Проект доменной печи производительностью 7000 т передельного чугуна в сутки

Сточные воды, спускаемые в водоемы, должны быть подвергнуты очистке до такой степени, чтобы не вызывать каких-либо изменений в состоянии водоема. Необходимая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, определяется содержанием взвешенных частиц, усвоением сточными водами растворенного кислорода, окраской, запахом, солевым составом и температурой воды, а также ПДК токсичных примесей и других вредностей.

Механические методы используют при первичной очистке сточных вод для удаления минеральных и органических примесей, находящихся в нерастворенном или коллоидном состоянии. Они включают процеживание, отстаивание, центрифугирование, фильтрование сточных вод.

При химической очистке из сточных вод загрязнения выделяются, в результате реакций между вводимыми в воду реагентами и загрязнителями с образованием соединении либо выпадающих в осадок, либо газообразных веществ. К числу химических методов относится нейтрализация, коагулирование, химическое окисление, озонирование.

Физико-химические методы используют для глубокой или дополнительной очистке сточных вод. Они включают сорбцию, экстракцию, флотацию, электролиз, кристаллизацию и др.

Сточные воды металлургических производств, помимо очистки, подвергают охлаждению и перед спуском в водоемы и при использовании воды для оборотного водоснабжения. Для охлаждения воды применяют следующие сооружения: прудоохладители, брызгательные бассейны, башенные и вентиляторные градирни. Размещение охладителей на площадках предприятий должно обеспечить беспрепятственное поступление к ним воздуха, минимальную протяженность трубопроводов и каналов, а также исключение обмерзания зданий и сооружений.

Доменное производство является источником загрязнения атмосферного воздуха. Загрязненный воздух затрудняет дыхание и является причиной острых респираторных заболеваний.

5.3.2 Очистка выбросов в атмосферу

Выбросы в доменном производстве делятся на технологические и неорганизованные.

К технологическим выбросам относится колошниковый газ. В колошниковом газе содержится оксид углерода СО, пыль, метан СН₄, водород Н₂ и незначительные количества сероводорода H₂S и диоксида серы SO₂. Удельный выход технологических газов зависит от расхода кокса и составляет 2,0 - 2,5 тыс. м^3/т чугуна, содержащего до 3% монооксида углерода. Удельный выход пыли с технологическими газами составляет 50-100 кг/т и зависит от давления доменного газа под колошником.

Неорганизованные выбросы пыли начинаются фактически с поступления шихтовых материалов в доменный цех. Часть этих выбросов попадает в производственные помещения, а часть удаляется системой аспирации.

Загрязнение воздуха в доменном производстве происходит так же и при грануляции шлака. При производстве гранулированного шлака на припечных установках нормы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляют:

- по диоксиду серы - до 4,5 г/с,

- по сероводороду - до 1,5 г/с,

- по парам серной кислоты - до 1,5 г/с.

Сбросы шламовых вод с УПГШ допускаются в объёме до 10м³/ч с концентрацией взвешенных веществ до 100 мг/л.

Отходы очистки шламовых отстойников, представляющие собой граншлак мелких фракций (менее 0,25 мм), относится к материалам 4 класса опасности. Осадок граншлака должен вычерпываться из отстойников грейферным краном, обезвоживаться, и удалятся на склад граншлака цеха шлакопереработки соответствующими конвейерами.

С учетом обезвреживания газов, удаляемых от установок придоменной грануляции шлака, суммарные выбросы уменьшаются в 8 раз. В настоящее время поставлена задача полного прекращения сброса шлака в отвалы. Вновь построенные доменные печи на Криворожском и Новолипецком металлургических комбинатах оборудованы закрытыми установками придоменной грануляции шлака, в которых предусмотрено связывание сернистых соединений в процессе грануляции с отводом остаточного количества вредных веществ в атмосферу через трубы высотой 100 м. Ведется строительство закрытых установок для внепечной грануляции шлака. В дальнейшем такими устройствами будут оборудованы все существующие установки для получения гранулированного шлака и пемзы, но для этого их необходимо реконструировать.

В последнее время вопросы экологии потребовали особого внимания. Антропогенное воздействие на нашу планету связано с интенсивной добычей сырьевых ресурсов и ископаемых топлив, насыщением атмосферы «парниковыми» газами, ведущим к изменению климата. Вопреки рекомендациям Протокола Киото объемы выбросов и рост концентрации диоксида углерода в них продолжают расти. Не секрет, что для существенного сокращения выбросов углекислого газа необходима замена старых традиционных технологий принципиально новыми, что требует огромных капиталовложений. Так, затраты на модернизацию промышленности США с целью сокращения эмиссии СО₂ на 20% ниже уровня 1990 г. могут составить до 3,6 трлн долл. [5].

Потребляя около 20% всех добываемых углеводородных энергоресурсов и в конечном итоге превращая их в основном в диоксид углерода, металлургическое производство значительно повышает глобальные промышленные выбросы СО₂. Как следует из оценочных расчетов, выбросы СО₂ при выплавке чугуна составляют 15-20% эмиссии СО₂ всей мировой промышленностью. Показатели представлены в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Глобальные выбросы СО₂ и выбросы СО₂ при производстве чугуна

Во всем мире ведется широкий поиск способов сокращения выброса диоксида, в том числе новых решений по производству первичного железа, позволяющих снизить вредную нагрузку на окружающую среду. Так, в странах, широко использующих высокотехнологичные процессы (США, Япония, Великобритания, Китай), наблюдается отчетливая тенденция снижения выброса углерода в атмосферу на единицу ВВП. Этот показатель составляет для стран с развитой экономикой 100-200 т/млн долл., для России -400 т/млн долл. [5].

Основным потребителем энергии и источником эмиссии вредных веществ в окружающую среду является аглодоменный комплекс (более 70% вредных выбросов приходится на агломерационное и коксохимическое производства). Поэтому принципиальное изменение технологии на этом участке производственного цикла может дать ощутимый эффект.

Одним из важнейших путей решения проблем, связанных с производством и применением кокса, является использование в доменном процессе пылеугольного топлива (ПУТ). В результате снижается вредное воздействие на окружающую среду (уменьшается объем коксохимического производства). Энергоемкость доменного производства при этом несколько возрастает.

Применение ПУТ было начато в бывшем СССР (на Донецком металлургическом заводе) раньше, чем за рубежом. Однако низкие цены на природный газ сдерживали развитие этого направления в отечественной металлургии.

С разработкой применения ПУТ меняется состав отходящих газов, что влияет на окружающую экологию.

Наиболее типичными и освоенными в промышленности процессами твердофазного восстановления являются «Мидрекс» и несколько модификаций процесса «Хил». Так, в процессе «Мидрекс» отсутствует коксохимическое производство. Энергоемкость металла по этой технологии примерно в 1,5 раза меньше, чем полученного доменно-конвертерным процессом, а выбросы углекислого газа меньше примерно вдвое.

Объемы выбросов СО₂ при производстве стали по различным технологиям приведены ниже, кг/т:

Доменно-конвертерный процесс 2010

Электродуговая плавка металлолома 640

Процесс «Мидрекс» в сочетании с электроплавкой 1870

Строительство мини-заводов существенно повлияло на структуру производства чугуна. В мире (США, страны ЕС, Япония и др.) сокращается число доменных печей. Так, в США их число сократилось со 197 в 1975 г. до 36 в 2001 г., в странах ЕС - со 154 в 1980 г. до 58 в 2001 г. и Японии - с 34 в 1990 г. до 30 в 2001 г.

При уменьшении числа печей, в первую очередь малого объема, значительно совершенствуется технология доменного передела.

Так, в США, при сокращении количества печей на 34% к 2015 г. выплавку чугуна намечено снизить всего на 13% (до 44 млн т/год). При этом расход кокса уменьшится до 320 кг/т, расход ПУТ увеличится до 200 кг/т, удельная производительность повысится до 2,9 т/м³-сут [5].

Таким образом, экологическая проблема черной металлургии может быть радикально решена за счет ликвидации или существеного сокращения агломерационного и коксохимического производств, увеличения использования водорода как восстановителя и широкого внедрения электротехнологии.

5.4 Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций

Авария - опасное техногенное происшествие, создающее на объекте или определенной территории угрозу жизни и здоровью человека и приводящее к разрушению зданий, сооружений, нарушению производственного и транспортного процесса, а также нанесению ущерба окружающей среде.

Аварийные условия на доменных печах возникают из-за неполадок на одной или нескольких печах, а также могут быть связаны с авариями в энергетических цехах завода. Во всех случаях необходимо учитывать конкретную обстановку на печи, в цехе и на заводе и, сообразуясь с ней, принимать определенные меры к предотвращению аварий. Если авария допущена, принимаются меры к быстрой ее ликвидации. Основные аварии: остановка воздуходувной машины на доменную печь; разрыв кожуха шахты; авария с затвором пылеуловителя; самопроизвольный выход чугуна в районе чугунной летки; разрыв газопровода газа воздухонагревателей; выход из строя газового клапана воздухонагревателей.

Долговечность и надежность работы современных доменных печей во многом определяются эффективностью системы защиты кожуха печи и сохранением его прочностных и геометрических характеристик от воздействия высокотемпературной атмосферы в печи, внутреннего давления шихты, жидкого чугуна и нагретой кладки, поддержанием его температурного поля на определенном уровне. Для выполнения этих задач применяют водяное охлаждение, и одним из самых распространенных видов охладительных устройств являются литые чугунные холодильники, внутри которых залиты стальные трубы. По этим трубам в процессе эксплуатации подается под давлением охлаждающая вода.

Масса холодильников колеблется от 200 кг до 5т в зависимости от объема печи и места их расположения. Для изготовления холодильников до настоящего времени в СНГ использовали серый чугун с пластинчатым графитом, низколегированный хромом. Холодильники эксплуатируются в жестких термических условиях. Так, давление в доменной печи достигает 3 атм., температура газов, состоящих из СО и С0₂, сернистых соединений, водорода, паров воды и других, достигает в разных по высоте участках 1200-1700 °С. Кроме того, в случае отсутствия футеровки холодильники подвергаются абразивному износу опускающейся шихтой. Односторонний нагрев приводит к постоянному перепаду температур между контактной нагреваемой поверхностью и стенкой, прилегающей к кожуху печи. Таким образом, холодильник должен обладать одновременно жаропрочностью, длительной термостойкостью, оптимальным соотношением значений теплопроводности, теплового расширения, прочностных характеристик.

Кроме того, следует учитывать, что относительно быстрое образование сетки разгара у чугуна с пластинчатым графитом, которая преимущественно состоит из оксидов химических элементов чугуна и практически является не теплопроводной средой, что в свою очередь приводит к уменьшению теплосъема с холодильника и увеличивает вероятность прогара холодильника и кожуха печи.

План ликвидации чрезвычайных ситуаций согласно технологической инструкции представлен в таблице 9.

Таблица 9 - План ликвидации возможных аварий в газовом хозяйстве доменного цеха

6. Анализ и обоснование экономической целесообразности принятых в проекте решений

6.1 Организационно правовая форма предприятия

Акционерное общество - им признается общество, установленный капитал которого разделен на определенное число акций, участники акционерного общества (акционеры) не отвечают по его обязательствам и не несут риск убытков, связанных с деятельностью общества, в пределах стоимости принадлежащих им акций.

Акционеры не полностью оплатившие акции, несут солидарную ответственность по обязательствам акционерного общества в пределах неоплаченной части стоимости принадлежащих им акций.

Открытое акционерное общество - общество, участники которого могут отчуждать принадлежащие им акции без согласия других акционеров. Такое АО вправе проводить открытую подписку на выпускаемые им акции и их свободную продажу на условиях, установленными законом и иными правовыми актами.

6.2 Финансовая оценка проводимой программы

Продукция доменного цеха востребована, как передельный продукт в мартеновском и конверторном переделе. На внешний рынок чугун не поступает.

6.2.1 Расчет производственной программы доменной печи

Расчет производственной программы производится по выплавке передельного чугуна. Суточная производительность в номинальные сутки на выплавке передельного чугуна рассчитана по коэффициенту использования полезного объема:

P = Un/КИПО (1)

где, Un - полезный объем печи, мз;

КИПО - коэффициент использования полезного объема.

Р = 2824/0,4 = 7060 т.

Календарное время - 365 дней

Планируемые простои - 13 дней

Фактическое время работы печи - 352

Годовой объем производства = Фактическое время х Производительность, т/сут

V пр-ва год. = 352 х 7060 = 2 485 120 т/год (2)

6.2.2 Расчет себестоимости 1 т чугуна

Калькуляция себестоимости передельного чугуна по доменному цеху за 12 месяцев представлена в таблице 10.

Таблица 10 - Калькуляция себестоимости

6.2.3 Штатное расписание доменного цеха

Таблица 11 - Штатное расписание доменного цеха

6.3 Смета капитальных затрат

Затраты на строительство одной доменной печи V = 2824 мз, следующие:

Строительные работы - 1 316 101,5 тыс. руб.

Монтажные работы - 565 204,5 тыс. руб.

Оборудование - 982 200 тыс. руб.

Прочие затраты - 188 007 тыс. руб.

Итого: 3 051 513 тыс. руб.

Стоимость разливочных машин (2 шт.) - 96 666 тыс. руб.

Всего: 3 148 179 тыс. руб.

6.4 Экономическая эффективность строительства доменной печи

Рентабельность инвестиций или коэффициент чистой текущей стоимости проекта определяется по формуле [6],

NPVR = NPV / PVI*100, (3)

где NPVR - рентабельность инвестиций, % или руб.;

NPV - чистая текущая стоимость, руб.;

PVI - текущая стоимость капиталовложений, руб.

NPVR = (Ц - С/С)/ С/С * 100 (4)

Принимаем рентабельность NPVR = 30%, тогда

Цена 1т чугуна = С/С х 1,3 = 1064,8 х 1,3 (5)

Ц 1т ч = 1384,24 руб.

Прибыль от реализации, руб.:

Пр реал. = (Ц 1 т ч - С/С) V пр-ва год. (6)

Пр реал. = (1384,24 - 1064,8) * 2485120 = 793 846 732,8 руб.

Период окупаемости капиталовложений, год:

Ток = Кап. Затраты / ПР реал. (7)

Ток = 3 148 179 000 / 793 846 732,8 = 4

6.5 Основные технико-экономические показатели

Таблица 12 - Основные техник-экономические показатели [7]

Период окупаемости составил четыре года, что входит в допустимые пределы 6 - 7 лет.

Список используемых источников

1 Браун Г.А. Железорудная база черной металлургии СССР., - М., изд-во «Недра», 1970. 312 стр.

2 Остоухов М.Я., Шпарбер Л.Я., Справочник мастера - доменщика., М., «Металлургия», 1977, 304 с.

3 Рамм А.Н. Современный доменный процесс., - М., «Металлургия», 1980, 304 с.

4 Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н. Металлургия чугуна., - М., «Металлугрия», 1989, 521 с.

5 Лякишев Р.П., Николаев А.Н. Тенденции, перспективы развития., Металлург №2, 2003.

6 Немцев В.Н. Расчет показателей финансовой оценки инвестиционного проекта., Магнитогорск: МГТУ, 2000, 34 с.

7 Немцев В.Н. Расчет и анализ технико-экономических показателей инвестиционного проекта., Магнитогорск: МГТУ, 2002, 32 с.