Окружающей среды и природопользования
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 8.2.3 Индукционная электропечь
- 8.2.4 Роторная печь
- 8.2.5 Выбор вагранки вместо индукционной или роторной печи для плавки литейного чугуна
- 8.2.6 Подовая печь
8.2.2 Электродуговая печь8.2.2.1 Сокращение времени плавки и подготовки Описание Улучшенные методы контроля могут привести к более короткому времени плавки или подготовки. Некоторые примеры: - точный контроль состава (например, содержания C, S, P) и веса загружаемых материалов и материалов, способствующих образованию шлака; - достоверный контроль температуры расплава, - это может улучшить выход очищающихся реакций и избежать перегрева; - более эффективные методы выборки и удаления шлака могут уменьшить время простоя печи. Вторичная металлургия, использующая подготовку AOD/VODC, сокращает время работы печи EAF и оказывает положительное влияние на энергопотребление. Эта технология обсуждается далее в разделе 8.5.7.1. Экологические эффекты от внедрения метода Увеличение мощности печи в течение более коротких промежутков времени плавки и снижение времени простоя. Воздействие на различные среды Никаких побочных эффектов не наблюдается. Применимость Этот метод относится ко всем новым и существующим печам EAF (электродуговые печи). Движущие силы внедрения Увеличение эффективности процессов плавки и подготовки. Примеры заводов Эта технология находит широкое распространение на европейских литейных заводах, использующих плавление в печах EAF. Справочная литература [1], [7] 8.2.2.2 Метод пенообразования шлака Описание Метод пенообразования шлака, использующийся в сталелитейной промышленности, состоит в одновременном инжектировании кислорода и углерода (в форме каменноугольной пыли) в шлак в конце процесса плавки. Шлаковая пена образуется при воздействии пузырьков CO. Газ CO образуется в процессе окисления углерода в металле под действием кислорода, а также в процессе снижения оксидов железа (FeO) путем введения углерода. Создание пенообразного шлака улучшает теплопередачу к загружаемому сырью и защищает огнеупорную футеровку печи. Из-за хорошей устойчивости дуги и небольшого воздействия излучения, пенообразование шлака приводит к снижению расхода энергии, расхода электродов, уровня помех и увеличивает производительность.
Снижение расхода энергии и расхода электродов, уменьшение уровня помех и снижение объема отходящего газа. Воздействие на различные среды Так как возрастает объем шлака, могут понадобиться увеличенные ковши для его отбора. После выпуска плавки, производится дегазация шлака. Не известны случаи, оказывающие неблагоприятное влияние на возможность повторного использования шлака. Эксплуатационные данные В таблице 8.11 представлены Эксплуатационные данные для 60-тонной дуговой электропечи и указаны данные по энергосбережению, времени работы, расходу огнеупорного материала и электродов. Таблица 8.11 - Данные по расходу энергии и по температуре печи EAF, работающей с нормальным и пенообразным шлаком [7]
Плотность шлака снижается от 2,3 тонн/м³ до 1,15 – 1,5 тонн/м³. Применимость Эта технология применяется на новых и существующих литейных заводах, использующих печи EAF с инжекцией кислорода. Движущие силы внедрения Увеличение эффективности работы печи. Справочная литература [1], [7], [38] 8.2.3 Индукционная электропечь8.2.3.1 Оптимизация процесса: оптимизация материалов шихты, загрузка и работа Описание Опции процесса оптимизации для индукционных электропечей без сердечника включают: - Оптимизация состояния сырья. Это включает удаление ржавых и грязных отходов, использование оптимального размера и плотности входного лома и использование процессов карбюризации для очистки. Эти методы сокращают время плавки, снижают удельную энергию, необходимую для плавки и/или снижают количество сформировавшегося шлака; - Закрытая крышка печи. Окисление можно уменьшить, тщательно закрывая крышки печи и ненужные постоянно открытые отверстия, с помощью быстрой загрузки или при использовании защитной среды над расплавом (N2). Время, необходимое для доступа, должно быть минимизировано, чтобы предотвратить энергетические потери. Время, необходимое для загрузки, удаления шлака, измерения температуры, отбора образцов и розлива металла составляет 50 % - 25 % рабочего времени. Последняя схема представляет технологию новых печей, работающих при оптимизированных условиях. Хорошо закрытая крышка ограничивает потери на поверхностную теплоотдачу приблизительно до 1 % потребляемой мощности. При ее открытии теплоотдача может составить до 130 кВтч/тонн для 10-тонного модуля. При плавлении с закрытой крышкой необходимо следить за возможным перегревом печи; - Минимизация времени простоев. Так как плавление является первой стадией в цепи процесса литейного завода, уменьшение продолжительности простоев может быть получено только путем общей оптимизации всего процесса литейного завода и путем минимизации задержек, проблем и ошибок в работе каждого из цехов литейного завода. При останове регулировка состава выполняется на основе результатов анализа, сделанного на пробном образце. Оптимизация процесса выборки, испытаний и регулировочных процедур является другим методом снижения продолжительности простоев; - Работа на максимальном уровне потребляемой мощности. Печи наиболее эффективны по использованию энергии, когда они работают на максимальных уровнях мощности, а лучшие результаты получаются, когда полезная мощность максимально используется для цикла плавки. Сюда также включается сокращение холодных стартов процесса (оптимизация производственной программы) и использование жесткой обратной связи, использующей контроль и управление ЭВМ; - Избегайте чрезмерной температуры и лишнего перегрева. Важно, чтобы металл достигал заданной температуры только в то время, когда цех формовки имеет возможность его принять. Хорошая взаимная согласованность между цехами плавки и формовки является основным условием для минимизации использование электроэнергии; - Оптимизация высокотемпературных плавок для скачивания шлака (хороший баланс). Образование низкоплавкого шлака можно уменьшить путем нагрева печи до повышенных температур (1580 ºC, по сравнению с нормальной 1450 ºC). Это приводит к более высокому расходу энергии и может повлиять на металлургические аспекты расплава. Если шлак образуется на футеровке печи, он может оказать вредное влияние на электрический КПД печи. Удаление шлака требует открытия крышки печи, и таким образом вызывает тепловые потери. Необходимо найти хороший баланс между увеличением температуры расплава и практикой удаления шлака; - Предотвращение образования шлака. Более общими и проблемными моментами являются случаи, которые касаются образования при высоких температурах плавки. Это главным образом обусловлено загрузкой в расплав песка и, в случае плавки чугуна, металлического алюминия. Некоторые операторы пытаются добавить флюс и применять очистительные процедуры, но в этом отношении лучше предотвратить процесс, чем с ним бороться. Это касается уменьшения количества песка и Al в сырье; - Малая инжекция кислорода. Вместо использования условного обезуглероживания; - Минимизация износа и контроль за состоянием огнеупорной футеровки. Срок службы огнеупорной футеровки зависит от выбора материалов, как функции химического состава шлака (кислотный или основной), рабочей температуры (сталь, литейный чугун, цветные металлы) и профилактикой футеровки (спекание). Срок службы футеровки может меняться от 50 (сталь, литейный чугун) до 200 – 300 (литейный чугун) плавок. Следует использовать меры рабочего контроля, чтобы отслеживать износ огнеупорного материала. Они включают визуальный осмотр, физические измерения и программы инструментального контроля. Хорошие практические критерии профилактики помогают предотвратить влияние дефектов загрузочных систем и их механическое повреждение. Они включают использование автоматических систем загрузки, горячей загрузки, не допущения падения лома с большой высоты и использование компактных и сухих отходов. Экологические эффекты от внедрения метода Увеличенная мощность печи в течение более коротких промежутков плавки и снижение времени простоя. Воздействие на различные среды Никаких побочных эффектов не наблюдается. Эксплуатационные данные Обычная печь без сердечника может плавить тонну чугуна и доводить температуру жидкого металла до 1450 ºC, используя менее 600 кВтч электроэнергии. Однако, на практике только несколько литейных заводов смогли достигнуть этого уровня удельного расхода при понедельном учете. Некоторые литейные заводы потребляют около 1000 кВтч на каждую тонну чугуна, произведенного в печах без сердечника. Имеющиеся ситуации на многих литейных заводах могут ограничить область применения хорошего энергетического контроля, но фактически почти все плавки такого рода могут быть оптимизированы по потреблению электроэнергии, используемого на тонну полученного чугуна. Применимость Данная технология применяется на всех новых и существующих индукционных электропечах. Движущие силы внедрения Увеличение эффективности работы печи. Примеры заводов Критерии оптимизации процесса обычно применяются на европейских литейных заводах, использующих индукционные электропечи. Справочная литература [1], [3], [13], [16], [76] 8.2.3.2 Изменение рабочей частоты печи Описание При работе на средней рабочей частоте (250 Гц) печи имеют более высокую удельная мощность (до 1000 кВт/тонну), чем при работе на промышленной частоте сети (50 Гц) (300 кВт/тонну). Это позволяет использовать небольшой тигель (примерно в три раза меньший), что приводит к более низким общим потерям тепла. Термический КПД печей, работающих на средней частоте, на 10 % выше, чем при работе на промышленной частоте. Кроме того, системы, работающие на промышленной частоте, должны иметь зеркало расплавленного металла до 2/3 поверхности тигля, чтобы оптимизировать удельный расход энергии, и также требуют специальных блоков запуска для холодного пуска. Печи, работающие на средней частоте, могут запускаться при холодной загрузке и освобождаться в конце каждого рабочего цикла или партии плавки. Когда работа литейного завода преобразовывается с промышленной частоты к работе на средней частоте, важно, чтобы персонал печи прошел некоторую переквалификацию. Рабочие методы, формально используемые до настоящего времени, должны быть отклонены, а внедрены должны быть новые специальные процедуры, разработанные для уменьшения удельного расхода энергии. Если переквалификация не проводится, то возможные усовершенствования по части энергопотребления не могут быть полностью реализованы.
Увеличенный энергетический КПД плавки. Воздействие на различные среды Никаких побочных эффектов не наблюдается. Эксплуатационные данные Эксплуатационные данные представлены в разделе 7.2.4. Применимость Эта метод относится к новым технологиям и применяется при капитальном обновлении существующих установок. Движущие силы внедрения Увеличение эффективности работы литейного завода. Примеры заводов Эта технология обычно применяется на литейных заводах, на которых устанавливаются новые печи. Справочная литература [16] 8.2.4 Роторная печь8.2.4.1 Увеличение мощности печи Описание Все методы, которые увеличивают термический КПД печи, в свою очередь могут приводить к более низкому выбросу CO2. Основное усовершенствование было достигнуто при подаче кислорода вместо воздуха в качестве среды горения. Это обсуждается в разделе 8.2.4.2. Дальнейшие улучшения выхода печи могут быть получены с помощью жесткого контроля и оптимизации: - режима горения; - положения горелки; - загрузки; - состава металла; - температуры. Экологические эффекты от внедрения метода Оптимизация приводит к более низкому количеству пыли и отходов и к более высокой энергетической эффективности. Воздействие на различные среды Никаких побочных эффектов не наблюдается. Эксплуатационные данные Программа оптимизации для плавильной печи для производства литейного чугуна, производительностью 3 тонны/час, предполагает следующие практические процедуры: - использование чистого лома и загрузки в следующем порядке: (1) слитки и материалы с низким содержанием Si; (2) внутренние вторичные материалы и литейный лом; (3) легирующие элементы и элементы для защиты расплава; (4) стальной лом; - защита расплава: использование антрацита для защиты расплава (2 % от металла) и кремния (2 %); - вращение: в прерывистом режиме, 1/3 оборота в минуту с общим количеством вращений 7.5 оборотов до изменения фазы металла. При непрерывном вращении: 1.7 оборота/минуту; - мощность и угол установки горелки: используйте параллельное положение форсунки для инжекторов, расположенных в нижней части. Начните работы при максимальной мощности в течение 20 минут, последовательно снижая ее на 10 % каждые 20 минут до изменения фазы (60 минут после начала). Используя эти методы, выход металла (расплавленный металл / загруженный металл) может поддерживаться на уровне > 95 %.
Принципы оптимизации обычно действуют для чугуна, плавящегося в роторных печах, использующих кислородные горелки. Эксплуатационные данные были получены для печей, производительностью 3 тонны/час. Для печей других размеров необходимо проводить локальную оптимизацию. Движущие силы внедрения Оптимизация работы печи и увеличение эффективности плавки. Примеры заводов Методы оптимизации процесса обычно применяются на европейских литейных заводах, использующих роторные печи. Справочная литература [47] 8.2.4.2 Использование кислородных горелок В горелках, применяемых для плавки или предварительного разогрева разливочных ковшей, температура пламени увеличивается при использовании чистого кислорода вместо воздуха. Это способствует более эффективной теплопередаче к расплаву и снижает энергопотребление. Если подача воздуха минимизирована при хорошем уплотнении резервуара, то оксиды NOx не могут формироваться путем окисления атмосферного азота. Кроме того, полный поток отходящих газов от кислородной горелки меньше из-за отсутствия азотного балласта. Это позволяет использовать небольшие установки для обеспыливания.
Эти технологии снижают расход энергии и уменьшают выбросы NOx и CO2 при более высоких температурах сгорания. Воздействие на различные среды Производство, хранение и использование кислорода увеличивает риск. Производство кислорода осуществляется путем криогенной перегонки или вакуумной (под давлением) адсорбции, причем оба этих процесса требуют дополнительного расхода электроэнергии. Потребление энергии при использовании последней технологии составляет 0.35 – 0.38 кВтч/нм³ O2. Топливо или тяжелые нефтепродукты дают прирост выбросов SO2 или NOx, в зависимости от содержания S или N. Использование более чистых горючих смесей, например, природного газа и пропана, не будет вызывать дополнительного загрязнения, за исключением CO2, как в случае всех процессов сгорания.
В таблице 8.12 представлены для "кислородной" плавки литейного чугуна и различной производительности печи теоретический расход топлива и кислорода на тонну расплава. Таблица 8.12 - Данные по расходу энергии (минимальная плавка) [49]
Обогащение кислородом, используемое вместе с рекуператором, обычно приводит к 30% экономии энергии. Кроме того, более высокая температура сгорания способствует сокращению выбросов. Объем отходящего газа также снижается. Полное сгорание кислородно-топливной смеси может дать экономию энергии до 50 % и снизить объем отходящего газа на 72 %. Изменение режима работы немецкой установки топливно-воздушной смеси на основе нефтепродуктов на сжигание газо-кислородной смеси, вызвало снижение шума на 15 – 18 децибел (A) в непосредственной близости к печи, в зависимости от точки измерения. В границах установки было получено значение 48 децибел (A). При использовании рекуперации энергии для предварительного подогрева шихты, сообщается о полной экономии энергии в 53 %.
Этот метод может применяться на любой роторной печи и при предварительном подогреве разливочных ковшей. Кислородные горелки не находят применения в цветной металлургии, хотя они используются, например, при вторичном плавлении меди. Экономические показатели Капитальные затраты: 3400– 4500 Евро. Операционные затраты: в зависимости от рабочего процесса. Движущие силы внедрения Оптимизация работы печи и увеличение эффективности плавки. Примеры заводов Этот метод находит широкое применение на сталелитейных заводах, использующих роторные печи. Справочная литература [1], [13], [48], [49],[54], [70], [77] 8.2.5 Выбор вагранки вместо индукционной или роторной печи для плавки литейного чугунаОписание Учитывая тот факт, что различные технологии плавки широко применяются во взаимно перекрывающихся областях, основным методом является выбор технологии плавки. При таком выборе решающими критериями являются: - тип металла; - непрерывное производство или производство партиями; - размер серии; - пропускная способность по металлу или допустимая нагрузка; - гибкость по отношению к типу и чистоте входных материалов; - гибкость к изменению состава сплава; - тип продукта; - выбросы и другие экологические требования; - доступность сырья; - доступность топлива/электроэнергии. Применение различных технологий плавки сильно зависит от указанных критериев. Из представленных выше обсуждений можно сделать следующие выводы:
а) лучше подходит вагранка, только при наличии хорошей обеспыливающей технологии, безкоксовые вагранки оказываются лучше по экологическим характеристикам, чем HBC или CBC; б) индукционные печи имеют более низкое содержание CO, SO2, NOx, диоксина, шлака, но при этом необходимо принимать во внимание разброс требуемого энергопотребления.
Фактически, все эти критерии нужно рассматривать вместе. В таблице 8.13 представлен обзор, основанный на технических данных. Экономические данные по различным типам вагранок и индукционных электропечей представлены в Приложении 1. На основе установленных критериев можно рассматривать замену вагранки индукционной или роторной печью. Выбор индукционных или роторных печей имеет приоритет над выбором вагранок с холодным дутьем для небольших литейных заводов, изготавливающих продукцию в нескольких европейских странах (например, в Австрии, Бельгии (Фландрии)).
Замена вагранки на индукционную или роторную печь приводит к снижению прямых выбросов CO и SO2 и уменьшению количества шлака. Индукционные электропечи способствуют снижению выбросов NOx и более низкому риску формирования диоксина. Косвенные выбросы, образующиеся при использовании индукционных электропечей, зависят от местной инфраструктуры получения электроэнергии. Воздействие на различные среды Замена вагранки на индукционную электропечь способствует сильному увеличению потребления электроэнергии. Применимость Замена вагранки с холодным дутьем на индукционную или роторную печь проводится согласно вышеизложенным критериям и во время капитального ремонта. Для новых установок, критерии, перечисленные в таблице 8.13, используются кроме местных и специальных методик выбора. Если вагранка и индукционная или роторная печи указаны как наиболее предпочтительные, то индукционные и роторные печи имеют приоритет на основании их экологических преимуществ.
Обзор экономических данных для различных типов вагранок и индукционных электропечей представлен в Приложении 1. В таблице 8.14 представлен обзор информации о затратах, собранной на примере литейного завода в Испании, где хотели заменить существующую вагранку на роторную печь или на электропечь. Отсутствие систем сбора выбросов в затраты на оборудования для фильтрации не включены. Данные приводятся для 1997 – 1998 гг. При сравнении следует рассматривать следующие три системы: - вагранка с холодным дутьем: производительность 3.5 тонны/час; - роторная печь с кислородной горелкой: загрузка 3 тонны; - 2 индукционные электропечи, работающие на средней частоте: загрузка 2 + 1 тонны. Таблица 8.13 - Технический выбор оборудования для плавки литейного чугуна [7]
Расчет проводился по затратам на литейное производство, мощностью 1 тонна/час. при работе 8 часов/день. Для индукционной электропечи сделано различие между затратами на электроэнергию в пиковое время и в обычное. Так как затраты на электроэнергию составляют значительную часть общих затрат, это различие имеет большое значение на конечную стоимость. Работа индукционной электропечи в непиковое время (ночное время) приводит к затратам, сопоставимым с затратами роторной печи. Данные показывают, что инвестиции имеют период окупаемости 5 – 9 лет. Таблица 8.14 - Пример данных по затратам завода на замену существующей вагранки на роторную или индукционную электропечь Данные представлены для 1997 – 1998 г., Испания [7]
Движущие силы внедрения Снижение прямых выбросов при плавке литейного чугуна. Примеры заводов Большинство австрийских литейных заводов, которые являются малыми и средними предприятиями; изменения проводились от плавки в вагранке на плавку в индукционных электропечах. Как следствие, существуют только три австрийских литейных завода, которые все еще используют плавку в вагранке. Справочная литература [3], [7], [13] 8.2.6 Подовая печь8.2.6.1 Использование кислородных горелок Смотрите 8.2.4.2. жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
H)