4.5.5. Оценка эффективности основных технологических схем производства жидкой стали
Проведенные необходимые предварительные расчеты позволяют перейти к выполнению основной задачи - анализу экобалансов производства жидкой стали с применением кислородно-конвертерного, мартеновского и электросталеплавильного процессов с использованием в сталеплавильной шихте чугуна или металлизованных окатышей (табл. 4.30). Для всех рассматриваемых вариантов, как уже отмечалось ранее, принимаются одинаковые параметры сталеплавильной шихты: 70 % чугуна или металлизованных окатышей и 30 % металлургического лома.
Таблица 4.30
Варианты технологических схем с различными процессами производства жидкой стали
Условное обозначение анализируемого варианта |
Краткая характеристика |
кокс - А – Ч – К «кокс - агломерат – чугун – конвертер» |
См. табл. 4.28. |
кокс - А – Ч – М «кокс - агломерат – чугун – мартеновская печь» |
В качестве исходных данных для мартеновского производства приняты параметры работы агрегатов ОАО «Северсталь» и ОАО ММК. |
кокс - А – Ч – ЭС «кокс - агломерат – чугун – электросталеплавильное производство» |
В качестве исходных данных для электросталеплавильного производства приняты параметры работы агрегатов ОАО «Северсталь». |
М.О. – К «металлизованные окатыши – конвертер» М.О. – ЭС «металлизованные окатыши – электросталеплавильное производство» |
В качестве исходных параметров приняты данные работы ОАО ОЭМК, как по процессу производства окатышей Midrex, так и по работе электросталеплавильного цеха |
Основные результаты расчетов экобалансов для технологических схем с различными процессами производства жидкой стали приведены в табл. 4.31 и Приложении 4.
Проведенные расчеты основаны на базе данных, соответствующих условиям работы металлургических предприятий Европейской части России. Между тем, известно, что отечественные электропечи значительно уступают по параметрам расхода электроэнергии агрегатам, эксплуатируемым в передовых индустриальных странах. Так, например, расход электроэнергии на производство 1 т электростали в России составляет в среднем 570 кВт*ч, а с учетом потерь в токопроводах – 870-920 кВт*ч. В США, странах ЕС и Японии средний номинальный расход электроэнергии для электропечей переменного тока равен 450-480 кВт*ч/т электростали, а для проектируемых печей постоянного тока не должен превышать 350 кВт*ч/т электростали.
Таблица 4.21
Основные показатели экобалансов для различных схем производства проката
Показатель |
кокс-А-Ч-К |
кокс-А-Ч-М |
кокс-А-Ч-ЭС |
М.О.-К |
М.О.-ЭС |
||||||||||
Расход материалов, кг/т Fe проката: |
|
|
|
|
|
||||||||||
руда |
3283,4 |
3206,2 |
3246,3 |
3314,5 |
3277,8 |
||||||||||
флюс |
264,3 |
209,3 |
214,9 |
158,1 |
108,7 |
||||||||||
уголь |
944,6 |
918,0 |
1134,1 |
366,4 |
663,7 |
||||||||||
всего |
4492,3 |
4333,5 |
4595,2 |
3839,1 |
4050,2 |
||||||||||
вскрышная порода |
7643,6 |
7435,0 |
7734,0 |
7074,6 |
7273,6 |
||||||||||
всего |
12135,9 |
11768,5 |
12329,2 |
10913,7 |
11323,8 |
||||||||||
Производство попутной продукции, кг/т Fe проката: |
|
|
|
|
|
||||||||||
продукция КХП |
23,9 |
23,1 |
23,7 |
0,0 |
0,0 |
||||||||||
доменный шлак |
159,7 |
153,7 |
157,9 |
0,0 |
0,0 |
||||||||||
сталеплавильный шлак |
102,5 |
161,6 |
81,2 |
103,7 |
81,2 |
||||||||||
Всего попутной продукции |
286,1 |
338,3 |
262,8 |
103,7 |
81,2 |
||||||||||
Материалосбережение: |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
4,36 |
4,20 |
4,46 |
3,73 |
3,93 |
||||||||||
|
9,22 |
8,60 |
9,53 |
9,62 |
10,18 |
||||||||||
|
3,41 |
3,17 |
3,55 |
3,38 |
3,64 |
||||||||||
«сквозной коэффициент извлечения железа», % |
74,6 |
75,4 |
74,9 |
73,2 |
73,6 |
||||||||||
- «коэффициент потенциального техногенного накопления элемента |
5,35 |
4,84 |
4,79 |
6,74 |
6,79 |
||||||||||
Энергосбережение: |
|
|
|
|
|
||||||||||
«общий расход энергоносителей», кг у.т./т Fe проката |
869,0 |
946,6 |
1033,1 |
795,1 |
1048,0 |
||||||||||
общие затраты энергии на производство проката, ГДж/т Fe проката |
25,4 |
27,7 |
30,2 |
23,3 |
30,7 |
||||||||||
Расход электроэнергии, кВт*час/т Fe проката |
804,6 |
792,9 |
1215,3 |
768,9 |
1392,5 |
||||||||||
в т.ч. за счет сжигания |
|
|
|
|
|
||||||||||
энергетического угля, кВт*ч |
377,7 |
382,0 |
793,1 |
768,9 |
1392,5 |
||||||||||
% |
46,9 |
48,2 |
65,3 |
100,0 |
100,0 |
||||||||||
«расход углерода», кг/т Fe проката |
708,7 |
736,5 |
818,2 |
566,3 |
757,7 |
||||||||||
|
1,77 |
1,54 |
3,84 |
7,30 |
13,91 |
||||||||||
, т/т или кг/т – коэффициент приближения к идеальной экстракции |
3,34 |
3,58 |
3,89 |
5,01 |
6,78 |
||||||||||
Выбросы в окружающую среду: |
|
|
|
|
|
||||||||||
суммарное количество выбросов в окружающую среду (пыль, СО, SO2), кг/т Fe проката, в т.ч.: |
321,7 |
296,6 |
360,3 |
187,4 |
245,0 |
||||||||||
пыль |
124,3 |
127,0 |
154,7 |
123,3 |
166,6 |
||||||||||
СО |
126,1 |
130,6 |
131,4 |
51,8 |
62,8 |
||||||||||
SO2 |
71,3 |
73,5 |
74,2 |
12,2 |
15,5 |
||||||||||
«коэффициент депонирования мелкодисперсных отходов», кг/т Fe проката |
76,06 |
61,57 |
116,85 |
140,81 |
202,06 |
||||||||||
, т/т Fe проката |
9,91 |
9,63 |
10,01 |
9,35 |
9,59 |
||||||||||
«показатель эмиссии» СО2, кг/т Fe проката |
587,0 |
603,7 |
705,0 |
317,1 |
492,9 |
||||||||||
,
т/т, коэффициент природоемкости
(«удельный расход сырых материалов»)
,
т/т, «коэффициент сокращения сплошной
природной среды»
,
т/т, «удельный расход сырых материалов
для производства основной и попутной
продукции»
-
показатель энерго-экологической
эффективности газоочистки
С учетом этих соображений проанализируем полученные результаты.
Итак, по параметрам материалосбережения безусловно лучшим является вариант «Кокс – А – Ч – М». По удельному расходу металлургических материалов на единицу готовой продукции (М1) лучшим оказывается вариант «М.О – К».
По всем показателям энергосбережения лидером является схема «М.О – К», далее следуют варианты «Кокс – А – Ч – К» и «Кокс – А – Ч – М». Отставание схем с электросталеплавильными технологиями обусловлено высокими потерями энергии (и, соответственно, высоким расходом энергоносителей) в ходе ее преобразования из одного вида в другой: тепло – электричество – тепло (еще необходимо учесть, что в реальных российских условиях имеют место большие потери при передаче электроэнергии).
Минимальные выбросы дают технологические схемы «М.О. – К» (показатели В1, В3 и В4) и «А – Ч – М» (показатель В2).
Таким образом, суммируя приведенные выше результаты, приходится признать наилучшими параметры экобаланса технологической схемы «М.О. – К». Однако, ее реализация возможна лишь в случае сочетания благоприятных сырьевых условий: наличия богатых по содержанию железа и чистых по примесям или легкообогатимых руд и относительно дешевого природного газа. Эти условия нехарактерны для большинства регионов планеты. Перспективы этой схемы связаны также с разработкой технологий замены природного газа другими восстановительными агентами и эффективных способов утилизации железосодержащих отходов процесса (для увеличения сквозного коэффициента извлечения железа). По сумме результатов, а также с учетом производительности агрегатов и отработанности технологии преимущество имеет схема «Кокс-А-Ч-К»