СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗА В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ РОССИИ

В 1992 г. в России добыча газа составила 640,5 млрд. м3 (в 1991 г. —624,8 млрд. м3). В структуре добычи основных видов топлива (нефть, газ, уголь) в 1992 г. его доля составила 49,6% (по сравнению с 1991 г. ~ 46,0 %). Увеличение доли газа вызвано снижением добычи нефти и угля. Объем добычи нефти в 1992 г. составил 85,0 % от уровня 1991 г., а объем добычи угля, соответственно, 91,0%.

В 1992 г. на нужды народного хозяйства России было направлено 395,32 млрд.м3 газа; на 10,0 млрд.м3 меньше, чем в 1991 г. Потребление газа в энергетике уменьшилось с 179,3 до 173,99 млрд.м3; металлургии с 36,55 до 30,82 млрд.м3.

В относительном отношении доля потребления природного газа черной металлургии в общей структуре его распределения по России снижается: если в 1980 г. она составляла11,38 %, в 1985 г. 8,53 %, в 1990 г. 7,7 %, то в 1992 г. 7,7% (вместе с цветной металлургией), в период 1995—2000 гг. ~ 6,0 %. Это объясняется как значительным увеличением использования природного газа электростанциями и в коммунальнобытовом секторе, так и снижением объемов производства основных видов продукции черной металлургии.

В структуре потребления черной металлургией отдельных видов топлива природный газ занимает ведущее место. Так, в 19901991 гг. на его долю приходилось 35,5— 38,6%. При общем снижении в настоящее время потребления топлива предприятиями черной металлургии потребление природного газа увеличивается. Это вызвано недопоставками коксующихся углей, а как следствие этого, ограничением работы коксовых батарей, доменных печей и снижением ресурсов доменного и коксового газов; недостаток последних в топливноэнергетическом балансе восполняется природным газом.

Учитывая увеличение потребления природного газа в черной металлургии, проблема его эффективного и рационального использования становится особенно актуальной. Как показал анализ, повышение цен на газ не повысило заинтересованность предприятий в его экономии, так как цены на продукцию с использованием природного газа увеличились в несколько раз. Доля топливной составляющей не только не увеличилась, даже уменьшилась.

Рост цен на газ и нефть привел к резкому увеличению себестоимости металлопродукции, а также к сокращению объемов производства с одновременным ухудшением удельных показателей. Анализ удельных расходов топлива в черной металлургии России показал, что по многим видам продукции они ниже, чем в бывшем СССР. Это объясняется тем, что старые металлургические заводы Украины, основные производители металлопродукции черной металлургии, по техническому уровню уступают аналогичным заводам России, построенным значительно позже, и имеют более высокие удельные расходы топлива.

Удельные расходы топлива, являющиеся интегрированным показателем технического уровня газоиспользующего оборудования, по основным видам продукции черной металлургии превышают зарубежный уровень. Одним из направлений повышения технического уровня использования газа является внедрение достижений научнотехнического прогресса в области сжигания газа в развитие газоиспользующего оборудования и технических средств.

Состояние парка газогорелочных устройств в черной металлургии можно охарактеризовать следующими данными.

Количество эксплуатируемых горелочных устройств для технологических нужд черной металлургии составляет ~ 40 тыслит., в том числе в прокатном производстве 15—16 тыс.шт., в производстве агломерата и окатышей 1 тыс.шт., в метизном и других производствах 2324 тыс.шт. Ежегодная потребность оценивается в 1011 тыс.шт. Фактический объем производства можно оценить в 1,01,5 тыслгг./год.

Большинство газогорелочных устройств это традиционные горелки общего назначения, которые могут применяться в тепловых агрегатах различных классов. К таким устройствам относятся дутьевые (обычно с неполным предварительным смешением и без предварительного смешения) и инжекционные (обычно с полным предварительным смешением).

В нашей стране создано немало газогорелочных устройств (главным образом, специального назначения), а также систем отопления, обеспечивающих низкие удельные расходы топлива и минимальное количество вредных выбросов: излучающих; скоростных; с переменным избытком воздуха; с регулируемыми параметрами факела; с рекуперацией; газокислородных; акустических; с электромагнитным полем; радиационные трубы.

Наряду с элементами автоматики безопасности и регулирования для отдельных горелок и групп горелок созданы автоматизированные системы управления технологическими процессами, в том числе с компьютерным оснащением и математическим обеспечением.

Изменить это положение можно лишь комплексом мероприятий, обеспечивающих: создание таких экономических условий, которые делают для предприятий потребителей газа существенно невыгодным перерасход газа и очень выгодной его экономию; расширение производства эффективного газоиспользующего оборудования, газогорелочных устройств и автоматики; обязательную сертификацию газогорелочных устройств испытательными центрами, аккредитованными Госстандартом РФ.

Тенденции развития техники использования газа в черной металлургии характеризуются следующими направлениями. В подготовке сырья потребление природного газа будет повышаться в обжиговых конвейерных машинах; использование природного газа в качестве восстановителя при производстве мало окисленных или частично металлизованных окатышей.

Совершенствование доменной плавки пойдет по пути решения следующих научно технических проблем (особенностью доменного производства является не сокращение потребления газа, а увеличение в целях снижения потребления дорогостоящего кокса); совершенствование конструкций и способов подачи природного газа в фурмы доменных'печей (повысит расход природного газа на 6—10 м3/т, что обеспечит снижение расхода кокса на 3 5 кг/т чугуна); повышение содержания кислорода в доменном дутье до 35—40% с увеличением подачи природного газа (повысит расход природного газа до 180220 м3/т, что обеспечит снижение расхода кокса на 20—30 кг/т чугуна); разработка способов подачи природного газа в горн доменной печи совместно с кислородом высокого давления (расход газа 120220 мУт чугуна); разработка способов сжигания природного газа совместно с пылеугольным топливом; подача в горн доменной печи предварительно нагретого природного газа; вдувание в доменные печи газоввосстановителей (нагрев и конверсия природного газа в плазмотронах, сокращение расхода кокса до 180200 кг/т чугуна; конверсия метана колошниковым газом в трубчатой печи; конверсия метана в регенераторах с инертной насадкой и т.д.); использование природного газа при вдувании в доменную печь очищенного колошникового газа; автоматическое управление распределением природного газа по фурмам доменной печи.

Развитие техники сжигания газа в мартеновском производстве будет идти по линии совершенствования конструкций торцевых горелок, разработки сводовых горелок — фурм для нагрева шихты и газокислородной продувки ванн; горелочных устройств, обеспечивающих требуемую тепловую нагрузку и энергию факела в широком диапазоне давления природного газа; подвижных сводовых топливокислородных горелок и т.д.

В структуре производства стали в перспективе увеличится доля конвертерного и электросталеплавильного способов производства. Анализ структуры потребления топлива по способам производства стали показал, что доля природного газа во всех пределах составляет 66—83,0; это еще раз подтверждает существование проблемы повышения эффективности использования газа в производстве стали.

Основными проблемами при использовании природного газа в кислородноконвертерном производстве стали являются: совершенство

вание способов использования природного газа для предварительного нагрева (600—850 °С) и расплавления лома с делыо снижения расхода чугуна в шихте конвертеров [это создание и внедрение мощных газопыле угольных горелок, а также горелок с подачей кислорода в качестве окислителя; разработка и внедрение горелки для нагрева лома в чу гуновозных ковшах перед заполнением их чугуном; разработка и внедрение конструкций печей предварительного нагрева лома для конвертеров; газовых шахтных печей для малоокислительного расплавления лома; создание горелочных и топочных устройств для получения нейтральных по отношению к расплаву железа высокотемпературных (2000 °С) продуктов горения природного газа]; разработка способов и оборудования углекислотной конверсии природного газа в газоходе конвертера.

Значительное развитие получит плазменный процесс, будут созданы плазменные печи с керамическим тиглем вместимостью 50, 100, 150 т, экологические более чистые, компактные и технологически более мобильные. Для подогрева лома потребуется разработка высокопроизводительных горелочных устройств фурм для продувки металла кислородсодержащими и восстановительными газами.

Анализ фактической и перспективной структуры потребления топлива в производстве проката показал, что доля используемого в нем природного газа составляет 45,4 %, в перспективе она увеличится до 50,0—57,7 %. Совершенствование топливоиспользования в прокатном производстве будет осуществляться в направлениях: разработки и внедрения рациональных режимов нагрева металла в печах (температурновременных режимов и алгоритмов управления прокаткой; контролируемой прокатки при снижении уровня температур нагрева металла под прокатку на 20—30 град;

современных АСУ тепловыми режимами работы печей и т.д.) позволит сократить удельные расходы топлива на 2—3%; разработки новых и совершенствовании существующих систем отопления и конструкций газогорелочных устройств для нагревательных печей (систем сводового отопления, отопления с использованием рекуперативных и регенеративных горелок, отопления крупных нагревательных печей с рецуркуляцией горячих продуктов сгорания; скоростных автоматизированных горелочных газомазутных устройств с регулируемыми параметрами факела; горелок скоростных газомазутных с программным регулированием теплового режима печи в зависимости о* технологии тепловой обработки металла).

В перспективе значительно увеличится объем производства термообработанного металла. В структуре потребления топлива на термообработку металла ~ 60% занимает природный газ; прогнозируемая доля потребления природного газа увеличится после 1995 г. до 70 %.

Совершенствование техники сжигания газов при термической обработке металла будет осуществляться за счет применения более прогрессивных горелочных устройств — скоростных (в том числе при импульсной системе отопления), рекуперативных и т.д. Разработка и внедрение рекуперативных горелочных устройств с керамическими рекуператорами, обеспечивающими высокотемпературный нагрев с коэффициентом рекуперации до 90%, сможет обеспечить снижение удельных расходов топлива на 20—30%. Разработка и внедрение металлических радиационных труб всех типов с к.п.д. до 90 % с глубокой утилизацией теплоты на 30% снизит удельные расходы топлива. Перспективным направлением научных исследований остается разработка керамических радиационных труб, обеспечивающих температуру 1250 °С.

Большое внимание при разработке газогорелочных устройств и систем отопления будет уделяться вопросам экологии. Это относится прежде всего к снижению концентраций оксидов азота в продуктах сгорания. При решении этой задачи в металлургии возникает особая сложность в связи с использованием высокого подогрева воздуха для горения.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994