книги из ГПНТБ / Экономика газовой промышленности

4. При использовании природного газа не нужно стро­ ить тракт топливоподачи, пылеприготовления, золоудаления и золоулавливания. Это дает возможность значительно уменьшить капитальные вложения в промышленное стро­ ительство тепловых электростанций и котельных. Измене­ ние удельных капитальных вложений для некоторых тепло­ вых электростанций и котельных в зависимости от вида ис­ пользуемого топлива (по данным Теплоэлектропроекта) показано в табл. 55, 56.

Строительство тепловых электростанций с котельными агрегатами, приспособленными для сжигания газо-мазутно­ го топлива обеспечивает снижение удельных капитальных вложений (по сравнению с вариантом сжигания твердого топлива) на 13—17% в зависимости от конкретного состава

имощности энергетического оборудования. Для промышлен­ ных и районных котельных снижение удельных капитальных вложений при использовании природного газа составляет 40—50% по сравнению с вариантом строительства этих объ­ ектов с котельными агрегатами, приспособленными для сжигания твердого топлива.

5.При использовании природного газа снижаются за­ траты по статье «Вспомогательные материалы» (отпадают расходы на шары для мельниц, на била для дробилок угля

иводы для гидрозолоудаления и очистки дымовых газов).

6.Значительно изменяются расходы по статье «Зарпла­ та». Удельный вес персонала цехов топливно-транспортного

итопливоподачи в общем количестве персонала станции колеблется по разным объектам от 20 до 40%. При использо­ вании природного газа взамен расходов по содержанию пер­

151

сонала топливоподачи, топливоприготовления и золоудале­ ния возникают расходы по содержанию персонала ГРС и де­ журных слесарей по надзору и ремонту газоразводящих се­ тей станции. Однако эти затраты незначительны.

7. Снижается себестоимость продукции по амортизацион­ ной составляющей и общестанционным расходам, поскольку отпадает необходимость в содержании, текущем ремонте и начислении амортизации на подъездные пути, здания и обо­ рудование цехов топливно-транспортного, топливоприготов­ ления, складов топлива и т. д. Уменьшаются расходы по ко­ тельному цеху за счет уменьшения затрат по содержанию, текущему ремонту и амортизации оборудования золоудале­

Следует отметить, что все перечисленные положения справедливы для случая, когда газ является единственным на данном энергетическом объекте видом топлива. Если же он используется в качестве буферного топлива, экономиче­ ский эффект снижается, так как оборудование для подачи и приготовления твердого топлива (и персонал для его обслу­ живания) числятся на балансе станции и тогда, когда она работает на природном газе.

В конечном счете себестоимость электрической энергии снижается и при сезонной работе станции на природном газе за счет уменьшения расхода топлива и электроэнергии на собственные нужды.

Природный газ нашел широкое применение как техноло­ гическое топливо в процессах черной металлургии. Выплав­ ка чугуна на металлургических заводах почти полностью базируется на доменном процессе. Совершенствование тех­ нологии выплавки чугуна на металлургических предприя­ тиях направлено главным образом на снижение удельного расхода кокса, являющегося дорогим и дефицитным тех­ нологическим топливом, и на повышение производительнос­ ти доменных печей. Основные пути для решения этих задач следующие: повышение температуры дутья; увеличение до­ ли агломерата в шихте и повышение его качества; повышение качества руды и кокса; увеличение давления газа под ко­ лошником доменных печей; повышение единичной мощности доменных печей; введение в горн доменной печи дополни--

152

тельных восстановителей и т. д. Применение комплекса этих мероприятий на металлургических заводах Украины позволило значительно увеличить за последние годы выпуск чугуна и снизить затраты кокса. В 1970 г. крупнейшие ме­ таллургические заводы УССР работали со следующими сред­ ними показателями: температура доменного дутья 1000— 1050° С; давление газа под колошником — 1,25 am-, расход кокса — 540 кгіт, природного газа — 83 — 85 м3/т.

В качестве дополнительных восстановителей, вдувае­ мых в горн доменной печи, могут быть использованы при­ родный газ, жидкое топливо, угольная пыль и колошнико­ вый газ. Из них на заводах УССР в качестве технологиче­ ского топлива и интенсификатора основного производствен­ ного процесса наиболее широко применяется природный газ. Технологическая особенность применения природного га­ за в доменном производстве заключается в пиролизе метана в высокотемпературной зоне печей и выделении большого количества водорода-восстановителя железа. В связи с тем что процесс пиролиза метана сопровождается эндотермиче­ скими реакциями, вдувание сырого природного газа в горн печи приводит к снижению теоретической температуры го­ рения. Для того, чтобы поддерживать энергетический баланс доменного процесса на надлежащем уровне, необходимо по­ вышать температуру дутья и обогащать его кислородом. Вду­ вание в горн печи природного газа в сочетании с дутьем, обо­ гащенным кислородом (комбинированное дутье) сокращает расход кокса и интенсифицирует процесс выплавки чугу­ на. Опыт работы металлургических заводов республики по­ казывает, что применение комбинированного дутья в про­ цессе плавки позволяет увеличить производительность пе­ чей на 9—12%, а также уменьшить расход кокса, исходя из

уменьшение расхода кокса при использовании комбиниро­ ванного дутья приводит к существенной экономии годовых расходов топлива, сокращению капиталовложений в стро­ ительство доменных цехов, сокращению затрат в коксохи­

Одним из возможных вариантов применения природного газа в доменном производстве является использование кон­ вертированного природного газа и технологического кисло­

153

рода без атмосферного дутья. При вдувании в доменную печь сырого природного газа экономия кокса достигается благо­ даря частичной замене углерода кокса, расходуемого на по­ лучение восстановительных газов, углеродом вдуваемого реагента. Однако расход природного газа в доменном процес­ се ограничивается тепловыми и газодинамическими факто­ рами. Эффективность использования углеводородов вду­ ваемого природного газа можно повысить, если реакцию их горения до СО и Н2 осуществлять за пределами доменной печи и обеспечить нагрев продуктов горения до высоких температур. Восстановителем в доменной печи в этом слу­ чае служит газообразное топливо, получающееся в резуль­ тате конверсии природного газа различными окислителями (кислородом, паром, углекислым газом). Вдувание восстано­ вительных горячих газов в доменную печь позволяет улуч­ шить ее тепловой баланс, а при обогащении дутья кислоро­ дом — увеличить расход вдуваемых восстановителей. Мак­ симальный расход восстановительных газов в таких усло­ виях достигается при работе печи на техническом кислороде вместо атмосферного дутья. Изменение удельных показате­ лей работы доменных печей, влияющих на себестоимость 1 т чугуна, при проведении плавок по новой технологии на заводе «Азовсталь» и Ново-Тульском металлургическом заводе приведено в табл. 57 [44].

При использовании конвертированного газа расход кок­ са на 1 от чугуна снижается по сравнению с применением комбинированного дутья примерно на 88—90 кг. В то же время снижается и абсолютный расход сырого природного газа при вдувании в горн доменной печи восстановительных газов, нагретых до температуры 1200° С. Метод использова­ ния в доменном производстве конвертированного природно­ го газа может быть рассмотрен как один из перспективных методов дальнейшей интенсификации доменного процесса.

Использование высоконагретых восстановительных га­ зов, не содержащих окислителей, позволяет обеспечить эко­ номию кокса до 30—35%.

Экономические показатели и сравнительная эффектив­ ность доменной плавки при использовании конвертирован­ ного природного газа зависят от затрат в установку конвер­ сии. При экономической оценке стоимости 1000 м3 вос­ становительных газов 10—11 руб. вариант использования конвертированного газа является экономически оправ­ данным.

154

Таблица 57

Сравнительные показатели доменной плавки при использовании в печах сырого и конвертированного природного газа

Следует отметить, что конвертированный природный газ используется также в процессах бескоксовой металлургии, т. е. в процессе производства губчатого железа, которое по­ лучит дальнейшее промышленное развитие в нашей стране в перспективном периоде.

Наряду с природным газом в качестве восстановителей в доменном производстве могут использоваться также уголь­ ная пыль и колошниковый газ. При вдувании в горн домен­ ной печи 19—47 кг угольной пыли на 1 т чугуна расход кок­ са сокращается на 17—51,5 кг. Коэффициент замены кокса углем составляет в среднем 0,87—1,22. При проведении сравнительных плавок на Донецком металлургическом заво­ де за счет вдувания угольной пыли сократился также расход природного газа, вдуваемого в горн печи, на 7,8—27,0 м3, а стоимость топлива на 1 m чугуна снизилась на 0,87—1,63 руб. При этом производительность доменной печи, а также основные показатели ее тепловой и восстановительной ра­ боты существенно не изменились, что свидетельствует о вза­ имозаменяемости углерода кокса углеродом угольной пыли.

155

Последняя при вдувании в горн печи вносит значительное количество водорода, который участвует в восстановитель­ ном процессе, обеспечивая снижение показателя прямого вос­ становления железа и расхода углерода восстановителя. В табл. 58 приведены сравнительные показатели расхода энер­ гоносителей при использовании угольной пыли в процессе производства чугуна на Донецком металлургическом заводе.

За рубежом при соответствующем повышении температу­ ры дутья за счет вдувания угольной пыли расход кокса в доменном процессе снизился на 15%. Вдувание угольной пыли снижает удельный расход кокса даже в условиях, когда возможности его экономии за счет использования при­ родного газа полностью исчерпаны. Однако этот вопрос тре­ бует дальнейшего детального исследования.

Восстановительный газ для вдувания в доменную печь можно получить не только путем конверсии природного газа, но и с помощью химических методов очистки доменного (ко­ лошникового) газа от двуокиси углерода. При этом содержа­ ние С02 и Н20 в очищенном доменном газе может быть сни­ жено до 1—2%. Нагрев такого газа, не содержащего в отли­ чие от продуктов конверсии природного газа углеводородов

исажи, до температуры 1200° С значительно облегчается. Технологическая схема использования в качестве вос­

становителя в доменном процессе очищенного колошниково­ го газа следующая: химическая отмывка колошникового га­ за с помощью моноэтаноламина и вывод из цикла двуокиси углерода; подогрев до высоких температур очищенного га­ за в регенеративных аппаратах типа доменных кауперов; вдувание подогретого газа в горн доменной печи с использо­ ванием технологического кислорода (без атмосферного ду­ тья) [108].

156

Расчетные показатели доменной плавки при использова­ нии комбинированного дутья и очищенного колошникового газа характеризуются данными табл. 59, из которой видно, что вдувание в горн доменной печи очищенного колошни­ кового газа при использовании технологического кислорода позволяет снизить на 20—25% расход кокса и увеличить производительность печи на 7—11% по сравнению с вари­ антом применения комбинированного дутья. В то же время существенной особенностью использования очищенного ко­ лошникового газа в доменной печи является нестабильность процесса во времени и резкое изменение важных параметров плавки при незначительном изменении определенных усло­ вий эксплуатации печей. Сравнительная экономическая эффективность процесса при вдувании в доменную печь ко­ лошникового газа определяется затратами на его очистку. Для того чтобы этот вариант был экономически сравним с вариантом применения комбинированного дутья, указан­ ные затраты должны быть почти в 2 раза меньше затрат для существующих в настоящее время методов химической очистки газов.

Таким образом, вариант использования в доменном про­ цессе природного газа остается наиболее перспективным из всех вариантов вдувания различных дополнительных вос­ становителей железа. При перспективном развитии черной

157

металлургии в доменном процессе будет продолжаться вытеснение кокса природным газом при одновременном на­ сыщении дутья кислородом и повышением его температуры.

Расширение масштабов использования природного газа в доменном производстве и дальнейшее снижение расхода кокса будет осуществляться за счет ряда технологических мероприятий: улучшение подготовки железорудной шихты за счет повышения содержания железа, улучшение грануло­ метрического состава, физико-механических свойств и ос­ новности подготовленной шихты. Железорудное сырье долж­ но производиться из богатых концентратов с содержанием железа 65—67%, обеспечивающих выход шлака не более 250—280 кг на 1 т чугуна. Гранулометрический состав дол­ жен быть следующим: агломерата — 30-f-8 мм, окатышей— 15-f-8 мм. Для повышения температуры дутья до 1500° С намечаются мероприятия по увеличению поверхности на­ грева воздухонагревателей и совершенствованию конструк­ ции насадок, переводу воздухонагревателей на попарно­ параллельный режим работы и т. д. Снижению расхода кокса и улучшению технико-экономических показателей про­ изводства чугуна будет способствовать строительство в рес­ публике мощных доменных печей объемом 3000—5000 м3. В табл. 60 на основе разработок Гипромеза приведены дан­ ные, характеризующие основные показатели работы домен­ ных печей объемом 2000—5000 м3.

Таблица 60

Эти данные показывают, что увеличение единичной мощ­ ности доменных печей способствует снижению расхода энер­ гоносителей в процессе плавки, удельных капитальных вло­ жений в строительство доменных цехов и себестоимости про­ изводства чугуна.

158

На металлургических заводах УССР природный газ на­ шел также широкое применение в процессах плавки и на­ грева стали. Наряду с природным газом в мартеновских печах и нагревательных устройствах прокатных цехов ис­ пользуется также смесь коксового и доменного газов. Пере­ вод мартеновских печей на отопление природным газом с самокарбюрацией сравнительно легко осуществлялся на печах с трехканальной головкой, где без существенной реконструк­ ции печи обеспечивается такой режим сжигания газа, при котором достигается достаточная самокарбюрация газооб­ разного топлива и хорошая светимость факела без использо­ вания мазута. Следует отметить, что технологические и теп­ лоэнергетические характеристики печей, отапливаемых самокарбюрированным и подсвечиваемым природным газом почти идентичны.

Использование природного газа вместо смеси коксово­ го и доменного газов в мартеновских печах оказывает влия­ ние на следующие параметры и характеристики процесса: а) упрощается конструкция печи; б) увеличивается ее про­ изводительность; в) повышается качество и выход стали; г) уменьшается удельный расход условного топлива; д) со­ кращается удельный расход огнеупорных материалов; е) об­ легчается и упрощается автоматизация работы печи и управ­ ления ею.

Природный газ подается в мартеновскую печь холодным, поэтому значительно упрощается конструкция агрегата: не требуется сооружение газовых вертикальных каналов, газовых пролетов, шлаковиков, парных регенераторов и двойных систем боровов. При реконструкции печи в марте­ новском цехе освобождаются значительные производствен­ ные площади, позволяющие увеличить садку агрегата, а следовательно, и его производительность. Отсутствие серы в природном газе улучшает также качество получаемого ме­ талла. Уменьшаются потери металла с угаром и браком, уве­ личивается выход стали.

По данным завода «Запорожсталь», производительность печей, переведенных на природный газ, повысилась в сред­ нем на 7,5—8,2% по сравнению с работой на смеси коксо­ вого и доменного газов (с учетом увеличения садки печей). При этом расход топлива снизился на 5 — 7%. Ниже приведенйі данные, характеризующие работу мартеновской печи завода «Запорожсталь» после перевода на природный газ:

159

Анализ расходов по переделу стали (без топливной со­ ставляющей) показывает, что с переводом печи на природный газ уменьшаются амортизация основных средств, затраты на текущий ремонт, а также основная и дополнительная за­ работная плата обслуживающего персонала. Обеспечивается также снижение удельных капитальных вложений за счет упрощения конструкции мартеновской печи и увеличения

еепроизводительности [128].

Вряде процессов при плавлении и нагреве специальных сортов стали электроэнергия является единственно возмож­ ным энергоносителем. При плавке в электропечах обычных углеродистых сталей удается повысить качество продукции по сравнению с мартеновским производством. При электро­ плавке в стали снижается содержание серы и фосфора со­ ответственно на 30 и 25%; удельная вязкость электростали повышается на 10—25% по сравнению с мартеновской. Уве­ личивается возможность использования в шихте доли лома

иотходов производства до 95—100% против 50—65%, что снижает стоимость шихты на 8—10% . В указанном процес­

се уменьшается угар металла и увеличивается выход годно­ го металла примерно на 2%. Суммарные удельные затраты на производство стали при использовании электроэнергии оцениваются в 24—25 руб/т, а при использовании природ­ ного газа — в 16—17 руб/т. Увеличение затрат в варианте использования электроэнергии объясняется высокими затра­ тами в энергоснабжение печи. Следовательно, при снижении затрат на производство электроэнергии, вырабатываемой на базе АЭС, может быть обеспечена одинаковая экономиче­ ская эффективность вариантов применения природного газа и электроэнергии в процессе плавки стали.

Сравнительная эффективность использования взаимо­ заменяемых энергоносителей в энерготехнологических про­ цессах должна определяться с учетом перспективных тен­ денций развития промышленного производства на основе детальных технико-экономических расчетов.

Назначением нагревательных устройств прокатных це­ хов металлургических заводов (нагревательных печей и ко-

160