В даний час на металургійних підприємствах України широко використовуються камерні нагрівальні та термічні печі, опалювальні природним газом. Більшість з них фізично застаріло і потребує повної або часткової модернізації.
Незважаючи на значну універсальність з точки зору сортаменту нагріваються виробів і режиму нагріву, найбільш поширені у вітчизняній металургії камерні нагрівальні та термічні печі мають ряд істотних недоліків. Серед них: великі теплові втрати з газами, що, нерівномірність нагріву садки, високий чад металу при нагріванні. Крім того, термічні камерні печі характеризуються суттєвими витратами теплоти на розігрів кладки, що пов`язано з періодичністю роботи, обумовленої заданим графіком нагріву.
Плюс до всього на українських метпідприємствах використовується, як правило, фізично зношене і морально застаріле обладнання. `Вік` деяких печей досягає 20-30 років. Вони неекономічні через використання в них застарілих вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів. Також на енергоефективності термічних виробництв позначається незначна завантаження печей, нерідко складова 20-30% від номінальних значень. Обстеження пічного господарства металургійних заводів України показало, що питомі витрати палива у вітчизняних печах значно вище в порівнянні із закордонними агрегатами.
Вихід із становища один - необхідно оновлювати парк термічного обладнання. При цьому, варто використовувати виборчий процес: можливо, частину печей слід негайно зупиняти на повну реконструкцію, так як їх експлуатація збиткова, і проводити заміну самого типу печей або заміну енергоносія. Іншим при зупинці на ремонт може бути запропонована часткова модернізація. А десь необхідно просто вивести частину термічного парку з технологічного обороту.
В умовах постійного зростання цін на природний газ, тривалої нестабільності в промисловості та енергетиці, питання вибору енергоносіїв та їх ефективного та економного витрачання виходять на перший план.
Сьогодні найбільш часто джерелом теплової енергії термічного обладнання є природний газ, рідше - електроенергія. Це так зване спадщину, що залишилася ще з часів СРСР, коли в умовах економічної стабільності і низького рівня цін на енергоносії, особливо, на природний газ, перевагу, як правило, віддавалася газового нагріву. Низька теплотехнічна і технологічна ефективність використання природного газу компенсувалася його невисокою вартістю.
Сьогодні ж визначальним фактором при порівнянні газ-електроенергія є зіставлення вартості необхідної теплової енергії в еквіваленті 1 кВт * год. Як показують розрахунки, вартість необхідної теплової енергії, одержуваної спалюванням природного газу, в 1,5-1,6 рази дорожче електроенергії. Крім ефективності та економічності використання електричний нагрів володіє і іншими перевагами: точністю і стабільністю підтримки і регулювання температури і потужності; мобільністю, технологічністю і компактністю конструкцій печей; простотою пуску і експлуатації; високою якістю нагрівання; екологічністю. Враховуючи дані фактори, можна зробити висновок, що правильний вибір теплоносія в процесах нагрівання і термообробки металів є досить актуальним питанням, що вимагає оперативного вирішення.
Шляхи заощадження
При реконструкції і модернізації безпосередньо печей нагріву першочерговим є задоволення вимог ефективного використання палива та інших ресурсів, тобто вирішення проблеми енерго-і ресурсозбереження. Таким чином, рішення задачі інтенсифікації теплообміну в печах як засобу підвищення швидкості нагріву і, як наслідок, продуктивності нагрівальних печей, що була найбільш актуальною в радянські часи, до теперішнього часу втратило свою важливість.
До основних сучасних способів економії енергії в камерних нагрівальних та термічних печах слід віднести: зменшення теплового дефіциту металу, зниження втрат теплоти у навколишнє середовище і підвищення коефіцієнта використання теплоти палива (КІТ).
Зменшення теплового дефіциту металу, тобто кількості теплоти, яку необхідно витратити для нагріву металу від початкової до кінцевої температури, досягається на практиці шляхом підвищення початкової температури металу при посаді його в піч. Такий так званий `гарячий посад` можливий при збереженні в металі теплоти, отриманої їм у попередньому переділі, в тому числі теплоти кристалізації зливків. При температурі посаду 300-4000С витрата палива зменшується на 40%. В даний час технологія посаду у нагрівальні колодязі злитків з незатверділої серцевиною застосовується на комбінаті `Запоріжсталь` і забезпечує скорочення питомої витрати палива на 40%, від 51,7 до 30,7 кг умовного палива на тонну зливків.
Для скорочення енергетичних витрат необхідно як можна менше охолоджувати заготовки, отримані на МБЛЗ, перед посадом у нагрівальні печі для подальшої прокатки. Для цього можна використовувати технологію ливарно-прокатних модулів.
У деяких випадках з`являється можливість взагалі виключити проміжний нагрів між двома послідовними прокатними станами, тобто довести теплової дефіцит до нуля завдяки зменшенню втрат теплоти гуркотом при транспортуванні від одного табору до іншого. На комбінатах `Запоріжсталь` і ММК ім. Ілліча впроваджена технологія `транзитної` прокатки слябів на безперервних листових станах, при якій 95% слябів прокочуються без проміжного нагрівання в методичних печах. У цьому випадку витрати умовного палива на методичних печах скорочується з 85 до 15 кг / т.
Зменшити теплової дефіцит металу можна також шляхом зниження температури нагріву металу в печі. Однак не варто забувати, що це спричинить за собою не тільки скорочення витрати палива, чаду і зневуглецювання металу, але й збільшить витрати електроенергії на прокатку, що найімовірніше призведе до скорочення терміну служби прокатних валків.
Втрати теплоти з робочого простору печі, в принципі, характерні для будь-яких печей. Але в нагрівальних та термічних печах циклічної дії, коли в цикл термообробки входить охолодження печі до низької температури або коли таке охолодження обумовлено тривалими проміжками між циклами нагрівання садки, втрати теплоти особливо істотні. Футеровка таких печей, виконана з шамотної цегли, поглинає приблизно в три рази більше теплоти, ніж садка металу. Зменшення кількості теплоти на розігрів футеровки досягається шляхом заміни шамотних вогнетривів малоінерційними муллітокремнеземні волокнистими плитами, виробництво яких добре налагоджено в України.
У цілому застосування в якості теплоізоляції і футерувального шару малоінерційних матеріалів дозволяє значно скоротити трудовитрати при монтажі футеровки, збільшити економію енергоносія в печах періодичної дії до 40% і до 25% в печах безперервної дії, зменшити габарити печі за рахунок товщини кладки, знизити масу футеровки печі до 10 разів, скоротити термін виходу на режим до 1,5-2 годин. Крім того, конструкція футеровки забезпечує простоту і зручність монтажу, а також гарну ремонтопридатність.
Підвищення КІТ можна досягти кількома способами, серед яких: зниження температури відхідних газів, зменшення об`єму продуктів згоряння на одиницю палива за допомогою збагачення повітря киснем за допомогою підвищення теплоти згоряння палива або повного спалювання палива при мінімальному надлишку повітря. Даний ефект також дає ущільнення робочого простору і регулювання тиску газів у печі з метою усунення підсосів атмосферного повітря.
Найбільш ефективним засобом підвищення КІТ та економії палива вважається утилізація теплоти відхідних з печі газів, зокрема, шляхом нагрівання повітря і газоподібного палива в рекуператорах або регенераторах. У рекуператорах частка теплоти, переданої повітрю по відношенню до теплоти відхідних димових газів, складає 30-40%. Решта 60-70% теплоти виноситься в атмосферу.
На печах великої потужності встановлюють дорогі енергетичні котли-утилізатори. Однак притаманна нагрівальним печей робота зі змінною продуктивністю призводить до низької ефективності експлуатації таких котлів.
Застосування для утилізації теплоти пічних газів малогабаритних, зокрема, кулькових регенераторів являє собою найбільш перспективний напрямок у розвитку конструкцій нагрівальних печей. Кулькові регенератори повертають у піч 85-90% теплоти відхідних з печі газів. Температура підігріву повітря, приблизно, на 1000С нижче температури диму на виході з печі. Витрата палива на піч скорочується в 1,5-2 рази.
Перша в Україні нагрівальна піч з кульковими регенераторами була введена в експлуатацію на ВАТ `Арселор Міттал Кривий Ріг` ще в 2003 році. Робота реконструйованої печі продемонструвала ряд переваг. Так, температура нагріву повітря на вході в пальник зараз становить 12000с замість 6000С, КІТ підвищився від 50 до 75%, витрата палива на нагрів злитків скоротився на 30%. При цьому також знизилася витрата вогнетривів, зменшилася вартість ремонтів. Потребують заміни через 2-3 роки фасонні вогнетриви трубчастих керамічних рекуператорів замінюються корундовими окатишами, стійкість яких в умовах нагрівальних печей фактично не обмежена.
Не словом, а ділом
За останні кілька років не багато українських метпідприємств можуть похвалитися значними інвестиціями в модернізацію виробництва. Тим не менш, зокрема, у напрямку підвищення ефективності термічних агрегатів дещо було зроблено.
Так, значної економії палива вдалося досягти при модернізації нагрівальних печей на ВАТ `Арселор Міттал Кривий Ріг`. Реконструкція проводилася на основі таких технічних рішень, як застосування нових вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів, удосконалення конструкції пічних пальників, впровадження сучасних автоматизованих систем управління технологічним режимом печей на основі мікропроцесорної техніки. Плюс до всього впровадження на МПС-250/150-6 унікального обладнання - неприводний, тобто не має електроприводу кліті розробки вчених Інституту чорної металургії (м. Дніпропетровськ). Це сприяє економії електроенергії за рахунок вивільнення з технологічного процесу прокатки металу частини звичайних приводних клітей.
У рамках модернізації виробництва на ММК ім. Ілліча планується будівництво нової нагрівальної печі № 1 на стані-1700. Також у даний час тут здійснюється пошук шляхів відходу від застосування газу на інших нагрівальних печах табору-1700. У цілому, за оцінками експертів, у комбінату є великі резерви економії газу, пов`язані з ефективністю роботи нагрівальних печей, пальників, а також із суворим урахуванням газоспоживання.
На підприємстві ЗАТ `Донецьксталь` розпочато роботи з реконструкції прокатного виробництва: з метою скорочення споживання природного газу на нагрівання металу. Для цього планується модернізація станів і всіх нагрівальних печей.
Звичайно, в рамках всієї металургійної галузі України - це лише крапля в морі. Багатьом підприємствам просто не вистачає фінансових коштів для здійснення намічених планів реконструкції. Але необхідно пам`ятати, що крім витратних шляхів економії енергії при експлуатації термічного устаткування існує і цілий ряд безвитратних або вимагають незначних витрат заходів. Серед них: використання не менше 70% робочого простору обладнання, складання оптимальних графіків завантаження-вивантаження, експлуатація печей в тривалому режимі, контроль і облік споживання енергоносіїв, місцеві ущільнення частин термічного обладнання, використання вторинних ресурсів (газів, що відходять, води) і т.д .
Ольга Фоміна
http://www.rusmet.ru/