Вторичные энергоресурсы черной металлургии
Вторичные энергоресурсы черной металлургии
12.1. 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.
Таблица 12.1
Распределение ВЭР по основным металлургическим
переделам
Передел | ВЭР в % от общего количества по отрасли | Рекомендуемые материалыFREE Маран Программная инженерия Техническое задание -10% Все письменные КМ под ключ за 3 суток! (КМ-6 + КМ-7 + КМ-8 + КМ-9 + КМ-10) ВКР / Дипломная работа (МТ-10) на тему "Реконструкция моталки стана 2000" КМ-3. Моделирование системы массового обслуживания. Защита лаб. работы. Тестирование - 100% Курсовой проект БДС1001-2а Возможный % использования ВЭР |
Коксохимическое производство | 41,7 | 90 |
Доменное производство | 37,0 | 85 |
Мартеновское производство | 14,6 | 60 |
Прокатное производство | 6,7 | 40 |
По отрасли | 100 | 80 |
12.2. 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.
12.3. Характеристика ВЭР
12.3.1. 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 1400-15000C. 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 20000C. 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 20000С.
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 20000С.
12.3.2. 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 1400-15000С, а при выплавке стали - 0,2-0,3 т/т при температуре 1500-16000С.
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 600-7000С. Непосредственное использование физической теплоты этого газа затруднено в связи с большим содержанием в нём смол.
Температура доменного газа равна 150-3500С. Использование его физической теплоты возможно только после сухой очистки.
Среди горючих газов наибольшую температуру (1400-18000С) имеет конвертерный газ.
Температура ферросплавного газа зависит от вида получаемого сплава. Так, при выплавке ферромарганца газ выходит из печи с температурой 200-3000С, а при выплавке ферросилиция - 500-7000С.
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 - 16500С, за регенераторами 600-8500С.
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 1600-18000С, 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 - 750-8000С. 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 (200-2500С) в хвостовой части вакуум-камер. Запыленность газов - 4-7 г/м3.
Бесплатная лекция: "2 Роль религии в международных отношениях" также доступна.
В системе отопления коксовых батарей образуются продукты сгорания, которые после регенератора имеют температуру 250-3500С.
Отходящие газы нагревательных печей состоят из продуктов сгорания топлива и, в зависимости от типа печи, имеют температуру 800-13000С. Их теплота используется для нагрева воздуха, при этом температура понижается до 400-6000С.
Температура дымовых газов воздухонагревателей доменных печей равна 200-3000С и обычно не используется.
При сжигании ферросплавного газа под сводом в закрытых печах с укрытым колошником образуются продукты сгорания с температурой 16000С.
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.