Пути повышения эффективности доменных печей

Черная металлургия занимает одно из ведущих мест в экономике России и вместе с топливно-энергетическим комплексом определяет жизнеспособность страны, являясь основным поставщиком конструкционных материалов. Важной задачей является совершенствование действующих процессов с целью обеспечения их наивысшей эффективности.

Доменное производство - крупный потребитель (до 70%) топливно-энергетических ресурсов металлургического комплекса. В настоящее время в мире около 500 млн т чугуна ежегодно выплавляется в 550 доменных печах объемом более 1000 м3 с использованием кокса. В строительство доменных печей мира вложены огромные средства, которые должны окупить себя и дать прибыль в обозримом будущем. Поэтому, несмотря на развитие бескоксовых методов плавки, еще 30 - 45 лет, т.е. две-три компании печей, доменное производство будет являться неотъемлемой частью металлургического комплекса.

Сегодня страны Европы и США вынуждены ввозить тысячи тонн чугуна и металлопроката. В течение последних двух-трех лет аналитики отмечают уверенный рост цен на продукцию предприятий черной металлургии. За 2001-2002 годы цены, например, на горячекатаный прокат увеличились на 60-70% (с $220 до $350-380 за тонну), холоднокатаный подорожал на 50-60% (с $300 до $450 за тонну). В инвестиционные планы крупных российских предприятий (HJIMK, НТМК, ММК, "Мечел") входит финансирование текущего и капитального ремонта доменного производства, значительная часть продукции которого в ближайшее время сможет стать конкурентоспособным товаром за рубежом. Поэтому задача дальнейшего совершенствования доменного процесса без значительных капитальных затрат актуальна.

Эффективными мерами снижения энергопотребления в доменном цехе являются увеличение температуры горячего дутья и сокращение до необходимого минимума затрат топлива при его нагреве. Улучшение конструкций и режимов работы доменных воздухонагревателей ведется в основном в этих направлениях. Воздухонагреватели потребляют значительную часть вырабатываемого доменного газа (40-60%), поэтому их работа напрямую влияет на технико-экономические показатели доменного передела.

В настоящий момент на ОАО "ММК" добились полной утилизации коксового и доменного газов. Этого удалось достичь, в первую очередь, за счет развития буферных потребителей этих вторичных газов - ПВЭС и ЦЭС. Производимая на ОАО "ММК" электроэнергия в три раза дешевле электроэнергии из региональной энергосистемы. Полная утилизация коксового и доменного газов делает актуальным поиск путей повышения эффективности их использования на предприятии и непосредственно на доменных воздухонагревателях как крупнейших их потребителях.

Таким образом, при выборе режимов работы доменных воздухонагревателей необходимо решить следующие задачи:

• поиск режима работы блока, обеспечивающего стабильное поддержание максимально возможной температуры нагрева дутья при равных значениях прочих параметров дутья;

• оперативное определение режимных параметров нагрева аппаратов, при которых текущие заданные значения параметров дутья (если предусмотрено их изменение при ведении процесса) будут обеспечены при минимально необходимом расходе топлива;

• поиск путей повышения эффективности использования топлива при нагреве воздухонагревателя.

Найденные режимы работы воздухонагревателей должны удовлетворять ряду технологических и конструкционных ограничений: по допустимой температуре отходящих дымовых газов, температуре купола и низа динасового блока, условию стабильного обеспечения текущих заданных значений параметров дутья и т.д.

Обоснованно выбрать режим, гарантирующий соблюдение ограничений, можно путем использования моделей работы воздухонагревателей. Существующие методики выбора режимов работы доменных воздухонагревателей не учитывают, что максимальный расход топлива на блок может быть ограничен вследствие внешних, не зависящих от характеристик аппаратов причин. В таком случае при различии параметров воздухонагревателей требуется выбрать наилучшее сочетание длительностей периодов дутья и схемы распределения топлива между отдельными аппаратами блока с целью получения режима стабильно обеспечивающего максимально возможную температуру нагрева дутья при прочих равных условиях.

Длительная эксплуатация воздухонагревателей без капитального ремонта приводит к росту газодинамического сопротивления насадок, частичному обрушению футеровки в зоне сочленения штуцера горячего дутья и шахты, а также к развитию эффекта короткого замыкания. Происходит снижение пропускной способности воздухонагревателей, уменьшается температура дутья и КПД аппаратов. При выборе режимов работы воздухонагревателей необходимо учитывать состояние аппаратов на текущий момент, что требует решения задачи адаптации моделей их работы.

Проблемы, связанные с выбором режимов работы блока и адаптацией применяемых при этом моделей работы воздухонагревателей, на сегодняшний момент недостаточно изучены. В связи с этим направлением работы является совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения температуры нагрева дутья, а также реализации энергетически благоприятных режимов работы аппаратов. Целью работы также является разработка способа адаптации имитационной модели работы воздухонагревателей.