Светлый ПУТ

Опубликовано автор Admin — Нет комментариев ↓

Перспективы и оценка эффективности применения пылеугольного топлива в доменных цехах Украины


Светлый ПУТ
Станислав Ярошевский, Донецкий национальный технический университет
Перспективы и оценка эффективности применения пылеугольного топлива в доменных цехах Украины
На данный момент украинская черная металлургия является, по сути, заложницей нерационального использования энергоресурсов, в первую очередь, кокса и природного газа, в доменном производстве. И основным методом дальнейшего сохранения и повышения рентабельности на отечественных метпредприятиях видится именно сокращение расхода указанных ресурсов. В такой ситуации выходом является применение при выплавке чугуна пылеугольного топлива (в дальнейшем ПУТ-технология) с целью замены им природного газа (ПГ) и значительной части кокса.
За последние 25 лет в масштабах мира эта технология успешно освоена на 130 доменных печах, выплавляющих около 300 млн.т чугуна в год. Причем, по состоянию на 2007г., достигнуты показатели вдувания до 200-260 кг ПУТ на 1 т чугуна, с одновременным снижением расхода кокса до уровня в 250-300 кг/т чугуна.
На таком фоне вполне очевидно, что доменное производство Украины качественно отстает от современного технического уровня развития отрасли. “Зациклившись” еще в 1960-х гг. на использовании кислорода и природного газа, наша доменная технология, несмотря на улучшение шихтовых и технологических условий, вот уже на протяжении более 20 лет не может достигнуть показателя расхода кокса ниже 400 кг/т чугуна. За рубежом этого достигли четыре десятилетия назад.
Более того, 2007г. фиксирует особо неблагоприятную ситуацию в этом отношении. В текущем году производительность доменных печей в Украине оставалась на уровне 1,5-2,0 т/(м3 сутки) при расходе кокса 430-530 кг/т чугуна. Вдувание ПУТ при производстве чугуна кардинальным образом решает проблему. Ведь это гарантирует значительное – на 30-50% – снижение расхода кокса, сокращение или отказ от применения природного газа в доменном переделе и, как результат, повышение эффективности и конкурентоспособности черной металлургии Украины в целом.
ОПЫТ ОДНОГО ЗАВОДА
В нашей стране научная работа по применению пылеугольного топлива в доменной плавке была начата еще в 1963г. на Донецком металлургическом заводе
(ДМЗ) по инициативе директора ДонНИИ-чермета, д.т.н. Н.И. Красавцева. На указанном предприятии ПУТ-технология прошла опытную и опытно-промышленную эксплуатацию (1968-1978гг.). А с 1980г., на базе первой в Европе промышленной установки, здесь освоили технологию совместного вдувания в горн доменных печей природного газа и пылеугольного топлива на дутье, обогащенном кислородом. Это обеспечило увеличение коэффициента замены кокса дополнительным топливом от 10-15% до 30-35%*.
В 2005-2006гг. на ДП №2 Донецкого метзавода данная технология эксплуатировалась уже при отключении подачи ПГ. Достигнутые здесь результаты сопоставимы с мировыми аналогами: за 9 месяцев 2006г. средний расход кокса на весь выплавленный на ДП №2 чугун составил 403,6 кг/т, а показатель использования ПУТ – 167,5 кг/т; природный газ в процессе не потреблялся совсем. Для сравнения: за тот же период в доменных цехах Украины расход кокса составил 496,5 кг/т, природного газа – более 80 м3/т чугуна. (И это
* Работы по созданию и освоению на ОАО “ДМЗ” пылеугольного комплекса и соответствующей технологии проведены в 1963-2005 гг. силами Донецкого метзавода, ДонНИИЧермета, ГИПРОСТАЛИ, ДонНТУ, УХИН и ПТП УкрЭнергоЧермет (г. Харьков) и др.
при заведомо худших на ДМЗ шихтовых и технологических условиях).
Что касается зарубежных аналогов, то отметим следующее. Современный уровень доменной технологии за рубежом представлен доменными печами, на которых в последние годы величина замены кокса пылеугольным топливом составила 35-46%. Оптимальные расходы ПУТ и эффективность его использования на ведущих доменных производствах мира достигнуты, прежде всего, за счет высокого качества шихты, топлива и технологических условий плавки. В совокупности это позволило обеспечить требования полной и комплексной компенсации, несмотря на значительное снижение расхода кокса.
ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ МНОГИХ
Для украинской черной металлургии вообще проблема внедрения ПУТ-технологии сегодня резко актуализировалась в связи с ростом стоимости и отчасти даже дефицитности природного газа. В настоящее время расход ПГ в доменных цехах Украины сокращается в плановом порядке и в ущерб показателям плавки. Вдувание пылеугольного топлива как раз и является технологической альтернативой такой вот “экономии ПГ”.
Отметим, что на многих метпредприятиях это вполне понимают. Так, в настоящее время по примеру ДМЗ на трех металлургических комбинатах Украины уже идет строительство пылеугольных комплексов, а еще на трех – завершается подготовка к заключению контрактов на их сооружение.
По качественной оценке автора, уже в 2008г. при вводе в эксплуатацию ПУТ-уста-новки на Алчевском МК годовой уровень использования пылеугольного топлива здесь может возрасти до 590,4 тыс.т, что позволит сократить расход ПГ на 357 тыс. м3(или около 15% от расхода природного газа в доменных цехах Украины).
К 2011г. освоение первого этапа ПУТ-технологии (120 кг/т чугуна) возможно на восьми метпредприятиях. В этом случае применение пылеугольного топлива позволит сократить расход природного газа от уровня 2004г. на 80-100% (2,2-2,5 млрд. м3/год). Произойдет также общее сокращение использования кокса на 2,5 млн.т/год, а себестоимость чугуна снизится в целом по отрасли на сумму 1,8 млрд.грн. в ценах 2007 года. В целом же можно ожидать, что в 2011-2012гг. в Украине с применением ПУТ будет ежегодно производиться 75-80% чугуна, или около 30 млн.т.
Реализация данного этапа ПУТ-технологии потребует от метпредприятий внедрения ряда компенсирующих мероприятий. К таковым относятся: освоение современной технологии подготовки кокса к плавке, сокращение и вывод из состава дутья ПГ, вывод из состава доменной шихты известняка, приобретение и освоение новых приборов и систем с целью улучшения оперативного контроля, стабилизации и оптимизации технологического процесса и др.
Конечно, данные мероприятия потребуют своих затрат. Но и эффект они обеспечивают весьма существенный. Массовое промышленное внедрение компенсирующих мероприятий может обеспечить дополнительное снижение расхода кокса в размере 10-30% от экономии, обеспечиваемой вдуванием пылеугольного топлива. Ориентировочная стоимость реализации компенсирующих мероприятий и строительства ПУТ-комплексов для основных металлургических предприятий Украины составит 1,5-2,0 млрд.грн. Окупаемость капиталовложений на внедрение ПУТ-технологии составит менее двух лет.
Освоение второго этапа технологии вдувания пылеугольного топлива (160-200 кг/т чугуна) также повышает эффективность доменного производства предприятия. В то же время эта задача может быть обеспечена за счет внедрения более дорогостоящих компенсирующих мероприятий. К таковым относятся:
• снижение выхода шлака до 300 кг/т;
• повышение температуры дутья до 1150-1200 °С;
• снижение содержания мелочи 5-0 мм в доменной шихте до 5%;
• значительное улучшение качества кокса и др.
Реализация данных мероприятий невозможна без еще одного транша значительных капвложений, сопоставимых или превышающих стоимость ПУТ-комплексов.
РЕКОМЕНДАЦИИ К ВНЕДРЕНИЮ
Некоторые металлургические предприятия Украины уже заключили контракты с зарубежными фирмами на поставку “под ключ” установок для производства и вдувания ПУТ. Поставщики оборудования гарантируют вдувание ПУТ в доменные печи в количестве до 140-150 кг/т чугуна.
Эти “гарантированные цифры” подразумевают, впрочем, следующее. Оборудование может надежно, без сбоев подать ПУТ в фурмы доменной печи. А вот “примут ли” наши доменные печи и технология эти 140-150 кг/т чугуна пылеугольного топлива, то на данный счет гарантии распространяются лишь при определенных условиях. Хотя технологические условия отечественных ДП весьма значительно отличаются от зарубежных. Причем по таким важным показателям, как повышенные приход мелочи 5-0 мм с железорудной шихтой и выход шлака, высокие приходы с шихтой серы и щелочей, низкое качество кокса и др.
Из указанного следуют такие выводы или скорее рекомендации. Наравне со строительством ПУТ-комплексов необходимо немедленно начинать работу по расчету и оптимизации малококсовой технологии с применением ПУТ, выбору и внедрению соответствующих компенсирующих мероприятий. И сделать это необходимо до ввода в эксплуатацию ПУТ-комплексов. Украина располагает в данном вопросе необходимым научным и промышленным опытом.
Что же касается собственно пылеугольных комплексов, предлагаемых зарубежными фирмами, то они уже построены в 25 странах мира, успешно и эффективно работают. В то же время нельзя забывать, что на украинском ОАО “ДМЗ” эффективно работает одна из первых в мире ПУТ-установок, модернизированная в 2002 и 2007гг. Созданная здесь технология доменной плавки обеспечила замену дополнительным топливом (ПГ+ПУТ) 30-35% кокса. Это не ниже, чем на большинстве современных зарубежных установок, демонстрирующих вдувание ПУТ на уровне 100-150 кг/т чугуна и долю замены кокса пылеугольным топливом в 20-30% (Турция, Румыния, Польша, Словакия).
Наш опыт показывает, что по основным определяющим показателям ПУТ-установка на Донецком МЗ отвечает требованиям современных пылеугольных комплексов IV поколения (тонина помола и неравномерность подачи ПУТ во времени и по фурмам, полнота его сгорания, вредные выбросы в атмосферу и др.). А стоимость данной установки существенно ниже зарубежного оборудования.
В настоящее время в Украине на основе отечественного и зарубежного опыта созданы предпосылки для быстрого и эффективного внедрения технологии с вдуванием в горн доменной печи пылеугольного топлива. В нашей стране разработано и освоено в промышленных условиях оборудование для реализации процесса, успешно апробирована технология доменной плавки с вдуванием в горн на 1 т чугуна 100-170 кг ПУТ. Этот процесс уже подтвердил высокую экономическую эффективность мероприятия и возможность исключения подачи или значительного сокращения расхода природного газа при выплавке чугуна.
Показатели работы ДП №2 ОАО “ДМЗ” за 9 месяцев 2006г. и доменных цехов Украины
 
Производство
Расходные коэффициенты
Суммарный расход
 
чугуна, тыс.т
Кокса
пг
ПУТ
уголь
условного топлива, кг/т
Доменный цех ОАО “ДМЗ”
571,7
403,6
0
167,5
0
582,9
Доменные цехи Украины (без ОАО “ДМЗ”)
2438,0
496,6
81,6
+0
26,5
641,6
Разность
 
-93,0
-81,6
+167,5
-26,5
-58,7
ИСТОЧНИК: По данным научно-технической конференции “Пылеугольное топливо – альтернатива природному газу при выплавке чугуна” (2006г. Донецк).
 
Показатели работы доменных печей Европы и Китая с применением ПУТ
Регион
Франция
Бельгия
Нидерланды
Германия
Китай
Предприятие
ARCELOR
Dunkerque
ARCELOR
Dunkerque
Sidmar GentА
Corus Ijmuiden
Corus Ijmuiden
ThyssenKrupp Hamborn
Bao-Steel
Период анализа
2005
2005
1997
2005
2005
2005
2003
Объем печи (рабочий), м3
3940
1335
1754
2328
3790
1833
4350
Производительность, т/м3сутки
2,34
2,39
2,14
3,17
2,75
2,89
2,09
Топливо:
расход сухого кокса+орешек, кг/т чуг.
289,2
306,0
294,0
274,3
289,7
311,0
273,0
ПУТ, кг/т
195,8
177,0
193,0
233,2
233,0
178,2
219,0
Дутье:
давление, бар
4,6
3,1
3,9
4,3
4,8
3,7
4,1
содержание О2, %
24,4
23,2
24,5
32,9
30,6
26,6
23,7
температура, °С
1181
1165
1204
1146
1236
1079
1248
Выход шлака, кг/т
274
297
297
219
236
273
258
Химсостав шлака, %
MgO
7,44
8,09
9,90
10,50
10,20
7,00
8,30
Al2O3
11,91
11,80
11,50
15,70
16,40
12,00
15,00
Основность шлака (СaO+MgO)/ SiO2
1,37
1,41
1,44
1,47
1,47
1,37
1,46
Химсостав чугуна, %
Si
0,48
0,41
0,38
0,41
0,44
0,40
0,28
S
0,019
0,013
0,031
0,032
0,032
0,038
0,020
ИСТОЧНИК: Сведено автором на основании различных данных
 
Возможная эффективность массового промышленного освоения 1-го этапа ПУТ-технологии (120 кг/т чугуна) в Украине (2011-2012гг.)
Удельная эффективность ПУТ-технологии
Годовая эффективность ПУТ-технологии
Экономия кокса, кг/т чугуна
Экономия ПГ, м3/т чугуна
Снижение
себестоимости
чугуна,
грн/т чугуна
Производство
чугуна с
применением
ПУТ, млн.т
Расход
угля на производство ПУТ, млн.т
Снижение расхода кокса, тыс.т
Снижение расхода ПГ, млн.м3
Снижение
себестоимости
чугуна,
млрд.грн.
72,0
62,9
60
30,3
4060
2478
1905
1,82
ПРИМЕЧАНИЕ: Оценка основывается на методике полной и комплексной компенсации негативного влияния пылеугольного топлива на определяющие показатели технологии. Расчеты эффективности массового промышленного внедрения ПУТ-технологии в Украине выполнены по методу профессора Рамма А.Н. (сведение общего материально-теплового баланса). Они были проведены в отношении следующих предприятий: Донецкий МЗ, ММК им. Ильича, МК “Азовсталь”, МК “Запорожсталь”, Алчевский МК, Енакиевский МЗ, ДМК им. Дзержинского, Краматорский МЗ им. Куйбышева. Средними показателями эффективности применения ПУТ были приняты следующие: расход ПУТ (первый этап освоения технологии) – 120 кг/т чугуна; расход угольной смеси на производство 1 т ПУТ – 1,1 т; коэффициент замены кокса ПУТ – 0,65 кг/кг; коэффициент компенсации ПУТ- ПГ – 0,5 м3/кг; изменение производительности печи – 0%.
ИСТОЧНИК: Прогнозный расчет автора
 
Особенности шихтовых условий в доменных цехах в Украине и в Европе
Показатели
Технологические условия
 
Украина
В странах Европы
Горячая прочность кокса, CSR, %
35-45
55-73
Реакционная способность кокса, CSI
25-35
18-25
Содержание мелочи 5-0 мм в железорудной шихте, %
10-20
1-5
Выход шлака, кг /т чугуна
350-600
150-300
Основность шлака, CaO/SiO2
1,15-1,25
1,0-1,2
Приход серы с шихтой, кг/т чугуна
7-10
2-4
Приход щелочей (K2O+Na2O), кг/т чугуна
6-10
1,5-3,0
ИСТОЧНИК: Сведено автором на основании различных данных
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПОЛНОЙ И КОМПЛЕКСНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПРИ ЗАМЕНЕ ЧАСТИ КОКСА ПЫЛЕУГОЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ
Практика работы Донецкого металлургического завода наглядно демонстрирует, что освоение первого этапа реализации ПУТ-технологии при расходе топлива 120-150 кг/т и снижении расхода кокса до 400 кг/т чугуна и ниже, для условий доменных печей Украины не представляется проблематичными. Для решения этой задачи достаточно, опираясь на отечественный и зарубежный опыт, а также теорию полной и комплексной компенсации, рассчитать режимы доменной плавки с вдуванием ПУТ на основе имеющихся или создаваемых в цехе компенсирующих ресурсов.
Для оценки эффективности компенсирующих мероприятий используется понятие суммарного коэффициента замены кокса (Σк3) дополнительным топливом.
Расчеты, выполненные по этому уравнению, а также опыт применения ПУТ на ДМЗ и за рубежом показывают следующее. При величине суммарного коэффициента замены, равной 1 и более, по мере увеличения расхода ПУТ не происходит негативных изменений в состоянии технологического режима доменной плавки, которые бы снижали эффективность его применения. Следовательно, в этом случае обеспечена полная и комплексная компенсация негативного влияния дополнительных топлив на технологию доменной плавки.
Одним из основных компенсирующих мероприятий является снижение расхода природного газа (ПГ). Это следует из реакций горения в фурменной зоне углерода и метана. При этом снижение теоретической температуры горения на единицу вдуваемого ПУТ в 2,5-3 раза меньше, чем при вдувании ПГ. Расчеты показывают, что Σк3, обеспечивающий полную и комплексную компенсацию, для ПГ в 2-3 раза выше, чем для ПУТ.
Следовательно, в реальных технологических условиях доменных цехов Украины вдувание ПУТ может быть компенсирующим фактором, обеспечивающим за счет соответственного снижения расхода ПГ повышение суммарного расхода дополнительного топлива (ПГ+ПУТ) и снижение расхода кокса.

Добавить комментарий