Правильне використання шлаку може заощадити витрата 80% природного газу
Шлаки є найбільшим побічним продуктом металургійної промисловості. Етоn вид відходів як виявилося може знайти відмінне застосування: скоротити викиди вуглецю при виробництві сталі.
Починаючи з цього року, дослідники теплової енергії в Країні Басків Іспанії будуть тестувати використання шлаку в якості накопичувача теплової енергії в процесі виробництва сталі, щоб скоротити використання викопного палива для опалення найбільшого в світі виробника сталі - заводів Arcelor Mittal.
Шлаки є найбільш широко утворюється побічним продуктом в чорній металургії: щорічно його виробляється близько 20 мільйонів тонн. Хоча ці дрібні сірі камінці можна використовувати в дорожньому будівництві, велика частина їх йде в відходи. Але керамічні матеріали, подібні до цього, є хорошими кандидатами для зберігання тепла. Шлак має питому теплоємність 810 кДж /кг · К і щільність 3980 кг /м 3 .
« Ми побудували резервуар для зберігання теплової енергії 1 МВт на сталеливарному заводі Arcelor Mittal в Сестао, Іспанія, який почне свою роботу в кінці лютого. У нас буде ідея, і ми отримаємо результати по скороченню викидів до липня », - розповідає доктор технічних наук Іньго Ортега-Фернандес, який представив результати первинного дослідження групи в меншому масштабі на конференції SolarPACES в Марокко, в документі під назвою« експериментальна перевірка сталевого шлаку в якості матеріалу для зберігання теплової енергії ».
Завод Arcelor Mittal в Басконії, Сестао, виробляє майже 2,5 мільйона тонн сталі на рік. Але європейська сталеливарна промисловість повинна скоротити свої викиди вуглецю, тому що, як і інші країни в ЄС, Іспанія діє в рамках ETS (системи торгівлі викидами). Є багато металургійних заводів в Країні Басків в Іспанії, де це дослідження проводиться через центр енергетичних досліджень CIC Energigune.
Як металургійний завод може скоротити використання викопного палива з накопиченням теплової енергії
Основний процес металургійного виробництва, плавка сировини, здійснюється в електродугових печах. На сталеливарному заводі, де буде проходити демонстрація, є дві печі, які працюють 24 години на добу, використовуючи електрику для розплавлення сталевого брухту. Перед подачею в ці печі сталевий брухт попередньо нагрівається, і в поточній конфігурації сталеливарного заводу необхідне тепло для цього процесу забезпечується спалюванням природного газу.
Але замість того, щоб спалювати викопне паливо для попереднього нагріву брухту, дослідницька група займається зберіганням відпрацьованого тепла, що виходить при температурі понад 1000 ° C з дугової електропечі, в резервуарі для зберігання теплової енергії 1 МВт, заповненому шлаком. Потім, пізніше, замість спалювання природного газу для попереднього нагріву наступної партії сталевого брухту, відводиться то, що накопичується тепло. До сих пір не було ніякої грошової оцінки цього відпрацьованого газу при виробництві сталі.
Для перших випробувань команда продемонструвала передову технологію накопичення тепла на установці повітряної випробувальної петлі в CIC Energigune, де можна випробовувати системи накопичення тепла при широкому діапазоні швидкостей і температур повітря. У той час як валідація проводилася при 400 кВт-год * тонна, випробування 2019 року при подвоєною потужності: 1 МВт-год * тонна.
Хоча будь-який успіх з накопиченням шлаку і повітря в акумулюванні теплової енергії буде також застосовуватися на заводі CSP, для цього тесту технологія розглядається як автономне акумулювання тепла всередині сталеливарного заводу для скорочення викидів вуглецю при виробництві сталі.
Як це буде працювати
Демонстраційна установка, забезпечена вихлопними газами, що випускаються при дуже високій температурі, до 1000 ° C, з накопичувальним резервуаром теплової енергії на основі шлаку висотою 5 м і діаметром 1,5 м, буде розташована поруч з електродугової піччю. Накопичене тепло буде використано при необхідності попереднього нагріву брухту, замінивши природний газ.
Перед зберіганням цього тепла його необхідно перенести на повітря, оскільки в вихлопних газах міститься багато пилу і агресивних сполук. «Це одна з основних ідей цього процесу», - пояснив Ортега. «Ці гази мають дуже жорсткий склад, тому нелегко перенести їх теплосодержание в інше середовище. Це не той випадок, коли ви можете взяти гази з одного боку установки і направити їх прямо в іншу точку. У цьому сенсі ми розробили складний теплообмінник для передачі тепла атмосферного повітря ».
Цей нагріте повітря буде циркулювати через порожні простори між камінчиками шлаку, тому тепло передається шлаку, сказав він: «Бак практично заповнений на 65% частинками шлаку і на 35% повітрям. Повітря циркулює через порожнечі, залишені частинками шлаку від 1 до 3 см 3 ».
«Шлаки може витримати температуру до 1100 °