Р 50-605-100-94

 

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ
РАСХОДА КОТЕЛЬНО-ПЕЧНОГО ТОПЛИВА

 

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

 

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России с участием рабочей группы специалистов Института экономики ЦНИИчермета

РАЗРАБОТЧИКИ

Е.В. Пашков, канд. техн. наук; М.Б. Плущевский; Н.А. Мельник; В.Н. Шварц

2 УТВЕРЖДЕНЫ Приказом от 10.06.94 № 29 директора ВНИИстандарт

3 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Черная металлургия России, обладая мощным производственным потенциалом, позволяющим и основном устойчиво обеспечивать народное хозяйство всеми видами металлопродукции, относится к наиболее энергоемким отраслям промышленности и потребляет более 7,0 % топлива и более 10 % электроэнергии, расходуемых народным хозяйством России. Повышение эффективности использования топлива и энергии с целью снижения энергоемкости металлургической промышленности является непременным условием роста эффективности работы отрасли и увеличения рентабельности производства.

Эффективность энергопотребления характеризуется удельным расходом топлива и электроэнергии на производство 1 т продукции отрасли. Развитие черной металлургии характеризуется тенденцией постоянного снижения расхода топлива на единицу продукции. Главное воздействие при этом оказывает технический уровень производства и масштаб использования новых энергосберегающих технологий. За последнее десятилетие в черной металлургии всех стран получили широкое применение такие энергосберегающие технологии, как непрерывная разливка стали, внепечная обработка жидкого металла, непрерывные процессы прокатки и отделки продукции. На экономию топлива влияет также увеличение использования вторичных тепловых энергоресурсов внедрение теплоутилизационных установок.

Черная металлургия России по темпам прироста использования энергосберегающих технологий отстает от других стран, поэтому и темпы снижения энергоемкости здесь ниже, чем в Японии или США.

Кроме технического уровня производства, на эффективность энергопотребления влияют внешние для отрасли факторы: цены на энергоносители и доступность источников снабжения топливом.

Следует отметить, что за последние годы в отрасли были разработаны энергосберегающие программы, которые, однако, не были выполнены в полном объеме из-за отсутствия выделенных для отрасли достаточных капиталовложений и ресурсов оборудования.

Уровень износа основных производственных фондов в отрасли в настоящее время составляет более 45 %, а машин и оборудования - около 60 %. Сверхнормативный срок службы имеют 85 % мартеновских печей, 60 % электросталеплавильных и 55 % ферросплавных печей, 55,5 % доменных печей, 74,4 % станов горячей и 44 % холодной прокатки. Поэтому осуществлять энергосберегающие технологии на таком изношенном оборудовании крайне сложно. Необходима коренная реконструкция отрасли с заменой старых технологий и оборудования на новые, энергосберегающие. При проектировании новых (реконструируемых) предприятий, цехов и внедрении новых технологий необходимо проводить расчеты энергоемкости продукции, которая должна соответствовать лучшим отечественным и зарубежным аналогам.

Концентрируя мероприятия по энергосбережению в черной металлургии, настоящие рекомендации не рассматривают эффекты перераспределения энергобаланса между топливом и энергией, не содержат также анализа мер экономического характера по стимулированию энергосбережения в черной металлургии, т.к. это объекты других нормативных документов.

В то же время любому предприятию (объединению), заводу, имеющим отношение к разработке, внедрению (освоению) или использованию технологических процессов в черной металлургии, рекомендуется ознакомиться с настоящим документом, включающим разнообразные энергосберегающие технологические мероприятия по снижению расхода котельно-печного топлива с учетом накопленного в стране и за рубежом опыта работы в проблемной области.

 

Р 50-605-100-94

Энергосбережение

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Технологические мероприятия по снижению расхода
котельно-печного топлива

Energy conservation. Base directions of energy conservation in ferrous
metallurgy. Technology procedure for reduction of boiler-furnaco
fuel consumption

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Настоящие рекомендации устанавливают эффективные освоенные и прогнозируемые мероприятия по энергосбережению, оцениваемые с помощью показателей экономии котельно-печного топлива, дающих конкретное (пооперационное) представление о расходе топлива и потенциале экономии удельных затрат топлива применительно к основным технологическим процессам в черной металлургии: производству агломерата и окатышей, коксохимическому, доменному, сталеплавильному, прокатному и трубопрокатному видам производства.

1.2 Настоящие рекомендации дают представление о современном состоянии потребления котельно-печного топлива в процессах черной металлургии в стране и за рубежом с ориентацией на энергосбережение.

1.3 Настоящие рекомендации предназначены для всех предприятий и организации, расположенных на территории Российской Федерации, независимо от форм собственности.

2 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О СОСТОЯНИИ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.
СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В ОТРАСЛИ

Черная металлургия потребляет пятнадцать различных видов топлива. Характерной особенностью топливного баланса отрасли является то, что более 50 % топлива представляют собой отходы технологических процессов (коксовая продукция, коксовый и доменный газы, ферросплавный газ, промпродукт). В 1990 г. доля привозных видов топлива (уголь, мазут, природный газ) в топливном балансе отрасли составила 41,8 %.

В табл. 1 показана структура топливного баланса черной металлургии России за 1985 - 1990 гг.

Таблица 1 - Структура топливного баланса за 1985 - 1990 гг.

Как видно из приведенных данных, наибольшую долю в топливном балансе занимают природный газ (35,4 %) и кокс (30,0 %), причем расход природного газа за последние годы возрастал из-за снижения выхода коксового и доменного газов в связи с сокращением производства чугуна. Отрасль сокращала потребление такого дефицитного топлива, как мазут, вследствие газификации металлургических предприятий и сокращения производства мартеновской стали - основного потребителя мазута.

В табл. 2 показана структура расхода топлива основными производствами черной металлургии.

Таблица 2 - Структура расхода топлива по основным производствам отрасли на период 1985 - 1990 гг.

Как видно из табл. 2, основным топливоемким производством в отрасли является производство чугуна, где потребляется до 90 % дорогостоящего кокса, расходуемого отраслью. Поэтому очень важно осуществлять энергосбережение, в первую очередь в доменном производстве. В остальных технологические производствах экономится в основном природный газ (при осуществлении энергосберегающих мероприятий), за исключением мартеновского производства, где вывод из эксплуатации мартеновских печен и замена их электросталеплавильными или конвертерными печами позволяет экономить жидкое топливо - мазут и в небольшом количестве другие виды топлива.

Таблица 3 - Удельный расход топлива на основные виды продукции в период 1985 - 1990 гг.

За последние годы удельные расходы топлива на основные виды продукции черной металлургии России неуклонно снижались, что говорит об эффективности использования топлива в отраслях. В табл. 3 показано изменение удельных расходов топлива на основные виды продукции за период 1985 - 1990 гг.

Экономия энергоресурсов достигнута за счет:

- улучшения режима эксплуатации действующего оборудования;

- проведения энергосберегающих организационно-технических мероприятий;

- технического перевооружения и модернизации процессов и оборудования и внедрения новых энергосберегающих технологий;

- сокращения потерь и увеличения степени использования вторичных энергоресурсов.

Эти направления характерны для черной металлургии всех стран, но существенно различаются по степени их использования. Интенсивность энергосбережения в отрасли по России недостаточна вследствие таких факторов, как:

- крайне низкие темпы технического переоснащения отрасли;

- медленное внедрение новых энергосберегающих технологий и оборудования;

- слабая оснащенность отрасли современными средствами регулирования, контроля и учета расхода топлива и энергии;

- отсутствие у предприятий экономических стимулов к энергосбережению;

- низкие цены (действовавшие до 1992 г.) на энергоносители, что делало мероприятия по экономии для предприятий часто нерентабельными.

Таблица 4 - Удельный расход топлива по видам производства и США, Японии, ФРГ

Для сравнения в табл. 4 приведен удельный расход топлива на производство некоторых видов металлургической продукции по ряду зарубежных стран за 1989 г. (по расчетам, проведенным Институтом экономики черной металлургии).

Направления и показатели эффективности использования топлива в основных производствах черной металлургии за рубежом приведены в приложении А.

3 ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ
РАСХОДА КОТЕЛЬНО-ПЕЧНОГО ТОПЛИВА

Несмотря на достигнутые в стране успехи в экономии топливно-энергетических ресурсов за последние годы снижение норм удельных расходов топлива на основные виды продукции замедлилось, а за 1991 г. и первое полугодие 1992 г. фактические расходы даже увеличились.

Основными причинами перерасхода топлива являются:

- нарушение технологической дисциплины и режимов энергопотребления;

- неритмичная поставка сырья и снижение объемов производства основных видов металлургической продукции;

- сверхнормативные горячие простои металлургических печей и агрегатов;

- нарушение графика ремонта и увеличение аварийности оборудования;

- недостаточная реализация энергосберегающих мероприятий;

- неудовлетворительный контроль за расходованием энергоресурсов (в том числе из-за слабого внедрения систем автоматического управления (САУ);

- пренебрежение предприятиями задачей экономии энергоресурсов.

В металлургии есть достаточные резервы для более эффективной экономии топлива. Намеченный на перспективу технический прогресс отрасли, сопровождающийся модернизацией металлургического производства, изменением структуры сталеплавильного производства, внедрением энергосберегающих технологий и оборудования, позволит снизить энергоемкость металлургической продукции и расход топлива в черной металлургии.

Необходимые мероприятия по энергосбережению должны разрабатываться по трем основным направлениям:

- экономия топлива в самом металлургическом агрегате;

- создание энергосберегающих технологий и оборудования, автоматизация тепловых процессов;

- максимальное использование тепловых и горючих вторичных энергоресурсов.

Для энергоемкого оборудования важным является удельный показатель потребления топлива, определяемый как расход, отнесенный к производительности.

К перспективным следует отнести работы по стандартизации нормативов расхода топлива для энергоемкого оборудования и технологических процессов. До настоящего времени разработка и внедрение стандартов, регламентирующих нормативы - предельные значения удельного расхода топлива, не получили заметного развития (перечень действующих стандартов в этой области см. в приложении Б).

Ниже представлены технологические мероприятия по снижению расхода котельно-печного топлива в основных производствах черной металлургии. Рассмотренные мероприятия прошли промышленное и полупромышленное опробирование.

3.1 Производство агломерата

Основные мероприятия, направленные на экономию топлива, связаны с модернизацией оборудования агломерационных фабрик и совершенствованием технологии производства агломерата:

- увеличение слоя спекаемой шихты от 240 до 450 мм с установкой высоконапорных нагнетателей типов 12000-П-1 и 13000-П-1;

- применение технологии накатывания тонкоизмельченного твердого топлива (до 0,5 мм) на гранулы окомкованной шихты;

- использование тепла охлаждения агломерата для подогрева шихты и отвод воздуха от головной части линейного охладителя агломерата для подачи его в горн с установкой высоконапорных дымососов;

- комбинированный нагрев шихты;

- реконструкция агломашин АМК-312 с увеличением площади спекания и ликвидацией узла грохочения горячего агломерата и реконструкцией загрузочного узла охлаждения ОП-315 с укладкой кусков агломерата максимального размера в нижнюю часть слоя;

- ввод извести в шихту взамен известняка;

- рециркуляция газов в тракте агломашин (до 50 % отходящих газов) с подачей рециркулянта в слой спекаемой шихты и одновременным увлажнением;

- замена коксовой мелочи другими видами топлива (с учетом действующих цен и изменением их в перспективе);

- реализация работы агломашин АКМ-312 при однослойной загрузке шихты (экономия твердого топлива 3 - 5 %);

- реализация усовершенствованной системы загрузки шихты на агломашину (экономия твердого топлива 2 - 3 %).

3.2 Производство окатышей

Экономию топлива возможно получить путем совершенствования технологии производства окатышей и реконструкции оборудования за счет:

- совершенствования машин ОК-306, а также ввода обжиговых машин с площадью спекания 520 м² (вместо 306 м²). Последнее потребует установки высоконапорных дымососов со сменными сопатками для ОК-306 - 1,0 млн. м³/ч; 520 м² - 1,5 млн. м³/ч;

- совершенствования технологии и тепловых схем обжига окатышей (интенсификация процессов сушки и обжига, использование комбинированного способа обжига окатышей со сжиганием газа над слоем и в слое окатышей, применение эффективных горелочных устройств и пр.);

- увеличения степени рециркуляции газов из зоны охлаждения для сушки;

- увеличения высоты спекаемого слоя с установкой высоконапорных нагнетателей;

- совершенствования тепловых схем обжига окатышей с оптимизацией конструктивных элементов газовоздушных трактов и параметров работы тяго-дутьевого оборудования (до 10 кг у.т./т ОК-108, 3 кг у.т./т - ОК-306);

- оптимизации состава гранул, высоты слоя и диаметра окатышей (2,5 кг у.т./т);

- реализации систем отопления на основе инжекционных горелок с использованием высокотемпературного воздуха (экономия топлива до 10 %);

- реализации высокоинтенсивных режимов обжига (термоциклические режимы, комбинированный обжиг со сжиганием газообразного и пылеугольного топлива над слоем и в слое окатышей), экономия топлива до 3 %;

- автоматизации процессов подготовки сырья на основе математического описания и применения УВМ и микропроцессоров (экономия топлива до 3,5 %).

В производстве окатышей экономится природный газ и мазут.

3.3 Коксохимическое производство

Основным мероприятием, способствующим экономии топлива в коксохимическом производстве, является реконструкция и замена устаревших коксовых батарей на новые. В настоящее время не более 10 % коксовых батарей соответствует современному уровню.

Снижению расхода топлива будет способствовать также:

- внедрение процесса термической обработки шихты;

- обеспечение оптимального соотношения «газ - воздух» в отопительной системе коксовых печей.

Следует заметить, что освоение в производстве новых процессов коксования, таких как частичное брикетирование угольной шихты перед коксованием, избирательное дробление и трамбование угольной шихты, производство формованного кокса, не приведет к экономии топлива, а лишь позволит заменить дорогостоящие и дефицитные коксующиеся угли на слабоспекающиеся (газовые) угли.

3.4 Доменное производство

Доменный процесс является наиболее топливоемким (см. таблицу 2) в черной металлургии, поэтому вопросам энергосбережения в этом процессе уделяется самое большое внимание, особенно снижению удельного расхода дорогостоящего кокса. Экономию кокса возможно получить в основном за счет расширения масштабов применения традиционных методов совершенствования техники и технологии доменного производства. Главные из них следующие:

- улучшение качества шихтовых материалов (повышение содержания железа в шихте, снижение содержания мелочи в агломерате (фракции 0 - 5 мм), увеличение доли окускованных материалов в железорудной части шихты, снижение расхода сырого известняка);

- совершенствование параметров доменной плавки (повышение температуры дутья, повышение давления газа на колошнике, снижение влажности дутья);

- частичная замена кокса другими энергоносителями (природный газ, угольная пыль);

- внедрение нового оборудования (бесконусные засыпные аппараты, подвижные колошниковые плиты);

- внедрение АСУ доменной плавки и автоматического регулирования загрузки шихты.

Экономия кокса в доменном производстве (в натуре - в килограммах и процентах) показана в табл. 5.

Такая мера, как значительное повышение содержания железа в шихте, потребует коренной реконструкции и даже строительства новых обогатительных фабрик; увеличение температуры дутья - новых температуростойких огнеупоров; внедрение пылеуловительного топлива (ПУТ) - дорогостоящих установок для вдувания пыли - и ряда экологических мероприятий.

3.5 Сталеплавильное производство

Значительную экономию топлива в сталеплавильном производстве возможно получить за счет совершенствования структуры выплавки стали - замены мартеновского производства (вывод мартеновских печей) электросталеплавильным и конверторным. Удельный расход топлива на мартеновский процесс составляет 134 кг у.т./т, в то время как в конверторном - 8 - 15 кг у.т./т, в электроплавильном - 30 кг у.т./т, поскольку здесь топливо расходуется не на сам процесс, а только на сушку и разогрев сталеразливочных ковшей, изложниц и футеровки. Поэтому в сталеплавильном производстве удельных показателей экономии топлива нет, а учитывается суммарная экономия от вывода мартеновских печей. К основным мероприятиям экономии топлива в сталеплавильном производстве относится внедрение непрерывной разливки стали.

Внедрение машин непрерывного литья должно сопровождаться учетом следующих тенденций, сложившихся в мировой практике:

- перестраивание кристаллизатора;

- увеличение частоты качания кристаллизатора до 400 цикл./мин;

- переход на воздушное и водовоздушное охлаждение под кристаллизатором;

- обеспечение нескольких точек разгиба и малой высоты машин;

- высокая степень автоматизации;

- экранирование затвердевшего слитка изоляционными панелями.

Кроме того, необходимо создавать новые агрегаты - машины непрерывного литья продукции, близкой по размерам к готовой продукции, среди них такие, как:

- литье тонких слябов толщиной 5 - 10 мм с деформацией слитка с жидким ядром;

- литье полос толщиной 5 - 10 мм на машинах с движущимся кристаллизатором.

3.6 Прокатное и трубопрокатное производство

Одним из основных направлений экономии топлива является производство непрерывнолитых слябов и заготовок, которое составило в 1990 г. 20,5 млн. т (или около 18 % всего производства стали). При этом устраняется нагрев слитков в нагревательных колодцах.

Эффективными методами экономии топлива являются следующие новые технологии:

- оптимизация температурно-тепловых режимов работы нагревательных печей в зависимости от производительности стана, марочного состава стали и геометрии нагреваемых заготовок (15 кг у.т./т);

- герметизация печей, применение новых конструкций заслонок на окнах посада и выдачи (0,3 - 1,1 кг/т);

- сооружение экранирующих стенок в борове нагревательного колодца (0,5 кг/т);

- внедрение эффективной двухслойной изоляции подовых труб сроком службы не менее 2 лет (10 кг у.т./т);

- применение на трубах высоких «горячих» рейтеров и замена монолитной подины толкательных печей в томильной зоне на подовые трубы с рейтерами данной конструкции (3 кг у.т./т);

- использование новых систем отопления, таких как регенеративные горелочные блоки, позволяющие получить подогрев воздуха до температур 1000 - 1100 °С и снизить температуру уходящих газов до 170 - 250 °С, а также использование рекуперативных горелок с температурой подогрева воздуха до 200 °С (20 - 40 кг у.т./т);

- внедрение на печах и нагревательных колодцах металлических трубчатых и струйных рекуператоров с температурой подогрева воздуха не менее 500 °С (15 кг у.т./т);

- снижение температуры нагрева металла в зависимости от допустимых нагрузок на валки и допустимой жесткости клетей (13 - 15 кг у.т./т);

- нагрев в колодцах слитков с большим содержанием жидкой фазы, когда колодец попользуется не как нагревательное устройство, а как термостат (12 - 18 кг у.т./т);

- организация горячего и теплого посада заготовок в печи при любых возможных температурах;

- сжигание топлива с минимальным избытком воздуха (1,05), контроль за содержанием кислорода в продуктах сгорания (4 кг у.т./т);

- экранирование транспортных рольгангов теплоизоляционными панелями (3 кг у.т./т);

- внедрение контролируемой прокатки;

- внедрение АСУ тепловыми режимами работы нагревательных печей (3 кг у.т./т);

- создание совмещенных агрегатов МНЛЗ - печь - стан, транзитная прокатка (20 - 40 кг у.т./т);

- удлинение проходных печей за счет увеличения методической зоны (3 - 8 кг у.т./т).

Кроме рассмотренных выше энергосберегающих технологических мероприятий в основных производствах отрасли, потребляющих около 70 % котельно-печного топлива в топливном балансе черной металлургии, экономию топлива (примерно 15 - 20 %) можно получить за счет увеличения использования вторичных тепловых энергоресурсов путем сооружения теплоутилизационных установок (ТУУ) в каждом производстве отрасли и в результате коренной реконструкции и ввода нового теплоэнергетического оборудования, которое используется для выработки энергетической продукции (электроэнергии, сжатого воздуха, доменного дутья, теплоэнергии).

4 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОВЕДЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

В табл. 5 приведены значения удельной экономии топлива (на 1 т продукции) или в процентах экономии от внедрения конкретного мероприятия.

Таблица 5 - Потенциальная экономии топлива по основным видам производства и мероприятиям

5 ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ТОПЛИВНОГО
БАЛАНСА ОТРАСЛИ С УЧЕТОМ НАМЕЧАЕМЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ

Совершенствование структуры металлургического производства, снижение объемов производства топливоемких видов продукции, внедрение реальных энергосберегающих процессов и оборудования позволяют сократить к 1995 г. потребление котельно-печного топлива в черной металлургии до 89,5 млн. т у.т. против 94,236 в 1991 г. (на 5 %). Предполагаемый расход топлива на основные виды продукции в 1995 г. представлен в табл. 6.

Таблица 6 - Предполагаемый расход топлива в 1995 г. на основные виды продукции

Наибольшее снижение расхода топлива - 3,1 млн. т у.т. (кокса) - ожидается в доменном производстве в результате сокращения выплавки чугуна и внедрения ряда энергосберегающих мероприятий (технологий), влияющих на снижение удельного расхода кокса на 1 т чугуна. Снизится расход топлива в агломерационном производстве - на 0,7 млн. т у.т. (за счет сокращения объема производства и внедрения энергосберегающих мероприятий), в мартеновском производстве - на 0,3 млн. т у.т. (вследствие вывода мартеновских печей из эксплуатации) объем вывода и в прокатном производстве - на 0,35 млн. т у.т. (в результате внедрения энергосберегающих мероприятий).

К 1995 г. возрастет расход топлива на производство окатышей, труб, конвертерной стали и электростали.

В целом на перспективу, как и прежде, наиболее топливоемкими останутся: доменное производство, энергонужды и производство проката. Увеличится доля расхода топлива на прочие нужды: производство металлизованных окатышей, термообработку, производство извести, метизов.

От 2 до 5 % сократится удельный расход топлива на основные виды продукции к 1995 г. по сравнению с 1990 г. Удельные расходы топлива на основные виды продукции отрасли в 1995 г. составят, кг у.т./т:

Чугун                                                  570,0

Агломерат                                          59,0

Окатыши                                            25,8

Сталь мартеновская                          141,4   (увеличение удельного расхода топлива здесь явится следствием вывода двухванных агрегатов с малым расходом топлива)

Прокат                                                116,8

Трубы стальные                                 65,0

Обогрев кауперов                             78,0

Обогрев коксовых печей                 92,4

При общем снижении расхода всего топлива к 1995 г. значительно сократится использование дефицитных видов топлива по сравнению с 1990 г.: мазута с 3,99 до 3,28 млн. т у.т.; коксовой продукции с 32,218 до 28,22 млн. т у.т. (в т.ч. кокса с 28,295 до 25,2 млн. т у.т.). Снизится также потребление доменного газа (с 12,3 до 11,05 млн. т у.т.) и коксового газа (с 9,427 до 8,3 млн. т у.т.) в связи с уменьшением их выхода в результате сокращения объемов производства чугуна и кокса. Абсолютное потребление природного газа также снизится примерно на 230 тыс. у.т., хотя доля его потребления в топливном балансе отрасли к 1995 г. увеличится до 39,2 % против 35,4 % в 1990 г.

К 1995 г. значительно возрастет потребление энергетического угля (на 38,0 %), главным образом в связи с намечаемым объемом вдувания пылеугольного топлива в доменные печи.

Изменение структуры топливного баланса отрасли показано в табл. 7.

Таблица 7 - Структура топливного баланса за 1990 - 1995 гг.

К 1995 г. более половины своей потребности в топливе отрасль должна покрывать, как и прежде, за счет собственных энергоресурсов.

По предварительным расчетам, экономия топлива в черной металлургии за период 1991 - 1995 гг. в результате внедрения реальных энергосберегающих технологий и оборудования в основных производствах отрасли может составить 4,3 млн. т у.т. (5 % суммарной потребности черной металлургии России в 1995 г.).

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанные удельные показатели экономии топлива на 1 т продукции при внедрении энергосберегающих мероприятий в основных производствах черной металлургии помогут потенциальным потребителям (эксплуатационникам и проектировщикам предприятий черной металлургии) при выборе новой энергосберегающей технологии и составлении плана мероприятий по энергосбережению на перспективу.

Для получения более полной картины ожидаемой экономии топлива в черной металлургии на перспективу необходимо продолжить работу с привлечением технологических институтов отрасли и разработать полную программу по энергосбережению в черной металлургии, указав металлургические предприятия, объем внедрения энергосберегающего мероприятия, получаемую экономию, необходимое оборудование и капитальные вложения для осуществления данного мероприятия. Необходимо выявить перспективные НИР и ОКР, которые должны быть проведены, чтобы обеспечить экономию топлива в черной металлургии.

В числе прочих предлагается провести работу по инвентаризации действующего теплотехнического оборудования.

Целесообразно развивать в рамках специальной программы работы по разработке стандартов на теплотехническое оборудование, регламентирующих нормативы расхода топлива и энергии, в частности, на:

- агломерационные машины;

- обжиговые машины для производства окатышей;

- коксовые батареи;

- нагревательные печи;

- термические печи;

- горелки.

Для проведения работ по стандартизации целесообразно шире привлечь отраслевые и подотраслевые проектные и научно-исследовательские организации.

Необходима разработка методик оценки технико-экономической эффективности предлагаемых мероприятий, разработка мер экономического стимулирования создания и внедрения ресурсосберегающих технологий в металлургии.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТОПЛИВА В ОСНОВНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ЗА РУБЕЖОМ

На эффективность использования топлива и энергии в черной металлургии зарубежных стран основное влияние оказывают следующие факторы:

- переход на энергосберегающие технологии;

- повышение производительности агрегатов и снижение материалоемкости продукции;

- повышение уровня организации производственных процессов,

- совершенствование энергетического оборудования для предприятий черной металлургии;

- снижение всех видов энергетических потерь и увеличение степени использования вторичных энергоресурсов.

1) Агломерационное производство

Снижение расхода топлива достигнуто за счет таких мер, как:

- подготовка шихты к спеканию: автоматизация операции усреднения, дозирования, укладки шихты (позволяет регулировать среднее содержание железа в пределах ±0,2 % для кусковой руды и ±0,05 % - для рудной мелочи), стабилизация основности агломерата (до 0,025 %);

- ввод в шихту различных добавок (извести, конвертерного шлака) вместо известняка (экономит 3 - 5 кг топлива на 1 т агломерата);

- увеличение высоты слоя аглошихты до 500 - 700 мм (снижает расход топлива с 50 до 40 кг/т);

- комбинированный нагрев шихты теплом отходящих газов (рециркуляция 50 % отходящих газов уменьшает расход коксика на 70 %);

- замена коксовой мелочи другими видами топлива, например антрацитом;

- раздельное окомкование (позволяет снизить расход извести на 30 кг/т и топлива на 12 - 30 %);

- раздельная подача топлива в два барабана-смесителя (сокращает расход коксика, увеличивает прочность гранул и производительность агрегата).

2) Производство окатышей

Снижению расхода топлива способствуют:

- применение крупных обжиговых машин с площадью спекания около 600 м²;

- увеличение высоты слоя окатышей до 500 мм (экономия топлива до 10 %);

- интенсификация всех технологических процессов, включая сушку и охлаждение окатышей, и повышение степени рециркуляции газовых потоков;

- использование комбинированных установок, в которых для сушки окатышей используют часть газов зоны охлаждения (удельный расход тепла ниже на 18 - 20 %, чем на обычных конвейерных машинах);

- совершенствование горелочных устройств с использованием высокотемпературного воздуха;

- применение доломитизированных и пористых окатышей (расход кокса снижается соответственно на 40 - 50 кг/т и 5 - 19 кг/т чугуна), а также окатышей с добавкой оливинов (экономия кокса 2 - 3 кг/т чугуна).

3) Доменное производство

Все страны уделяют большое внимание снижению расхода кокса на выплавку чугуна.

а) Улучшение качества шихтовых материалов (усреднение по химическому составу, сужение пределов крупности агломерата и кусковой руды, применение окатышей с высоким содержанием железа). Доменные печи Японии работают на железорудной шихте, содержащей фракции до 5 мм не выше 2 - 3 %, доля окускованного сырья около 90 %, а содержание железа в железорудной части шихты примерно 60 %. С хорошими показателями работают доменные печи США и Канады, где значительную долю в шихте составляют окисленные окатыши (50 - 70 %).

б) Широкое применение бесконусных загрузочных устройств (БЗУ) и подвижной брони колошника при конусных загрузочных устройствах способствовало лучшему распределению шихты по сечению доменной печи, увеличило использование восстановительной способности доменного газа и, следовательно, привело к снижению расхода кокса. По данным фирм ФРГ экономия кокса составила 30 - 40 кг/т, в Японии - до 10 кг/т.

в) Повышение температуры доменного дутья. Оснащение доменных печей высокотемпературными воздухонагревателями позволяет повысить температуру дутья св. 1250 °С. (На заводах Японии она превышает 1300 °С).

г) Повышение давления газа на колошнике. Современные доменные печи рассчитаны на работу с давлением газа на колошнике более 2 атм, что экономит расход кокса. (В Японии доменные печи объемом 3000 м³ и более работают с давлением 2 - 3 атм).

д) Применение осушенного дутья позволяет не только снизить содержание влаги в дутье, но и поддерживать его на постоянном уровне. Опыт работы доменных печей Японии дал снижение расхода кокса на 7 - 10 кг/т чугуна при уменьшении влажности дутья на каждые 10 г/м³, а также снизил расход топлива в воздухонагревателях.

е) Применение заменителей кокса. В технологию доменного процесса прочно вошло вдувание в горн доменных печей различных видов топлива: газообразного, жидкого и твердого.

Природный газ: наибольшее распространение вдувание природного газа получило в США и Канаде (удельный расход достигает 50 - 70 м³ на 1 т чугуна). Вдувание природного газа свыше 60 м³/т эффективно только с применением дутья, обогащенного кислородом.

Мазут: наиболее широкое применение вдувание мазута получило в свое время в Японии (40 - 60 кг/т). Однако в связи с повышением цен на мазут, начиная с 1979 г. доменные печи постепенно переводились на работу без вдувания мазута. В Западной Европе расход мазута составляет 90 кг/т при работе на богатой шихте и 110 - 130 кг/т при работе на бедной шихте. Применяется также вдувание водомазутной и водосмоляной эмульсии в количестве до 130 кг/т. В ФРГ максимальный расход мазутобутановой смеси достиг 148 кг/т.

Пылеугольное топливо (ПУТ): уголь становится основным заменителем мазута в черной металлургии, особенно это характерно для Японии и ФРГ. Из 33 доменных печей Японии в 1990 г. 23 печи работали с вдуванием ПУТ (в среднем 47 кг/т). В Западной Европе половина всех доменных печей снабжена устройствами для вдувания ПУТ. В ФРГ использование ПУТ в доменном производстве впервые началось в 1985 г. На заводе в Хамборне фирмы «Тиссея» лучшее достижение - 130 кг ПУТ/т чугуна. Максимальное количество ПУТ в ФРГ составило 173 кг/т (на заводе в Швельгерне). В США до 1990 г. лишь одна металлургическая компания (фирма «Армко стил») применяла этот способ снижения расхода кокса, начиная еще с 1963 г. Ныне несколько компаний изучают возможности этого способа для своих предприятий. Кроме того, компания «Бетлихем стил» заключила соглашение с Министерством энергетики США о совместном финансировании (около 144 млн. долл.) исследований технологии вдувания ПУТ на двух доменных печах завода этой фирмы в Берис Харборе (доля «Бетлихем стил» составит при этом 112,5 млн. долл.). Целью разработки является замена использования мазута и природного газа, вдуваемых в доменные печи, а также сокращение удельного расхода кокса путем вдувания ПУТ порядка 182 кг/т чугуна. Работы проводятся в течение 1991 - 1994 гг. Полученные результаты будут передаваться и другим металлургическим компаниям США.

4) Прокатное производство

Снижение энергозатрат в прокатном производстве и вопросы экономии энергии остаются важной проблемой для черной металлургии всех стран. Совершенствование энергопотребления идет по следующим направлениям:

- совершенствование нагревательных средств, обеспечивающих повышение эффективности использования топлива:

- создание технологических линий, обеспечивающих максимальное использование тепла металла предыдущих процессов;

- утилизация тепла продуктов сгорания и охлаждаемых элементов нагревательных устройств;

- увеличение доли непрерывнолитых заготовок.

а) Ввод МНЛЗ благодаря устранению операций нагрева слитков в нагревательных колодцах и их последующей обработке на обжимных станах позволил сократить энергетические затраты на 15 %, удельный расход топлива на 20 кг/т. Эта энергосберегающая технология получила широкое распространение в разных странах. В Японии доля МНЛЗ выросла к 1990 г. до 94 %, в ФРГ - до 91,3 %, США - 67,1 %. По оценке экспертов из металлургических и машиностроительных компаний, США достигнут 90 %-ного уровня разливки стали на МНЛЗ не ранее 1994 г. или даже к 2000 г.

б) Нагревательные колодцы

За рубежом широко применяют наиболее современные рекуперативные колодцы с верхними горелками, которые компактны и характеризуются меньшими удельными затратами на 1 т металла. Экономия энергии складывается из многих составляющих:

- повышение температуры воздуха (в Японии до 700 °С, США - 550 °С, газа (коксодоменного) до 300 °С. В ФРГ - до 600 °С в кассетных рекуператорах системы «Вагнер-БИРО»;

- повышение теплосодержания слитков при посаде в колодцы - посад слитков с жидкой сердцевиной (Япония, США, ФРГ), сокращение пребывания слитков на раздаточных тележках и футеровка тележек;

- увеличение площади загрузки колодца (Япония, до 43 %);

- снижение содержания кислорода в отходящих газах с 1,5 до 0,5 % путем применения специальных газоанализаторов на кислород (США, Япония);

- снижение температуры колодка (с 1300 до 1250 °С) при выдаче слитков, регулирование режима нагрева слитков.

в) Нагревательные печи:

- создание высокопроизводительных и экономичных печей; печи с шагающим подом и шагающими балками, взамен устаревших методических печей (США, Японии);

- создание нового типа изоляции на опорной системе - двойной изоляции с использованием в качестве первого слоя керамического волокна, а в качестве второго - бетона огнеупорностью 1600 °С (Япония), а также использование для футеровки печей пластичных масс вместо штучных огнеупоров (США, Япония, ФРГ, Великобритания). Экономия топлива 20 %;

- оптимизации нагрева металла, снижение температуры нагрева слябов и заготовок Экономия 10 % (на пятизонных печах в Японии и толкательных печах в Великобритании);

- увеличение температуры подогрева воздуха до 400 - 600 °С в рекуператорах новой конструкции (ФРГ, США, Великобритания).

г) Термические печи:

- создание новых горелочных устройств с системой регулирования;

- применение печей с более удлиненной подогревательной зоной;

- применение футеровки из керамического волокна, создание новых уплотнений печей и заслонок;

- оптимизации режимов работы печей, использование ЭВМ.

д) Прямая прокатка и прокатка с горячим всадом бездефектных катаных и непрерывнолитых горячих слябов:

- прямая прокатка применяется от МНЛЗ (первой страной была Япония). Чтобы сохранить температуру сляба не менее 90 °С, применяют тепловые экраны или теплоизоляционные крышки на подводящих рольгангах, устройства для подогрева кромок слябов, используют индукционные нагреватели либо томильные печи для гомогенизации структуры металла и подогрева, закрытые туннели для транспортирования слябов;

- при прокатке с промежуточным подогревом (горячим всадом) используют как катаные, так и непрерывнолитые слябы. При транспортировании на значительные расстояния применяют специальные тележки с термоизоляцией. По такому способу работают заводы Японии, США, Канады.

е) Совмещенные и непрерывные процессы в прокатном производстве:

- совмещение процессов прокатки и термоупрочнения в одной агрегатной линии;

- совмещение процессов холодной прокатки, отжига, термообработки и отделки в одной линии.

ж) До конца 90-х годов основным направлением деятельности зарубежных металлургических компаний будет стремление к повышению качества металла и сохранение (либо расширение) рынка потребления стального проката при одновременном снижении издержек производства. В черной металлургии ФРГ возможности повышения эффективности энергопотребления (то есть снижения удельных затрат топлива и энергии) в основных производствах отрасли считаются практически исчерпанными. Поэтому в 90-х годах усилился интерес крупных компаний к освоению нетрадиционных способов: бескоксовой выплавки чугуна и непрерывных процессов типа «руда - сталь», а также к непрерывной отливке тонких (≤ 50 мм) слябов и полос. С этими технологиями связывают, в частности, возможность решения стоящих перед черной металлургией экологических проблем, а не только снижение энергоемкости.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПЕРЕЧЕНЬ
ДЕЙСТВУЮЩИХ СТАНДАРТОВ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ,
РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИХ НОРМАТИВЫ РАСХОДА ЭНЕРГИИ