13.10. Утилизация вторичных ресурсов доменного производства

13.10.1. Использование энергии избыточного давления доменного газа

С применением технологии доменной плавки на повышенном (высоком) давлении газов в рабочем пространстве доменной печи резко возросли энерге­тические затраты на сжатие воздуха, поступающего в доменную печь. При избыточном давлении газа на колошнике печи ~ 2,5 ати (250 кПа) более 50% энергии, затраченной на сжатие дутья, безвозвратно теряется при дросселиро­вании колошникового газа перед поступлением его в потребительскую сеть завода. Так возникла проблема использования энергии сжатого газа в газовой турбине.

Первая газовая турбина появилась в 1947 г. в США, работавшая на недо­статочно очищенном доменном газе и вскоре вышедшая из строя из-за абра­зивного износа.

В 1962 г. на одной из доменных печей Магнитогорского металлургического комбината была установлена газовая утилизационная бескомпрессорная турбина (ГУБТ), работавшая на очищенном в электрофильтрах доменном газе.

Характеристики газовой бескомпрессорной турбины ГУБТ-6.

Мощность, кВт 6000

Расчетное избыточное давление газа, тсПа

перед турбиной 240

за турбиной 114

за регенератором 108

Температура газа, °С

перед турбиной 450

за турбиной 350

перед регенератором 30

Р асход газа через турбину, м³/час 150000

Внутренний к. п. д. турбины, % 82,5

Число оборотов, об/мин 3000

Н а рис. 13.17 приведена схема ГУБТ-6. Доменный газ после газоочист­ки поступает в регенеративный теплообменник 3, где его температура повы­шается с 20-30 до 270 °С за счет тепла газа, отработавшего в турбине. Допол­нительный подогрев газа до 450 °С осуществляется в поверхностном тепло­обменнике 4. В газовую турбину газ поступает нагретым до 450 °С с избыточ­ным давлением 240 кПа.

Газовая турбина 1 служит приводом электрогенератора 2. После турби­ны доменный газ с температурой 350 °С и давлением 114 кПа используется в регенеративном теплообменнике 3, а затем сжигается в горелке 5 поверхност­ного теплообменника 4. Тепло дымовых газов используется для нагрева до­менного газа высокого давления перед турбиной, а также в подогревателях 6 воздуха и доменного газа низкого давления перед сжиганием в горелке. Дуть­евой вентилятор 7 и дымосос 8 предназначены для обслуживания поверхност­ного теплообменника 4. В последующем были созданы модификации расширительных турбин ГУБТ-8, установленных на доменных печах металлурги­ческих комбинатов в Череповце.и Кривом Роге.

Общая возможная мощность ГУБТ на металлургических предприятиях Украины за счет использования избыточного давления доменного газа оцени­вается в 260 тыс. кВт, а выработка электроэнергии - свыше 1800 млн. кВт ч, что эквивалентно экономии в пересчете на условное топливо 750 тыс. т Рас­ход электроэнергии на производство 1 т чугуна снижается на 20-25%

13.10.2. Утилизация тепла жидкого шлака

В современных условиях доменного производства тепло жидкого домен­ного шлака полностью теряется при его грануляции или при сливе на шлако­вом отвале. В тепловом балансе доменной плавки передельного чугуна тепло, уносимое шлаком, составляет 6-8%. При температуре жидкого шлака 1420-1480°С его энтальпия составляет 1700-1770 кДж/кг. Тепло, уносимое шлаком одной доменной печи полезным объемом 2000 м³, в пересчете на условное топливо составляет 65-75 т в сутки.

Использование тепла доменных шлаков представляет собой сложную задачу, прежде всего из-за дискретности выхода шлака из доменной печи. Тем не менее, имеются как теоретические разработки использования тепла шла­ков, так и практическое осуществление этой идеи в опытных установках. Так, например, жидкие шлаки могут быть использованы в производстве минераль­ной ваты, пемзы и др. Для этого сооружение линий по их производству долж­но быть в непосредственной близос­ти от доменного цеха, что позволяет экономить топливо, расходующееся сейчас на расплавление затвердевших шлаков в вагранках и ванных печах при производстве этих видов продук­ции. Дискретность в поступлении жидкого шлака может быть компен­сирована сооружением соответствую­щих миксеров с постоянным подогре­вом по аналогии с миксерными уста­новками в сталеплавильных цехах.

На рис. 13.18 представлена схе­ма энергетического использования тепла шлака при воздушной его гра­нуляции Воздушная грануляция шла­ка происходит внутри большого бун­кера в противотоке вдуваемого снизу холодного воздуха и подаваемого сверху жидкого шлака. Гранулированный шлак в нижней части бункера ох­лаждается продуваемым его воздухом до 100-150 °С и удаляется из бункера. Воздух в процессе грануляции нагревается до температуры 800-900 °С и по­дается в котел-утилизатор для получения пара с давлением 4,0 МПа и темпера­турой 450 °С. В этой установке на каждые 100 т шлака в час при охлаждении его от 1300 до 200 °С можно получить 50 т пара в час указанных выше пара­метров, что достаточно для турбогенератора мощностью 10 тыс. кВт. Установ­ка требует сооружения отапливаемого миксера для обеспечения непрерывной подачи жидкого шлака.

Заслуживает внимания грануляция шлака на валковом грануляторе с ути­лизацией образующегося в полых валках пара. В этой схеме на охлаждаемые водой вращающиеся валки подается жидкий шлак, поступающий затем после затвердения в дробилку. Такой способ позволяет снимать экологическую на­грузку по сравнению с мокрой грануляцией, вырабатывать пар и повышать долю стекловидной массы в граншлаке, что важно при использовании его при производстве цемента.