувания пыли — и ряда экологических мероприятий.

3.5. Сталеплавильное производство

Значительную экономию топлива в сталеплавильном производстве возможно получить за счет совершенствования структуры выплавки стали — замены мартеновского производства (вывод мартеновских печей) электросталеплавильным и конверторным. Удельный расход топлива на мартеновский процесс составляет 134 кг у.т./т, в то время как в конверторном — 8 - 15 кг у.т./т, в электроплавильном — 30 кг у.т./т, поскольку здесь топливо расходуется не на сам процесс, а только на сушку и разогрев сталеразливочных ковшей, изложниц и футеровки. Поэтому в сталеплавильном производстве удельных показателей экономии топлива нет, а учитывается суммарная экономия от вывода мартеновских печей. К основным мероприятиям экономии топлива в сталеплавильном производстве относится внедрение непрерывной разливки стали.

Внедрение машин непрерывного литья должно сопровождаться учетом следующих тенденций, сложившихся в мировой практике:

• перестраивание кристаллизатора;
• увеличение частоты качания кристаллизатора до 400 цикл./мин.;
• переход на воздушное и водовоздушное охлаждение под кристаллизатором;
• обеспечение нескольких точек разгиба и малой высоты машин;
• высокая степень автоматизации;
• экранирование затвердевшего слитка изоляционными панелями.

Кроме того, необходимо создавать новые агрегаты — машины непрерывного литья продукции, близкой по размерам к готовой продукции, среди них такие, как:

• литье тонких слябов толщиной 5 — 10 мм с деформацией слитка с жидким ядром;
• литье полос толщиной 5 — 10 мм на машинах с движущимся кристаллизатором.

3.6. Прокатное и трубопрокатное производство

Одним из основных направлений экономии топлива является производство непрерывнолитых слябов и заготовок, которое составило в 1990 г. 20,5 млн. т (или около 18% всего производства стали). При этом устраняется нагрев слитков в нагревательных колодцах.

Эффективными методами экономии топлива являются следующие новые технологии:

• оптимизация температурно-тепловых режимов работы нагревательных печей в зависимости от производительности стана, марочного состава стали и геометрии нагреваемых заготовок (15 кг у.т./т);
• герметизация печей, применение новых конструкций заслонок на окнах посада и выдачи (0,3 — 1,1 кг/т);
• сооружение экранирующих стенок в борове нагревательного колодца (0,5 кг/т);
• внедрение эффективной двухслойной изоляции подовых труб сроком службы не менее 2 лет (10 кг у.т./т);
• применение на трубах высоких «горячих» рейтеров и замена монолитной подины толкательных печей в томильной зоне на подовые трубы с рейтерами данной конструкции (3 кг у.т./т);
• использование новых систем отопления, таких как регенеративные горелочные блоки, позволяющие получить подогрев воздуха до температур 1000 — 1100 °C и снизить температуру уходящих газов до 170 — 250 °C, а также использование рекуперативных горелок с температурой подогрева воздуха до 200 °C (20 — 40 кг у.т./т);
• внедрение на печах и нагревательных колодцах металлических трубчатых и струйных рекуператоров с температурой подогрева воздуха не менее 600 °C (16 кг у.т./т);
• снижение температуры нагрева металла в зависимости от допустимых нагрузок на валки и допустимой жесткости клетей (13 — 15 кг у.т./т);
• нагрев в колодцах слитков с большим содержанием жидкой фазы, когда колодец используется не как нагревательное устройство, а как термостат (12 — 18 кг у.т./т);
• организация горячего и теплого посада заготовок в печи при любых возможных температурах;
• сжигание топлива с минимальным избытком воздуха (1,05), контроль за содержанием кислорода в продуктах сгорания (4 кг у.т./т);
• экранирование транспортных рольгангов теплоизоляционными панелями (3 кг у.т./т);
• внедрение контролируемой прокатки;
• внедрение АСУ тепловыми режимами работы нагревательных печей (3 кг у.т./т);
• создание совмещенных агрегатов МНЛЗ — печь — стан, транзитная прокатка (20 — 40 кг у.т./т);
• удлинение проходных печей за счет увеличения методической зоны (3 — 8 кг у.т./т).

Кроме рассмотренных выше энергосберегающих технологических мероприятий в основных производствах отрасли, потребляющих около 70% котельно-печного топлива в топливном балансе черной металлургии, экономию топлива (примерно 15 — 20%) можно получить за счет увеличения использования вторичных тепловых энергоресурсов путем сооружения теплоутилизационных установок (ТУУ) в каждом производстве отрасли и в результате коренной реконструкции и ввода нового теплоэнергетического оборудования, которое используется для выработки энергетической продукции (электроэнергии, сжатого воздуха, доменного дутья, теплоэнергии).

4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОВЕДЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

В табл. 5 приведены значения удельной экономии топлива (на 1 т продукции) или в процентах экономии от внедрения конкретного мероприятия.

5. ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ТОПЛИВНОГО БАЛАНСА ОТРАСЛИ С УЧЕТОМ НАМЕЧАЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ

Совершенствование структуры металлургического производства, снижение объемов производства топливоемких видов продукции, внедрение реальных энергосберегающих процессов и оборудования позволяют сократить к 1995 г. потребление котельно-печного топлива в черной металлургии до 89,5 млн. т у.т. против 94,236 в 1991 г. (на 5%). Предполагаемый расход топлива на основные виды продукции в 1995 г. представлен в табл. 6.

Наибольшее снижение расхода топлива - 3,1 млн. т у.т. (кокса) - ожидается в доменном производстве в результате сокращения выплавки чугуна и внедрения ряда энергосберегающих мероприятий (технологий), влияющих на снижение удельного расхода кокса на 1 т чугуна. Снизится расход топлива в агломерационном производстве - на 0,7 млн. т у.т. (за счет сокращения объема производства и внедрения энергосберегающих мероприятий), в мартеновском производстве - на 0,3 млн. т у.т. (вследствие вывода мартеновских печей из эксплуатации) объем вывода и в прокатном производстве - на 0,35 млн. т у.т. (в результате внедрения энергосберегающих мероприятий).

К 1995 г. возрастет расход топлива на производство окатышей, труб, конвертерной стали и электростали.

В целом на перспективу, как и прежде, наиболее топливоемкими останутся: доменное производство, энергонужды и производство проката. Увеличится доля расхода топлива на прочие нужды: производство металлизованных окатышей, термообработку, производство извести, метизов.

От 2 до 5% сократится удельный расход топлива на основные виды продукции к 1995 г. по сравнению с 1990 г. Удельные расходы топлива на основные виды продукции отрасли в 1995 г. составят, кг у.т./т:

    Чугун                  570,0
    Агломерат              59,0
    Окатыши                25,8
    Сталь мартеновская     141,4 (увеличение удельного расхода топлива

                             здесь явится следствием вывода двухванных
                             агрегатов с малым расходом топлива)

    Прокат                 116,8
    Трубы стальные         65,0
    Обогрев кауперов       78,0

Обогрев коксовых печей 92,4

При общем снижении расхода всего топлива к 1995 г. значительно сократится использование дефицитных видов топлива по сравнению с 1990 г.: мазута с 3,99 до 3,28 млн. т у.т.; коксовой продукции с 32,218 до 28,22 млн. т у.т. (в т.ч. кокса с 28,295 до 25,2 млн. т у.т.). Снизится также потребление доменного газа (с 12,3 до 11,05 млн. т у.т.) и коксового газа (с 9,427 до 8,3 млн. т у.т.) в связи с уменьшением их выхода в результате сокращения объемов производства чугуна и кокса. Абсолютное потребление природного газа также снизится примерно на 230 тыс. у.т., хотя доля его потребления в топливном балансе отрасли к 1995 г. увеличится до 39,2% против 35,4% в 1990 г.

К 1995 г. значительно возрастет потребление энергетического угля (на 38,0%), главным образом в связи с намечаемым объемом вдувания пылеугольного топлива в доменные печи.

Изменение структуры топливного баланса отрасли показано в табл. 7.

К 1995 г. более половины своей потребности в топливе отрасль должна покрывать, как и прежде, за счет собственных энергоресурсов.

По предварительным расчетам, экономия топлива в черной металлургии за период 1991 — 1995 гг. в результате внедрения реальных энергосберегающих технологий и оборудования в основных производствах отрасли может составить 4,3 млн т у.т. (5% суммарной потребности черной металлургии России в 1995 г.).

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанные удельные показатели экономии топлива на 1 т продукции при внедрении энергосберегающих мероприятий в основных производствах черной металлургии помогут потенциальным потребителям (эксплуатационникам и проектировщикам предприятий черной металлургии) при выборе новой энергосберегающей технологии и составлении плана мероприятий по энергосбережению на перспективу.

Для получения более полной картины ожидаемой экономии топлива в черной металлургии на перспективу необходимо продолжить работу с привлечением технологических институтов отрасли и разработать полную программу по энергосбережению в черной металлургии, указав металлургические предприятия, объем внедрения энергосберегающего мероприятия, получаемую экономию, необходимое оборудование и капитальные вложения для осуществления данного мероприятия. Необходимо выявить перспективные НИР и ОКР, которые должны быть проведены, чтобы обеспечить экономию топлива в черной металлургии.

В числе прочих предлагается провести работу по инвентаризации действующего теплотехнического оборудования.

Целесообразно развивать в рамках специальной программы работы по разработке стандартов на теплотехническое оборудование, регламентирующих нормативы расхода топлива и энергии, в частности, на:

• агломерационные машины;
• обжиговые машины для производства окатышей;
• коксовые батареи;
• нагревательные печи;
• термические печи;
• горелки.

Для проведения работ по стандартизации целесообразно шире привлечь отраслевые и подотраслевые проектные и научно-исследовательские организации.

Необходима разработка методик оценки технико-экономической эффективности предлагаемых мероприятий, разработка мер экономического стимулирования создания и внедрения ресурсосберегающих технологий в металлургии.

На эффективность использования топлива и энергии в черной металлургии зарубежных стран основное влияние оказывают следующие факторы:

• переход на энергосберегающие технологии;
• повышение производительности агрегатов и снижение материалоемкости продукции;
• повышение уровня организации производственных процессов;
• совершенствование энергетического оборудования для предприятий черной металлургии;
• снижение всех видов энергетических потерь и увеличение степени использования вторичных энергоресурсов.

1. Агломерационное производство

Снижение расхода топлива достигнуто за счет таких мер, как:

• подготовка шихты к спеканию: автоматизация операции усреднения, дозирования, укладки шихты (позволяет регулировать среднее содержание железа в пределах +/- 0,2% для кусковой руды и +/- 0,005% — для рудной мелочи), стабилизация основности агломерата (до 0,025%);
• ввод в шихту различных добавок (извести, конвертерного шлака) вместо известняка (экономит 3 — 5 кг топлива на 1 т агломерата);
• увеличение высоты слоя аглошихты до 500 — 700 мм (снижает расход топлива с 50 до 40 кг/т);
• комбинированный нагрев шихты теплом отходящих газов (рециркуляция 50% отходящих газов уменьшает расход коксика на 70%);
• замена коксовой мелочи другими видами топлива, например антрацитом;
• раздельное окомкование (позволяет снизить расход извести на 30 кг/т и топлива на 12 — 30%);
• раздельная подача топлива в два барабана-смесителя (сокращает расход коксика, увеличивает прочность гранул и производительность агрегата).

2. Производство окатышей

Снижению расхода топлива способствуют:

• применение крупных обжиговых машин с площадью спекания около 600 кв. м;
• увеличение высоты слоя окатышей до 500 мм (экономия топлива до 10%);
• интенсификация всех технологических процессов, включая сушку и охлаждение окатышей, и повышение степени рециркуляции газовых потоков;
• использование комбинированных установок, в которых для сушки окатышей используют часть газов зоны охлаждения (удельный расход тепла ниже на 18 — 20%, чем на обычных конвейерных машинах);
• совершенствование горелочных устройств с использованием высокотемпературного воздуха;
• применение доломитизированных и пористых окатышей (расход кокса снижается соответственно на 40 — 50 кг/т и 5 — 19 кг/т чугуна), а также окатышей с добавкой оливинов (экономия кокса 2 — 3 кг/т чугуна).

3. Доменное производство

Все страны уделяют большое внимание снижению расхода кокса на выплавку чугуна.

а) Улучшение качества шихтовых материалов (усреднение по химическому составу, сужение пределов крупности агломерата и кусковой руды, применение окатышей с высоким содержанием железа). Доменные печи Японии работают на железорудной шихте, содержащей фракции до 5 мм не выше 2 — 3%, доля окускованного сырья около 90%, а содержание железа в железорудной части шихты примерно 60%. С хорошими показателями работают доменные печи США и Канады, где значительную долю в шихте составляют окисленные окатыши (50 — 70%).

б) Широкое применение бесконусных загрузочных устройств (БЗУ) и подвижной брони колошника при конусных загрузочных устройствах способствовало лучшему распределению шихты по сечению доменной печи, увеличило использование восстановительной способности доменного газа и, следовательно, привело к снижению расхода кокса. По данным фирм ФРГ, экономия кокса составила 30 — 40 кг/т, в Японии — до 10 кг/т.

в) Повышение температуры доменного дутья. Оснащение доменных печей высокотемпературными воздухонагревателями позволяет повысить температуру дутья св. 1250 °C. (На заводах Японии она превышает 1300 °C).

г) Повышение давления газа на колошнике. Современные доменные печи рассчитаны на работу с давлением газа на колошнике более 2 атм., что экономит расход кокса. (В Японии доменные печи объемом 3000 куб. м и более работают с давлением 2 — 3 атм.).

д) Применение осушенного дутья позволяет не только снизить содержание влаги в дутье, но и поддерживать его на постоянном уровне. Опыт работы доменных печей Японии дал снижение расхода кокса на 7 — 10 кг/т чугуна при уменьшении влажности дутья на каждые 10 г/куб. м, а также снизил расход топлива в воздухонагревателях.

е) Применение заменителей кокса. В технологию доменного процесса прочно вошло вдувание в горн доменных печей различных видов топлива: газообразного, жидкого и твердого.

Природный газ: наибольшее распространение вдувание природного газа получило в США и Канаде (удельный расход достигает 50 — 70 куб. м на 1 т чугуна). Вдувание природного газа свыше 60 куб. м/т эффективно только с применением дутья, обогащенного кислородом.

Мазут: наиболее широкое применение вдувание мазута получило в свое время в Японии (40 — 60 кг/т). Однако в связи с повышением цен на мазут, начиная с 1979 г., доменные печи постепенно переводились на работу без вдувания мазута. В Западной Европе расход мазута составляет 90 кг/т при работе на богатой шихте и 110 — 130 кг/т при работе на бедной шихте. Применяется также вдувание водомазутной и водосмоляной эмульсии в количество до 130 кг/т. В ФРГ максимальный расход мазутобутановой смеси достиг 148 кг/т.

Пылеугольное топливо (ПУТ): уголь становится основным заменителем мазута в черной металлургии, особенно это характерно для Японии и ФРГ. Из 33 доменных печей Японии в 1990 г. 23 печи работали с вдуванием ПУТ (в среднем 47 кг/т). В Западной Европе половина всех доменных печей снабжена устройствами для вдувания ПУТ. В ФРГ использование ПУТ в доменном производстве впервые началось в 1985 г. На заводе в Хамборне фирмы «Тиссея» лучшее достижение — 130 кг ПУТ/т чугуна. Максимальное количество ПУТ в ФРГ составило 173 кг/т (на заводе в Швельгерне). В США до 1990 г. лишь одна металлургическая компания (фирма «Армко стил») применяла этот способ снижения расхода кокса, начиная еще с 1963 г. Ныне несколько компаний изучают возможности этого способа для своих предприятий. Кроме того, компания «Бетлихем стил» заключила соглашение с Министерством энергетики США о совместном финансировании (около 144 млн. долл.) исследований технологии вдувания ПУТ на двух доменных печах завода этой фирмы в Бернс Харборе (доля «Бетлихем стил» составит при этом 112,5 млн. долл.). Целью разработки является замена использования мазута и природного газа, вдуваемых в доменные печи, а также сокращение удельного расхода кокса путем вдувания ПУТ порядка 182 кг/т чугуна. Работы проводятся в течение 1991 — 1994 гг. Полученные результаты будут передаваться и другим металлургическим компаниям США.

4. Прокатное производство

Снижение энергозатрат в прокатном производстве и вопросы экономии энергии остаются важной проблемой для черной металлургии всех стран. Совершенствование энергопотребления идет по следующим направлениям:

• совершенствование нагревательных средств, обеспечивающих повышение эффективности использования топлива:
• создание технологических линий, обеспечивающих максимальное использование тепла металла предыдущих процессов;
• утилизация тепла продуктов сгорания и охлаждаемых элементов нагревательных устройств;
• увеличение доли непрерывнолитых заготовок.

а) Ввод МНЛЗ благодаря устранению операций нагрева слитков в нагревательных колодцах и их последующей обработке на обжимных станах позволил сократить энергетические затраты на 15%, удельный расход топлива на 20 кг/т. Эта энергосберегающая технология получила широкое распространение в разных странах. В Японии доля МНЛЗ выросла к 1990 г. до 94%, в ФРГ — до 91,3%, США — 67,1%. По оценке экспертов из металлургических и машиностроительных компаний, США достигнут 90%-ного уровня разливки стали на МНЛЗ не ранее 1994 г. или даже к 2000 г.

б) Нагревательные колодцы

За рубежом широко применяют наиболее современные рекуперативные колодцы с верхними горелками, которые компактны и характеризуются меньшими удельными затратами на 1 т металла. Экономия энергии складывается из многих составляющих:

• повышение температуры воздуха (в Японии до 700 °C, США — 550 °C), газа (коксодоменного) до 300 °C. В ФРГ — до 600 °C в кассетных рекуператорах системы «Вагнер-БИРО»;
• повышение теплосодержания слитков при посаде в колодцы — посад слитков с жидкой сердцевиной (Япония, США, ФРГ), сокращение пребывания слитков на раздаточных тележках и футеровка тележек;
• увеличение площади загрузки колодца (Япония, до 43%);
• снижение содержания кислорода в отходящих газах с 1,5 до 0,5% путем применения специальных газоанализаторов на кислород (США, Япония);
• снижение температуры колодца (с 1300 до 1250 °C) при выдаче слитков, регулирование режима нагрева слитков.

в) Нагревательные печи:

• создание высокопроизводительных и экономичных печей: печи с шагающим подом и шагающими балками, взамен устаревших методических печей (США, Япония);
• создание нового типа изоляции на опорной системе — двойной изоляции с использованием в качестве первого слоя керамического волокна, а в качестве второго — бетона огнеупорностью 1600 °C (Япония), а также использование для футеровки печей пластичных масс вместо штучных огнеупоров (США, Японии, ФРГ, Великобритания). Экономия топлива 20%;
• оптимизации нагрева металла, снижение температуры нагрева слябов и заготовок. Экономия 10% (на пятизонных печах в Японии и толкательных печах в Великобритании);
• увеличение температуры подогрева воздуха до 400 — 600 °C в рекуператорах новой конструкции (ФРГ, США, Великобритания).

г) Термические печи:

• создание новых горелочных устройств с системой регулирования;
• применение печей с более удлиненной подогревательной зоной;
• применение футеровки из керамического волокна, создание новых уплотнений печей и заслонок;
• оптимизации режимов работы печей, использование ЭВМ.

д) Прямая прокатка и прокатка с горячим всадом бездефектных катаных и непрерывнолитых горячих слябов:

• прямая прокатка применяется от МНЛЗ (первой страной была Япония). Чтобы сохранить температуру сляба не менее 90 °C, применяют тепловые экраны или теплоизоляционные крышки на подводящих рольгангах, устройства для подогрева кромок слябов, используют индукционные нагреватели либо томильные печи для гомогенизации структуры металла и подогрева, закрытые туннели для транспортирования слябов;
• при прокатке с промежуточным подогревом (горячим всадом) используют как катаные, так и непрерывнолитые слябы. При транспортировании на значительные расстояния применяют специальные тележки с термоизоляцией. По такому способу работают заводы Японии, США, Канады.

е) Совмещенные и непрерывные процессы в прокатном производстве:

• совмещение процессов прокатки и термоупрочнения в одной агрегатной линии;
• совмещение процессов холодной прокатки, отжига, термообработки и отделки в одной линии.

ж) До конца 90-х годов основным направлением деятельности зарубежных металлургических компаний будет стремление к повышению качества металла и сохранение (либо расширение) рынка потребления стального проката при одновременном снижении издержек производства. В черной металлургии ФРГ возможности повышения эффективности энергопотребления (то есть снижения удельных затрат топлива и энергии) в основных производствах отрасли считаются практически исчерпанными. Поэтому в 90-х годах усилился интерес крупных компаний к освоению нетрадиционных способов: бескоксовой выплавки чугуна и непрерывных процессов типа «руда-сталь», а также к непрерывной отливке тонких (<= 50 мм) слябов и полос. С этими технологиями связывают, в частности, возможность решения стоящих перед черной металлургией экологических проблем, а не только снижение энергоемкости.

ГОСТ 27727-88 Печи индукционные тигельные сетевой частоты для выплавки чугуна для литья. Нормативы расхода энергии

ГОСТ 27729-88      Печи дуговые сталеплавильные. Нормативы расхода энергии
ГОСТ 27881-88      Печи с шагающим подом и печи с шагающими балками для

               нагрева черных металлов. Удельные расходы энергии

ГОСТ 27882-88 Печи толкательные и печи с вращающимся подом для нагрева черных металлов. Удельные расходы энергии

ГОСТ 28542-90 Печи протяжные для нагрева стальной полосы. Показатели энергопотребления