Все больше индийских металлургических комбинатов склоняются к применению кислородной системы VPSA для кислородно-обогащенного горения в доменной печи с целью повышения прибыльности

В последние годы производство чугуна и стали в Индии устойчиво росло. В 2018 году Индия обогнала Японию, став вторым по величине производителем чугуна и стали в мире после Китая, с годовым объемом производства сырой стали в 106,5 млн тонн. Согласно национальному плану развития черной металлургии, разработанному правительством Индии, к 2030 году производственные мощности Индии по чугуну и стали достигнут 300 млн тонн. К тому времени странам, отстающим от Индии, будет трудно обогнать её на второй позиции.

По сравнению с основным китайским процессом доменной плавки, где в качестве основного сырья для выплавки чугуна используются некоксующийся уголь и неметаллургический кокс, Индия в основном производит прямое восстановленное железо, которое составляет около 44% выпуска чугуна. Учитывая, что процесс прямого восстановления железа не подходит для крупносерийного производства, а в Индии ощущается нехватка коксующегося угля, страна обладает большим потенциалом для долгосрочного развития доменных печей. Индийская черная металлургия характеризуется высокой концентрацией; в 2016 году уровень концентрации трех крупнейших производителей стали (CR3) достиг 44%, а такие крупные металлургические комбинаты, как JSW и TATA, вышли на мировой уровень. В настоящее время вдувание обогащенного кислородом угля в доменные печи в Индии следует тенденции китайской черной металлургии в выборе технологий производства кислорода. В 2016 году процесс получения кислорода методом VPSA впервые был применен для доменных печей в Индии. Впоследствии крупные индийские металлургические группы, включая JSW, JSPL и BPSL, последовательно установили несколько блоков VPSA для производства кислорода, все из которых используются для доменной плавки с обогащением кислородом.

Разнообразные решения по обогащению кислородом

Обогащение кислородом играет важнейшую роль в увеличении производства доменных печей. Несмотря на то, что индийские металлургические компании давно практикуют технологию обогащения кислородом, они начали внедрять и продвигать обогащение кислородом перед воздуходувкой доменной печи (ДП) только несколько лет назад. Отчасти это объясняется тем, что из-за ограничений воздуходувки ДП по условиям эксплуатации и чистоте кислорода они могут применять обогащение кислородом только после воздуходувки, комбинируя генератор кислорода VPSA с компрессором.

По сравнению с криогенным разделением воздуха технология получения кислорода VPSA позволяет значительно снизить энергопотребление, тем самым уменьшая себестоимость выплавки чугуна. Индийские металлургические заводы в полной мере использовали передовой опыт китайских металлургических компаний в области вдувания кислорода и угля в доменные печи, признав процессы и решения для частичного (с учетом ограничений воздуходувки доменной печи) или полного использования обогащения кислородом перед воздуходувкой ДП, что позволяет не только сэкономить инвестиции в кислородные компрессоры, но и добиться большей экономии энергии.

1. Обогащение кислородом перед воздуходувкой

Если максимальная степень обогащения кислородом воздуходувки может достигать 30%, то подача кислорода в систему доменной печи за счет всасывания воздуходувки ДП является наиболее подходящей технологией обогащения для доменных печей, что позволяет не только снизить затраты на кислородные компрессоры, но и сэкономить соответствующие расходы на ручное обслуживание и техническое обслуживание. В соответствии с потребностями металлургических заводов в кислороде, системные решения системой VPSA кислорода в сочетании с обогащением кислородом перед воздуходувкой демонстрируют высокую зрелость, включая установку VPSA для получения кислорода, систему кислородопроводов с устройством регулирования расхода и давления, трубопровод защитного азота, устройства смешивания кислорода на входе воздуходувки доменной печи и устройство управления системой и т.д. Колебания концентрации обогащенного кислородом воздуха после смесителя могут контролироваться в пределах 0,5% за счет совместного управления системой, а также предусмотрен ряд мер безопасности, включая мониторинг чистоты кислорода на входе воздуходувки в реальном времени, автоматическую регулировку расхода, автоматическое отключение подачи кислорода и защитное заполнение азотом в аварийных ситуациях, чтобы максимально обеспечить обогащение кислородом в нормальных условиях и полную безопасность в чрезвычайных ситуациях.

Кислородное оборудование VPSA компании PKU Pioneer — отличное решение для обогащения кислородом доменной печи перед воздуходувкой

2. Большая разница в степени обогащения кислородом доменных печей

Каждое увеличение степени обогащения кислородом на 1% приводит к росту производительности как минимум на 3%. Большинство компаний в мире считают, что объем обогащенного кислорода для доменных печей должен быть ограничен 30%. В отличие от многих китайских металлургических компаний, которые применяют степень обогащения кислородом около 6%, некоторые традиционные индийские металлургические заводы требуют 3–4%, в то время как другие — 8–9%. С ростом популярности обогащения кислородом перед воздуходувкой в Индии применяются степени обогащения от минимальных 4% до максимальных 9%. Для металлургических заводов, требующих 3–4%, обогащение перед воздуходувкой ДП может полностью удовлетворить потребности; но для 8–9% существуют ограничения со стороны воздуходувки ДП, поэтому это достигается путем установки степени обогащения 4–5% перед воздуходувкой и 4–5% после воздуходувки соответственно.

Таблица 3. Сравнение данных решений по обогащению кислородом (*Обогащение перед воздуходувкой: 6000*90%, после воздуходувки: 6000*90%+7000)

Обогащение кислородом при доменной плавке (ДП) позволяет не только увеличить количество вдуваемого угля и снизить расход кокса, но также способствует повышению интенсивности плавки и производительности, а также увеличению теплотворной способности доменного газа. Основываясь на этих преимуществах, все больше индийских металлургических заводов склоняются к внедрению технологии обогащения кислородом ДП для снижения энергопотребления и повышения рентабельности. С быстрым развитием технологии получения кислорода VPSA, особенно с прорывом в области радиальных адсорберов, общая производительность кислородных систем на отдельном металлургическом заводе достигла 70 000 Нм³/ч (чистый кислород). Низкое энергопотребление, легкая регулировка нагрузки и высокая степень автоматизации установки VPSA для получения кислорода делают ее предпочтительным выбором оборудования для производства кислорода для доменных печей.