Luty 2020

"PRZEKSZTAŁCANIE STRUMIENIA GAZÓW ODLOTOWYCH W STRUMIEŃ DOCHODÓW" (METALS MAGAZINE)

Firma Primetals Technologies wybudowała na zlecenie TAMEH dwie instalacje turbin rozprężnych gazu (TRT). Jest to pierwsza tego typu instalacja w Polsce.

W styczniowym wydaniu METALS MAGAZINE (wyd. PRIMETALS TECHNOLOGIES) ukazał się artykuł zatutyłowany "PRZEKSZTAŁCANIE STRUMIENIA GAZÓW ODLOTOWYCH W STRUMIEŃ DOCHODÓW" poświęcony właśnie instalacji TRT.
Poniżej prezentujemy jego treść.

 

PRZEKSZTAŁCANIE STRUMIENIA GAZÓW ODLOTOWYCH W STRUMIEŃ DOCHODÓW

ZAKŁAD ARCELORMITTAL W POLSCE WYKORZYSTUJE CIEPŁO I CIŚNIENIE UZYSKANE ZE SPALANIA GAZU WIELKOPIECOWEGO DO PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ. TAKIE ROZWIĄZANIE NIE TYLKO PRZEKŁADA SIĘ NA OSZCZĘDNOŚCI RZĘDU 115 000 TON EMISJI DWUTLENKU WĘGLA ROCZNIE, ALE RÓWNIEŻ PRZYNOSI WYMIERNE KORZYŚCI.

Zintegrowana huta ArcelorMittal Poland w Dąbrowie Górniczej jest największym w kraju producentem stali. Zakład zlokalizowany jest w południowej części województwa śląskiego, w niewielkiej odległości od Katowic - miasta będącego gospodarzem szczytu klimatycznego ONZ (COP24) w 2018 roku, podczas którego strony historycznego Porozumienia paryskiego z 2016 roku po raz pierwszy osiągnęły konsensus w sprawie jego realizacji.

Ostatnie działania ArcelorMittal Poland na rzecz poprawy zrównoważonego rozwoju w swoim zakładzie są oczywiście zupełnie niezależne od katowickiej konferencji. W roku 2017 spółka zainwestowała w budowę nowych systemów odpylania dla stalowni i spiekalni oraz nowych systemów odazotowania i odsiarczania spalin w celu ograniczenia emisji pyłów, tlenków azotu i dwutlenku siarki do atmosfery. Działania w zakresie poprawy efektywności energetycznej rozpoczęły się jeszcze wcześniej: W 2014 r. spółka ArcelorMittal Poland wraz z producentem energii TAURON utworzyła nową spółkę joint venture pod nazwą TAMEH Holding. Jednym z zakładów wchodzących w jej skład jest elektrociepłownia mieszcząca się na terenie huty w Dąbrowie Górniczej - Zakład Wytwarzania Nowa. W zakładzie znajdują się specjalne kotły opalane gazem wielkopiecowym i koksowniczym, które wytwarzają ciepło i energię elektryczną na własne potrzeby zakładu i potrzeby innych lokalnych odbiorców.

ZWIĘKSZANIE EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ

Około 75 procent zużycia energii w typowej zintegrowanej hucie stali można przypisać wielkim piecom. W tradycyjnym układzie, znaczna część energii zawartej w gazie wielkopiecowym w ogóle nie jest wykorzystywana: gdy strumień gazu trafia do grupy dławiącej, w której jego ciśnienie zmniejszane jest do wartości odpowiednich dla niskociśnieniowej sieci gazowej, ogromne ilości ciśnienia i ciepła po prostu się marnują. Około 80 procent wielki pieców na świecie nadal działa w ten sposób - nie inaczej było w przypadku wielkich pieców w Dąbrowie Górniczej. W celu zwiększenia efektywności wykorzystania zasobów i zmniejszenia wpływu produkcji energii elektrycznej na środowisko, spółka TAMEH zdecydowała się zlecić firmie Primetals Technologies budowę dwóch instalacji turbin rozprężnych gazu gardzielowego (TRT) oraz systemów pomocniczych na wielkich piecach nr 2 i 3. Kontrakt na realizację inwestycji podpisano w grudniu 2016 roku. Zaledwie 2 lata później, w grudniu 2018 roku, turbiny po raz pierwszy wytworzyły energię przy pełnej mocy produkcyjnej. Turbiny TRT to pierwsza tego typu instalacja w Polsce.

Rys. 1: Typowy układ turbiny wytwarzającej energię elektryczną w procesie rozprężania gazu wielkopiecowego

Zawory szybkozamykające i układ szybkiego obejścia gwarantują, że proces wielkopiecowy pracuje bez zakłóceń przez cały czas.


ZASADA DZIAŁANIA

Jak pokazano na rys. 1, energia właściwa dla oczyszczonego gazu wielkopiecowego (którego ciśnienie i temperatura po odpylaniu na mokro wynoszą odpowiednio ok. 2.0 bar(g) i 50°C) jest najpierw zamieniana w turbinie na energię mechaniczną. Proces ten realizowany jest za pomocą obrotowego wału wyposażonego w łopatki wykonane ze stali nierdzewnej odpornej na erozję i korozję. Ruch wału wykorzystywany jest do produkcji energii elektrycznej w generatorze synchronicznym. System czyszczenia wodą pod ciśnieniem pozwala zapobiec gromadzeniu się zanieczyszczeń na łopatkach. Do układu uszczelniającego wału wtryskiwany jest azot, co pozwala zapobiec przedostawaniu się gazu gardzielowego do środowiska. W celu zapewnienia precyzyjnej regulacji ciśnienia i bezpiecznej pracy cały system wyposażony jest w wielostopniowe regulowane łopatki kierownicze na wszystkich stopniach turbiny oraz zawory szybkozamykające. Dodatkowym zabezpieczeniem jest funkcja szybkiej aktywacji obejścia, dzięki której możliwe jest przekierowanie gazów odlotowych w przypadku nieoczekiwanych sytuacji. Wszystkie te mechanizmy połączone w jednej instalacji gwarantują wysoki stopień pewności, że odzysk ciśnienia nigdy nie ma negatywnego wpływu na proces wielkopiecowy.

KOMPAKTOWA I MODUŁOWA KONSTRUKCJA

Większość urządzeń mechanicznych zabudowana jest w niezwykle kompaktowych konstrukcjach kontenerowych. W kontenerach szerokich na ok. 4 metry, wysokich na 5 metrów i długich na 14 metrów mieszczą się turbiny, przekładnie, układy smarowania i układy hydrauliczne. Kontenery zostały przetransportowane z Japonii drogą morską i lądową. Generator został dostarczony od producenta w Czechach i został zabudowany w kontenerach podczas prac montażowych. Tego rodzaju konstrukcja posiada szereg zalet: układ instalacji jest wyjątkowo zwarty i zajmuje mniejszą niż zwykle powierzchnię użytkową, co z kolei przekłada się na znaczną oszczędność czasu i kosztów związanych z jej budową - dla przykładu, nie ma konieczności stawiania specjalnego budynku dla turbiny. W przypadku zakładu w Dąbrowie Górniczej, instalacja obejmuje dwie identyczne turbiny TRT o nominalnej mocy około 12 MW każda, które zabudowane zostały w kontenerach umieszczonych obok siebie.

Istotnym wyzwaniem w projekcie był montaż trójnika (Rys. 3) w pierwotnym układzie wielkiego pieca pomiędzy instalacją oczyszczania gazu i zaworami redukcyjnymi ciśnienia WP oraz konieczność poprowadzenia wyjątkowo długich przewodów gazów odlotowych ze względu na znaczną odległość miejsca montażu turbin od głównej instalacji. Trójnik jest niezbędny do przekierowania gazu gardzielowego w stronę instalacji TRT w standardowych warunkach pracy lub do zaworu redukcyjnego ciśnienia w przypadku, gdy konieczne jest zastosowanie obejścia. Trójnik obejmuje również armaturę obejściową. Warto nadmienić, iż cała instalacja musiała zostać zamontowana w ciągu planowanego 48-godzinnego postoju wielkich pieców.

OGROMNE KORZYŚCI DLA ŚRODOWISKA

TAMEH przewiduje, że dwie turbiny będą produkować 140 GWh bezemisyjnej energii elektrycznej rocznie, co odpowiada energii wytworzonej przez 25 wiatraki lądowe. Biorąc pod uwagę fakt, że Śląsk jest regionem bogatym w złoża węgla, energia elektryczna byłaby tutaj standardowo produkowana przez elektrownie węglowe. Turbiny pozwalają jednak zaoszczędzić oszałamiającą ilość 54 000 ton węgla (lub 900 wagonów) rocznie, zapobiegając emisji 115 000 ton dwutlenku węgla do atmosfery. Na tym nie kończą się wszystkie korzyści dla środowiska: zmniejszenie zużycia węgla na tym poziomie pozwoli ograniczyć emisję 180 ton dwutlenku siarki i tlenku azotu oraz 10 ton pyłu rocznie. Jeśli chodzi o emisję cząstek stałych, przekłada się to na usunięcie z dróg prawie 170 000 samochodów osobowych z silnikiem diesla (przy założeniu zgodności z normami Euro 5 i rocznego przebiegu 12 000 kilometrów).

RENTOWNA INWESTYCJA

Biorąc pod uwagę rosnące ceny uprawnień do emisji CO2, coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące efektywności energetycznej oraz coraz bardziej złożone systemy handlu uprawnieniami do emisji w różnych miejscach na świecie, oczywiste jest, że technologie wykorzystujące energię uzyskaną z wysokoemisyjnych procesów produkcyjnych w zintegrowanych hutach czeka świetlana przyszłość.

Inną kwestią do rozważenia jest wpływ globalnych działań w zakresie klimatu i rosnącego zapotrzebowania na energię na ceny energii elektrycznej w przemyśle. Najnowsze dane Międzynarodowej Agencji Energetycznej wyraźnie pokazują, że obecnie - na praktycznie każdym rynku - nawet jedna turbina rozprężna może przynieść milionowe przychody w skali roku. Jeśli właściciele zakładów hutniczych zastanawiali się kiedyś, czy jest to odpowiedni moment na rozpoczęcie inwestycji w zakresie czystej produkcji energii, odpowiadamy - jest to wręcz idealny moment.

MAKSYMALIZACJA EFEKTYWNOŚCI WYKORZYSTANIA ZASOBÓW

Andras Varga jest technologiem procesu w Primetals Technologies i specjalizuje się w dziedzinie efektywności energetycznej w początkowej części procesu.

Jakie były najciekawsze wyzwania w tym projekcie?
Andras Varga: Budowa obejmowała montaż bardzo długich przewodów gazów wylotowych, co stanowiło wyzwanie podczas fazy rozruchu instalacji i fazy przechodzenia do eksploatacji  - naszym największym priorytetem zawsze jest utrzymanie stabilnego ciśnienia tak, aby proces wielkopiecowy mógł być realizowany bez zakłóceń.

Korzyści płynące z instalacji TRT wydają się być oczywiste - dlaczego więc wciąż tak wiele wielkich pieców nie wykorzystuje tej technologii?
Varga: Jeśli chodzi o oszczędność zasobów, turbina rozprężna ma sens w przypadku prawie każdej średniej lub dużej instalacji wielkopiecowej. Moim zdaniem, wielu operatorów hut stali po prostu tego nie przeliczyło - przy ogólnie rosnących cenach energii i coraz większej presji w zakresie przepisów, spodziewamy się, że zwrot z inwestycji jeszcze bardziej uwydatni korzyści TRT. Coraz bardziej powszechne systemy odpylania na sucho dla wielkich pieców stanowią dodatkowy impuls w tym zakresie, bowiem instalacje te przyczyniają się do wzrostu produkcji energii o 20-30 procent.

Jakie konkretnie obszary na świecie ma Pan na myśli?
Varga: Oczywistymi kandydatami są zakłady w Europie i obu Amerykach - mamy tam do czynienia z silną tendencją wzrostu cen energii i spodziewanym zaostrzoniem wymagań prawnych. Duży potencjał tkwi również w Indiach i Rosji.

Zaczerpnięte z magazynu Metals Primetals Technologies http://meta.ls/magazine

ZOBACZ RÓWNIEŻ

ZALECENIA WS
Covid-19

Jeśli masz pytania dotyczące Twojej pracy, spraw organizacyjnych, zaleceń wprowadzanych ze względu na Covid-19 – możesz je wysłać pod adres mailowy: sekretariat@tameh.pl lub zadzwonić pod nr tel. +48 32 7355 501

- osoby, które od Państwa odbiorą zgłoszenie będą kierować Wasze zapytania do wyznaczonych pracowników TAMEH w celu załatwienia sprawy.

Pliki Cookies

Serwis tameh.pl korzysta z technologii przechowującej i uzyskującej dostęp do informacji w urządzeniu końcowym użytkownika (w szczególności z wykorzystaniem plików cookies). Zgoda wyrażona na korzystanie z tych technologii przez tameh.pl lub podmioty trzecie w celach związanych ze świadczeniem usług drogą elektroniczną może w każdym momencie zostać zmodyfikowana lub odwołana w ustawieniach przeglądarki. Więcej informacji znajdą Państwo w „Polityce prywatności serwisu tameh.pl”

Akceptuję