بخشی از مقاله
چکیده
تولید فولاد به روش احیاء مستقیم میدرکس در کشور ، مصرف انرژي برابر 30.000 مترمکعب در ساعت دارد که با احتساب 7.000 ساعت تولید سالانه براي یک مدول 800.000 تنی - میدرکس - 800 ، شاخص مصرف انرژي به ازاي تن تولیدي فولاد به این روش 262/5 مترمکعب می باشد که نشاندهنده میزان بالاي مصرف انرژي این فرایند در میان صنایع مختلف است.
بخش اصلی واحد احیاء مستقیم ، کوره احیاء می باشد که بیشترین میزان مصرف انرژي را داشته و شامل دو مجموعه رکوپراتور و ریفرمرمی باشد. رکوپراتور مجموعه اي از باندل هایی به منظور پیش گرمایش هواي احتراق , مخلوط گاز خوراك و گاز طبیعی می باشد که در محفظه اي بسته قرار گرفته اند.
جریان گازهاي داغ حاصل از احتراق در ریفرمر به عنوان منبع انرژي حرارتی وارد رکوپراتور شده و با عبور از روي باندل ها جریان هاي مورد نظر را گرم می کند. شرایط مختلف فرایندي از جمله تغییر دبی و دماي گازهاي احتراق ، هوا، گاز خوراك و گاز طبیعی ، همواره باعث کاهش چشمگیر کارایی رکوپراتور در فرایند می شود، از اینرو تحلیل پارامتریک رکوپراتور با تعریف سناریوهاي فرایندي به منظور دستیابی به شرایط بهینه کارکرد و پتانسیل صرفه جویی انرژي آن انجام گرفته است. مقاله کنونی برگرفته از تحقیق انجام شده تحت حمایت شرکت بهینه سازي مصرف سوخت کشور ارائه می گردد.
-1مقدمه
فرایند احیاء مستقیم میدرکس براساس احیاء گندله سنگ آهن به کمک گازطبیعی عمل می کند. محصول این روش آهن اسفنجی نام داردکه درکوره هاي قوس الکتریکی مجدداً ذوب گردیده وفولادتهیه می گردد. از زمان آغاز به کار این تکنولوژي - دهه 70 میلادي - واحدهاي میدرکس با ظرفیت هاي مختلف توسعه یافته و در کشورهاي دارنده ذخایر غنی گاز طبیعی مورد استفاده عمده قرار گرفته اند که در ایران نیز دو مجتمع بزرگ فولاد مبارکه و فولاد خوزستان تولید کنندگان عمده فولاد می باشند.
بررسی اطلاعات فرایندي در دو مجتمع بزرگ فولاد کشور - فولاد خوزستان و فولاد مبارکه - نشان می دهد ، به علت عدم کارکرد صحیح رکوپراتور در شرایط مختلف فرایندي ، کارایی این مبدل بسیار پایین بوده و بازیافت حرارت مناسبی ندارد. دماي جریان هاي پیش گرم شونده به خصوص گاز خوراك که سیال عامل فرایند احیاء می باشد همواره با دمایی بسیار پایینتر دماي طراحی وارد ریفرمر شده و مستقیما سبب تاثیر در کمیت و کیفیت آهن اسنفجی تولیدي گذاشته و اتلاف انرژي زیادي را در پی دارد.
اهمیت این موضوع وقتی بیشتر مشخص می گردد که دقت شود قیمت گاز طبیعی در کشور ایران که تاکنون جزو ارزان ترین حامل هاي انرژي بوده و در مقایسه با قیمت هاي جهانی بسیار ناچیز بوده است، در آینده اي نزدیک از سبد حمایتی دولت خارج شده و به قیمت واقعی خود می رسد.
گاز طبیعی تولیدي در کشور در حالی با قیمت 142 ریال به ازاي هر متر مکعب به صنایع تحویل داده می شود که قیمت بین المللی تحویل آن در خلیج فارس رقمی نزدیک به سه برابر این مقدار - حدود 400 ریال - می باشد.
با توجه به این موضوع مطالعه و انجام طرحهایی که منجر به بهینه سازي کارکرد رکوپراتور در فرایند شود تاثیر قابل ملاحظه اي در صرفه جویی انرژي خواهد داشت.
-2 شرح عمومی فرایند میدرکس و جایگاه رکوپراتور
شکل - 1 دیاگرام شماتیک اجزاي اصلی فرایند میدرکس
این فرایند در واقع یک واکنش شیمیایی بین هیدروژن و مونواکسید کربن با اکسید آهن - سنگ آهن – گندله آهن - به منظور تولید آهن اسفنجی - خوراك کوره هاي قوس الکتریکی - می باشد.
عملیات احیاء خوراك سنگ آهن در کوره احیاء1 انجام می گیرد. سنگ آهن در این کوره قائم همواره به طرف پایین در حال حرکت است که در اثر یک جریان گاز احیاء داغ که در خلاف جهت جریان مواد به کوره تزریق می شود ، حرارت داده شده و با جداکردن اکسیژن از آن احیاء می شود.
گازي که در این مرحله براي احیاء استفاده شده و به گاز فوقانی2 معروف است ، از کوره با دماي 350 تا 400 درجه سانتیگراد خارج و وارد واحد تصفیه3 می شود. و در آنجا خنک شده و شستشو و غبارگیري می شود ، و پس از عبور از کمپرسورهاي موجود با گاز طبیعی تازه مخلوط گردیده تا مجددا آماده ورود به ریفرمر شود.
