От первого лица
Журнал " Металлоснабжение и сбыт", № 5 мая 2014
Технологии для повышения эффективности металлургических печей
В конце 2013 г. специалистами ЗАО «Калугин» реализован под ключ инновационный проект системы утилизации тепла (СУТ ) дымовых газов шахтной печи путем подогрева воздуха горения в теплообменнике пластинчатого типа и подачи его в фурмы шахтной печи №4 ОАО «Уфалей-никель» (г. Верхний Уфалей, Челябинская обл.).
Ввод системы в эксплуатацию, включая подготовку рабочей документации СУТ и теплообменника, изготовление, шефмонтажные и пускона-ладочные работы, были осуществлены всего через три месяца с момента заключения договора.
Внедренная система утилизации тепла имеет высокий тепловой коэффициент полезного действия, низкое аэродинамическое сопротивление по воздушному и дымовому тракту, высокую теплостойкость (рабочая температура теплообменника —300—600 Cº). Применение пластинчатого теплообменника продемонстрировало возможность использования СУТ на дымовых газах, имеющих значительную запыленность.
Результатом первых месяцев эксплуатации СУТ с пластинчатым теплообменником стала существенная экономия энергоресурсов. Так, за счет подогрева воздуха горения снизился удельный расход кокса на каждый проплав рудного сырья, сократились выбросы дымовых газов, уменьшилась тепловая нагрузка на окружающую среду. Учитывая низкую энергоэффективность металлургического производства многих российских предприятий, отметим, что внедрение подобных конструкций приобретает особую актуальность.
Об опыте внедрения систем утилизации тепла в металлургическое производство мы беседуем с генеральным директором фирмы Калугин
М. Калугиной.
160 блоков бесшахтных воздухонагревателей Калугина используются в России, Китае, Индии, на Украине, в Японии,Казахстане, Сирии, Индонезии, готовятся к вводу в эксплуатацию воздухонагреватели в Турции и Бразилии.
Уважаемая Марина Яковлевна, расскажите об опыте вашей компании по внедрению в металлургическое производство систем утилизации тепла.
Как вы знаете, ЗАО «Калугин» специализируется на разработке и внедрении в металлургическое производство бесшахтных высокотемпературных воздухонагревателей для доменных печей, а также на создании различных систем утилизации тепла. Разрабатывать системы утилизации тепла мы стали в начале 2000-х годов, когда металлурги начали внедрять в производство разработанные нашей компанией воздухонагреватели Калугина (ВНК). ВНК позволяют повысить температуру горячего дутья в доменных печах до 1300—1400 Cº, а это, в свою очередь, потребовало повышения температуры купола воздухонагревателя, а значит, дополнительного использования природного газа. Однако в ряде стран, таких как Китай, природный газ в металлургии практически не применялся, поэтому назрела необходимость искать альтернативный источник энергии. Для решения этой задачи мы разработали различные системы утилизации тепла, которые обеспечивают подо грев воздуха горения и доменного газа до 150—180 Cº в теплообменниках, используя при этом тепло низкопотенциальных отходящих газов из воздухонагревателей с температурой не выше 300 Cº. Наиболее эффективными оказались теплообменники на термосифонах. Они менее металлоемкие, абсолютно безопасные, надежные в эксплуатации, и у них более низкая цена, чем, например, у трубчатых рекуператоров. Разработка, изготовление и внедрение в эксплуатацию такого объекта происходят за 8—10 месяцев, а гарантированный срок службы — десять лет. Окупается проект за 1—3 года. На сегодняшний день на различных блоках наших воздухонагревателей уже установлено более 40 систем утилизации тепла с теплообменными аппаратами на термосифонах: 38 систем — на металлургических комбинатах Китая, две системы — в России (на доменной печи №4 на Северстали и доменной печи №7 на Новолипецком металлургическом комбинате). Кроме того, восемь трубчатых рекуператоров были построены нашей компанией в Индии и на Украине. Таким образом, внедрение различных систем утилизации тепла, особенно в доменном производстве, крайне востребованная и эффективная опция, позволяющая металлургам выплавлять металл без дополнительного использования природного газа на нагрев воздуха горячего дутья, что существенно снижает себестоимость выплавки чугуна. Их эксплуатация не требует обслуживающего персонала и иных дополнительных затрат. Более того, такие системы можно эффективно использовать в тепло- и электроэнергетике, машиностроении, при производстве строительных материалов, в химической и нефте-химической промышленности — везде, где есть низкопотенциальные дымовые газы с температурой до 300 Cº.
В 2013 г. от Уфалейникеля нам поступило предложение разработать проект системы утилизации тепла дымовых газов для шахтной печи №4 устаревшего типа, конструкции конца 1930-х годов. С учетом температуры дымовых газов (200—600 Cº, максимум 900 оC), высокой запыленности (5,5—40 г/м3), наличия большого количества примесей и агрессивных веществ, отсутствия оптимальных возможностей для размещения и монтажа в качестве теплообменного аппарата мы совместно с Уфалейникелем выбрали оригинальный пластинчатый теплообменник из оребренных тонкостенных панелей, который и стал основным элементом системы утилизации газов.
Технические характеристики пластинчатого теплообменника:
• температура отходящих газов — 300—600 Cº, максимум 900 Cº;
• объем отходящих газов — 170 тыс. нм3/час;
• запыленность отходящих газов — 5,5—40 г/нм3;
• объем подогреваемого воздуха — 65 тыс. нм3/г;
• температура воздуха до подогревателя — 20 Cº;
• температура воздуха после подогревателя — 300 Cº;
• габаритные размеры — 5,7х7,9х3,9 м, вес 30,6 т.
Насколько это был сложный проект?
Для его реализации специалисты ЗАО «Калугин» по существующим научным теплотехническим методикам рассчитали всю тепловую схему системы, размеры и массу конструкции, разработали проектную документацию, паспорт изделия и инструкцию по его эксплуатации. Учитывалось все: как он будет выглядеть, какой высоты должны быть ребра и межреберные пространства, длина и ширина пластин по дыму и воздуху, какие трубы, приспособления, дроссели, клапаны, задвижки обеспечат аппарату заявленные технические характеристики.
В ходе проектных работ также был найден ряд интересных технических решений по внедрению объекта на действующей печи. Дымовые газы удаляются от шахтной печи по четырем футерованным коллекторам, что автоматически предполагает установку четырех теплообменных аппаратов и требует серьезной и дорогостоящей реконструкции всей системы дымоудаления. Мы же предложили использовать один теплообменник на имеющемся общем дымоходе. Таким образом, уже на этапе проектирования заказчику была обеспечена более низкая цена строительства системы, сокращена в несколько раз стоимость контрольно-измерительных приборов и автоматики, внедрена более удобная схема ее эксплуатации.
Насколько сложны такие проекты в производстве?
При реализации проекта нам было необходимо решить три основные задачи: во-первых, вписаться в очень жесткие сроки внедрения СУТ (проект должен был быть выполнен за три месяца, во время плановой реконструкции самой шахтной печи), во-вторых, успеть изготовить его в обозначенные сроки и, в-третьих, произвести монтаж аппарата в условиях действующего производства, стесненного пространства и при имеющихся металлоконструкциях. Важно отметить, что в пластинчатом подогревателе конструкции ЗАО «Калугин» использовано более 600 оребренных панелей, изготовленных по уникальной технологии с применением лазерной резки и сварки, собранных в три блока нагрева по 200 панелей в каждом. Вес каждого блока более 9 т. По моим сведениям, в России всего 2-3 компании могут изготавливать оребренные панели необходимого качества. Одна из них находится в Екатеринбурге. Так что все панели производились на уникальном для нашей страны оборудовании. Для этого мы разработали и изготовили специальные приспособления. Более того, каждая готовая панель проходила приемку на качество сварки на специально разработанном светоскопе. Необходимо отметить, что для того чтобы достигнуть нужного качества изделия, сотрудники ЗАО «Калугин» дневали и ночевали на работе. Из-за больших габаритных размеров и веса конструкции теплообменник пришлось изготавливать, монтировать и собирать в единое целое в условиях уральской зимы. Но все задачи мы успешно решили, и СУТ была введена в эксплуатацию одновременно с пуском шахтной печи после капитального ремонта.
Были ли применены новые инженерные решения при разработке теплообменника пластин?
Да, были. В настоящий момент нами подана заявка на патент.
Почему вы использовали на этом объекте пластинчатый тип теплообменника, а не свои серийно внедряемые системы?
Во-первых, мы работали в соответствии с техническим заданием, которое было сформулировано заказчиком проекта. По его мнению, такойтип СУТ наиболее точно соответствует действующему производству.
В наши задачи входило выполнить поставленные требования. Хотя еще на этапе обсуждения и заключения контракта мы предлагали внедрить на объекте свой, уже отлично зарекомендовавший себя теплообменник на термосифонах. Но у этого типа аппаратов в сравнении с теплообменником пластинчатого типа более длительный период окупаемости, да и места для его установки не нашлось. К тому же пластинчатые теплообменники в отличие от теплообменников на термосифонах могут работать при более высоких температурах, что, вероятно,
и определило конечный выбор. Мы дали заказчику рекомендации. Важно то, что в условиях сильной запыленности, когда рабочая температура падает ниже 300 Cº, на стенки пластин аппарата пластинчатого типа может налипать пыль, что в дальнейшем повлияет на работу всей системы. В этот момент возникает большой приток холодного воздуха, процесс горения идет менее интенсивно, температура дымовых газов опускается до 200 Cº и ниже. Во избежание негативного сценария необходимо останавливать печь на профилактику и проводить своевременное сервисное обслуживание либо принять дополнительные меры для нагревания отходящих дымовых газов до нужной температуры и поддержания ее.
Есть ли у вас данные об экономической эффективности теплообменников в металлургическом производстве?
Я знаю, что наша последняя разработка позволила Уфалейникелю без использования дополнительных источников энергии вернуть в металлургические аппараты более 20% тепла, тем самым снизив расход дорогостоящего кокса. Таким образом, только за счет экономии кокса можно окупить за 6—8 месяцев все затраты и работать с прибылью. В годовом исчислении выгода от внедрения подобных систем утилизации тепла может приносить несколько десятков миллионов рублей. Чем не пример инновационных технологий?
ЗАО «Калугин»
620078, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 33
Тел.: +7 (343) 216-50-53, 216-50-54
Факс. +7 (343) 216-50-52
E-mail: mail@kalugin.biz
www.kalugin.biz