Источник: http://www.presszvanie.ua
Cегодня средняя энергоемкость 1 тонны
отечественной металлургической продукции составляет 1.9 тонны условного
топлива, при этом, в развитых европейских странах данный показатель
составляет около 0.2 т у.т. Как видим, снижение энергоемкости
производства все еще остается одной из главных задач металлургического
сектора страны. Максимальное использование вторичных энергоресурсов
(доменный, конвертерный и коксовый газы) в парогазовых установках (ПГУ)
на меткомбинатах позволит одновременно решить не только проблему
высокого показателя энергоемкости, но и экологические проблемы отрасли
(уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу, снизить тепловое
загрязнение, обусловленное сжиганием газов «в свече»), а также
уменьшить потребление топлива. Тем самым конкурентоспособность
металлургических предприятий будет повышаться как на отечественном, так
и на зарубежном рынках.
Преимущества ПГУ
В настоящее время одним из главных направлений в решении
задач повышения эффективности, экологичности, снижения материало- и
капиталоемкости, улучшения надежности и эксплуатационных свойств
энергетических установок является внедрение комбинированных парогазовых
установок. Парогазовая технология в последнее время стала наиболее
популярной в мировой энергетике, на нее приходится около двух третей
всех вводимых генерируемых мощностей. Широкое распространение данной
технологии обусловлено тем, что энергия сжигаемого в парогазовых
установках топлива используется в бинарном цикле – сначала в газовой
турбине, а потом в паровой, что делает ПГУ эффективнее любых тепловых
станций, работающих только в паровом цикле. Другое важное преимущество
ПГУ заключается в том, что на их строительство требуются значительно
меньшие капиталовложения, к тому же энергоблоки можно вводить в
эксплуатацию поэтапно – сначала газотурбинную часть, а потом паровую.
Для повышения надежности электроснабжения и максимальной утилизации
сбросных газов (доменного, конвертерного и коксового) металлургических
предприятий использование ПГУ – наиболее оптимальный вариант. Однако
при проектировании таких установок на меткомбинатах необходимо
учитывать, что из-за особенностей технологических процессов в
металлургии выход топливных газов весьма нестабилен, а потребитель
имеет определенные требования к стабильной поставке больших объемов
топливных газов с заданной калорийностью, диапазоном и скоростью ее
изменения.
Так, для доменных печей нестабильность производства топливных газов
характеризуется как кратковременной и интенсивной пульсацией расхода
доменного газа продолжительностью 5-10 минут со скоростью изменения
расхода газа до 5.0 тыс. куб нм/мин, обусловленной технологическим
процессом, так и более продолжительными скачками при замене фурм или
проведении ремонтно-профилактических работ. Для конвертеров возможно
резкое увеличение вдвое выхода конвертерного газа в течение 12-14 минут
при одновременной продувке двух конвертеров или снижение общего
часового выхода конвертерного газа вдвое при остановке одного из
конвертеров для проведения ремонтно-профилактических работ. Только для
коксохимического производства присуща сравнительная стабильность выхода
коксового газа и его характеристик.
Для решения данной проблемы и нивелирования нестабильности выхода
топливных газов при проектировании ПГУ для металлургических предприятий
применяют газгольдеры, газоповысительные станции, газопроводы больших
диаметров и запорно-регулирующую арматуру для них.
В целом, основные результаты, которых удается достигнуть при внедрении
ПГУ в металлургическом комплексе, – это значительное сокращение
выбросов оксидов углерода и азота, а также сернистого ангидрида в связи
с выводом из эксплуатации существенной части мощностей ТЭЦ. Также среди
положительных результатов можно выделить минимизацию количества
загрязняющих веществ в выбросах ПГУ по сравнению с выбросами котлов ТЭЦ
благодаря контролируемому смешиванию газов на газосмесительной станции
ПГУ и оптимизации процессов горения в камере сгорания газовой турбины.
Данное преимущество ПГУ очевидно по сравнению с процессами сжигания
доменного и конвертерного газов «в свече». Излишки же коксового газа
сегодня вообще выбрасываются в атмосферу без дожигания. За счет ввода в
эксплуатацию ПГУ потребление электроэнергии из национальной
электроэнергетической сети уменьшается.
Отечественные производители установок
Украина имеет собственные разработки в
области парогазовых установок средней и большой мощности, которые могут
быть использованы для покрытия пиковых нагрузок, в т.ч. в металлургии.
Основным отечественным производителем ПГУ является государственное
предприятие научно-производственный комплекс газотурбиностроения
«Зоря-Машпроект» (г. Николаев). Предприятием совместно с
государственным институтом по проектированию предприятий
коксохимической промышленности «Гипрококс» (г. Харьков) разработаны
специальные парогазовые установки, работающие на вторичных топливных
газах металлургического производства.
Основным оборудованием таких установок являются газотурбинный
двигатель совместно с электрогенератором, воздухокомпрессором и камерой
сгорания, паровой котел-утилизатор, дожимающий компрессор для повышения
давления коксового газа и паровая турбина с электрогенератором. Все
оборудование изготавливается в Украине и России, что делает их
значительно дешевле зарубежных аналогов; они легче адаптируются для
работы на отечественных металлургических предприятиях и имеют большие
преимущества при проведении капитальных ремонтов оборудования. Схемы
ПГУ органично вписываются в существующие схемы металлургических
предприятий и позволяют максимально использовать существующие
оборудование и коммуникации.
ПГУ могут быть разработаны на любую мощность, исходя из особенностей
метзаводов и позволяют вырабатывать электрическую и тепловую энергию с
КПД, значительно превышающим КПД традиционно используемого
паротурбинного цикла (электрический КПД более 40%), за счет сжигания
более дешевого, по сравнению, скажем, с природным газом топлива. Это
обеспечивает минимальную себестоимость электроэнергии и тепла и
минимальный срок окупаемости.
Несмотря на высокую экономичность, парогазовая технология пока не
получила широкого развития в металлургическом секторе Украины. Со слов
начальника энергетического отдела «Гипрококса» Сергея Абдулина, в свое
время практически на все украинские металлургические предприятия были
направлены технико-коммерческие предложения строительства ПГУ,
работающих на коксовом газе (срок окупаемости при капитальных затратах
$10-20 млн. составлял 1.1-2.0 года), однако до сих пор на них никто так
и не откликнулся. По предположению Сергея Абдулина, это связано с
кризисом, а также с тем, что данная технология предполагает сжигание
чистого кокса без добавок, что влечет за собой некоторые риски. Однако
с метпредприятиями других стран дела обстоят несколько лучше. Так, на
стадии ТЭО находится данный проект у Новолипецкого металлургического
комбината (Россия) и Руставского металлургического завода (Грузия).
Практическое применение в Украине
Тем не менее, использование ПГУ в
металлургическом комплексе Украины достаточно перспективно, ведь
собственная потребность отрасли в электроэнергии составляет до 2000
МВт, причем, часть этой мощности используется в дневное время.
По данным ГП НПКГ «Зоря-Машпроект», утилизация теплоты доменного газа
при использовании парогазовых установок ПГУ-150 мощностью 150 МВт
позволит не только повысить КПД утилизации от 10-12% (паротурбинный
блок) до 40-45%, но и произвести в масштабе страны до 2,0 ГВт/часов
электроэнергии, которые могут быть направлены на собственные нужды
металлургии, что может существенно снизить нагрузку на тепловую
энергетику.
В настоящее время лишь на одном украинском металлургическом предприятии
ведется строительство парогазовой электростанции для утилизации
вторичных газов – на Алчевском металлургическом комбинате. В составе
станции запланировано 3 ПГУ общей мощностью 454 МВт. В качестве топлива
используется низкокалорийная смесь доменного, коксового и конвертерного
газов. Электростанция будет генерировать до 3 млрд. кВт/час
электроэнергии в год, что полностью покроет собственные нужды комбината
в электропотреблении. Установка будет работать без использования
природного газа.
Новая электростанция позволит также на порядок сократить вредные
выбросы комбината в атмосферу. Сегодня АМК ежегодно выбрасывает в
атмосферу 98,1 тыс. т вредных веществ, в том числе 77,8 тыс. СО2.
Из общего количества выбросов около 68,3 тыс. т в год дает
агломерационный цех. После ввода в эксплуатацию и при последующей
работе ПГУ мощность выбросов сократится до около 3,1 тыс. т в год.
К настоящему времени на предприятии введены в эксплуатацию 2 ПГУ общей
мощностью 303 МВт. Установленное оборудование имеет КПД на уровне 45%.
Но, к сожалению, используемое на АМК оборудование поставлено японскими
компаниями Sumitomo и Mitsubishi, и общая стоимость проекта составляет
порядка $480 млн., что, по расчетам специалистов ГП НПКГ
«Зоря-Машпроект» значительно выше, чем если бы проект создавался на
основе отечественных ПГУ-150.
Строительство парогазовой электростанции для утилизации доменных,
конвертерных и коксовых газов (аналогичной проекту АМК) было
запланировано на Днепровском МК им. Дзержинского, который относится к
той же группе «Индустриальный союз Донбасса». О внедрении двух
парогазовых установок мощностью 151 МВт каждая заявлял и МК
«Азовсталь». Однако на сегодняшний день несмотря на очевидную
выгодность таких проектов они остаются лишь на бумаге.