Olena Zhyriakova

Effet écologique du perfectionnement du régime des réchauffeurs d'air à l'usine métallurgique «Azovstal»

O.Zhyriakova, D.Lodov, A.S.Bondar

A nos jours les problèmes écologiques deviennent de plus en plus graves. L'effort sur la biosphère dans la région de Donetsk qui est connue comme la région industrielle, est la plus grand en Ukraine et même dans toute l'Europe.
La plus grande partie des éjections est celles de métallurgie et est égale à 34 %. C'est pourquoi on cherche toutes les mesures possibles pour diminuer des éjections.
L'une des installations les plus polluantes est un haut fourneau. Dans un haut fourneau, on emploie le vent de soufflage qui permet de :

• intensifier le processus de la fusion ;
• diminuer la consommation du coke ;
• augmenter la productivité du haut fourneau.

La consommation du coke se diminue à cause de la substitution de la chaleur dégageante pendant le processus de la combustion du carbone sur les tuyères par la chaleur du vent de soufflage.
L'économie du combustible avec le chauffage du vent de soufflage n'est pas proportionnelle à l'augmentation de la températurede celui-ci. Mais pratiquement on remarque qu'avec le chauffage supplémentaire du vent de soufflage sur chaque 10 °C (la concentration de l'oxygène est égale а 25 %) la consommation du coke se diminue sur 0,28 % pendant que la productivité du haut fourneau s'augmente sur 0,28 % (la température de soufflage est égale à 1100 - 1200 °C). Alors, celle-ci se diminue sur 25 % avec la température du vent de soufflage de 1200 à 1300 °C.
Le rôle du chauffage du vent de soufflage est devenu le plus grand avec l'utilisation des hydrocarbures. Les hydrocarbures favorisent а l'abaissement de la température du creuset. C'est pourquoi le problème de l'augmentation de la température du vent de soufflage est assez grave, ainsi que la création des conditions favorables pour l'utilisation du vent de soufflage dans un haut fourneau. Actuellement, la marche des hauts fourneaux avec la température du vent de soufflage de 1100 à 1250 °C est bien apprise, mais dans l'avenir le plus proche on suppose de mener le chauffage de l'air jusqu'à 1350 - 1400 °C.
Le chauffage du vent de soufflage dans les réchauffeurs d'air s'effectue avec l'utilisation du gaz de haut fourneau aux conditions de chauffage du vent de soufflage vers 1100 - 1200 °C ou du mélange du gaz de haut fourneau avec le gaz naturel (ou le gaz de cokerie) aux conditions de chauffage du vent de soufflage vers les températures plus hautes. Les tâches principales de réglage du régime thermique des réchauffeurs d'air sont les suivantes :

• la combustion complète et économe du combustible ;
• le chauffage du ruchage du cowper vers la température fixée avec la limitation de la température du dôme de réchauffeur d'air et la température des gaz de rebut pour prévenir le ramollissement des réfractaires ;
• la commutation automatique des réchauffeurs d'air de régime du chauffage à régime du vent de soufflage et au contraire.

Le réglage du régime des réchauffeurs d'air comprend le chauffage du ruchage de cowper vers la température maximume avec le compte des facteurs limitants. La température assignée d'une flamme secondaire peut être assurée par réglage de la proportion «air-gaz» où on change la quantité de gaz quand la quantité de l'air reste constante ou par contre.
Par exemple, dans tous les hauts fourneaux de l'usine métallurgique «Azovstal» sauf le haut fourneau №4, le chauffage des réchauffeurs d'air est effectué par les brûleurs individuels avec la consommation de l'air constante (sans réglage de la proportion «air-gaz»). Les conditions de la combustion sont limitées par les températures commandées du dôme de réchauffeur d'air et des gaz de rebut.
Le gaz de haut fourneau est utilisé comme le combustible (son puissance calorifique est égale à 800 kcal/m cube). Sa composition chimique est la suivante : H2 - 10 %, CO - 23-25 %, CO2 - 17 %, N2 - 48-50 %. La proportion de gaz de haut fourneau et de l'air est 50:50.
Pour les hauts fourneaux on applique le méthode spécial qui assure :

• le chauffage forcé du ruchage de cowper ;
• la combustion économe du combustible.

Tous ces avantages sont dus à l'augmentation de surplus de l'air en le comparant avec sa quantité le plus convenable. Le chauffage des réchauffeurs d'air comprend trois périodes :

• Le chauffage maximum en utilisant la puissance complète du ventilateur et la proportion «air-gaz» déterminée ;
• Le chauffage du dôme du réchauffeur d'air vers la température admissible fixée. La proportion «air-gaz» est caractérisée par la diminution de la quantité de gaz. Si la température du dôme du réchauffeur d'air devient plus basse que le niveau indiqué, on retourne le régime de la première période. L'échange ces deux régimes se répète vers le moment où le ruchage du cowper sera chauffé avec toute sa hauteur. Après, la température dans l'espace au-dessus du ruchage du cowper commence à s'augmenter.
• Si on a joint la température admissible (250 - 400 °C), simultanément on diminue la quantité de l'air et du gaz.

Si la température dans l'espace au-dessus du ruchage du cowper devient plus basse que la température admissible, on retourne automatiquement le régime de la deuxième période.
Les expérimentations faites à l'usine «Azovstal» ont montré qu'avec le système du chauffage des réchauffeurs d'air dans les gaz de rebut il y a de 1,5 а 5 % (2 % en moyenne) de monoxyde de carbone. Ce fait témoigne qu'on fournit pour chauffage le gaz de haut fourneau en excès. Or, avec des gaz de rebut des réchauffeurs d'air on jète dans l'atmosphère près de 4-5 milles tonnes de chaque installation. En plus, avec l'augmentation de la température du vent de soufflage et avec l'augmentation de la consommation de gaz de haut fourneau, son excédent de dépenses est près de 10 millions tonnes. Donc, l'éjection du monoxyde de carbone dans l'atmosphère s'augmente aussi.
Le système de réglage du processus de la combustion de gaz de haut fourneau dans les réchauffeurs d'air (à l'aide de changement de la consommation de gaz de haut fourneau et de l'air soufflant) qui a été élaboré par l'entreprise scientifique et industrielle collective «Donbassécoligia» pour diminuer la teneur en monoxyde de carbone dans l'atmosphère, prévoit le contrôle continu et réglage de la composition chimique des gaz de rebut :

• de monoxyde de carbone au niveau de 0,25 à 0,4 % ;
• de l'oxygène de 1 à 3 %.

Alors, on peut estimer l'effet écologique de ce projet.
Avant, avec le chauffage vers la température 10°C la concentration de monoxyde de carbone dans les gaz de rebut était égale а 1,5% (pour le calcul on applique la quntité minimume). L'éjection dans l'atmosphère comprend 464 g/s de CO. Alors, 464:3600/1000 = 1670,4 kg/h.
Après, quand le projet a été déjà mis au point, la concentration de CO se diminue vers 0,2-0,4%. L'éjection dans l'atmosphère (dans ce cas on utilise pour le calcul la quantité maximume) comprend 128 g/s de CO. Ou, 128:3600/1000 = 460,8 kg/h.
L'introduction du système de réglage «air-gaz» sur un réchauffeur d'air permet de :

• optimiser le processus de la combustion du gaz de haut fourneau ;
• réduire les éjections de monoxyde de carbone en quantité près de 3,7 milles tonnes par an (selon le calcul) ;
• réduire la consommation de gaz de haut fourneau en 10 millions m cube par an.

D'habitude les réchauffeurs d'air fonctionnent dans les paires (deux réchauffeurs d'air pour chauffage et deux réchauffeurs d'air pour le vent de soufflage, en changeant ses régimes ensuite), alors l'effet écologique total est le suivant :

• la réduction des éjections de monoxyde de carbone en 14 milles tonnes par an environ ;
• l'économie annuelle de gaz de haut fourneau près de 40 millions m cube.