В настоящий момент на ПАО «МК «Азовсталь» на 2-х доменных печах №3 и №4, установлены БЗУ с охлаждением редуктора и обдувом лотка азотом. Подвод азота к редуктору производится как для его охлаждения, так и для создания давления выше чем в доменной печи, для исключения попадания доменного газа внутрь редуктора и засорения его доменной пылью. Лоток обдувается азотом исключительно в целях охлаждения.

Главные недостатки охлаждения азотом: его дефицит на Азовстали и большая энергозатратность при производстве, азот после охлаждения редуктора и лотка попадает в доменную печь, где смешивается с доменным газом, который идет на газоочистку и понижает его калорийность. Доменный газ в дальнейшем используется на разогреве воздухонагревателей, ТЭЦ и других потребителях, понижение его калорийности приводит к необходимости дополнительного использования природного газа.

Ниже представлена схема очистки доменного газа и подачи азота на охлаждение элементов БЗУ- существующее положение.

Мы предлагаем заменить азот доменным газом. Это на первый взгляд очень простое решение, однако после того, как мы его озвучим, Заказчик сможет попытаться его реализовать без нашего участия.

Так же в рамках данной работы предлагается выполнить частичную замену азота на доменный газ для вторичного выравнивания давления. Данное решение применимо для всех доменных печей с БЗУ, а не только для ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ».

Наше решение.

Доменный газ под колошником доменной печи имеет давление 2 атм., максимальную температуру 300 – 400 °С. С колошника доменной печи доменный газ подается на газоочистку, сперва на первую сухую ступень (пылеуловитель), потом на вторую ступень мокрую (скруббер), после чего на каплеуловитель и дроссельную группу, посредством которой поддерживается давление доменного газа под колошником.

В коллекторе доменного газа давление газа составляет 0,08 атм., так же имеется остаточная запыленность и влажность.

Общая потребность в доменном газе (азоте) на охлаждение редуктора и лотка БЗУ для одной доменной печи составляет 12000 м³/час, при этом 9000 м³/час на обдув лотка, выравнивание давления в бункерах и продувку форсунок охлаждения колошниковых газов и 3000 м³/час на охлаждение редуктора. Давление доменного газа должно превышать давление под колошником, поэтому принимаем его давление равным 4 атм, для этого после коллектора доменного газа устанавливаем повышающий компрессор.

Доменный газ, который пойдет на охлаждение редуктора, необходимо будет доочистить, поэтому после компрессора устанавливаем рукавный фильтр на производительность 3000 м³/час.

Доменный газ на охлаждение лотка, выравнивание давления в бункерах и продувку форсунок охлаждения колошниковых газов в объеме 9 000 м³/час после компрессора подаем к потребителям без очистки.

Ниже представлена схема предлагаемого решения:

Вторичное выравнивание давления.

В настоящий момент времени давление в бункерах БЗУ выравнивается в 2 очереди:

— первичное выравнивание давление «получистым доменным газом», для повышения давления до уровня под куполом доменной печи;

— вторичное выравнивание давления азотом в бункерах БЗУ (расход азота — 4000 нм³/час).

Пример циклограмма существующего положения выравнивания:

Мы предлагаем производить выравнивание давления в бункерах БЗУ в 3 очереди:

— первичное выравнивание давления «получистым доменным газом», для повышения давления до уровня под куполом доменной печи;

— вторичное выравнивание давления чистым доменным газом в бункерах БЗУ (расход чистого доменного газа — 3450 нм³/час);

— третья ступень выравнивания давления азотом в бункерах БЗУ (расход азота — 550 нм³/час);

Предлагаемое решение по циклограмме выравнивания:

Преимущества предлагаемого решения:

— сокращение расхода азота на 3450 нм³/час;

— увеличение калорийности доменного газа (за счет уменьшения количества азота в доменном газе);

— снижение выбросов СО и СО2.

Предлагаемая схема выравнивания давления в бункерах БЗУ:

Преимущества

Доменный газ после охлаждения редуктора и обдува лотка попадает опять под колошник, поэтому мы его не теряем, происходит рециркуляция доменного газа.

Мы не понижаем калорийность доменного газа, как это происходит при охлаждении азотом, тем самым сокращаем расход природного газа либо другого топлива на предприятии.

Мы не тратим ресурсы на разделение воздуха и сокращаем выбросы в атмосферу от его производства.

Азот:

Мы снижаем расход азота на 12 000 [нм³/час].

Стоимость производства 1000 [м³/ч] азота составляет 1060 грн., соответственно расходы на охлаждение 1-го БЗУ сокращаются на 12 720 грн./час.

Природный газ:

Далее приведены расчеты по сокращению расхода природного газа.

Исходный состав доменного газа в % по объему:

CO2 18,13
CO 25,92
H2 2,82
N2 53,12
99,99

При этом максимальное влагосодержание составляет 80 [г/м³], а содержание влаги по объему- 9,05 %.

Сравнительная таблица состава доменного газа с добавлением 17000 м3/ч N2 и без.

Наименование элементов Доменный газ 300000 [нм3/час], без охлаждения БЗУ N2 Доменный газ 312000 [нм3/час], c охлаждением БЗУ N2
CO2 18,13 17,16
CO 25,92 24,53
H2 2,82 2,67
N2 53,12 55,64

Пересчет сухого доменного газа на рабочую массу топлива:

Наименование элементов Доменный газ 300000 [нм3/час], без охлаждения БЗУ N2 Доменный газ 312000 [нм3/час], c охлаждением БЗУ N2
CO2д 16,49 15,60
CОд 23,57 22,31
H2д 2,56 2,43
N2д 48,31 50,61

При этом теплота сгорания доменного газа 300 000 [нм3/час], без охлаждения БЗУ N2 составит 778 [ккал/м3 ] или 3253 [кДж/м3].

Теплота сгорания доменного газа 312 000 [нм3/час], с охлаждением БЗУ N2 составит 736 [ккал/м3 ] или 3079 [кДж/м3].

Потери калорийности на общем расходе доменного газа из-за добавки азота составят 13218918 ккал.

Для восполнения данных потерь необходимо потратить 1793 [м³/час] природного газа.

Стоимость добавки природного газа (при цене 4168 грн за 1000 м³) составит 7250 грн/час.

Сокращение расхода природного газа, а так же рециркуляция доменного газа имеет значительный экологический эффект, а именно позволит уменьшить выбросы СО и СО2 в атмосферу.