Основные принципы создания установок вдувания угольной пыли в горн доменных печей Украины
Приведены основные критерии выбора установок вдувания пылеугольного топлива в горн доменной печи. Описаны наиболее применяемые схемы установок. Выполнен анализ различных схем оборудования по технологичности и окупаемости.
Вдувание угольной пыли остается наиболее перспективным энергосберегающим мероприятием в доменном производстве. Угольная пыль в доменной печи может заменить 100 % природного газа и до 20…40 % кокса. При этом производительность печи возрастает, а также появляется возможность оперативного влияния на температурное состояние горна.
Зарубежные специалисты провели исследования и доказали, что стоимость строительства установки вдувания в четыре раза дешевле, чем строительство коксовой батареи, рассчитанных на одинаковую производительность по коксу. Необходимо также учесть стратегическое направление экономики на дальнейшее увеличение цены природного газа по сравнению с ценами на уголь.
Принципиальные вопросы при принятии решения о создании установки следующие:
Каков максимально достижимый удельный расход угольной пыли для каждой доменной печи в ближайшее время?Какова может быть цена угольной пыли, пригодной для использования в доменной печи?Каков срок окупаемости оборудования для вдувания и, в конечном счете, какова эффективность использования технологии вдувания угольной пыли?
На первый вопрос могут ответить технологи доменных цехов. Вероятнее всего современные возможности доменных печей Украины позволят обеспечить удельный расход 60…120 кг/т чугуна. Для увеличения уровня удельного расхода угольной пыли потребуется увеличение температуры дутья до 1130…1150 °С, обогащение дутья кислородом до 25…28 %, улучшить качество шихты, выполнить реконструкцию доменной печи. По оценкам специалистов такая модернизация будет стоить около 40 млн. долл. для каждой печи.
Для ответа на второй вопрос необходимо провести комплексные исследования c участием специалистов-угольщиков Украины и России, чтобы спрогнозировать перспективы развития доменного цеха с учетом сырьевой базы. Кроме обзора угольного сырья необходимо рассмотреть вопрос использования ряда углеродсодержащих материалов: нефтекокса, лигнина, угольных дообогащенных шламов и т.п. Для определения срока окупаемости оборудования решающим фактором является его стоимость. А стоимость определяется, прежде всего, выбранной структурной схемой. На этом вопросе остановимся подробнее. Рассмотрим исходные условия металлургических предприятий Украины для создания установок
Под "технологичностью" оборудования установки понимают: стабильность подачи угольной пыли во времени в каждую отдельную фурму;и управляемое распределение угольной пыли по фурмам доменной печи. Существует несколько основных типов установок вдувания угольной пыли в горн доменной печи, назовем их "А", "В" и "С" (рисунок 1).
FIC - датчик расхода пыли; mal - пылепровод Система, типа "А".
Наиболее распространенный тип установки. Включает бункер запаса, промежуточный бункер, питающий резервуар, группу аэрационных или механических питателей, группу (как правило) индивидуальных пылепроводов, узлы ввода угольной пыли в доменную печь. Для доменных печей большого объема имеет место дублирование оборудования с подачей угольной пыли в четные и нечетные фурмы от разных установок.
Недостатками такого типа установок являются:
К неоспоримым достоинствам следует отнести простоту технологии и возможность использования низкого давления (0,4 МПа) сжатого осушенного агента. Такой тип установки реализован на доменной печи №2 ОАО "Донецкий металлургический завод". По оценкам зарубежных специалистов уровень окупаемости такого типа установок начинается с удельного расхода угольной пыли 100…120 кг/т чугуна.
Система, типа "В". Также распространенный тип установок. Включает бункер запаса, два (или три - один резервный) питающих резервуара, магистральный пылепровод, делитель потока, участок индивидуальной разводки по фурмам, узлы ввода в фурмы. Для доменных печей большого объема имеет место дублирование оборудования. Принцип дозирования - аэрационный. Недостатками такого типа установок являются:
К достоинствам такого типа установок можно отнести возможность их размещения на значительном расстоянии от доменных печей 200…800 м. Известен случай размещения установки за 2 км от доменной печи. Кроме того, достаточно просто организовать процесс взвешивания питающих резервуаров и, таким образом, получить информацию об общем массовом расходе угольной пыли. По оценкам зарубежных специалистов уровень окупаемости такого типа установок начинается с удельного расхода угольной пыли 90…100 кг/т чугуна.
Система типа "С". Малораспространенный тип установки. Включает в себя бункер запаса, два пневмонасоса, магистральный пылепровод, питающий резервуар, группу аэрационных питателей, группу индивидуальных пылепроводов, узлы ввода угольной пыли в фурмы доменной печи. Указанная система имеет достоинства системы "А":
Кроме того, требования к точности дозирования (95 %) общего расхода угольной пыли, как при использовании делителей потока, отсутствуют. Достаточно обеспечить (70…80 %) точность, так как в питающем резервуаре есть возможность сглаживать такие колебания общего расхода. Такая система была реализована на доменной печи №3 ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" в 1996-98 гг. Окупаемость установки начиналась с удельного расхода угольной пыли 23 кг/т чугуна. В зависимости от возможного уровня затрат можно добиваться определенной "технологичности" оборудования установок. Нет смысла создавать установку "мирового уровня" для того, чтобы вдувать 70…100 кг угольной пыли на 1 т чугуна. Но возможность наращивания технологических характеристик установки во время поэтапного освоения технологии доменной плавки с использованием угольной пыли, позволит распределить затраты во времени и добиться получения окупаемости оборудования на всех этапах его освоения. Указанным требованиям наибольшим образом отвечает система "С" вдувания угольной пыли, которая может быть реализована с блоком помола угля и без него (при поставке готового пылеугольного топлива).
Для организации приема и усреднения угля на первом этапе возможно использование имеющихся свободных площадей рудного двора. Строительство нового блока приема и усреднения угля можно будет осуществить позднее после достижения первых финансовых результатов от использования угольной пыли в доменной печи. Блок приготовления угольной пыли целесообразно построить на базе тарельчато-шаровых мельниц, имеющих встроенный динамический сепаратор и отличающихся значительным межремонтным ресурсом работы (до 40 000 часов). В здании блока приготовления непосредственно под бункером запаса угольной пыли целесообразно расположить блок дозирования аэросмеси угольной пыли. Блоки можно расположить на расстоянии 250…500 метров от доменных печей.
Блок распределения аэросмеси угольной пыли можно расположить на расстоянии 50…80 метров от доменных печей. Блок конструктивно может быть выполнен как бункер-распределитель с группой аэрационных питателей соединенных индивидуально с фурмами доменной печи. Вследствие малых габаритных размеров блок может быть размещен на открылке литейного двора или в непосредственной близости от него без строительства отдельных капитальных сооружений. Узлы ввода угольной пыли в фурмы доменной печи при удельном ее расходе до 80…100 кг/т чугуна целесообразно использовать без значительных конструктивных изменений и без индивидуального подвода кислорода. Предполагаемый комплекс может работать уже на первом этапе в "безлюдном" режиме с обеспечением контроля с поста управления доменной печью.
Для нескольких доменных печей одного доменного цеха предполагается один блок приготовления угольной пыли и несколько блоков дозирования и распределения (по числу доменных печей). Дальнейшее снижение удельных затрат возможно при кооперации нескольких металлургических предприятий для строительства общей пылефабрики и доставки угольной пыли в герметичных контейнерах в отдельные доменные цеха. Такой способ позволит рентабельно использовать угольную пыль даже в малых доменных цехах. Такая централизованная пылефабрика могла бы получать углеродсодержащее топливо с добавками продуктов переработки нефти (нефтекокс) и органики (лигнин), а также угольной пыли из установок дообогащения угольных шламов (при условии оказания государственной поддержки), а также из "отдувов" угля на центральных обогатительных фабриках.
Описанная структура комплекса приготовления и вдувания угольной пыли в доменную печь, и отдельные ее элементы отрабатывались при освоении промышленных установок вдувания угольной пыли в горн доменных печей №1,2 и 3 Донецкого металлургического завода; опытно-промышленной установки вдувания угольной пыли в горн доменной печи №3 Нижнетагильского металлургического комбината; при разработке основных технических решений для установок вдувания угольной пыли в горн доменных печей №5 Кузнецкого и №2 Западно-Сибирского металлургических комбинатов.
Важным вопросом является своевременное комплексное решение энергетических проблем, как доменных печей, так и котлов паро-воздушных станций, при их вынужденном переводе на твердое топливо. При рациональном сочетании технических и организационных решений, при эффективном распределении изготовления и поставок оборудования между отечественными и зарубежными поставщиками, вполне возможно оперативно создать и освоить рентабельные установки вдувания угольной пыли в горн доменных печей в Украинe.