Повышение экологической безопасности конвертерного производства стали путем утилизации ВЭР

Кучеренко М. Н., Перистый М. М.
Донецкий национальный технический университет

Источник: «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» — 2009 / Материалы VІІI Международной научной конференции аспирантов и студентов. — Донецк, ДонНТУ — 2009, с. 70 — 71.

Конвертерное производство стали в Украине благодаря целому ряду технологических и энергетических преимуществ постепенно вытесняет мартеновское.

Одним из существенных недостатков технологии является обильное газовыделение, сопровождающее процесс. Охлаждение, очистка и использование этих газов является одним из способов повышения экологической безопасности производства, снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и экономии топливно-энергетических ресурсов предприятия.

После охлаждения и очистки конвертерный газ может быть использован для следующих целей: в качестве топлива (котлы, промышленные печи), химического сырья, для подогрева шихтовых материалов конвертерной плавки, а также как восстановитель железорудного сырья. Однако такое его применение затруднено в связи со следующими причинами: непостоянством выхода конвертерного газа по времени и по количеству; резкими колебаниями состава газа в разных периодах плавки; возможностью подсосов в газоотводящий тракт воздуха, что может привести к образованию газокислородной смеси и взрыву у потребляющих агрегатов.

ОАО «Алчевский металлургический комбинат» ежегодно закупает около 1,3 млрд. кВт•ч электроэнергии на производство своей продукции. Вторичные энергоресурсы в виде газообразных отходов (коксовый, доменный и конвертерный газы) используются для нужд основного производства не в полном объеме и в значительных количествах выбрасываются в атмосферу либо непосредственно, либо сжигаются в факелах («свечках»). В то же время состав этих газов позволяет использовать их в энергогенерирующих установках для выработки электроэнергии.

Конвертерный газ – высококачественное топливо, технологическая ценность которого определяется большим содержанием СО и возможностью использования газа в качестве восстановителя. Энергетическая ценность конвертерного газа определяется высокой теплотой сгорания и малым выходом продуктов сгорания на единицу получаемой теплоты.

Образующийся в процессе плавки конвертерный газ выходит из рабочего пространства печи через горловину. Основными его составляющими являются монооксид углерода (до 90 %) и диоксид углерода (до 10 %), в незначительном количестве содержатся азот, водород и кислород (по 1 %).

Одним из основных мероприятий по повышению экологической безопасности в энергетическом хозяйстве ОАО «АМК» является использование конвертерного газа в качестве топлива для выработки электроэнергии на парогазовой установке и использование тепла отходящих газов.

Газоотводящий тракт от конвертера работает по схеме без дожигания оксида углерода и состоит из котла-накопителя конвертерных газов, газоочистки с электрофильтрами, дымососа, газопроводов, свечи, вспомогательных устройств.

Для повышения экологической безопасности и максимальной утилизации газообразных отходов основного производства на ОАО «АМК» предусматривается сооружение когенерационной установки, проект которой разработал ОАО Харьковский институт «Энергопроект».

Данный проект предусматривает использование парогазовой установки (ПГУ) комбинированного цикла. Основным топливом для нее служит смесь низкокалорийных доменного и конвертерного газов, обогащенная за счет добавления коксового газа.

На первом этапе планируется создать два энергоблока мощностью по 151,5 МВт каждый. В состав энергоблока входит следующее оборудование: газотурбинный агрегат, газовый дожимной компрессор, паровая турбина, генератор, котел-утилизатор, вспомогательное технологическое оборудование, трубопроводы и запорно-регулирующая арматура, электрическое оборудование, приборы и автоматизированная система управления энергоблоком. Газотурбинный агрегат, паровая турбина, генератор и газовый компрессор скомпонованы на одном валу и представляют собой парогазовый моноблок.

Такая парогазовая электростанция комбинированного цикла является современной и экономичной технологической системой, позволяющей эффективно утилизировать отходящие газы металлургического производства для обеспечения потребности ОАО «АМК» в электроэнергии и сокращения выбросов загрязняющих веществ и тепла в атмосферу.

Преимуществами внедрения на предприятии ПГУ являются:

  • значительное сокращение выбросов оксидов углерода и азота, а также сернистого ангидрида в связи с выводом из эксплуатации существенной части мощностей ТЭЦ;
  • минимизация количества загрязняющих веществ в выбросах ПГУ, в особенности оксидов углерода и азота, по сравнению с выбросами котлов ТЭЦ благодаря контролируемому смешиванию газов на газосмесительной станции ПГУ и оптимизации процессов горения в камере сгорания газовой турбины;
  • снижение водопотребления ТЭЦ и ПГУ по сравнению с существующей технологической схемой;
  • минимизация воздействия человеческого фактора на функционирование электроэнергетического комплекса ПГУ благодаря автоматизированной системе управления технологическим процессом;
  • исключение потребления электроэнергии из национальной электроэнергетической сети за счет ввода в эксплуатацию электроэнергетического комплекса мощностью 303 МВт на базе ПГУ.

    Выполнено моделирование процесса рассеивания загрязняющих веществ для оценки вероятной степени изменения качества воздуха в результате реализации проекта ПГУ. Проведена оценка ожидаемых изменений содержания двуокиси азота, двуокиси серы и оксида углерода в атмосферном воздухе в границах санитарно-защитной зоны и за ее пределами.

    Результаты моделирования показали, что реализация проекта ПГУ обеспечит снижение максимальных значений выбросов. По сравнению с существующей ситуацией максимальные приземные концентрации диоксида азота снижаются более чем на 70 %. Концентрации остальных загрязняющих веществ составляют менее 0,1 ПДК и не оказывают отрицательного воздействия на атмосферный воздух.

    • ©ДонНТУ 2009 Кучеренко М. Н.