Разработка тепловой схемы обжига сидеритовой руды в УСТК Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

УДК 622.78

Запарнюк М.Н., Нешпоренко Е.Г.

РАЗРАБОТКА ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ОБЖИГА СИДЕРИТОВОЙ РУДЫ В УСТК

Аннотация. В связи с обеднением ресурсов магнетитовых руд возникает проблема дефицита сырья для доменной промышленности. В работе рассматриваются возможные схемы обработки альтернативного сырья, сидеритовой руды, для удовлетворения нужд агломерационного производства путем использования физической энергии кокса в УСТК. Ключевые слова: тепловая схема, теплота кокса, установка сухого тушения кокса, сидеритовая руда, обжиг.

Доля вовлечения альтернативных руд в металлургический комплекс составляет не более 10%. Однако происходит истощение запасов классических магнетитовых руд, что ставит перед металлургическими предприятиями задачу расширения железорудной базы. Например, в Челябинской области находится крупнейшее в России месторождение сидеритовых руд - Бакальское, с примерным объемом запасов руды свыше 1 млрд т. На месторождении действует рудоуправление с годовым объемом добычи до 5 млн т [1].

В настоящее время сидеритовые руды обжигаются по автономной технологии с применением природного газа. Однако в классическом металлургическом комплексе имеются неиспользованные вторичные энергетические ресурсы, например теплота кокса, которая теряется при охлаждении кокса (мокрый и сухой способ). Производство кокса - энергоёмкий процесс (около 150 кг у.т./т кокса). Температура поступающего после коксовой батареи материала достигает 1200°С, которую необходимо уменьшить до уровня, установленного технологическим процессом [1].

При выдачи технологического продукта, имеющего однородный фракционный состав и высокую температуру, физическую теплоту можно передать другому материалу. Например, известняк, подогрев лома, обжиг окатышей, обжиг сидеритовой руды и др. Наибольший эффект энергосбережения даст тот материал, который меньше всего обработан, например термическое обогащение сидеритовой руды (обжиг).

В работе разрабатывается несколько вариантов использования теплоты кокса для обжига сидерито-вой руды: 1) смешение обжигаемого материала с коксом и одновременное охлаждение смеси (рис. 1); 2) смешение обжигаемого материала с коксом и одновременное охлаждение смеси с дальнейшим использованием теплоты выделяющихся газов СО2 (рис. 2). Расчеты проводились в идеальных термодинамических условиях.

За базовый вариант принята технология, применяемая для охлаждения кокса в УТСК. Через загруженный в бункер раскаленный кокс снизу продувают инертный газ N2, который нагревается до 800°С и поступает в котел-утилизатор. При охлаждении 1 т кокса вырабатывается около 0,4 т пара средних энергетических параметров. После охлаждения газы при по-

мощи вентилятора нагнетаются в нижнюю часть бункера для повторения цикла [1].

I,

°С

1000

500

0

0 200 400 (}, хДж

Рис. 1. Температурно-тепловой график обработки сидеритовой руды (вариант 1): 1 — линия нагрева сидеритовой руды; 2 — линия охлаждения кокса

%

°С 1000

500

О

0 200 400 600 д, кДж Рис. 2. Температурно-тепловой график обработки сидеритовой руды (вариант 2): 1 — линия нагрева сидеритовой руды; 2 — линия охлаждения кокса; 3 — линия охлаждения отходящих газов при регенерации

Первый вариант заключается в подаче в форка-меру УСТК сидеритовой руды и раскаленного кокса в таком массовом соотношении, при котором термическое обогащение руды протекало бы при расчетных

№1 (14). 2014

93

Раздел 8

параметрах, а температура кокса снизилась до необходимого уровня. Расчет показал, что одной тонной кокса при его охлаждении с 1200 до 900°С можно обжечь 0,437 т сидеритовой руды. При этом теплопо-требление технологического материала составит 569 кДж, а продуктами процесса являются отходящие газы и технологический материал с температурой 650°С.

Второй вариант заключается в предварительном нагреве сидеритовой руды перед её подачей в форка-меру УСТК. В качестве греющего теплоносителя выступает теплота отходящих из УСТК газов, образующихся в процессе декарбонизации технологического материала. В этом случае одной тонной кокса при его охлаждении можно обжечь 0,523 т сидеритовой руды. При этом теплопотребление технологического материала составит 715 кДж.

Использование разработанной регенеративной схемы предварительного подогрева сидеритовой руды позволит увеличить ее массу на 0,097 т, что составит более 18% без дополнительных затрат энергетических ресурсов.

Таким образом, введение обожженных сидерито-вых руд в металлургический комплекс позволит расширить их долю с 10% (около 0,180 т на тонну чугуна) до 30% (0,523 т) и обеспечит сырьем, как минимум, металлургические комбинаты Урала.

Для предприятия с годовым объемом около 10 млн т стали в год это означает потенциальную эко-

номию энергии до 1 млн т у.т., что при нижней границе стоимости 2000 руб./т у.т. может дать годовую экономию до 2 млрд руб.

Следовательно, разработка энергоэффективных направлений использования теплоты кокса открывает возможности широкомасштабного энергосбережения в теплотехнологии черной металлургии.

Список литературы

1. Куперман Л.И., Романовский С.А., Сидельковский Л.Н. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологические комплексы в промышленности. К.: Вища школа, 1986. 303 с.

2. Запарнюк М.Н., Нешпоренко Е.Г., Картавцев С.В. Интенсивное энергосбережение в системе рудоперераба-тывающего предприятия // Энерго- и ресурсосбережение. Энергосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Екатеринбург: УрФУ, 2012. С.76-78.

3. Запарнюк М.Н., Нешпоренко Е.Г. Термодинамический анализ схем движения дымовых газов в процессе обжига сидерита // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: материалы 14-й Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и специалистов / под общ. ред. Е.Б. Агапитова. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. С.149-150.

Сведения об авторах

Запарнюк Михаил Николаевич - студент гр. ЭТБ-10 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].

Нешпоренко Евгений Григорьевич - доц. института энергетики и автоматики ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected].

♦ ♦ ♦

94

Теория и технология металлургического производства