ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ДУТЬЯ В ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ

Общая постановка проблемы

Форсирование хода доменных печей при стремлении к экономической эффективности доменной плавки было достигнуто за счет увеличения рудных нагрузок и повышения интенсивности горения кокса, что стало возможным в результате улучшения качества сырья, увеличения давления газа под колошником, а также температуры дутья. В значительной мере в том же направлении способствовало обогащение дутья углеводородными добавками и кислородом, а также применение бесконусных засыпных устройств, обеспечивших более полное использование тепловой энергии и восстановительного потенциала газов. Итог этой многолетней работы проявился через энерго- и ресурсосбережение.

Важнейшей задачей черной металлургии является снижение энергоемкости металлопродукции. Она не может быть решена без существенного сокращения расхода кокса на выплавку чугуна. При производстве кокса в коксохимической промышленности наблюдаются значительные выбросы вредных веществ, таким образом можно утверждать, что основным источником воздействия на окружающую среду является коксохимическое производство.

Анализ цеховой себестоимости чугуна, выплавляемого на металлургических предприятиях России, показывает, что более 50 % затрат приходится на железорудную (агломерат, окатыши) часть шихты и металлодобавки и около 40 % на топливо (кокс и природный газ). При этом затраты на кокс составляют более 90 % общих затрат на топливо.

Из сопоставления приведенных цифр становится ясным, что генеральным направлением в политике энерго- и ресурсосбережения в технологиях выплавки чугуна является борьба за экономию кокса - наиболее дорогой и дефицитной составляющей доменной шихты. Эта политика отражает развитие перспективной технологии доменной плавки, обусловленной применением дополнительных видов топлива, как заменителей части кокса, и обогащением дутья кислородом. Эта технология, известная как применение комбинированного дутья для выплавки чугуна, находит подтверждение в результатах работы доменных печей на протяжении последних десятилетий.

Так в начале XXI века практически все доменные печи перешли на комбинированное дутье. Широкое применение технологий доменных плавок с инжекцией дополнительных видов топлива через фурмы и обогащения дутья кислородом привело к экономии более 100 млн. т кокса. Следует подчеркнуть, что при этом произошло существенное снижение удельных расходов топлива на выплавку чугуна.

Природный газ, как составляющая комбинированного дутья, обладает преимуществами, которые определили его применение в технологиях доменной плавки. К этим преимуществам относятся: - простота и дешевизна техники распределения природного газа по фурмам и его инжекции в каждую фурму;
- легкость регулирования расхода природного газа, благодаря чему осуществляется воздействие на тепловое состояние печи, на температуру горения и производительность доменной печи;
- способность повышать концентрацию водорода в горновых газах;
- чистота газа по взвешенным примесям, примесям серосодержащих газовых составляющих, что обеспечивает пониженный выход шлака и приход серы в доменную печь.

Проблема применения технологического кислорода в отечественной черной металлургии стала одной из наиболее дискуссионных в последней четверти прошедшего столетия. Применение кислорода в отечественной металлургии было обусловлено общим курсом развития экономики, направленной на максимальную интенсификацию технологии доменного производства. Одним из преимуществ применения кислорода является то, что он форсирует доменную плавку, увеличивает ее интенсивность, снижает выбросы вредных веществ в окружающую среду (табл. 1).

Таблица 1 - Выбросы в окружающую среду

Основными недостатками применения кислорода в доменном производстве является:
• его применение дороже, чем применение горячего дутья;
• он уменьшает приход тепла с дутьем;
• выводит подогретый до температуры дутья азот, тем самым снижая теплосодержание.

На данный момент предприятия Европы пытаются уменьшить количество примененяемого кислорода. Исключением из вышеупомянутого могут быть некоторые режимы производственных процессов, в которых использование технологического кислорода позволяет изменить их температурно-тепловые характеристики и получить значительную экономию дефицитного твердого топлива. Резкий рост энергозатрат на производство чугуна появляется при объемном содержании кислорода в доменном дутье свыше 30%.

Поэтому особое значение приобретает широкомасштабное внедрение технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива (ПУТ), приготовленного из недефицитных и относительно недорогих некоксующихся марок углей с низким содержанием серы и золы. Преимуществами угля по сравнению с другими заменителями кокса является его низкая стоимость, большие запасы и высокая теплота сгорания у фурм доменной печи.

В настоящее время пылеугольное топливо как компонент комбинированного дутья доменных печей занимает первое место, не только по распространенности, но и по объему применения. Так, доменные печи Японии используют 35 % пылеугольного топлива от мирового потребления, доменные печи Китая и Кореи - 25 %. Остальную часть ПУТ - около 40 %, потребляют доменные печи Европы, Америки и Австралии. Стабильные расходы ПУТ на уровне 150-200 кг/т чугуна обеспечили замену 40-45 % кокса.

Несмотря на определенные сложности процессов подготовки пылеугольного топлива, его транспорта к печам и распределения по фурмам, этот вид топливной добавки является наиболее перспективным. В большинстве случаев при строительстве новых доменных печей ориентируются на использование в качестве топливной добавки к дутью пылеугольного топлива.

При замене измельченным углем 1 млн. т кокса (расход угля - 200 кг/т чугуна, коэффициент замены - 0,85 кг/кг) выброс в атмосферу вредных веществ за счет сокращения производства кокса уменьшается на 7094т[6]. Выброс вредных веществ с недоочищенными промышленными стоками в водные бассейны уменьшается на 250...1020 т, в том числе: взвешенных веществ -120...240 т, аммония азотистого - 120...720 т, масло - 6...24 т, пиридиновых оснований - 3...14 т, фенолов - 0,3..0,4 т, родонитов -0,6...3,0 т, цианидов - 0,2...90 т.

В связи с уменьшением потребления кокса в доменном производ¬стве, общее снижение вредных выбросов в атмосферу существенно сократится (табл.2). В то же время производство 1 млн. т ПУТ сопровождается на один - два порядка меньшим выбросом в атмосферу вредных веществ, т: угольной пыли - 32; оксида углерода - 93,6; оксида азота -37,6; сернистого ангидрида - 53,0, что определяет значительное уменьшение загрязнения окружающей среды вредными выбросами.

Таблица 2 - Снижение вредных выбросов в атмосферу при вдувании ПУТ

Отмеченные главные особенности технологии доменной плавки, использующей инжекцию ПУТ для экономии кокса и увеличения производительности доменных печей, определяют высокие темпы развития и совершенствования этой технологии с доведением удельного расхода ПУТ до 250 кг/т чугуна и выше.

Выводы

Таким образом, технология доменной плавки на комбинированном дутье с заменой кокса ПУТ позволит не только снизить себестоимость чугуна, сократить использование кокса и природного газа, но и значительно уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду.