راهکارهای بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنعت فولاد کشور
طاهره البوفتیله کارشناسی ارشد برق قدرت چکیده: صنعت فولاد در مقایسه با سایر صنایع از نظر انرژی پرمصرف‌ترین صنعت در جهان به شمار می‌رود. صنعت فولاد و آهن کشور بعد از نیروگاه‌ها سهم عمده انرژی بخش صنعت را مصرف می‌کند. کمبود برق یکی از موانع اساسی تولید فولاد در کشور در سال جاری بود که بسیاری از شرکت‌های فولادسازی به دلیل قطع برق به اهداف خود در ماه های ابتدایی سال دست نیافتند. که با افزایش روز افزون تقاضای جهانی برای مصرف فولاد و بالا رفتن قیمت جهانی آن و با توجه به نقش اجتناب‌ناپذیر انرژی در بالا بردن هزینه‌های فولادسازی، توجه بیش از پیش به لزوم کاهش مصرف انرژی در این فرآیندها مطرح شده است. بنا به اعلام وزارت صنایع و معادن، با صرفه‌جویی ۱۰ تا ۲۰ درصد از مصرف کل سوخت‌های فسیلی در صنعت آهن و فولاد، درآمد حاصل از آن برای اقصاد ملی حداقل بین ۱۵ تا ۳۰ میلیون دلار در سال خواهد بود. پتانسیل صرفه‌جویی انرژی حرارتی ایران نسبت به اروپا ۶۰ درصد می‌باشد که این پتانسیل نسبت به متوسط جهانی حدود ۴۰ درصد برآورد شده است
مقدمه:
با توجه به اهمیت صنعت فولاد و مصرف بالای انرژی در فرآیند تولد آن، بهینه‌سازی در این صنعت بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. صنعت فولاد در ۴۰ سال اخیر یک انقلاب صنعتی را پشت سر گذاشته و در مدتی نسبتا کوتاه، شاهد گسترش وسیع روش ریخته‌گری پیوسته و انتقال تولیدات پر محصول به بخش کوره قوس الکتریک بوده است. این مسئله و دیگر پیشرفت‌ها به طور موثری بر مسیر ساخت فولاد اثر گذاشته و قیمت، کیفیت و گستره محصولات تولیدی را تحت تاثیر قرار داده است و جهانی‌سازی بازار در کنار پیشرفت فناوری‌های جدید این صنعت را دگرگون نموده است. روش‌های فعلی ساخت آهن و فولاد به مقدار زیادی به نوع ماده و مصرف انرژی مرتبط هستند. این صنعت همچنین با تقاضای وسیع انرژی و تاثیرگذاری بر روی عوامل محیطی نیز درگیر می‌باشد که نیاز فزآینده به انرژی و مواد را ایجاب می‌کند، به طوری که امروزه بیش از پیش ۷۲۵ میلیون تن فولاد در سال در سراسر جهان تولید می‌شود. بازار بسیار رقابتی در مقابل تغییرات سریع فناوری و جهانی سازی بازار رو به رشد، نیازمند آن است که تولیدکنندگان فولاد به تقاضای مشتریان در رابطه با خصوصیات، قیمت، کیفیت و زمان تحویل حساس باشند. اگر چه فولاد محصول یک سری فرآیندهای پیشرفته غیر طبیعی می‌باشد. اما چون یک ماده خام در اقتصاد مدرن است، در نتیجه تولیدکنندگان به تحولات اقتصادی بازار واکنش‌های سریعی نشان می‌دهند. به علت کمبود منابع زیر زمینی و بازار به شدت رقابتی، به کار بردن فناوری‌های منقرض و قدیمی منجر به نابودی خواهد شد. به همین دلیل فناوری ساخت فولاد در طول ۳۰ سال گذشته چندین بار دچار تغییر و تحویل شده است. در این میان تحقیقات دانشگاهی، هزینه‌های بالای مواد اولیه، کمبود مواد خام و عوامل محیطی و تقاضای مصرف‌کنندگان را به به عنوان موارد اصلی و به عنوان عوامل موثر در فناوری فولاد مطرح کرده‌اند. در این مقاله روش‌های مختلف بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنعت فولاد بیان شده است.
راه‌حل‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی در صنعت فولاد:
راهکارهای عمومی و تخصصی برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در بخش‌های مختلف صنایع فولاد و ذوب فلزات عبارتند از:
بهبود راندمان انرژی برای تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی:
بهبود کنترل فرآیند
استفاده از درایوهای سریع قابل تنظیم
استفاده از ترانسفورماتورهای با توان بسیار بالا
تلاطم از کف/ تزریق گاز متلاطم کننده
عملیات پفکی کردن سرباره
استفاده از مشعل‌های اکسیژن- سوخت
گازهای سوختنی Post-combustion
استفاده از کوره‌های قوس با جریان مستقیم
پیشگرم قراضه
نسوزهای مهندسی
عملیات airtight
کوره contiarc
کنترل و مونیتورینگ گاز سوختنی
خروج از کف بصورت گریز از مرکز
کوره دو پوسته
فرآیندها و تکنولوژی‌های توسعه یافته در جهت کاهش مصرف انرژی در صنعت فولاد و آهن:
فرآیند کانستیل
مشعل های اکسیژن، سوخت و اکسیژن، سوخت با شعله نامرئی
شارژ گرم DRI
کاربرد لاستیک های فرسوده در کوره قوس الکتریکی
احتراق با دمای بالای هوا
تکنولوژی سیرکورد (Circored )
بهبود راندمان انرژی برای تولید فولاد در چرخه کامل:
روش‌های بهبود راندمان کوره بلند
بهینه‌سازی تکنولوژی‌های تزریق در کوره بلند:
استفاده از سنسورهای بهتر
کنترل فرآیند در کوره بلند
بهینه سازی فرآیندهای تولید فولاد برای مینیمم کردن میزان قراضه و اکسیدها
نصب سیستم های مدیریت و مونیتورینگ انرژی برای بازیابی انرژی و توزیع بین فرآیندها
کنترل رطوبت زغال و کوئنچ خشک در فرآیند کک سازی
تزریق پودر زغال
تزریق گاز COGو BOF
شارژ آگلومره های کامپوزیت کربن
توربین های بازیابی فشار بالا
بازیابی گاز کوره بلند
رکوپراتور گرمخانه هوای دم
اتوماسیون گرمخانه هوای دم
بهبود احتراق در گرمخانه هوای دم
بهبود سیستم کنترل کوره بلند
بازیابی حرارت سرباره
فرصتهای بهینه‌سازی مصرف انرژی در کوره بازی اکسیژنی:
بازیابی گاز سوخت و حرارت BOF
بهبود کنترل و مونیتورینگ فرآیند
حرارت‌دهی پاتیل موثر و برنامه‌ریزی شده
فرصتهای بهینه‌سازی مصرف انرژی در فرآیند ریخته‌گری:
حرارت‌دهی تاندیش و پیشگرم موثر پاتیل
ریخته‌گری نزدیک به شکل به نهایی
فرصتهای بهینه سازی مصرف انرژی در نورد گرم:
دمای پیشگرم مناسب
شارژ گرم
کنترل فرآیند در نورد گرم
استفاده از مشعل‌های رکوپریتیو
استفاده از مشعل‌های با شعله نامرئی
عایق کاری کوره‌ها
بازیابی حرارتی برای محصول
بازیابی حرارت اتلافی از آب خنک کننده
فرصتهای بهینه سازی مصرف انرژی در نورد سرد و عملیات نهایی:
بازیابی حرارت در خط آنیل
کاهش مصرف بخار در خط اسید شویی
سیستم از سیستم‌های پایش و هدف‌گذاری اتوماتیک
کوره آنیل پیوسته
فرصتهای بهینه‌سازی مصرف انرژی مربوط به فرآیند فولاد سازی EAF :
بهبود در کنترل فرآیند، مانند افزایش راندمان انتقال انرژی الکتریکی، کاهش زمان،tap to tap ، افزایش درصد power on time
بهبود پیشگرم قراضه و عملیات شارژ
بهبود عملیات احتراق
فرصتهای بهینه‌سازی مصرف انرژی مربوط به فرآیند زینترینگ
بازیابی حرارت واحد زینتر
انتشار بهینه شده زینترینگ
کاهش نشت هوا
افزایش عمق بستر
بهبود کنترل فرآیند
کاربرد سوخت های مازاد(اتلافی) در واحد زینتر
بهبود روش شارژ
بهبود راندمان کوره احتراق
فرصتهای بهینه‌سازی مصرف انرژی مربوط به فرآیند کک‌سازی:
کنترل رطوبت کک
حرارت دهی برنامه‌ریزی شده
کوئنچ خشک کک
کاربرد گاز مازاد کوره کک
سیستم تک محفظه
با توجه به مطالب گفته شده، چشم انداز تولید فولاد بر پایه بهینه‌سازی مصرف انرژی بنا شده است. برنامه میان مدت صنعت فولاد به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی با جایگزینی تکنولوژی‌های روز در خطوط فولادی نسبت به دانش قدیمی ترسیم شده است. به عنوان مثال با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته که امروزه موجود می‌باشد، می‌توان مجددا دی اکسید کربن حاصله از فرآیند فولادسازی را که سالانه نزدیک به ۵۰ هزار تن می‌باشد را به چرخه تولید برگرداند. پیش بینی می‌شود با ظهور دانش مدرن، انقلابی در روش‌های تولید فولاد تا سال ۲۰۳۰ صورت گیرد.
