Андрей Виноградов Руководитель направления металлургия ОАО "Линде Газ Рус"
ПЕРЕДОВЫЕ ГАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕПЛАВА АЛЮМИНИЯ
Преимущества использования кислорода в процессах плавки и переработки рассмотрены во многих статьях, патентах и книгах. Самые значимые из них -повышение скорости расплава благодаря более сильному излучению и более высокой эффективности использования энергии обогащенного кислородом сгорания, а также возможность уменьшить количество выбросов с помощью кислородных форсунок или нестехиометрического сгорания.
Компания The Linde Group как лидер рынка в области разработки и внедрения новых кислородных технологий перевела более 250 печей в цветной металлургии с воздушно-топливной на кислородно-топливную смесь. Большинство таких проектов (130) было реализовано в алюминиевых компаниях. В частности, в промышленности по переработке алюминия, где используются роторные печи, было успешно установлено 88 кислородных систем.
В данной статье описаны наиболее перспективные из доступных современных технологий переработки и переплава алюминия.
FLEXFLAME (tm) шаг вперед в технологии кислородных горелок
Разработка кислородных горелок стала существенным элементом для всей металлургической промышленности. Полученные преимущества, такие как повышение производительности/ эффективности в сочетании с меньшим количеством выбросов и меньшими затратами на топливо, значительно сократили производственные издержки. К тому же надежный старт и полноценное сгорание открыли для кислородной технологии рынок вторичной металлургии, в частности, алюминия.
Переплав алюминия и алюминиевого лома часто осуществляется в отражательных печах, которые обычно потребляют больше энергии и в которых образуется больше шлака, чем в роторных печах. Задавшись целью обеспечить лучший контроль теплопередачи в отражательных и наклонных роторных печах, в 2003 и 2004 годах компанией Linde была разработана технология FLEXFLAME(tm). Благодаря регулировке длины факела до уровня заполнения печи стало возможным избежать прямого контакта между горячими областями пламени и материалом, тем самым значительно сократить образование шлака. Впервые установка FLEXFLAME(tm) была запущена на заводе ALUESSEN в 2004 году. В настоящее время имеется возможность подобрать решения с тепловой мощностью 1,0, 2,0 и 3,0 МВт.
AIROX(r) - сокращение затрат за счет гибкости обработки
Долгое время специалисты пытаются найти наиболее эффективные решения по переплаву алюминия, сочетающие высокую производительность и низкие энергетические затраты. Если рассматривать процесс переплава в разрезе двух этапов плавления и выдержки, то налицо несколько ограничивающих факторов. Во-первых, при использовании системы сжигания топливо-воздух невысокие энергетические затраты не обеспечивают должной интенсивности расплава исходного материала. Во-вторых, при использовании кислорода работа печи в режиме выдержки связана с его ненужным избыточным расходом, что в конечном итоге негативно влияет на стоимость продукта. Компания Linde предлагает передовое решение AIROX(r), объединяющее достоинства и исключающее недостатки кислородно-топливного и воздушно-топливного сжигания. В качестве преимуществ необходимо отметить интенсификацию плавки, гибкость параметров расплава, что подразумевает зависимость затрат на кислород от производительности печи. Оператор имеет возможность динамического переключения от высокопроизводительного режима расплава с кислородом к высокоэкономичному режиму выдержки с воздухом и наоборот. Как результат - снижение затрат плюс более высокая энергетическая эффективность вследствие низких потерь на дымовые газы. Благодаря продуманной системе контроля система обеспечивает оптимальный расход кислорода.
WASTOX(r) - снижение потребления энергии без увеличения количества выбросов
В конце 1980 годов инженеры компании Linde обнаружили, что добавление потока кислорода в отверстие для отходящих газов в роторной печи с фиксированной осью значительно сокращает количество вредных компонентов в отходящем газе. Иными словами, органические соединения сжигались внутри барабана печи. Это изобретение было запатентовано и выведено на рынок под торговой маркой WASTOX(r).
Переработка алюминия в роторных печах с фиксированной осью и наклонных роторных печах ограничена образованием СО и летучих органических соединений в начальные периоды процесса плавки. С одной стороны, более низкое качество лома, используемого при плавке, уменьшает затраты на материалы. С другой, безопасность эксплуатации и разрешенное количество выбросов являются главным аргументом в пользу ограничения количества органики в ломе. Дальнейшее уменьшение качества лома часто компенсируется использованием дорогих систем дожигания, которые сжигают выбросы после печи, чтобы соблюсти установленные экологические стандарты. Технология WASTOX(r) вносит значительный вклад в уменьшение количества выбросов за счет внутреннего сжигания СО и летучих органических соединений в горячей зоне печи. Кислородные форсунки WASTOX(r) специальной конструкции позволяют избежать использования дорогих систем дожигания.
Потребление кислорода для внутреннего сжигания загрязняющих веществ контролируется во многих случаях с помощью современной технологии лазеров на СО. Она уменьшает количество выбросов и использует энергию загрязняющих веществ в процессе плавки. WASTOX(r) дает более чистый отходящий газ, позволяя использовать в современных процессах переработки загрязненный лом. Кислородные форсунки вводят дополнительный кислород в районе дымового отверстия, благодаря чему в отходящем газе содержится меньше СО и намного меньше летучих органических соединений.
Несколько
тестов на объектах клиентов показали, что WASTOX(r) значительно
сокращает количество выбросов. Кислородно-топливные горелки сократили
концентрацию летучих органических соединений почти в 100 раз, но
наилучшие результаты были получены при сочетании стехиометрической
кислородной горелки с форсунками WASTOX(r). Измерения показали
дальнейшее уменьшение количества выбросов в 100 раз по сравнению с
кислородными горелками и в 5000 раз по сравнению с воздушными.
Результаты испытаний по измерению выбросов летучих органических
соединений (в логарифмическом масштабе) при переработке использованных
банок из-под напитков с использованием различных технологий нагрева
показаны на рисунке 2.
Сжигание летучих органических соединений внутри печи сокращает потребление энергии в процессе переработки. Для каждого введенного м3 кислорода через форсунки WASTOX(r) наблюдалось сокращение потребления энергии на 2 - 6 кВт"ч. Это показывает, что технология WASTOX(r) не только сжигает выбросы, но и помогает использовать энергию загрязняющих веществ. При использовании WASTOX(r) загрязняющие вещества заменяют органическое топливо.
Эффект от применения WASTOX(r) невозможно рассчитать, только рассматривая экономию энергии и сравнивая эти данные с затратами на установку плюс потребление кислорода. В большинстве случаев технология WASTOX(r) сама по себе ценна, потому что позволяет клиентам продолжать производство даже после ужесточения политики в отношении выбросов. Главный эффект в том, что технология WASTOX(r) позволяет использовать в процессе переработки дешевый лом низкого качества, расширяя диапазон исходного материала и увеличивая гибкость перерабатывающих компаний при закупке лома на рынке. В большинстве случаев прибыль на инвестированный капитал получается раньше, чем через год, даже если в расчет эффекта принимаются затраты на кислород.
URTF - лучшая концепция печи на основе передового использования кислорода
Компания Linde разработала универсальную наклонную роторную печь
(URTF) для удовлетворения нужд промышленности по переработке алюминия. Для создания URTF Linde объединила усилия с компаниями Hertwich Engineering GmbH и CORUS Aluminium Voerde GmbH, чтобы использовать их знания в области высокопроизводительной и экологически безопасной переработки. В URTF применяется кислородная горелка для обеспечения быстрого нагрева лома или шлака. Выпуск расплавленного алюминия осуществляется непосредственно из печи, а отходы выбрасываются путем опрокидывания. Дополнительный эффект приносит минимизация потребности в соли. Использование этой печи не только уменьшает затраты на добавление соли и удаление остатка, но и сокращает количество выбросов, повышает производительность и снижает угар. На сегодняшний день в Европе работают пять URTF для переработки загрязненного лома и шлака, в частности, в компании Stena Aluminium АВ. Это ведущий европейский поставщик слитков, предприятия которого расположены в Швеции и Дании. Для упрочнения позиций компании на рынке роторные соляные печи на шведском заводе Stena Aluminium были заменены двумя печами URTF емкостью 23 т, управляемые одним оператором. Эти печи оборудованы новейшими системами управления сжиганием и системами WASTOX(r). При сравнении с роторными соляными печами был сделан вывод, что URTF обеспечили увеличение выхода годного металла на 2 - 3 %, потребление топлива было сокращено на 40 %, а потребление соли - на 70 %. К тому же благодаря системе WASTOX(r) появляется возможность более гибко подходить к выбору лома с точки зрения содержания в нем органических загрязняющих веществ: установка URTF/WASTOX(r) может работать при высоких уровнях загрязнения лома с сохранением производительности и требований высоких стандартов к рабочей среде и контролю количества выбросов.
Результаты эксплуатации первых двух URTF оказались настолько убедительными, что компания Stena решила построить в Дании третью печь URTF. Как отметил директор завода STENA Aluminium AB Ронни Олауссон: "Одно из великолепных качеств технологии WASTOX(r) состоит в том, что она превращает вредные загрязняющие вещества в ценное топливо, значительно улучшая эффективность наших плавильных агрегатов. Благодаря WASTOX(r) мы не только увеличиваем объем производства, но и сокращаем затраты".
Кислородные технологии в промышленности по переработке алюминия - это большой успех на пути сокращения потребления энергии, снижения количества выбросов и затрат на обработку за счет оптимальной производительности. Linde Gas - как признанный эксперт в области газовых технологий, постоянно совершенствует свои решения, чтобы добиться максимальной эффективности плавильных агрегатов в промышленности по переработке алюминия.
Входящее в международную промышленную группу The Linde Group, подразделение Linde Gas представлено в России дочерней компанией ОАО "Линде Газ Рус" и ее филиалами в Петербурге, Калининграде, Нижнем Новгороде, Твери, Дмитрове, Самаре, Екатеринбурге, а также крупной сетью компаний-партнеров.
ОАО "Линде Газ Рус" - крупнейший в России производитель промышленных, пищевых и медицинских газов. Мы предлагаем своим клиентам не только широкий ассортимент газовой продукции и услуг высокого качества, но и газовое оборудование, технологии, профессиональные консультации и сервис. Мы накопили уникальный опыт работы в своем секторе.
Сегодня подразделение Linde Gas обслуживает более 1,5 млн потребителей в более чем 100 странах Европы, Северной и Южной Америки, Азии и Австралии.
