موضوع :
فرآیند تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس
نویسنده :
استاد مربوطه :
فهرست مطالب
فصل 1 کلیات فولادسازی ،احیای مستقیم روش میدرکس و تاریخچه آن 7
1-1 مقدمه 7
1-2 روش های تولید فولاد 8
1-2-1 تکنولوژی کوره بلند 8
1-2-2 تکنولوژی احیای مستقیم(کوره قوس الکتریکی) 8
1-2-3 تکنولوژی کوره باز 8
1-3 احیای مستقیم 9
1-3-1 روش های تولید اهن 9
1-3-2 تولید اهن اسفنجی با کمک گاز طبیعی 9
1-3-3 تولیدآهن با استفاده از ذغال حرارتی 9
1-4 روش احیاء مستقیم میدرکس 11
1-4-1 یک واحد میدرکس از سه بخش اصلی تشکیل می شود 12
فصل 2 خلاصه فرایند واحد احیا، یوتیلیتی های مورد نیاز 13
2-1 مقدمه 13
2-2 گندله (Pellet) 13
2-3 آهن اسفنجی (DRI) 13
2-3-1 کاربرد اصلی آهن اسفنجی 14
2-3-2 عیار آهن اسفنجی 14
2-4 توصیف خلاصه فرایند 14
2-5 مهمترین بخش های واحد احیا شامل 15
2-5-1 واحد حمل مواد 15
2-5-2 کوره احیا (Shaft Furnace) 15
2-5-3 ریفورمر (Reformer) 16
2-5-4 رکوپراتور (Recuperator) 17
2-5-5 دودکش (Stack) 18
2-6 پارامترهای عملیاتی پلنت (از قرارداد) 19
2-7 آنالیز شیمیایی گندله ورودی (طبق قرارداد) 20
2-7-1 پارامترهای مهم: 20
2-8 وضعیت تامین گندله، آب، برق و گاز در حال حاضر 24
2-8-1 گندله………….. 24
2-8-2 آب……………… 25
2-8-3 برق……………. 25
2-8-4 گاز…………. 25
2-9 واحد های مختلف طرح فولاد (طبق قرارداد) 26
2-10 ریفورمر (Reformer) 30
2-10-1 مراحل تولید گاز احیایی 31
2-10-2 ساختمان ریفورمر 31
2-10-3 واکنش های ریفورمینگ: 31
2-10-4 چیدمان مشعل ها، تیوب ها و ترموکوپل های کف و سقف ریفورمر 32
2-10-5 عملیات نسوزکاری باکس ریفورمر 33
2-11 سیستم بازیاب حرارتی (Recuperator) 36
2-12 اسکرابرها (Scrubbers): 38
2-12-1 کولرها (Coolers) 39
2-13 نمگیر ها (Mist Eliminators) 41
2-14 سیستم تهیه وتوزیع گاز خنثی (Inert Gas system) 41
2-15 سیستم غبارگیر (dust collection system) 42
2-15-1 طرز کار……….. 43
2-16 واحد بریکت سازی (Briquetting Plant) 43
فصل 3 سیستم آب واحد احیا 45
3-1 پروسه آب در واحد احیا به ۳ قسمت مهم تقسیم بندی می شود 45
3-2 سیستم ها و یا مکان هایی که در آن ها آب گردش می کند عبارتند از 45
3-3 مواردی که در ادامه توضیح داده خواهد شد 46
3-3-1 سیستم آب پروسس Process Water System: 46
3-3-1-1 آب پروسس سرد و گرم کثیف 46
3-3-1-2 آب پروسس سرد و گرم تمیز 47
3-3-1-2-1 سیستم آب پروسس گرم:……………. 48
3-3-2 سیستم آب سرد وگرم پروسس تمیز 49
3-4 حوضچه ها 49
3-5 سیستم آب خنک کاری ماشین آلات Machinery Cooling Water 51
3-5-1 مصارف اب ماشینری 51
3-5-2 سیستم آب خنک کننده ماشین آلات (Machinery Cooling Water System) 51
3-5-3 مبدل حرارتی (Heat Exchanger) 52
3-6 کلاسیفایر (classifier) 54
3-7 کلاریفایر (Clarifier) 54
3-8 برج های خنک کننده (Cooling Towers) 55
3-9 اسکرابر Top Gas 56
3-10 اسکرابر Cooling Gas 56
فصل 4.MATERIAL HANDLING 60
4-1 سیستم حمل مواد اکسیدی 60
4-2 سیستم انتقال محصول (آهن اسفنجی) (Product Material Handling System) 62
4-3 سه نوع کاتالیست در ریفورمر استفاده میشود 63
4-3-1 کاتالیست ها (Catalyst) 63
4-3-2 کاتالیست خنثی 63
4-3-3 کاتالیست نیمه فعال 64
4-3-4 کاتالیست فعال 64
4-4 نسوز ها (Refractories) 65
فهرست جداول
جدول 2 -1 داده های طراحی کارخانه 19
جدول 2-2 پارامترهای عملیاتی پلنت (از قرارداد) 19
جدول 2 -3 آنالیز گاز ورودی (N. G) طبق اعلام کارفرما 22
جدول 2 -4میزان مصرف گندله (سایز مناسب) و اسفنجی تولیدی 23
جدول 2 -5 میزان مصارف انرژی واحد احیاء 24
جدول 2 -6 مشخصات گندله ورودی و آهن اسفنجی خروجی از کوره 29
جدول 2 -7 مشخصات مکانیکی کوره (Data Sheet قرارداد) 30
جدول 2 -8 مشخصات گازهای ورودی و خروجی کوره 30
جدول 2 -9 اسکرابرها 39
جدول 2 -10 کولرها 40
جدول 2 -2-11نمگیر ها 41
جدول 3 -1مشخصات کلاریفایر تصفیه آب فولاد 55
جدول 3 -2 مقادیر آب در گردش احیا ( بر اساس ton/hr110، ۱۰۴) 58
جدول 3 -3 مقدار آب جبرانی (Make Up) 59
جدول 4 -1 نوع و مقدار نسوز های مورد استفاده واحد احیاء 65
فهرست اشکال
شکل 1-1 روش میدرکس 10
شکل 2 -1 نمایی از کوره احیای مستقیم میدرکس 16
شکل 2-2 نمایی از ریفورمر 17
شکل 2 -3 نمایی از رکوپراتور مجتمع 17
شکل 2 -4 فلودیاگرام فرایندی واحد احیای مستقیم فولاد 18
شکل 2 -5 خواص متالورژیکی گندله ورودی 20
شکل 2 -6 آنالیز شیمیایی مورد انتظار محصول تولیدی 21
شکل 2 -7 ساختمان ریفورمر 32
شکل 2 -8چیدمان مشعل ها، تیوب ها و ترموکوپل های کف و سقف ریفورمر 33
شکل 2 -9 نمای بالای ریفورمر فولاد 33
شکل 2 -10 آجرکاری دیواره ریفورمر – فولاد 35
شکل 2 -11 نمایی از تیوب ها و سقف نسوز کاری شده ریفورمر – فولاد 35
شکل 2 -12 نمایی از نسوزکف ریفورمر – نسوز مشعل های اصلی و جرم پیش ساخته مشعل های فرعی – فولاد 36
شکل 3 -1 تقسیم بندی برای آب پروسس 47
شکل 3 -2 بخش کولینگ تاور تک سلولی و حوضچه های اطراف 49
شکل 4 -1 سیستم انتقال مواد اکسیدی 61
شکل 4 -2 سیستم انتقال محصول (آهن اسفنجی) 62
فصل 1 کلیات فولادسازی ،احیای مستقیم روش میدرکس و تاریخچه آن
1-1 مقدمه
تولید و مصرف فولاد امروزه، یکی از شاخص های اصلی توسعه یافتگی کشورها و جوامع به شمار می آید. حضور صنعت فولاد در یک منطقه بر فرایند توسعه، فرهنگ، سطح دانش، اشتغال زایی، پژوهش، آموزش و تجارت آن منطقه تاثیر بسزایی دارد. زندگی روزمره بشر با فولاد آمیخته شده و صنایع فولاد در سازندگی، بازسازی و توسعه کشور سهم مهمی را ایفا می نمایند. با توجه به آنکه تفاوت مصرف و تولید فولاد خام کشور در سال 2009 بیش از 8/9 میلیون تن بوده است، سرمایه گذاری و رشد صنعت فولاد در کشور، اقتصادی و منطقی به نظر می آید؛ مشروط بر اینکه محل احداث، فرایند تولید، تامین منابع طبیعی و انرژی و مدیریت پروژه صحیح انتخاب شده باشد. در چهار دهه اخیر در کشور بالغ بر 150 میلیون تن فولاد خام تولید و 200 میلیون تن فولاد مصرف شده است. این محصولات فولادی در ساخت ساختمان های مسکونی، کارخانه ها، راههای ارتباطی، انتقال انرژی و سیالات و … به کار گرفته شده اند. این مسئله نشانگر تاثیر عظیم صنعت فولاد بر رشد و شکوفایی کشور می باشد .
1-2 روش های تولید فولاد
در مجتمع های فولاد سازی سه تکنولوژی جهت تولید فولاد وجود دارد:
1-2-1 تکنولوژی کوره بلند
تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند(BF) و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی، نظیر ذوبآهن اصفهان.
در این روش که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده گردیده، سنگآهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب Pig Iron به دست میآید. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گردیده ،کربن و ناخالصیهای دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام Crude Steel تولید میگردد.
1-2-2 تکنولوژی احیای مستقیم(کوره قوس الکتریکی)
احیای مستقیم سنگآهن(DR) و ذوب آهناسفنجی(DRI) و قراضه (Scrap) در کورههای الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی(EAF) نظیر فولاد خوزستان یا القایی(IMF) ، نظیر مجتمع فولاد جنوب.
روش دوم تولید فولاد، استفاده از کورههای الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد میباشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سالهای گذشته، در این روش میتوان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.
1-2-3 تکنولوژی کوره باز
تولید فولاد از روشهای دیگری نظیر روش کوره باز(Open Heart) نیز انجام میگیرد که با توجه به حجم تولید بسیار محدود آن درجهان، که طبق آمارWorld Steel حدود ۵/۲درصد از کل تولید فولاد جهان در سال ۲۰۰۷ بوده است و کاهش پیوسته تولید از این روش ،در اینجا مورد بررسی قرار نمیگیرد.
1-3 احیای مستقیم
هدف از احیای سنگ های آهن حذف اکسیژن و ناخالصی های سنگ آهن در فرایند تولید آهن و فولاد است.
به طور کلی احیای مستقیم سنگ های آهن به روش هایی اطلاق می شود که اکسیژن سنگ آهن در درجه حرارتی پایین تر از دمای ذوب یا خمیری شدن سنگ یا گندله ها pellets به وسیله کربن ، گاز های حاصل از ذغال یا گازهای تولیدی در اثر اکسایش جزئی گاز طبیعی حذف شده و تغییر شکلی در ظاهر سنگ آهن خرد شده یا گندله ها در روند احیا به وجود نیاید.
1-3-1 روش های تولید اهن
تکنولوژی تولید آهن اسفنجی به دو دسته اصلی برپایه گاز طبیعی و زغال سنگ تقسیم می شود. بر اساس ظرفیت واحد، روش های تولید به دو دسته کوچک مقیاس و بزرک مقیاس تقسیم می شوند. معمولا روش هایی با ظرفیت های تولید زیر 300 هزار تن در سال را کوچک مقیاس و بیشتر از 500 هزار تن را بزرگ مقیاس گویند.
1-3-2 تولید اهن اسفنجی با کمک گاز طبیعی
تکنولوژی تولید آهن با استفاده از گاز طبیعی به سه روش رایج و اصلی انجام میشود که بصورت اجمالی عبارتند از:
الف) روش H.Y.L
ب) روش پروفر
ج) روش میدرکس
1-3-3 تولیدآهن با استفاده از ذغال حرارتی
الف) فناوریهای تولید آهن اسفنجی مبتنی بر روش RHF Rotary Heart Furnace
ب) تولید آهن به روش ITmK3
ج) فن آوری تولید آهن اسفنجی در کوره دوار به روش SL/RN
د( فرآیند Corex
طی سالهای اخیر با اصلاحات انجام شده برخی از فرآیندهای احیاء مستقیم جدید وارد بازار شده اند که از جمله می توان فرآیندهای Circored ,Finemet , Iron carbide که بر اساس استفاده از پودر سنگ آهن به عنوان ماده خام و در کوره استوانه ای انجام می شود را می توان نام برد.
طراحی احیای مستقیم مجتمع فولاد به روش میدرکس می باشد که در ادامه شرح داده خواهد شد.
MIDREX
شکل 1-1 روش میدرکس
1-4 روش احیاء مستقیم میدرکس
از بین روش های صنعتی احیای مستقیم کانه های آهن که از گاز طبیعی استفاده می کنند تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس توسعه چشمگیری داشته است. باردهی مداوم آهن اسفنجی به صورت سرد یکی از ویژگی های روش میدرکس می باشد . واحدهای متعددی به این روش در دودهه اخیر در کشورهای مختلف تاسیس و شروع به کار کرده اند.ابداع روش میدرکس به وسیله D.Beggs W.T.Marton و تحقیقات لازم برای توسعه آن از سال 1965 میلادی در شرکت میدلند-روس(Midland Ross ) انجام گرفت.
در سال 1967 میلادی یک واحد احیای مستقیم آزمایشی با تولیدی برابر 5/1 تن آهن اسفنجی در ساعت در توله دو واقع در اوهیو و سپس واحد دیگری به ظرفیت سالیانه 150 هزارتن در پرتلند آمریکا تاسیس شد که در سال 1969 میلادی شروع به تولید کرد.متعاقبا واحد های دیگری در چرج تاون آمریکا و در کارخانه فولادسازی هامبورگ تاسیس شدند که در سال 1971 میلادی راه افتادند. واحد بعدی سیدبک در کانادا بود که در سال 1973 میلادی راه اندازی شد .درژانویه 1974 میلادی اجازه ساخت کارخانه های تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس به گروه فولادسازی کورف واگذار شد.
کشورهای پیشرفته صنعتی مانند آمریکا ٬آلمان فدرال ٬ کانادا اتحاد جماهیر شوروی و نیز کشورهایی که دارای منابع غنی گاز طبیعیهستند در دهه گذشته از تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس استقبال کرده اند.مضافا به اینکه ابعاد و ظرفیت تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس گسترش چشمگیری یافته است.
در اغلب روش های صنعتی تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس گاز طبیعی به عنوان عامل احیا کننده و گرمازا مصرف می شود. ( عامل احیا کننده به عناصر و ترکیباتی اطلاق می شود که از آهن فعالتر بوده و میل ترکیبی بیشتری با اکسیژن در مقایسه با آهن دارند به عبارتی قدرت گرفتن اکسیژن از آهن را دارند.) به طور کلی اصول اساسی فرآیند میدرکس نیز منطبق بر چهارچوب اصلی سایر روشهای احیاء مستقیم یعنی عبور گاز احیایی از روی بستر سنگ آهن به صورت گندله و احیای سنگ آهن به آهن اسفنجی توسط حذف اکسیژن موجود در سنگ آهن میباشد. در این روش مکانیزم تولید گاز احیایی بر پایه استفاده از دی اکسید کربن تولید شده در درون کوره احیا و مقدار کمی بخار آب (جهت اکسایش جزئی گاز طبیعی و تبدیل آن به گاز احیایی در درون گازشکن) استوار گردیده است و براساس نوع فرآیند بکار گرفته شده در این روش، برای هر مدول تولیدی آهن اسفنجی، یک گازشکن(ریفرمر) مجزا در نظر گرفته می شود.
1-4-1 یک واحد میدرکس از سه بخش اصلی تشکیل می شود
1- تجهیزات لازم برای احیای اکسیدهای آهن توسط گاز احیا کننده (کوره)
2- تجهیزات لازم برای تبدیل گاز طبیعی به گاز احیا کننده (مجموعه ریفورمر)
3- بخش بازیافت حرارتی (مجموعه رکوپراتور)
علاوه بر بخش های بالا یک واحد میدرکس شامل بخش حمل مواد و تجهیزات جنبی نیز می باشد .
فصل 2 خلاصه فرایند واحد احیا، یوتیلیتی های مورد نیاز
2-1 مقدمه
واحد احیای مستقیم مجتمع فولاد با هدف تبدیل گندله به آهن اسفنجی جهت شارژ کوره قوس واحد فولادسازی مجاور این واحد می باشد.
2-2 گندله (Pellet)
گندله یعنی گلولههای تولید شده از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس پخته شده و سخت میشود؛ و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند و یا روشهای متعدد احیای مستقیم به کار میرود.
در واحد احیا گندله از مجتمع های گندله سازی خریداری شده و توسط کامیون و یا در آینده توسط قطار به واحد احیا حمل می شود.
2-3 آهن اسفنجی (DRI)
آهن اسفنجی، محصول حاصل از احیای مستقیم سنگ آهن میباشد. (منظور از سنگ آهن، همان گندله میباشد.) در عملیات احیای مستقیم، بدون نیاز به ذوب سنگ آهن، اکسیژن آن حذف میشود. شکل ظاهری آن بصورت قطعات کروی (گندله) متخلخل یا اسفنج گونه می باشد که دلیل نامگذاری آن هم، همین ظاهر اسفنجی این محصول می باشد.
آهن اسفنجی دارای عیار بالای آهن می باشد. یکی از دلایل رواج آهن اسفنجی، کمبود ضایعات آهن و افزایش قیمت آن و مشکلات زیست محیطی بود. در ادامه، از مزایای آهن اسفنجی نسبت به قراضه خواهیم گفت.
در انگلیسی، به احیای مستقیم سنگ آهن، Direct Reduced Iron میگویند که مخفف این ۳ کلمه، عبارت DRI میباشد. بنابراین هر جا که به نام DRI برخوردید، بدانید که منظور، همان آهن اسفنجی است.
2-3-1 کاربرد اصلی آهن اسفنجی
آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن میباشد بنابراین میتوانیم درصد بالایی از مواد اولیه جهت تامین ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی را بجای استفاده از ضایعات، از طریق آهن اسفنجی تامین کنیم.
2-3-2 عیار آهن اسفنجی
عیار و میزان آهن موجود در آهن اسفنجی، بین ۸۴ الی ۹۵ درصد میباشد.
2-4 توصیف خلاصه فرایند
گندله (اکسید آهن) توسط کامیون وارد سایت شده در ۵ هاپر (قیف) ناحیه تخلیه کامیون (Truck Unloader) تخلیه می شود سپس توسط نوار نقاله ها وارد مخزن ذخیره روزانه (Day Bin) می شود از مخزن توسط نوار نقاله به ایستگاه سرند مواد اولیه (Oxide Screen Station) شده مواد با سایز مناسب (mm ۱۶-۹) توسط نوار نقاله وارد کوره احیایی می شود. گندله از بالا شارژ کوره می شود. گندله در کوره احیاء مستقیم به روش میدرکس در مجاورت گاز احیاء کننده (2Co، H) که از کمره کوره وارد می شود و در دمای ۸۴۰درجه سانتیگراد اکسیژن خود را از دست داده به آهن اسفنجی (DRI) تبدیل می شود. آهن اسفنجی تولیدی از پایین کوره توسط نوار نقاله بهسیلوهای ذخیره اسفنجی (Product Bins) منتقل می گردد. گاز احیا کننده در مجموعه ریفورمر تولید می شود.
آهن اسفنجی تولیدی به عنوان شارژ کوره قوس الکتریکی واحد فولادسازی به کار می رود.
2-5 مهمترین بخش های واحد احیا شامل
2-5-1 واحد حمل مواد
این واحد شامل تمامی نوار نقاله ها، مخازن ذخیره، هاپر ها شوت ها سرند مواد و… می باشد که جهت دریافت، ذخیره و انتقال گندله ورودی به کوره احیایی و انتقال محصول تولیدی به مخازن ذخیره محصول می باشد.
در ابتدای راه اندازی واحد، گندله سنگ آهن توسط کامیون وارد مجتمع فولاد شده و در محوطه تراک آنلودر (تخلیه کامیون) در ۵ هاپر به ظرفیت هر کدام ۱۰۰ مترمکعب تخلیه می شود. از آنجا توسط نوار نقاله ها به مخزن روزانه (Day Bin) با ظرفیت ۱۸۰۰ مترمکعب منتقل شده و بعد از سرند شدن گندله با سایز مناسب ۱۶-۹ میلیمتر توسط نوار نقاله وارد کوره احیای مستقیم می شود.
2-5-2 کوره احیا (Shaft Furnace)
مهمترین بخش واحد احیای مستقیم کوره احیایی می باشد که تبدیل گندله به آهن اسفنجی در این کوره انجام می شود. یک کوره استوانه ای می باشد از یک قسمت فوقانی و یک قسمت تحتانی تشکیل شده است. قسمت فوقانی کوره منطقه اصلی احیا و قسمت تحتانی کوره منطقه خنک کردن و تخلیه آهن اسفنجی می باشد. گندله (اکسید آهن) حمل شده از مخزن روزانه پس از ورود به کوره احیای مستقیم از بالای کوره به طرف پایین جریان داشته و در مدتی حدود ۵ ساعت در مجاورت گاز احیا کننده (2CO, H) و دمای ۸۴۰ درجه سانتیگراد طبق واکنش های زیر اکسیژن خود را از دست داده و به آهن اسفنجی تبدیل می شود.
Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2
Fe2O3+3H2 = 2Fe + 3H2O
آهن اسفنجی (DRI) تولیدی از پایین کوره توسط نوار نقاله به دو مخزن ذخیره اسفنجی (Product Bin) به ظرفیت هر کدام ۴۴۰۰ مترمکعب منتقل می گردد. آهن اسفنجی تولیدی توسط نوارنقاله به واحد فولادسازی که در مجاورت واحد احیای مستقیم قرار دارد منتقل می شود و به عنوان شارژ اصلی کوره قوس الکتریکی به مذاب تبدیل می شود.
2-5-3 ریفورمر (Reformer)
گاز احیا کننده گندله در مجموعه ای به نام ریفورمر تولید می شود. ریفورمر محفظه ای به شکل مکعب مستطیل بوده که دیواره های آن نسوزکاری می شود. در این راکتور گاز طبیعی و گاز پروسس در دمای بالا و پس از عبور از ۴۶۸ تیوب حاوی کاتالیست طبق واکنش های زیر شکسته شده و گاز احیا کننده تولیدی به کوره احیاء منتقل می گردد. ترکیب اصلی گاز احیایی مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H۲) می باشد.
CH4 + H2O = CO + 3H2
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2
از آنجا که تولید گاز احیا کننده، گرماگیر می باشد لذا باید به طور مداوم حرارت لازم به راکتور داده شود. به این منظور ریفورمر توسط مشعل هایی گرم شده و دمای گاز احیایی تولیدی در تیوب های ریفورمر به ۹۲۵ درجه سانتیگراد رسانده می شود.
شکل 2-2 نمایی از ریفورمر
2-5-4 رکوپراتور (Recuperator)
دود حاصل از احتراق سوخت مشعل ها در ریفورمر با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد، توسط دو کانال از ریفورمر خارج و به رکوپراتور یا بازیاب حرارتی وارد می شود. تخلیه این گاز به اتمسفر به صورت مستقیم و بدون استفاده، باعث اتلاف حرارت و افزایش هزینه های فرایند می شود. جهت بازیابی حرارتی، دود حاصل از احتراق در مشعل های ریفورمر را از میان مبدل های های حرارتی عبور می دهند که این مبدل ها را رکوپراتور می نامند. این کار باعث می شود گازهای فرایندی قبل از ورود به ریفورمر پیشگرم شوند. گازهای پیشگرم شونده شامل هوای احتراق اصلی، گاز تغذیه و گاز طبیعی می باشد.
2-5-5 دودکش (Stack)
گازهای احتراق بعد از اینکه حرارت خود را در رکوپراتور از دست دادند وارد دودکش شده و از آن جا وارد اتمسفر می شوند. گاز سوختنی (دود) بازیاب حرارتی از دودکش خارج می شود که این دودکش خروجی، یک دود کش شیپوری شکل (ونچوری) است که به دود برای جریان از داخل ریفورمر و سپس سیستم بازیاب حرارتی، جهت می دهد. همچنین این دود کش دارای یک فن است و باعث دمش هوا به داخل دودکش می شود. اثر ونچوری به وجود آمده در دودکش باعث مکش دود از داخل بازیاب حرارتی به بیرون می شود.
پارامترهای طراحی
یک مدول
تعداد مدول احیای مستقیم
7680 ساعت در سال
زمان عملیاتی
30 روز در سال
مدت زمان توقف کارخانه
پیوسته
روش عملیاتی
ظرفیت واحد
104 تن بر ساعت آهن اسفنجی
ظرفیت اسمی
110 تن بر ساعت آهن اسفنجی
ظرفیت طراحی
جدول 2 -1 داده های طراحی کارخانه
2-6 پارامترهای عملیاتی پلنت (از قرارداد)
پارامترهای عملیاتی برای مدول احیای مستقیم بر اساس آنالیز گندله اکسیدی، آنالیز گاز طبیعی و مشخصات یوتیلیتی ها و بر اساس تولید محصول با درجه متالیزاسیون ۹۳٪
مقدار
پارامتر
110 تن در ساعت
ظرفیت طراحی
104 تن در ساعت
ظرفیت اسمی
2.35 Gcal
مصرف گاز بر اساس تن محصول (بر اساس 104 تن بر ساعت تولید محصول)
29000 Nm3/hr
ماکزیمم مصرف گاز
1.1m3
مصرف آب صنعتی به ازای هر تن محصول
115kwh
مصرف برق به ازای هر تن محصول
1.42 تن
خوراک گندله اکسیدی به ازای هر تن محصول
2.5-1%
میزان کربن محصول
120Nm3/hr
مصرف هوای فشرده
0.025 کیلوگرم
روانکاری به ازای هر تن محصول
جدول 2-2 پارامترهای عملیاتی پلنت (از قرارداد)
2-7 آنالیز شیمیایی گندله ورودی (طبق قرارداد)
2-7-1 پارامترهای مهم:
– حداقل آهن گندله ورودی باید ۶۷ درصد باشد.
– ماکزیمم مقدار گوگرد گندله (S) ٪۰.۰۱ اعلام شده است.
شکل 2 -5 خواص متالورژیکی گندله ورودی
شکل 2 -6 آنالیز شیمیایی مورد انتظار محصول تولیدی
Component
اجزا
ترکیب Composition
CH4
متان
80 % min
C2H6
اتان
12% max
C3H8
پروپان
4 % max
C4H10
بوتان
1 % max
C5H12
پنتان
0.5 % max
N2
نیتروژن
6 % max
CO2
دی اکسید کربن
1 % Max
Other Components
دیگر ترکیبات
0.1 % max
Total Sulphur (day average)
گوگرد کل (متوسط روزانه)
100 mg/m3
H2S
سولفور
5 mg/m3
Peak Sulphour
پیک سولفور
140 mg/m3
Mercaptane
مرکاپتان
15 mg/m3
H2O
بخار آب
110 mg/m3
1000 BTU/Nft3
Calorific Value
ارزش حرارتی1
معادل 7146 کیلوکالری بر متر مکعب
جدول 2 -3 آنالیز گاز ورودی (N. G) طبق اعلام کارفرما
نوع مواد
تن در ساعت (ton/hr)
تن در روز (ton/day)
تن درماه (ton/month)
تن در سال (ton/year)
گندله مورد نیاز
148 t/hr
3552
106,560
1,136,640
اسفنجی تولیدی
104 t/hr
2500
75,000
800,000
جدول 2 -4میزان مصرف گندله (سایز مناسب) و اسفنجی تولیدی
نوع مواد
بر اساس
میزان مصرف مواد به ازای هر تن
اسفنجی تولیدی
میزان مصرف ساعتی بر اساس 104 تن بر ساعت تولید
میزان مصرف در روز
میزان مصرف در ماه
میزان مصرف در سال
آب
مطالعات توجیه فنی
1.5 m3/ton
156 m3/hr
=
43.33 lit/s
3744 m3/day
112,320 m3/month
1,198,080
~1,200,000 m3/year
قرارداد
1.1 m3/ton
114.4 m3/hr = 31.77
lit/s
2745.6 m3/day
82,368 m3/month
878,592m3/year
طراحی ایریتک
1.298~1.3 m3/ton
135 m3/hr
=
3240 m3/day
97,200 m3/month
1,036,800 m3/year
37.5 lit/s
برق
قرارداد
115 kwh/ton
11.96Mw
287.04 Mw
8611.2
Mw
91852.8 Mw
قرارداد- بدون در نظر گرفتن ساختمان های جنبی و واحد بریکت سازی
278.846 ~
279 m3/ton
29,000 m3/hr
696,000 m3/day
20,880,000 m3/month
222,720,000 m3/year
بر اساس PFD و طبق
104 t/hr تولید- بدون در نظر گرفتن ساختمان های جنبی و واحد بریکت سازی
286.79 ~
287 m3/ton
29,826 Nm3/hr
715,824 m3/day
21,474,720 m3/month
229,063,680 m3/year
بر اساس مکاتبات برای ظرفیت 110ton/hr- با در نظر گرفتن واحد بریکت سازی
318.18 m3/ton
35,000 Nm3/hr
840,000m3/day
25,200,000 m3/month
268,800,000 m3/year
جدول 2 -5 میزان مصارف انرژی واحد احیاء
2-8 وضعیت تامین گندله، آب، برق و گاز در حال حاضر
2-8-1 گندله
بر اساس ۸۰۰ هزار تن در سال اسفنجی تولیدی، حدود ۱میلیون و ۱۳۶ هزار تن گندله با سایز مناسب مورد نیاز می باشد. (ضریب ۱.۴۲) طبق پیش بینی صورت گرفته گندله مورد نیاز مجتمع از گندله سازی سنگان خواف که در… کیلومتری مجتمع واقع شده تامین خواهد شد اما با توجه به ظرفیت تولید آهن اسفنجی سنگان تامین گندله در حال حاضر با مشکل مواجه خواهد شد. جهت تامین گندله مورد نیاز برای ابتدای پروژه از مجتمع گندله سازی اردکان یزد و یا از واحدهای گندله سازی سایر کارخانجات نیاز به بررسی می باشد.
۲- طبق مکاتبات برای تولید با ظرفیت ۱۷۰ ton/hr مقدار 42000Nm3/hr گاز مورد نیاز است.
2-8-2 آب
مقدار آب مورد نیاز واحد احیاء طبق طراحی ۱۳۵ متر مکعب بر ساعت (تقریبا ۳۸ لیتر بر ثانیه) می باشدکه از چاه ها تامین خواهد شد. در حال حاضر مجوز سه حلقه چاه با دبی های ۱۲ و ۲۵ و ۲۴ لیتر بر ثانیه صادر شده و کل آب قابل استحصال از چاه ها ۶۱ لیتر بر ثانیه می باشد. سیستم تصفیه آب نیز روش اسمز معکوس (RO) خواهد بود که با در نظر گرفتن راندمان ۷۲ درصدی سیستم RO در بهترین شرایط ۴۳ لیتر بر ثانیه آب قابل تامین خواهد بود که با توجه به مقدار ۳۸ لیتر بر ثانیه آب مصرفی واحد احیا مشکل تامین آب برای واحد احیا نخواهیم داشت.
لازم به ذکر است آب در یک فرایند احیا برای شستشو و خنک کردن گاز های فرایند و کولینگ و خنک کردن تجهیزات به کار می رود.
2-8-3 برق
میزان برق مورد نیاز واحد احیا ۱۲مگاوات می باشد و تامین آن از طریق دو فیدر ۳۳ kv از پست برق 33/400kv وارد بخش احیا می شود صورت می گیرد. ولتاژ ۳۳ kv توسط دو ترانس ۳۳/۶.۹ kv به ولتاژ ۶.۶ تبدیل شده و از طریق کابل های ۶.۶ kv به واحد های مختلف ارسال می گردد.
در حال حاضر هنوز پست برق ۴۰۰/۳۳ kv فولاد تکمیل نشده است.
2-8-4 گاز
میزان پیک مصرف گاز طبیعی برای واحد احیاء بیش از ۷۰۰ هزار متر مکعب در روز می باشد.
گاز موردنیاز طرح از پالایشگاه گاز سرخس تامین می شود. ایستگاه تقلیل فشار گاز مجتمع از نوع 1000.60.50,000.STD. ST میباشد.
فشار ورودی: psi1000 معادل ۶۸ اتمسفر (۶۸.۹۴ بار)
فشار خروجی: psi60 معادل ۴ اتمسفر (۴.۱۳ بار)
ظرفیت ایستگاه: m3/hr ۵۰.۰۰۰
در حال حاضر گازرسانی به ایستگاه تقلیل فشار گاز انجام شده و مشکلی از لحاظ تامین گاز نخواهیم داشت. لازم به ذکر است شبکه توزیع گاز داخل مجتمع به صورت underground می باشد که تاکنون اجرایی نشده است.
2-9 واحد های مختلف طرح فولاد (طبق قرارداد)
– کوره احیایی (Reduction Furnace)
– گازشکن (Reformer)
– کاتالیست ها (Catalysts)
– نسوزها (Refractories)
– سیستم بازیاب حرارتی (Heat Recovery System)
– اسکرابرها و کولرها (Scrubbers and Coolers)
– سیستم تهیه وتوزیع گاز خنثی (Inert Gas system)
– سیستم غبارگیر (Dust Collection System)
– واحد بریکت سازی سرد (Cold Briquetting Plant)
– سیستم آب و فاضلاب (Water and Waste Water System)
– آب آشامیدنی
– سیستم آب خنک کننده ماشین آلات
– سیستم آب پروسس
– آب جبرانی
– سیستم
– فاضلاب صنعتی
– سیستم های سیال کمکی (Auxiliary Fluid Systems)
– سیستم آتش نشانی
– سیستم های تهویه
– سیستم هوای فشرده
– سیستم حمل مواد (Material Handling)
– سیستم انتقال مواد اکسیدی (گندله) (Oxide Material Handling System)
– سیستم انتقال محصول (آهن اسفنجی) (Product Material Handling System)
فرایند احیای گندله به آهن اسفنجی در کوره احیا انجام می شود.
در واحد احیای مستقیم گندله بعد از سرند شدن با دانه بندی بین ۱۶-۹ میلیمتر توسط نوارنقاله وارد کوره احیا می شود و در مخزن بالای کوره (شارژ هاپر) ریخته می شود. ظرفیت شارژ هاپر کوره احیا حدود ۱۵۶ تن می باشد. سطح مواد درون شارژبین توسط سوییچ های ابزاردقیق که از بالای مخزن آویزان هستند اندازه گیری می شود و وزن درون مخزن توسط لودسل هایی که در انتهای مخزن آویزان هستند اندازه گیری می شود.
چون شارژبین در بالای کوره سرباز است برای جلوگیری از خروج گاز سیستم در بالای کوره لاین گاز خنثی برای آببندی آن قرار گرفته است و اختلاف فشار بالای کوره با مقداری معادل ۶۰ تا ۸۰ میلیمتر آب کنترل می گردد و سپس مواد از طریق لوله های توزیع کننده وارد کوره می شود (۱۶ فیدلگ). فیدلگ ها تا زیر لاین گاز خروجی کوره قرار دارند. یک دریچه کشویی (slide gate) نیز در بالای کوره قرار دارد که در مواقع لزوم می توان ارتباط بین کوره و شارژ بین را قطع نمود در شرایط توقف و اضطراری بسته می باشد. یک کمپنزاتور (expansion joint) نیز برای تعدیل انبساط حرارتی کوره در ورودی مواد به کوره دیده شده است. توزیع یکنواخت گندله در کوره برای جریان یکنواخت گاز احیایی در بین گندله ها از اهمیت برخوردار است.
قطر داخلی کوره ۵.۶۵ متر می باشد ارتفاع منطقه احیایی حدود ۱۲ متر می باشد. دمای نقاط مختلف کوره توسط ترموکوپل هایی که از بالا درون کوره آویزان هستند سنجیده می شود و می توان با توجه به دماهای مذکور نسبت به کنترل مقادیر پروسس (فلو، دمای گاز و…) اقدام نمود.
گاز احیایی از طریق لاین باستل گس از دو ردیف سوراخ (دو ردیف ۷۹ تایی) وارد کوره شده و در خلاف جهت حرکت گندله به سمت بالا حرکت می کند.
جداره داخلی کوره توسط آجرهای نسوز مقاوم به سایش و دما پوشانده شده تا از تلفات حرارتی کوره تا اندازه ای کاسته شود ولی عموما دمای شل خارجی کوره حدودا تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد نیز می رسد.
دماهای داخلی کوره عموما به وسیله فلو و حرارت گاز احیایی کنترل می شود و دما در نقاط مختلف احیایی حدودا ۷۶۰ تا ۷۹۰ می باشد فقط در بالای کوره در محل خروجی گاز از کوره به دلیل ورود گندله خنک به کوره این دما کاهش و به حدود ۴۵۰ تا ۴۶۰ درجه می رسد.
فشار داخلی کوره در زمان استارت سیستم قابل افزایش تا حدود ۳۰۰۰ میلیمتر آب می باشد و توسط شیر کنترلی کنترل می شود. مواد پس از خروجی ناحیه احیایی وارد ناحیه کولینگ جهت خنک سازی می شوند چون امکان اکسیداسیون مواد گرم از کوره وجود دارد لذا به وسیله کمپرسورهای کولینگ گاز های ناحیه کولینگ از طریق سه مسیر خروجی گاز از کوره خارج شده و پس از شستشو و خنک سازی در اسکرابر کولینگ وارد نمگیر کولینگ شده مجددا به کوره دمیده می شود و بدین طریق نسبت به خنک سازی اسفنجی درون کوره اقدام می گردد. در ناحیه کولینگ امکان تولید کربن و تشکیل سمانتیت در سطح آهن اسفنجی وجود دارد.
گاز کولینگ با دمایی در حدود ۳۰ تا ۳۵ درجه وارد کوره شده و با دمایی بین ۴۵۰ تا ۵۰۰ درجه از کوره خارج می گردد. به علت تماس و فشار مکانیکی گندله های آهن اسفنجی به یکدیگر در درون کوره احیاء و چسبیدن آن ها به یکدیگر امکان تشکیل خوشه های آهن اسفنجی وجود دارد. لذا برای خرد کردن کلوخه ها و تنظیم بار در کوره از سه کلوخه شکن استفاده گردیده است. کلوخه شکن بالایی به دلیل اینکه در منطقه گرم کوره قرار گرفته است توسط آب خنک کن (رفت و برگشتی) شفت های آن خنک سازی می شود و کلوخه شکن میانی و پایینی به دلیل اینکه در منطقه خنک کننده قرار دارند بدون آبگرد هستند. کلوخه شکن ها از جنس فولاد مخصوص ساخته شده و بر روی آن ها تیغه هایی وجود دارد که باعث جداشدن کلوخه ها از یکدیگر می شوند و همچنین سرعت حرکت مواد در کوره را تنظیم می کنند و با میزان ریت خروجی کوره که توسط فیدر خروجی تنظیم می گردد سرعت کلوخه شکن ها تغییر می نماید. شافت کلوخه شکن ها به بیرون توسط پکینگ های مخصوص آب بندی می شود و تسط گریس پمپ مرکزی کوره مرتبًاً گریسکاری می شود تا از خروج گاز احیایی از ناحیه شافت ها جلوگیری به عمل آید. معمولا زاویه چرخش توسط کلوخه شکن ها توسط سازنده مشخص و حدود (۲۲ درجه به سمت راست و چپ) می باشد.
مواد پس از خروج از کوره توسط نوارنقاله به سیلوی محصول فرستاده می شود.
در زیر کوره جهت جلوگیری از خروج گازهای درون کوره یک جریان گاز خنثی جهت آببندی آن وجود دارد و در شرایط نرمال روی مقدار ۸۰ میلیمتر آب تنظیم می گردد.
مشخصه
گندله
آهن اسفنجی
Flow
144.16 ton/hr
104 ton/hr
T
25 °C
45 °C
Fe2O3
96.59 %
0.00
FeO
0.00 %
7.48%
Fe
0.00 %
87%
C
0.00 %
1.8 %
Gaung
3.41 %
3.72%
جدول 2 -6 مشخصات گندله ورودی و آهن اسفنجی خروجی از کوره
کل وزن کوره بدون نسوز
180 ton
وزن نسوز لازم
344.773 ton
ابعاد ناحیه احیایی کوره بعد از نسوزکاری
5.65 (ID) * 9.75 (H)
حجم موثر ناحیه احیایی
279.86 m3
ضخامت بدنه کوره )ناحیه احیایی(
20 mm
جنس بدنه کوره
A 516 Gr 70 or eq3
جدول 2 -7 مشخصات مکانیکی کوره (Data Sheet قرارداد)
مشخصات
گاز احیاکننده ورودی به کوره (Bustle Gas)
گاز خروجی کوره بعد از احیا (Top Gas)
گاز خنک کننده ورودی به کوره (Cooling Gas)
گازخنک کننده خروجی از کوره (Cooling Gas Offtake)
Flow
165,423 Nm3/hr
172,693 Nm3/hr
70,794 Nm3/hr
63,372 Nm3/hr
T
841 °C
410°C
37°C
450°C
P
1.310 Kg/cm2G
=
1.28 bar
0.35
Kg/cm2G
=
0.34 bar
1.52 Kg/cm2G
=
1.49 bar
1.31 Kg/cm2G
=
1.28 bar
CO
35.52%
18.67%
15.65%
17.48%
CO2
1.62%
17.52%
2.53%
2.72%
H2
53.10%
35.00%
25.10%
28.04%
H2O
4.69%
21.98%
2.43%
2.59%
CH4
3.03%
4.47%
47.10%
42.53%
C2H6
0.16%
0.32%
0.79%
0.37%
C3H8
0.05%
0.11%
0.14%
0.00%
C4+
0.02%
0.04%
0.16%
0.00%
N2
1.81%
1.90%
6.09%
6.26%
O2
0.00%
0.00%
0.00%
0.00%
جدول 2 -8 مشخصات گازهای ورودی و خروجی کوره
2-10 ریفورمر (Reformer)
همانطور که ذکر شد احیای اکسیدهای آهن داخل کوره توسط گازهای احیاکننده (CO و ۲H) می باشد که این گاز در مجموعه ای به نام ریفورمر تولید می گردد.
در ریفورمر دو نوع واکنش انجام می شود:
– واکنش های کاتالیستی سنتز گاز متان در حضور CO2 و H2O برای تولید گازهای احیا کننده
– واکنش های احتراق گاز متان و گاز پروسس جهت تامین حرارت واکنش ریفورمینگ
2-10-1 مراحل تولید گاز احیایی
گاز ۳/۲ پروسس بعد از خروج از T. G. S وارد کمپرسور های پروسس شده سپس این گاز وارد تجهیز دیگری به نام Mist Eliminator می شود تا نم موجود در گاز را حذف کند. سپس در میکسر گاز فرایند با N. G پیشگرم شده مخلوط شده و با عبور از تیوب باندل های رکوپراتور مجددا پیشگرم می شود و به دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد می رسد سپس وارد لوله های کاتالیست داخل باکس ریفورمر می شود. گاز خوراک ورودی به لوله های کاتالیست طبق واکنش های زیر در حضور سه لایه کاتالیست تیوب ها به گاز ریفورم که عمدتا شامل CO و ۲H است تبدیل می شود. این گاز توسط سه داکت بالای ریفورمر وارد یک داکت شده و در نهایت وارد کوره می شود. در بالای ریفورمر گاز احیایی تولید شده هر دو ردیف تیوب وارد یک داکت می شود.
2-10-2 ساختمان ریفورمر
ساختمان راکتور تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس یک جعبه مکعب مستطیل شکل به ابعاد زیر می باشد:
طول: ۴۵.۸۵ متر عرض: ۱۴.۲۸۸ متر ارتفاع: ۸.۵۶۸ متر
بدنه ریفورمر از فولاد کربنی و قسمت داخلی با نسوز عایقکاری شده است. دمای بیرونی ریفورمر باید کمتر از ۱۳۰ باشد. داخل ریفورمر از ۱۳ bay (دهانه) تشکیل شده در هر bay ۶ ردیف ۳۶ تایی تیوب ریفورمر قرار دارد در مجموع ۴۶۸ تیوب (۳۶*۱۳) که این تیوب ها از سه لایه مختلف کاتالیست بوده و واکنشهای تولید گاز احیا در این تیوب ها انجام می شود.
2-10-3 واکنش های ریفورمینگ:
CH4 + H2O = 3H2 + CO تغییر فرم بخار آب
CH4 + CO2 = 2H2 + 2CO CO2 تغییر فرم گاز
چون تولید گاز احیا کننده گرماگیر و دمای۱۱۰۰ درجه سانتیگراد مناسب می باشد لذا باید به طور مداوم حرارت به راکتور داده شود. به این منظور ریفورمر توسط مشعل هایی گرم می شود و دمای گاز در ریفورمر به حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد رسانده می شود. مجموعا ۱۸۲ مشعل اصلی در۷ ردیف در کف ریفورمر بین لوله ها و مجموعا ۵۲ مشعل فرعی در ۴ ردیف و در بین مشعل های اصلی قرار گرفته اند. مشعل های فرعی در هنگام خشک کردن و گرم کردن ریفورمر روشن می شوند.
شکل 2 -7 ساختمان ریفورمر
2-10-4 چیدمان مشعل ها، تیوب ها و ترموکوپل های کف و سقف ریفورمر
شکل 2 -8چیدمان مشعل ها، تیوب ها و ترموکوپل های کف و سقف ریفورمر
شکل 2 -9 نمای بالای ریفورمر فولاد
2-10-5 عملیات نسوزکاری باکس ریفورمر
نسوزکاری بخش های زیر از باکس ریفورمر مطابق با نقشه های نسوز انجام می شود:
– جرم ریزی دریچه های خروج دود و نقاط بازدید، منهول های دو طرف و خروجی داکت seal gas (طبق نقشه نسوز جوش انکر – قالب بندی و سپس جرم ریزی)
– آجرکاری ۱.۸۰۹ متری دیواره های ریفورمر به ضخامت ۳۵ cm (دو نوع آجر گرید ۲۳ و ۲۶)
– پتوی نسوز سقف ریفورمر 22.5cm (۶ لایه بلنکت)
– پتوی نسوز جداره ها22.5cm (۶ لایه بلنکت)
– جرم و آجر کف 36.5cm (4 لایه عایق کلسیم سیلیکات، یک لایه 6.5cm آجر عایق، یک لایه 9cm
خاک نسوز (Aggregate)
– در کف ریفورمر دور تیوب ها جرم ریختنی مقاوم به سایش در محل سایت قالب گیری می شود قرار داده می شود.
– در کف ریفورمر دور مشعل های اصلی جرم ریختنی عایق که در محل سایت قالب گیری می شود قرار داده می شود.
مقدار کل نسوزکاری باکس ریفورمر حدود ۳۲۵ تن می باشد.
شکل 2 -10 آجرکاری دیواره ریفورمر – فولاد
شکل 2 -11 نمایی از تیوب ها و سقف نسوز کاری شده ریفورمر – فولاد
شکل 2 -12 نمایی از نسوزکف ریفورمر – نسوز مشعل های اصلی و جرم پیش ساخته مشعل های فرعی – فولاد
2-11 سیستم بازیاب حرارتی (Recuperator)
سومین قسمت مهم میدرکس، ناحیه رکوپراتورها است. رکوپراتور یک تونل نسوزچینی شده با تعدادی باندل فولادی مقاوم به حرارت و اکسیداسیون است که گازهای داغ سوخته شده در ریفورمر با دمای حدود ۱۱۰۰ درجه وارد آن شده و پس از گرم کردن هوای مشعل های اصلی، Feed Gas و گاز طبیعی وارد دودکش می گردد.
در مجتمع فولاد دو رکوپراتور A وB وجود دارد. در هر رکوپراتور ۲ باندل پیشگرم هوا ۲ باندل پیشگرم Feed Gas و یک باندل پیشگرم گاز طبیعی وجود دارد. باندل ها مجموعه لوله های مقاوم در برابر دما و خوردگی داغ با قطرهای ۲ تا ۳ اینچ هستند که از داخل آن ها گاز پیشگرم شونده و از بیرون آن ها گاز پیشگرم کننده (دود ریفورمر) جریان دارد. گازهای پیشگرم شونده از بالا وارد و پس از طی مسیر و گرم شدن مجددًاً از سمت بالا خارج می گردند.
اولین تماس گازهای Flue به باندل هوا که از داخل لوله های آن هوای اصلی عبور می کند قرار دارند. جنس باندل ها فولادی مقاوم به حرارت نورد شده می باشد که با جوشکاری به یکدیگر مونتاژ شده اند. باندل های پیشگرم هوا دارای مشخصات زیر هستند و طبق طراحی بایستی دمای هوا را از ۴۵ درجه سانتیگراد به ۵۸۵ درجه سانتیگراد در باندل ردیف ۱ و ۵۹۱ درجه سانتیگراد در باندل ردیف ۲ برسانند.
در حال حاضر، هوای اصلی را تا دمای بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتیگراد پیشگرم می نمایند و در کاهش مصرف سوخت و بازیاب انرژی تاثیر بسزایی دارد. پیش گرم کردن هوای احتراقی مشعل های اصلی، مصرف انرژی را کاهش می دهد.
پس از باندل های هوا باندل Feed Gas قرار دارند که از داخل لوله های آن Feed Gas عبور می نماید. باندل ها از دو جنس ضد زنگ بدون درز آستنیتی می باشد که با جوشکاری به یکدیگر مونتاژ شده اند.
باندل های پیشگرم Feed Gas دارای مشخصات زیر هستند و طبق طراحی بایستی دما را به ۵۵۰ درجه برسانند. پیشگرم Feed Gas موجب می گردد تا ارتفاع کاتالیست خنثی و نیمه فعال کمتر شده و ارتفاع کاتالیست فعال بیشتر شود و حجم گاز پروسس در هر لوله و حجم ریفرمینگ افزایش یابد که نرخ تولید افزایش می یابد و انرژی مصرفی در واحد تولید کاهش می یابد. در نتیجه بازده تولید افزایش چشمگیری خواهد داشت. در جدول زیر اثر دمای گاز ورودی بر ظرفیت ریفورمر آورده شده است. اگر ظرفیت ریفورمر در دمای پیشگرم Feed Gas برابر با دمای گاز پروسس (۸۰ درجه سانتیگراد) برابر ۱ باشد با افزایش دمای فید گس به ۴۰۰ درجه ظرفیت ریفورمر ۱۰٪ و در دمای پیشگرم
۵۴۰ درجه ۱۳٪ و در دمای پیشگرم ۵۸۰ درجه ۱۴٪ افزایش خواهد یافت.
پس از باندل های Feed Gas باندل های پیشگرم گاز طبیعی پروسس قرار دارند که گاز طبیعی را تا بالای ۴۰۰ درجه پیشگرم می نماید و تاثیرات آن در یکنواختی دمای Feed Gas ورودی به رکوپراتور و دمای بالاتر Feed Gas گرم شده را به همراه دارد. اگر گاز طبیعی بدون پیشگرم ۲۵ درجه با گاز پروسس ۷۵ تا ۸۰ درجه مخلوط گردد باعث سرد شدن گاز پروسس و میعان بخار آب همراه گاز پروسس می گردد و نسبت بخار H۲O در گاز پروسس بر هم خورده و در نهایت بر روی نسبت H2/CO تاثیر گذاشته و آن را کاهش داده و با نوسان دمای گاز طبیعی (ناشی از محیط) نوسان می نماید. پیش گرمایش گاز طبیعی، متراکم شدن بخار آب را کاهش و یا حذف می کند و پیش گرم کننده های گاز تغذیه را محافظت می کند. طبق طراحی گاز طبیعی را از دمای ۲۵ درجه به ۴۶۸ درجه پیشگرم می نمایند.
باندل های موجود در رکوپراتور در صورتی که گاز در داخل آن ها جریان داشته باشد و دیواره آن ها را خنک نماید، می توانند گاز ۱۱۰۰ درجه ورودی از ریفورمر را تحمل نمایند. در غیر این صورت بایستی گاز Flue در حالت Idle با هوای رقیق کننده تا حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد سرد گردد.
2-12 اسکرابرها (Scrubbers):
این تجهیزات برای شستشو و خنک کردن گاز خروجی کوره به کار می روند. گاز احیایی بعد از احیای گندله مقدار زیادی گرد و غبار را نیز با خود به همراه دارند لذا برای استفاده مجدد از این گازهای احیایی ابتدا باید شسته شوند و دمای آن ها کاسته شود. گاز در بستر پکینگ از جنس پروپیلن در یک جریان متقابل با آب برخورد می کند ذرات گرد و غبار در اثر تماس با آب و افزایش دانسیته از گاز جدا شده و به همراه آب به سمت پایین اسکرابر حرکت می کنند. اسکرابر Top Gas برای شستشو و خنک کردن گاز احیایی کوره و اسکرابر گاز کولینگ برای شستشو و خنک کاری گاز خنک کننده کوره می باشد.
مشخصات
Top Gas Scrubber
Cooling Gas Scrubber
ظرفیت
184,000 Nm3/hr
75,000 Nm3/hr
ابعاد
ID:6.9 m – H: 12.5 m
ID:5.20 m – H: 12.20 m
نوع
بستر پکینگ (packed bed)
بستر پکینگ (packed bed)
حجم و جنس پکینگ مورد استفاده
380 m پلی پروپیلن
Polypropylene
330 m پلی پروپیلن
Polypropylene
نوع خنک کاری
پاشش آب
پاشش آب
دمای گاز ورودی
410 °C
450 °C
دمای گاز خروجی
52 °C – 40 °C
28 °C
مقدار آب لجن خروجی
1217.9 m3/hr
574.2 m3/hr
جدول 2 -9 اسکرابرها
2-12-1 کولرها (Coolers)
این تجهیزات برای خنک کردن گازهایی استفاده می شود که دارای غبار نیستند. دو نمونه از این تجهیزات با شستشوی مستقیم گاز با آب در حضور پکینگ ها عمل خنک کردن را انجام می دهند و تجهیز دیگر مانند یک کولر معمولی عمل می کند.
مشخصات
Reformed Gas Cooler
Seal Gas Cooler
Seal Gas after cooler
کد تجهیز
SR-AA42
SR-AD01
SR-AD05
نوع
بستر پکینگ (bed packed)
بستر پکینگ (bed packed)
حجم پکینگ مورد استفاده
9 m3
3 m3
ندارد
جنس پکینگ مورد استفاده
فلزی SUS 304 Pall Rings
فلزی SUS 304 Pall Rings
ندارد
نوع خنک کاری
پاشش آب
پاشش آب
دما
ورودی
925 °C
1120 °C
191°C
خروجی
28°C
30°C
38°C
ابعاد
ID: 3.4m – H: 5.2m
ID: 2.6m – H: 3.1m
ظرفیت
11,911 Nm3/hr
8,129Nm3/hr
236Nm3/hr
دبی و دمای آب ورودی به قسمت پکینگ ها
ورودی
148.8m3/h
26.2 °C
160.2m3/hr 26.2°C
با هوا خنک می شود
خروجی
149.1m3/h
51 °C
161.5m3/hr 51°C
با هوا خنک می شود
جدول 2 -10 کولرها
2-13 نمگیر ها (Mist Eliminators)
مشخصات
Process Gas Mist
Eliminator
Bottom Seal Gas Mist Eliminator
Cooling Gas Mist Eliminator
کد تجهیز
SR-AA60
SR-AD35
SR-AA73
نوع
پره ای (vane type)
پره ای (vane type)
سیکلونی
(cyclone type)
ابعاد
ID: 2.2m – H: 7m
ID: m – H: m
ID:2.2 m – H: 7m
ظرفیت
11,911 Nm3/hr
8,129Nm3/hr
236Nm3/hr
این تجهیزات برای حذف نم و بخارات آب باقی مانده در گاز استفاده می شوند. این تجهیزات باید قطرات بالای ۱۰ میکرون را حذف کنند.
جدول 2 -2-11نمگیر ها
2-14 سیستم تهیه وتوزیع گاز خنثی (Inert Gas system)
در فرایند های احیای مستقیم با گاز های خطرناکی (CO و H۲) سرو کار داریم که بایستی از نظر ایمنی راهی برای اجتناب از از خطر های احتمالی پیش بینی گردد. در فرایند میدرکس به دلیل مداوم بودن روش و باز بودن گیت های ورود و خروج مواد در کوره امکان نفوذ گاز های خطرناک همواره وجود دارد. برای پیشگیری از نفوذ این گازها به بیرون، بالا و پایین کوره توسط گازی خنثی (عمدتا شامل ازت و دی اکسید کربن) فشار مثبتی ایجاد شده که مانع از نفوذ گاز های داخل کوره به بیرون می شود.
وظایف گاز خنثی در یک کارخانه احیا مستقیم به شرح ذیل است:
۱- جلوگیری از فرار گازهای احیایی کوره به بیرون در طول فرآیند احیا
۲- پاک کردن (خالی کردن) سیستم از گازهای احیایی در زمانی که کارخانه خاموش است.
۳- حفظ و نگهداری یک اتمسفر نسبتاً خنثی در مخزن های ذخیره محصول
۴- جلوگیری از خراب شدن تجهیزات با پاک سازی مداوم خطوط حساس تجهیزات
۵- حفظ و نگهداری یک فشار مثبت در کوره در طول توقف کارخانه تا از اکسیداسیون مجدد محصول گرم جلوگیری شود.
در اثر سوختن کامل گازطبیعی در محفظه ریفورمر، گازهایی تولید می شود که سمی، آتشگیر، و انفجاری نبوده و به عنوان گاز خنثی برای آب بندی کردن می تواند در خطوط فرایند مصرف شود. در واقع گاز خنثی: حاصل احتراق هوا و سوخت (گاز طبیعی. گاز برگشتی از کوره) در مشعل های ریفرمر می باشد.
سیستم گاز خنثی در واحد احیا به مسیرهای زیر تقسیم بندی می شود:
– گاز خنثی تر با فشار (wet seal gas) 1.5bar : برای آب بندی بالا و پایین کوره ، کولر گاز ریفورم (Reformed Gas Cooler) و خروجی 3/2 process
– گاز خنثی خشک با فشار (dry seal gas) 1.5 bar برای : سیل لگ پایین کوره ، پروداکت بین و پروداکت اسکرین
– گاز خنثی پرفشار یا گاز پرچ ( bar 14 purge gas ) : Purge به معنی پاکسازی کردن، تصفیه کردن، خالی کردن می باشد. یعنی پاک کردن خطوط از گازهای خطرناک.
موارد استفاده گاز پرج : سیل لگ پایین کوره ، بخش انتقال مواد محصول ، کمپرسور seal gas ، 14 نقطه impulse purge ، کمپرسور های مرحله یک (B) و دو پروسس ، میکسر گاز سوخت ، سیستم گاز کولینگ ، سیستم گاز پروسس ، کمپرسور گاز کولینگ ، اسکرابر گاز کولینگ
2-15 سیستم غبارگیر (dust collection system)
برای کاهش سطح غبار در اطراف تجهیزات حمل مواد، ۷ سیستم غبارگیر در نواحی ذیل تعبیه شده است که شامل:
1- غبار گیر محوطه تخلیه کامیون از نوع Bag Filter
2- ایستگاه سرند مواد اکسیدی oxide screen station از نوع wet scrubber
3- مخزن روزانه Day Bin از نوع wet scrubber
4- کوره shaft furnace از نوع wet & dry scrubber
5- مخازن محصول product storage bins از نوع wet scrubber
6- ایستگاه سرند محصول product screen station از نوع wet scrubber
7- واحد بریکت سازی Briquetting
همه سیستم های غبارگیر سیستم تمیز کننده مرطوب هستند بجز سیستم های غبارگیر محصول که مخلوطی از نوع خشک و مرطوب هستند. ؟
هر سیستم غبارگیر شامل هودهای جمع کننده غبار، blast gates، اسکرابر و فن هستند.
2-15-1 طرز کار:
هوای دارای غبار به نقطه pick up هود مکش می شود برای اینکه سرعت ظاهری مخصوصی بدهد سپس هوا وارد اسکرابر شده طوری که اسپری چند تایی اب تمام گرد و غبار هوا را می گیرد سپس هوای تمیز از طرق فن وارد اتمسفر می شود. آب دارای لجن از پایین اسکرابر به کلاریفایر پمپ می شود.
2-16 واحد بریکت سازی (Briquetting Plant)
نرمه های آهن اسفنجی تولید شده در واحد احیای مستقیم با استفاده از افزودنی ها به خشته های فشرده و قابل حمل تبدیل شده تا امکان شارژ در واحد فولادسازی را داشته باشد.
ذرات ریز فلزی کمتر از ۵ میلی متر به روی یک نوار نقاله تغذیه می شود و بطور همزمان مقدار مناسب از چسب خشک به روی یک نوار نقاله دیگر تغذیه می شود. سرانجام این دو نوار روی یک نوار نقاله که ذرات ریز فلزی و چسب ها را به داخل میکسر می برد، تخلیه می شوند مقداری مناسب چسب مرطوب (مایع) نیز به مواد داخل میکسر پمپ می شود و مواد به خوبی با یکدیگر مخلوط می شوند. مخلوط حاصل از میکسر با سرعت کنترل شده ای خارج شده و به ماشین بریکت سازی تغذیه می شود. بعد از بریکت سازی می توان آن ها رابه کوره قوس الکتریکی انتقال داد یا در محلی ذخیره نمود.
فصل 3 سیستم آب واحد احیا
در یک مدول واحد احیای مستقیم از آب به منظور خنک کردن تجهیزات، شستشوی گاز، کنترل دما و تنظیم رطوبت گاز استفاده می شود.
3-1 پروسه آب در واحد احیا به ۳ قسمت مهم تقسیم بندی می شود
۱- سیستم تامین آب جبرانی Make Up Water System
۲- سیستم آب پروسس Process Water System شامل:
a. سیستم آب پروسس تمیز Clean Process Water System
b. سیستم آب پروسس کثیف Contaminated Process Water System
۳- سیستم آب خنک کننده تجهیزات و ماشین آلات Machinery Cooling Water System
3-2 سیستم ها و یا مکان هایی که در آن ها آب گردش می کند عبارتند از
سیستم آب خنک کاری ماشین آلات
سیستم آب پروسس
برجهای خنک کننده
کلاسیفایر ، کلاریفایر ، و حوضچه های جمع آوری آب
اسکرابر گاز کولینگ و تاپ گس
3-3 مواردی که در ادامه توضیح داده خواهد شد
– انواع آب در فرایند احیا
– کلیه حوضچه های موجود در سایت، مکان، مشخصات و ابعاد
– کلیه پمپ ها، مشخصات و نوع آبی که پمپ می کنند
– مشخصات فرایندی و مکانیکی کولینگ تاور
– مشخصات فرایندی و مکانیکی کلاریفایر
– مشخصات فرایندی و مکانیکی کلاسیفایر
– مشخصات فرایندی وساختمانی Sludge Pond
– مشخصات Pump Station و تجهیزات نصب شده در آن
– مشخصات مبدل حرارتی (Heat Exchanger)
– مواد شیمیایی مورد استفاده مربوط به آب احیا و ذکر دلیل
3-3-1 سیستم آب پروسس Process Water System:
آب پروسس در واحد احیا به منظور شستشوی گاز، کنترل دما و تنظیم رطوبت گاز استفاده می شود. دو نوع آب پروسس وجود دارد:
3-3-1-1 آب پروسس سرد و گرم کثیف
برای بخش های زیر استفاده می شود:
– شستشو و خنک کردن گاز در اسکرابر Cooling Gas Scrubber و Top Gas Scrubber
– مرطوب کردن گرد و غبار در سیستم های غبارگیر
3-3-1-2 آب پروسس سرد و گرم تمیز
هدف این قسمت به گردش در آوردن آب سرد برای بخش های زیر می باشد:
– تمیز کاری و خنک کردن گاز در کولرهای گاز ریفورم (R. G. C) و کولر گاز سیل (S. G. C)
– خنک کاری مبدل های آب ماشینری
– خنک کاری تجهیز IGG
چهار تقسیم بندی برای آب پروسس موجود است:
1. آب پروسس گرم کثیف (Dirty Hot Process Water)
2. آب پروسس سرد کثیف (Dirty Cold Process Water)
3. آب پروسس گرم تمیز (Clean Hot Process Water)
4. آب پروسس سرد تمیز (Clean Cold Process Water)
شکل 3 -1 تقسیم بندی برای آب پروسس
بر همین اساس ۴ مخزن بتنی برای این آب ها وجود دارد. این مخازن کنار کولینگ تاور قرار دارند.
۱- مخزن آب سرد (برای آب پروسس کثیف) TK-GE40
۲- مخزن آب گرم (برای آب پروسس کثیف) TK-GE41
۳- مخزن آب گرم تمیز TK-GE43
۴- مخزن آب سرد تمیز
مخزن آب ماشین الات: TK-GM70
3-3-1-2-1 سیستم آب پروسس گرم:
هدف اصلی سیستم آب داغ پروسس، کنترل رطوبت درون گاز پروسس و گاز فید است تا نسبت CO/H2 گاز احیایی را کنترل کند. در ناحیه پمپ استیشن یک مخزن آب گرم وجود دارد. پمپ ها آب را از مخزن آب گرم در دمای حدود ۴۵ درجه به گردش درمی آورند و آب به پکینگ های اسکرابر تاپ گس، ونچوری و گلویی اسکرابرهای تاپ گس و کولینگ به گردش در می آید.
مخزن آب داغ پروسس به عنوان یک ذخیره کننده آب برای پمپ ها عمل می نماید. مخزن به طور پیوسته توسط جریان آب برگشتی آب گرم پروسس از سر ریز کلاریفایر پر نگهداشته می شود. علاوه بر آن آب جبرانی به مخزن لوله کشی شده است.
حوضچه ها:
حوضچه آب گرم پروسس کثیف TK-GE41
ورودی حوضچه آب گرم پروسس کثیف TK-GE41
سرریز خروجی کلاریفایر
خروجی های حوضچه آب گرم پروسس کثیفTK-GE41
۱- سه پمپ PU-GE61 A/B/C آب را به سمت ۶ غبارگیرتر پمپ می کنند.
۲- از پمپ های بالا بخشی از آب به سمت ونچوری های C. G. S و T. G. S می رود.
۳- بخشی از آب پمپ های بالا به مخزن TK-GE46) Blow Down Basin) وارد می شود. که از آنجا توسط دو پمپ PU-GE47 به سمت Client می رود.
۴- سه پمپ PU-GE45 آب را به بالای کولینگ تاور دو سلولی CT-GE44 پمپ می کنند.
حوضچه آب سرد پروسس کثیف TK-GE40
ورودی ها:
۱- آب سرد کولینگ تاور که از حوضچه کناری پمپ شده بود.
۲- آب جبرانی Make Up
خروجی ها:
۳- سه پمپ PU-GE42 A/B/C آب را به سمت پکینگ های T. G. S و C. G. S پمپ می کنند.
3-3-2 سیستم آب سرد وگرم پروسس تمیز
پمپ های گردش آب برج خنک کننده، آب را از مخزن آب گرم دریافت می کنند. آب از بالای برجهای خنک کننده اسپری می گردد و تا حدود ۲۶ درجه سرد می شود. آب سرد شده در مخزن آب سرد جمع می گردد و از آنجا برای تجهیزات مختلف ارسال می گردد.
شکل 3 -2 بخش کولینگ تاور تک سلولی و حوضچه های اطراف
3-4 حوضچه ها
حوضچه آب گرم پروسس تمیز TK-GE43
ورودی ها:
۱- خروجی آب Heat Exchanger
۲- خروجی آب کولر گاز ریفرمر SR-AA42 – Reformed Gas Cooler
۳- خروجی آب کولر گاز سیل SR-AD01 – Seal Gas Cooler که ابتدا به مخزن Seal Gas Cooler Sump وارد می شود و از آنجا توسط دو پمپ PU-AE92 به حوضچه آب گرم تمیز TK-GE43 وارد می شود.
خروجی :
دو پمپ PU-GE48 A/B آب را به بالای کولینگ تاور تک سلولی پمپ می کنند. بخشی از این آب از طریق همین پمپ ها به مخزن Blow Down Basin (TK-GE46) وارد می شود. که از آنجا توسط دو پمپ PU-GE47 به سمت Client می رود.
حوضچه آب سرد پروسس تمیز: TKGE42
ورودی ها:
۱- آب سرد کولینگ تاور که از حوضچه کناری به بالای کولینگ تاور پمپ شده بود.
۲- آب جبرانی Make Up
خروجی ها:
۱- ورودی آب Heat Exchanger
۲- ورودی آب کولر گاز ریفررم Reformed Gas Cooler – SR-AA42
۳- ورودی آب کولر گاز سیل Seal Gas Cooler – SR-AD01.۴
۴- به عنوان آب اضطراری IGG که حذف شده است.
3-5 سیستم آب خنک کاری ماشین آلات Machinery Cooling Water
3-5-1 مصارف اب ماشینری
واحدهیدرولیک کوره
کمپرسور گاز کولینگ (Cooling Gas Compressor)
کمپرسور گاز پروسس مرحله اول
کمپرسور گاز پرج (Purge Gas Compressor)
درایر گاز سیل (Seal Gas Refrigerant Dryer)
کمپرسور گاز سیل (Seal Gas Compressor)
کمپرسور گاز پروسس مرحله Process Gas Compressor 2nd stage) ۲)
دمنده هوای اصلی و موتور (Main Air Blower & Motor)
فن انژکتور استک (Ejector Stack Fan)
پمپ sump کولر گاز سیل (seal gas cooler sump pump)
3-5-2 سیستم آب خنک کننده ماشین آلات (Machinery Cooling Water System)
دستگاه ها و تجهیزاتی که در فرایند احیای مستقیم مورد استفاده قرار می گیرند اغلب گران قیمت می باشند به همین دلیل حفاظت از آن ها در برابر آسیب های احتمالی امری ضروری به شمار می آید. هدف این سیستم گردش آب خنک کننده در تجهیزات ماشینی مختلف و سیستمهای مربوطه در واحد احیای مستقیم می باشد. آب سیستم ماشینری یک سیستم رفت و برگشتی است. سیکل بسته دارد و با محیط رابطه مستقیم ندارد. مخزن آب خنک کننده ماشینری آب را برای مکش پمپ های آب ماشینری فراهم می سازد. مخزن آب ماشینری TK-GM70 کنار کولینگ تاور بتنی می باشد. آب از این مخزن و از طریق دو پمپ PU-GM64A/B به دو قسمت تقسیم می شود: بخشی وارد مبدل های حرارتی (HE-GM88A/B) می شود و بعد از خنک شدن به دمای۲۶ درجه سانتیگراد به سمت تجهیزات فرستاده می شود وبخشی دیگر به سمت مخزن آب برگشتی کوره که در وسط کوره نصب شده است وارد می شود. همه این آب ها بعد از خنک کاری تجهیزات به مخزن آب ماشینری برمی گردد. به منظور تصفیه آب خنک کننده ماشینری، ممانعت کننده خوردگی و بازدارنده لجن و ضد رسوب باید به آب ماشینری اضافه شود- به همین منظوربخشی از آب جبرانی وارد مخزن مواد شیمیایی (chemical tank) شده و از طریق دو پمپ PU-GM7501A/B (chemical feed pump A/B) وارد مخزن آب خنک کننده ماشینری می شود.
3-5-3 مبدل حرارتی (Heat Exchanger)
مبدل حرارتی تجهیزی برای خنک کردن آب ماشینری به صورت تماس غیر مستقیم می باشد. این مبدل از نوع صفحه ای بوده و سیال خنک کننده آب ماشینری، آبی است که از مخزن آب سرد پروسس می آید.
به ازای هر یک تن آهن اسفنجی 0.2M3 آب ماشین آلات مورد نیاز است.
ممانعت کننده از خوردگی و بازدارنده لجن و ضد رسوب باید به آب ماشینری در حوضچه آب سرد ماشینری اضافه شود. سیستم تزریق شیمیایی (Chemical Dosing System) مربوط به تزریق مواد شیمیایی ضد خوردگی و ضد رسوب داخل حوضچه آب ماشینری می باشد.
مصرف آب ماشین آلات
1. یک لاین به قطر 4cm برای پمپ سیرکوله T. G. S
2. واحدهیدرولیک کوره
3. واحد هیدرولیک خوشه شکن بالایی
4. واحد هیدرولیک خوشه شکن میانی و وسطی
5. واحد هیدرولیک اسلاید گیت های بالا و پایین کوره
6. کمپرسور گاز کولینگ (Cooling Gas Compressor)
7. Injection
8. Seal flash
9. Oil cooler Blower
10. Gear Box oil Cooler
11. کمپرسور گاز پروسس مرحله اول (Process Gas Compressor 1st stage A/B)
12. Injection
13. Seal flash
14. Oil cooler Blower
15. Gear Box oil Cooler
16. کمپرسور گاز پرج (Purge Gas Compressor)
17. درایر یخچالی گاز سیل (Seal Gas Refrigerant Dryer)
18. کمپرسور گاز سیل (Seal Gas Compressor)
19. Oil cooler
20. After cooler
21. کمپرسور گاز پروسس مرحله ۲ (Process Gas Compressor 2nd stage)
22. Injection
23. Seal flash
24. Oil cooler Blower
25. Gear Box oil Cooler
26. دمنده هوای اصلی و موتور (Main Air Blower & Motor)
27. (Bearing)
28. فن اجکتور استک (Ejector Stack Fan)
29. (Bearing)
30. پمپ sump کولر گاز سیل (seal gas cooler sump pump)
3-6 کلاسیفایر (classifier)
تجهیزی است که آب های T. G. S و C. G. S به علت داشتن مقادیر بالای گردو غبار و لجن ابتدا وارد این تجهیز می شود تا لجن های درشت جدا شود، سپس وارد کلاریفایر می شود.
3-7 کلاریفایر (Clarifier)
یک مخزن استوانه ای نسبتاً کم عمق با یک شیب نسبی در کف (جایی که لجن ته نشین می گردد) است که آب را از غبارگیرهای کارخانه، پمپ های زیر کلاریفایر، پمپ های حوضچه های جمع آوری آب در سطح کارخانه (Collecting pumps)، سرریز اسکرابرهای کولینگ و تاپ گس و فلوکولانت دریافت می کند. کلاریفایر دارای پاروهایی برای جمع آوری لجن ته نشین شونده است. حوضچه از بتن مسلح ساخته شده است و دارای سه پمپ در زیر برای تخلیه لجن می باشد. آب سرریز وارد حوضچه آب داغ برای استفاده مجدد می شود. آب پروسس ورودی توسط یک کانال به مرکز کلاریفایر وارد می گردد. جریان آب پس از عبور از شعاع ۲۵ متری کلاریفایر (جهت ته نشین شدن ذرات معلق ورودی و کاهش TSS) از کلاریفایر سرریز نموده و وارد حوضچه آب داغ می گردد.
مشخصات کلاریفایر تصفیه آب فولاد
1
تعداد
40 m
طول بازو
6 m
ارتفاع از مرکز
4m
ارتفاع دیواره
5.7 m
سطح آب در مرکز
تقریبا %10
شیب دیواره
2500 m3/hr
ظرفیت ) آب در گردش(
2.4 hr
زمان ماند
1300 kg/m3 ماکزیمم
دانسیته لجن
20 m3/hr
جریان برگشتی دوغاب ) آب و لجن(
10000 ppm ماکزیمم – 2000 ppm
TSS ورودی
60 ppm
TSS خروجی
جدول 3 -1مشخصات کلاریفایر تصفیه آب فولاد
3-8 برج های خنک کننده (Cooling Towers)
برج خنک کن یا برج خنک کننده به انگلیسی (Cooling Tower) عبارت است از یک ساختمان بتنی، فلزی، چوبی و یا با فایبرگلاس شکل و ترکیب خاص که برای سرمایش آب گرم به صورت طبیعی یا مکانیکی طراحی و ساخته می شود. ابعاد و شکل برج خنک کننده، تابعی از میزان تبادل گرمایی موردنیاز و مکانیزم سرمایش می باشد.
در برج خنک کننده آب گرم به طور مستقیم و یا غیرمستقیم در تماس با جریان هوای طبیعی یا مکانیکی قرارگرفته و گرمای آن به هوا منتقل می شود و برای مصرف بعدی مورداستفاده قرار می گیرد.
طرز کار برج خنک کننده بدین صورت است که آب داغ وارد شده به برج خنک کننده توسط فن های برج خنک کننده سرد می شوند. آب گرم از طریق لوله به بالای برج خنک کننده منتقل و از طریق آب پاشهایی که در بالای برج خنک کننده نصب گردیده از بالا به پایین بر روی پکینگ هایPP یاPVC (مدیا) پاشیده می شود تا از این طریق بتوان سطح تماس بیشتری را با آب وارد شده و هوایی که توسط فن ها از درون لوورهای اطراف برج خنک کننده وارد می شود داشته باشند. این عمل در برج خنک کننده باعث می شود که اب داغ سریع سرد شده و وارد چرخه بازگشت شود.
برج خنک کننده مجتمع فولاد دارای سه سلول می باشد. کولینگ تاور دو سلولی برای خنک سازی آب پروسس کثیف و تک سلولی برای خنک کاری آب پروسس تمیز به کار می رود.
کولینگ تاور یا برج خنک کننده برای سرد کردن آب پروسس در مجموعه به کار می روند. برجهای خنک کننده برای کاهش دمای آب پروسس از ۴۲ درجه به ۲۶ درجه می باشند. وظیفه اولیه برج خنک کننده گرفتن حرارت است. این کار توسط تبخیر آب انجام می شود. به منظور افزایش راندمان، مقدار زیادی هوا از سمت پایین، خلاف جریان اسپری آب گرم پروسس عبور داده می شود.
کولینگ تاور تک سلولی (CT-GE44)
کولینگ تاور دو سلولی (CT-GE43)
3-9 اسکرابر Top Gas
آب سرد پروسس با حجم ، دما و فشار لازم به داخل پکینگ های اسکرابر تاپ گس به دلایل زیر پاشیده می شود:
– تمیز و سرد کردن گاز خروجی از ناحیه تاپ گس ، کنترل دما و رطوبت گاز پروسس
دمای گاز پروسس به طور غیر مستقیم توسط کنترل دمای آب قسمت پکینگ اسکرابر تاپ گس کنترل میشود .
3-10 اسکرابر Cooling Gas
آب سرد پروسس با حجم، دما و فشار لازم به داخل پکینگ های اسکرابر گاز کولینگ به دلایل زیر پاشیده می شود: تمیز و سرد کردن گاز خروجی از ناحیه کولینگ، تولید یک گاز خنک برای خنک کردن آهن اسفنجی احیا شده در کوره.
آب داغ پروسس برای ونچوری گلویی و چرخشی اسکرابر گاز کولینگ فراهم می شود. جریان آب به گلویی و چرخشی حدود ۴۵ مترمکعب در ساعت است. آب گلویی ونچوری به سمت مرکز ونچوری لوله کشی شده است و آب را در تمام سطح ۳۶۰ درجه گلویی به طور افقی اسپری میکند. آب چرخشی گلویی در بالای ونچوری به صورت گریز از مرکز برای ایجاد یک اثر چرخشی از طریق دیواره های ونچوری به سمت پایین پاشیده می شود. برای تمیز نگه داشتن دیواره های ونچوری بوسیله شستشو دادن غبار، جریان به سمت پایین اسکرابر عمل می کند. همچنانکه گاز ونچوری را به داخل مخروط اسکرابر ترک می نماید بیشترین مقدار غبار در این قسمت حذف می گردد. اکنون گاز حرکت کرده و به قسمت پکینگ های داخل اسکرابر یعنی همان جایی که بر اثر بارانی از آب سرد پروسس بیشتر تمیز و سرد می گردد وارد می شود. قطرات آب داخل گاز توسط رطوبت گیر تیغه ای خروجی پکینگ حذف می گردند.
تجهیز
(m3/hr) مقدار آب در گردش 104 ton/hr
(m3/hr)مقدار آب در گردش 110 ton/hr
T.G.S (venturi)
2* 105.2= 210.4
2* 97= 194
T.G.S (fuel packing)
325
301.5
T.G.S (process packing)
725
705.8
C.G.S (venturi)
2*60=120
2*60=120
C.G.S (packing)
484.8
458.5
R.G.C
160.8
148.8
S.G.C
160.2
160.2
Oxide Screen Dust Collection
72
72
Day bin Dust Collection
36
36
Product Screen Dust
Collection
16
16
Product bin Dust Collection
16
16
Shaft furnace Dust
Collection
36
36
briquetting Dust
Collection
12
12
Heat Exchanger
292.6
292.6
Burden Feeder
59.7
59.7
توزیع آب ماشینری
273.9
273.9
IGG Supply
(305)
(305)
مجموع
3000.4 + 305 3305.4
2903 + 305
جدول 3 -2 مقادیر آب در گردش احیا ( بر اساس ton/hr110، ۱۰۴)
تجهیز
PROCESS
WATER مخزن آب
سرد کثیف
PROCESS
WATER مخزن آب
سرد تمیز
Machinery
Cooling
Water
Lime Coating-
آب بهداشتی
Chemical Dosing
مجموع
دبی)m3/hr( بر اساس 110ton/hr تولید
87.5
24.4
14.4
2
1.5
1.3
131.1
دبی)m3/hr( بر اساس 104ton/hr تولید
80.8
23.3
14.4
2
1.5
1.3
123.3
جدول 3 -3 مقدار آب جبرانی (Make Up)
فصل 4 Material Handling
سیستم انتقال مواد اکسیدی (گندله) (Oxide Material Handling System)و
4-1 سیستم حمل مواد اکسیدی
از آنجاییکه واحد احیای مستقیم به گندله های اکسیدی نیاز دارد تجهیزات اصلی زیر برای یک مدول در نظر گرفته شده که می توانند مدول دوم را نیز ساپورت کنند:
– ایستگاه تخلیه کامیون (Truck Unloader Station)
– سیستم ترکیبی انباشت/ برداشت (Stacker/ Reclaimer)
– نوار نقاله های انتقال مواد (Conveyors)
برای شروع پروژه گندله خریداری شده توسط کامیون به واحد حمل می شود. گندله ورودی به سایت توسط کامیون در ۵ هاپر محوطه تخلیه کامیون (Truck Unloader) تخلیه شده و توسط نوار نقاله MF05 و MF02 و MF06 وارد مخزن ذخیره روزانه (Day Bin) می شود سپس مواد از زیر دی بین توسط نوار نقاله MF24 A/B وارد ایستگاه سرند محصول (Oxide Screen Station) شده و بعد از سرند گندله های با سایز ۹-۱۶ mm توسط نوار نقاله AF28 A/B وارد کوره می شود. نرمه های گندله با سایز زیر ۵ mm توسط نوار نقاله AF23 وارد مخزن نرمه های گندله می شود.
مخزن ذخیره روزانه (Day Bin) دارای حجم ۱۸۰.۳m بوده که با توجه به دانسیته گندله (۲.۱ 3ton/m) مقدار ۳۷۸۰ تن گندله را می توان در مخزن ذخیره کرد. با توجه به نرخ مصرف گندله 148ton/hr این میزان گندله جوابگوی نیاز یک روز و نیم می باشد.
شکل 4 -1 سیستم انتقال مواد اکسیدی
شرح فلودیاگرام حمل مواد به کوره و نوار نقاله ها و تجهیزات مرتبط:
۱- گندله ورودی به سایت توسط کامیون در هاپرهای تعبیه شده در ضلع… کارخانه تخلیه می شوند:
کد TK-MF02 A/B/C/D/E: Truck Unloader Hoppers
تعداد: ۵
نوع: بتنی- قسمت پایینی هاپرها: ورق ضد سایش Hardox
ظرفیت هر هاپر: ۱۰۰ متر مکعب (با احتساب دانسیته ۲.۱ تن بر متر مکعب گندله: ۲۱۰ تن ظرفیت هر هاپر)
فیدرهای زیر هاپرها: FD-MF02A/B/C/D/E – Truck Unloader Feeders
4-2 سیستم انتقال محصول (آهن اسفنجی) (Product Material Handling System)
عملکرد اصلی این سیستم انتقال آهن اسفنجی (D. R. I) به واحد فولادسازی می باشد.
آهن اسفنجی تخلیه شده ازکوره توسط نوارنقاله های AH21 و AH22 و MH24A/B وارد دو مخزن ذخیره محصول شده سپس آهن اسفنجی از انتهای مخازن توسط نوار نقاله CV-MH28 به ایستگاه سرند محصول منتقل می شود بعد از سرند مواد به دو بخش تقسیم می شوند:
مواد با سایز مناسب از طریق نوار نقاله ۰۲ -BC به سمت واحد فولادسازی حمل می شود
نرمه های اسفنجی از طریق نوار نقاله CV-MH29 به مخزن نرمه های محصول منتقل می شود و از آنجا وارد واحد بریکت سازی می شود.
هر کدام از مخازن ذخیره محصول دارای حجم ۳۴۴۰۰ m بوده که با توجه به دانسیته (۳۱.۷ ton/m) مقدار ۱۴۹۶۰تن اسفنجی را می توان در دو مخزن ذخیره کرد. با توجه به نرخ تولید 104ton/hr این میزان اسفنجی جوابگوی ذخیره تقریبا ۶ روز آهن اسفنجی تولیدی می باشد.
شکل 4 -2 سیستم انتقال محصول (آهن اسفنجی)
4-3 سه نوع کاتالیست در ریفورمر استفاده میشود
4-3-1 کاتالیست ها (Catalyst)
همانطور که ذکر شد تولید گازهای احیا کننده در تیوب های ریفورمر در حضور کاتالیست انجام میشود . واکنش ریفورمینگ در یک کارخانه میدرکس، واکنش یک هیدروکربن (CnH2n+2) با بخار آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2) برای تولید گاز احیا کننده هیدروژن (H2) و مونواکسید کربن (CO) می باشد. این واکنش ها به شدت گرماگیر هستند و برای پیشرفت واکنش نیاز به مقدار زیادی حرارت دارند و باید در حضور کاتالیست انجام شوند .
4-3-2 کاتالیست خنثی
به منظور انتقال حرارت در ریفورمر در پایینترین بخش تیوپ ریخته می شود این کاتالیست در قسمت تحتانی لوله ها قرار می گیرد و عمدتا شکل اکسترود شده و دارای یک سوراخ در مرکز می باشد ، درشت هستند و فقط وظیفه سریع گرم کردن Feed Gas تا رسیدن به دمای مناسب واکنش دارند. قابلیت انتقال حرارت زیادی دارند. گاز ورودی در اثر تماس با کاتالیست خنثی هیچ واکنشی نمیدهد. این کاتالیست ها پوشش نیکلی ندارند.
4-3-3 کاتالیست نیمه فعال
شروع واکنش های ریفورمینگ روی این کاتالیست اتفاق می افتد. برای افزایش سطح شیارهایی روی سطح ایجاد شده دارای یک سوراخ در مرکز می باشد. یکی از مشکلات شارژ کاتالیست فعال روی کاتالیست خنثی این است وقتی گاز ورودی به دمای بالاتر از دمای تعادلی رسوب کربن گرم شد وقتی به قسمت فعال رسید واکنش های به شدت گرماگیر ریفورمینگ رخ میدهد و گاز ورودی تا دمای رسوب کربن سرد می شود. بنابراین کاتالیست با فعالیت کمتر بعد از خنثی شارژ می شود تا از نیرو محرکه گاز برای رسوب گاز جلوگیری می شود.
4-3-4 کاتالیست فعال
واکنش های اصلی ریفورمینگ با حداکثر سرعت ممکن در حضور این کاتالیست ها انجام می شود. علاوه بر شیار هایی روی سطح، تعدادی حفره با قطر کوچک روی سطح این کاتالیست تعبیه شده است.
4-4 نسوز ها (Refractories)
فرایند تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس در دماهای بالا انجام می شود لذا جهت جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی و محافظت از تجهیزاتی که در دمای بالا کار می کنند باید توسط مواد نسوز و عایق پوشانده شوند. کوره، ریفورمر، رکوپراتور، استک و کلیه داکتهای با دمای بالا نسوزکاری می شوند. مقدار کل نسوزهای مورد استفاده احیای مستقیم شامل انواع آجرهای نسوز، بلنکت، جرم و ملات حدود ۱۶۰۰ تن می باشد که با توجه به نوع محیط و شرایط فرایندی هر تجهیز انواع متفاوتی از نسوزها به کار گرفته می شوند.
از کل نسوزهای واحد احیاء حدود یک سوم آن نسوز خارجی از شرکت های (Rath & Iris, Steuler) و بقیه نسوزهای داخلی بوده که از شرکت های دیرگداز آمل، شرکت نسوزین، شرکت فراورده های نسوز ایران، شرکت فراورده های نسوز نیرو (قدر)، بلنکت ها و مدول ها از شرکت الیاف سرامیک سپید و آمل کربوراندوم تامین شده است.
نوع نسوز
مقدار مورد نیاز
درصد نسوز در کل نسوز مورد نیاز
مقداری که وارد سایت شده
مقدار باقیمانده
آجرهای نسوز
738.5 ton
45.46 %
731.217 ton
0
بلنکت های نسوز
78.852 ton
4.9 %
78.852 ton
0
جرم نسوز
663.500 ton
41.25 %
654.500 ton
9 ton
ملات
120.463 ton
7.49 %
120.463 ton
0
انکرها
11.155 ton
0.69%
11.214 ton
0
چسب نسوز
2.200 ton
0.2 %
0
2.200 ton
مجموع
1608.653 ton
100%
1590.164 ton
11.200 ton
جدول 4 -1 نوع و مقدار نسوز های مورد استفاده واحد احیاء
1 – ارزش حرارتی یک گاز یعنی با سوختن یک متر مکعب گاز چه میزان گرما آزاد میشود.
————————————————————
—————
————————————————————
ذ
2