Экологические проблемы основных производств (стр. 24 )

Особенность черной металлургии составляет наличие большого количества вторичных энергетических ресурсов. Среди них наибольшее значение имеют газы (коксовые, доменные, ферросплавных печей, конвертерные). В 1978 г. валовый выход коксового газа составил 31,2 млрд. м3, доменного – 197 млрд. м3. Коксовый газ используется практически полностью. Увеличивает­ся потребление коксового и доменного газов на ТЭЦ и котельных (буферные потребители). Трудности использования энергии конверторных газов, содержащих до 90% СО, связаны с периодич­ностью процесса их образования.

Следующим по объему вторичным энергетическим ресурсом в ме­таллургии является тепло доменных и сталеплавильных шлаков. Как и отходящие газы, шлаки отвечают необходимым для организации процесса утилизации тепла требованиям: высокой температуре (1250-14500С), большому количеству и во многих случаях, непрерывности процесса. Однако из-за конструктивных и технологических трудностей перевода шлаков из жидкого состояния в твердое это тепло практически не используется.

В числе других до конца не решенных проблем рационального использования энергетических ресурсов в черной металлургии зна­чительное место принадлежит использованию потенциальной энергии избыточного давления доменного и природного газов. С развитием техники и технологии доменного про­изводства получила широкое распространение работа доменных пе­чей при повышенном давлении, которая характеризуется лучшим распределением газов по печи и использованием их восстановительной способности, уменьшением выноса шихтовых материалов из печи, снижением расхода кокса на выплавку чугуна, увеличением произ­водительности. Более чем 75% доменных печей выплавляют чугун при повышенном давлении, до­стигающем 0,35 МПа. Перед заводской разводящей газовой магистралью избыточное дав­ление газа сбрасывается на специальных дроссельных устройствах, где для доменной печи объёмом 2000 м3 с избыточ­ным давлением 0,25 МПа теряется до 100 млн. кВт/ч энергии расши­ряющегося газа.

Аналогичные потери возникают и при потреблении в металлур­гической промышленности природного газа, использование которого в отрасли достигает 15% его общего потребления в стране. В связи с большим объёмом потребления и передачи на значительные рассто­яния транспортировка природного газа к потребителям производится в трубопроводах под большим давлением, доходящим до 75 МПа/см2. Перед потреблением избыточное давление газа снижается до 0,4-0,6 МПа на дроссельных устройствах, где теряется большое коли­чество полезной работы расширения газа.

Сброс избыточного давления возможен в специальных газовых турбинах, в которых сжатый газ служит рабочим телом для производства электрической энергии. Высокая экономическая эффективность производства электроэнер­гии на газотурбинных расширительных электростанциях, использующих избыточное давление доменного газа, подтверждается практи­кой их эксплуатации на ряде металлургических заводов. Так, на Череповецком металлургическом заводе за доменной печью объемом 2700 м3 установлена газовая турбина мощностью 12 МВт.

Выход доменного газа от печи составляет 450 тыс. м3/ч, 100 тыс. м3/ч сбрасывается в межцеховой газопровод доменного газа, а 350 тыс. м3/ч очищенного и подогретого газа при абсолютном давлении 0,335 МПа подается на турбину, которая служит приводом электрического ге­нератора мощностью 12 тыс. кВт. Годовая выработка электроэнергии составляет 80 млн. кВтч.

Использование вторичных тепловых ресурсов в утилизационном оборудовании по основным металлургическим производствам в среднем находится на уровне 30%, в том числе: доменному – 12, прокатному – 25, мартеновскому – 42, коксохимическому – 10, конвертерному – 84, огнеупорному – 64.

При повышении среднего уровня использования вторичных теп­ловых энергетических ресурсов на металлургических заводах до 70-80% можно практически полностью удовлетворить производствен­ную потребность металлургических предприятий в тепловой энергии за счет получения её в утилизационных устройствах. Опыт передо­вых металлургических предприятий подтверждает эту возможность.

В проблеме использования вторичных тепловых ресурсов наряду с увеличением степени утилизации важное значение приобретают и вопросы полного и рационального использования выработанной тепловой энергии. Тепловой баланс металлургического завода характеризуется большим преобладанием ресурсов пара низкого давления, который используется на 40-50%, и недостатком пара давлением 1,0-1,8 МПа, покрываемым острым паром заводских ТЭЦ.

Значительные количества вторичного тепла образуются в металлургическом производстве при охлаждении оборудования. Водяное охлаждение, постепенно заменяемое испарительным, остаётся в основном там, где охлаждаются небольшие поверхности или особенно ответственные элементы (фурмы, летки). Тепло водяного охлаждения обычно не используют, так как для предотвращения образования накипи на стенках воду перегревают всего на 5-l00С. Применение химически очищенной воды и ее многократная циркуляция позволяют нагревать её до температуры, достаточной для теплоснабжения.

Расход воды на испарительное охлаждение снижается по сравнению с водяным в 30 - 40 раз. Использование химически очищенной воды не приводит к об­разованию накипи, благодаря чему в 2-3 раза увеличивается стойкость охлаждаемых элементов. Вырабатываемый пар используется для теплоснабжения.

Эффективность использования вторичных тепловых энергетичес­ких ресурсов не ограничивается только экономией топлива. В ряде случаев их использование способствует повышению производитель­ности, увеличению длительности рабочей компании основных технологических установок, уменьшению количества промышленных выбросов. Например, установка котлов-утилизаторов за мартеновскими печами повышает их производительность на 2-3% вследствие улучшения тягодутьевого режима, уменьшает расход воды в 2-2,5 раза, электроэнергии на привод эксгаустеров на 20-30%, расход топлива на по­догрев отходящих газов перед дымовой трубой на 20-25%.

13.5. Бескоксовый метод получения стали

Наиболее характерным примером создания принципиально нового безотходного процесса в черной металлургии является бескоксовый, бездоменный метод получения стали непосредственным восстановле­нием железорудных концентратов водородом или конвертированным природным газом, при котором из технологической цепи полностью устраняются стадии, в наибольшей степени ответственные за загрязне­ние окружающей среды: доменный передел, производства кокса и аг­ломерата. Это позволяет, по меньшей мере, втрое уменьшить потреб­ность в воде и количество образующихся сточных вод, а также прак­тически полностью исключить вредные выбросы в атмосферу.

По данной технологической схеме мелко раздробленный железный концентрат, смешанный предварительно с водой, перекачивают из мес­торождения на металлургический завод по трубам в виде пульпы. Вода после отделения в отстойниках возвращается на обогатительную фабрику. Затем во вращающихся барабанах руду смешивают со связую­щими веществами и получают гранулированный продукт – так называемые окатыши. В окатыши при грануляции добавляют небольшое количество из­вести. Готовые окатыши поступают в шахтную печь, где происходит восстановление оксидов железа водородом или конвертированным природным газом. Процесс осуществляется при 1000-11000С. В резуль­тате получают губчатое железо с содержанием основного компонен­та 95%. Каждый агрегат, в котором ведут процесс, способен выдавать до 1500 т железа в сутки. Полученный продукт, являющийся полуфабрикатом, направляют на электродуговую переплавку для получения высококачественной стали (рис. 13.6).

Опыт производства стали, по описанной технологии, показал, что ее применение обеспечивает существенное снижение выбросов в ат­мосферу диоксида серы, пыли и других вредных веществ и позволя­ет утилизировать практически полностью все отходы производства. Шлаков и других твёрдых отходов при таком процессе не образуется.

В нашей стране имеется металлургическое предприятие без доменных печей и коксохимического производства – Оскольдский электрометаллургический комбинат. В качестве сырья это предприятие использу­ет высокосортные железные руды Курской магнитной аномалии (Лебединское месторождение).

Однако себестоимость стали по этому методу пока значительно превышает себестоимость стали, полученной по традиционной технологии, что и препятствует широкому внедрению данного метода.

Руда Природный газ

 

Губчатое железо

до 95% Fe

Электроплавка

Шлак

 

Сталь

Рис. 13.6. Принципиальная схема бескоксового получения стали

Контрольные вопросы

1.  Основные экологические проблемы чёрной металлургии.

2.  Основные направления совершенствования доменного процесса.

3.  Как получают агломерат и окатыши?

4.  Для чего используется кокс при получении чугуна?

5.  Как можно экономить кокс в доменном процессе?

6.  Почему образуются графитосодержащие отходы и как они используются?

7.  Каковы пути энергосбережения в чёрной металлургии?

8.  Как обезвреживаются колошниковые газы?

9.  Каковы экологические особенности бескоксового метода получения стали?

14. Экологические проблемы производства цветных металлов

Рациональное и повторное использование цветных металлов – веление времени.

14.1. Экологические особенности цветной металлургии

К цветным металлам относятся все металлы и их сплавы кроме же­леза. Цветные металлы делятся на благородные (золото, платина, серебро, палладий, иридий, рутений, родий, осмий), тяжёлые (медь, свинец, цинк, никель, кобальт, марганец, сурьма, олово, хром, висмут, ртуть, мышьяк), легкие (литий, калий, натрий, рубидий, цезий, кальций, магний, бериллий, алюминий, титан) и редкие металлы (вольфрам, молибден, тантал, ванадий, селен, теллур, индий, германий, цирконий, таллий и др.). Современное общество не может существовать без таких металлов, как медь, свинец, цинк, никель, хром, алюминий и т. д. Использование многих других компонентов рудного сырья цветной металлургии обеспечило создание целого ряда областей новейшей техники, таких, как полупроводниковая, радиоэлектро­ника, производство сверхтвёрдых, жаропрочных и других материалов. Вопросу рационального, бережного использования цветных металлов в народном хозяйстве уделяется особое внимание во всём мире [37].