Προσομοίωση - τεχνικοοικονομική ανάλυση της επίδραςης του μίγματος καυσίμων στη λειτουργία της περιστροφικής και ηλεκτρικής καμίνου τόξου παραγωγής σιδηρονικελίου

Μπατσούλη, Σωτηρία; Batsouli, Sotiria

dc.contributor.author	Μπατσούλη, Σωτηρία	el
dc.contributor.author	Batsouli, Sotiria	en
dc.date.accessioned	2016-04-15T06:49:06Z
dc.date.available	2016-04-15T06:49:06Z
dc.date.issued	2016-04-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42402
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9119
dc.rights	Default License
dc.subject	Μεταλλουργία	el
dc.subject	Ηλεκτρική κάμινος	el
dc.subject	Περιστροφική κάμινος	el
dc.subject	ΛΑΡΚΟ	el
dc.subject	Λατερίτης	el
dc.subject	Metallurgy	en
dc.subject	Electric arc furnace	en
dc.subject	Rotary Kiln	en
dc.subject	LARCO	en
dc.subject	Laterite	en
dc.title	Προσομοίωση - τεχνικοοικονομική ανάλυση της επίδραςης του μίγματος καυσίμων στη λειτουργία της περιστροφικής και ηλεκτρικής καμίνου τόξου παραγωγής σιδηρονικελίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Metallurgy	en
heal.classification	Energy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-17
heal.abstract	Στο Μεταλλουργικό Συγκρότημα της Λάρυμνας, η εταιρεία ΛΑΡΚΟ ΓΜΜΑΕ ακολουθεί μια συγκεκριμένη μέθοδο για την κατεργασία λατεριτών και παραγωγή κράματος σιδηρονικελίου, που περιλαμβάνει δύο κυρίως στάδια: (α) κατεργασία σε Περιστροφικές Καμίνους (Π/Κ), όπου γίνεται μερική αναγωγή (προαναγωγή) των οξειδίων του σιδήρου που περιέχονται στα λατεριτικά μεταλλεύματα σε θερμοκρασίες μικρότερες από το σημείο τήξης των περιεχόμενων ορυκτών και των προϊόντων αναγωγής, και (β) κατεργασία σε Ηλεκτρικές Καμίνους Εμβαπτιζόμενου Τόξου (Η/Κ) του παραγόμενου στο προηγούμενο στάδιο φρύγματος σε υψηλές θερμοκρασίες, όπου ανάγονται περαιτέρω τα περιεχόμενα οξείδια του σιδήρου, νικελίου και κοβαλτίου, και τήκονται προς παραγωγή σιδηρονικελίου. Η λειτουργία της Π/Κ πρέπει να είναι η ενδεδειγμένη, προκειμένου να μπορεί να τροφοδοτήσει με φρύγμα κατάλληλης ποιότητας την Η/Κ. Οποιεσδήποτε διαταραχές στην ομαλή λειτουργία της Π/Κ έχει σαν συνέπεια την αλλαγή στη σύσταση και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του φρύγματος, που μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη τεχνικά άρτια, ενεργειακά αποδοτική και οικονομικά ανεκτή λειτουργία της Η/Κ. Υπάρχουν ένα σύνολο παραμέτρων που επηρεάζουν την αποδοτική λειτουργία της Π/Κ. Σε αυτές συγκαταλέγονται (α) η σύνθεση του Φυσικού Λατερίτη (Φ.Λ.), που μπορεί να περιλαμβάνει μετάλλευμα από τρία διαφορετικά μεταλλεία (Αγίου Ιωάννη, Εύβοιας και Καστοριάς), (β) το είδος και η ποσότητα του καυσίμου (διάφοροι τύποι γαιανθράκων, λιγνιτών και κωκ), (γ) το είδος και η ποσότητα των ανακυκλώσιμων υλικών (pellets, χιτώνες), (δ) η ποσότητα και ποιότητα των υγρών καυσίμων που χρησιμοποιούνται και (ε) τα χαρακτηριστικά λειτουργίας (εισερχόμενος αέρας, θερμοκρασία κλπ). Η μεταβλητότητα των παραμέτρων αυτών και η πολυπλοκότητα της διεργασίας της αναγωγικής φρύξης μέσα την Π/Κ καθιστούν δύσκολη τη δυνατότητα τέλειας ρύθμισης αφενός και αφετέρου την εκ των προτέρων εκτίμηση της συμπεριφοράς της και της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγινε προσομοίωση της συνδυασμένης λειτουργίας της Περιστροφικής και Ηλεκτρικής Καμίνου με τη χρήση του λογισμικού HSC-Sim της εταιρείας Outotec Research Oy. Στη συνέχεια με βάση το λογισμικό αυτό μελετήθηκαν και αξιολογήθηκαν τα ισοζύγια μάζας και ενέργειας, για οκτώ διαφοροετικά σενάρια που διαμορφώθηκαν σε συνεργασία με Μηχανικούς της Εταιρείας ΛΑΡΚΟ ΓΜΜΑΕ, με βάση τις τωρινές παραμέτρους λειτουργίας του μεταλλουργικού συγκροτήματος Λάρυμνας, αλλά και με βάση ιστορικά στοιχεία λειτουργίας. Επίσης έγινε οικονομική ανάλυση των σεναρίων αυτών. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας για ορισμένες παραμέτρους έτσι ώστε να εξετασθεί ο βαθμός επίδρασης της διακύμανσης των τιμών των παραμέτρων αυτών στα γενικά χαρακτηριστικά λειτουργίας του μεταλλουργικού συγκροτήματος παραγωγής σιδηρονικελίου. Η προσομοίωση έγινε για το σύστημα Π/Κ 4 – Η/Κ 5. Τα κύρια συμπεράσματα που προέκυψαν συνοψίζονται στα ακόλουθα: • Η προσθήκη μεταλλευμάτων Εύβοιας (ΜΕΕ) αντί Αγίου Ιωάννη (ΜΕΙ) οδηγεί στην καλύτερη απόδοση της περιστροφικής καμίνου για την παραγωγή φρύγματος. Η αύξηση της αναλογίας ΜΕΕ κατά 5% με αντίστοιχη μείωση της αναλογίας ΜΕΙ, διατηρώντας την αναλογία του μεταλλεύματος Καστοριάς (ΜΕΚ) σταθερή στο 15%, οδηγεί σε αύξηση της ετήσιας διαφοράς εσόδων-εξόδων κατά 840.000 €. • Αύξηση της αναλογίας του ΜΕΕ εις βάρος του ΜΕΚ, διατηρώντας σταθερή την αναλογία του ΜΕΙ, οδηγεί σε μικρή μείωση της ετήσιας διαφοράς εσόδων-εξόδων η οποία ανέρχεται σε μόλις 70.000 € ανά έτος για κάθε αύξηση της αναλογίας του ΜΕΕ κατά 5%. • Η αύξηση της ποσότητας των στερεών καυσίμων – αναγωγικών μέσων από 120 (που περιλαμβάνει την προσθήκη γαιάνθρακα 110 kg/tn και κωκ 10 kg/tn) σε 220 kg/tn Φ.Λ. (που περιλαμβάνει την προσθήκη γαιάνθρακα, λιγνίτη και κωκ σε αναλογίες 60, 150 και 10 kg/tn Φ.Λ.) έχει σαν άμεση συνέπεια την αύξηση του κόστους κατεργασίας του Φ.Λ. από 68.83 σε 71.67 €/tn Φ.Λ., την μείωση της παραγωγικότητας της καμίνου από τους 8402 στους 8206 tn Ni/έτος, και την την αύξηση της ετήσιας διαφορά εσόδων-εξόδων κατά 3.150.000 € μόνο για την Η/Κ 5. • Η αύξηση του βαθμού αναγωγής στην Π/Κ 4, οδηγεί στην σημαντική πτώση της συγκέντρωσης του νικελίου στο μέταλλο, αλλά δεν επηρεάζει το συνολικό κόστος παραγωγής φρύγματος και κατεργασίας ΦΛ • H αύξηση του ποσοστού προσθήκης pellets στην Π/Κ 4 από τα 0 στα 200 kg/tn Φ.Λ., οδηγεί στην πτώση της συγκέντρωσης του νικελίου στο μέταλλο, στην αύξηση της ετήσιας παραγόμενη ποσότητα Ni και στη μείωση των ετήσιων εξόδων και αύξηση των εσόδων, με αποτέλεσμα την αύξηση της ετήσιας διαφοράς εσόδων – εξόδων από τα 38.35 στα 43.49 εκ. € οδηγώντας σε συνολικό ετήσιο όφελος 5 εκ. €.	el
heal.abstract	LARCO SA applies a specific method for the treatment of Greek laterites to produce ferronickel in the Metallurgical Complex of Larymna, Central Greece, which includes two main treatment steps: (a) pre-treatment in Rotary Kilns (R/K), to reduce iron oxides contained in lateritic ores at temperatures below the melting point of the contained minerals and the products emanating from the reductive roasting process, and (b) final reduction smelting in Submerged Arc Electric Furnaces (H/F) of the calcine from previous step to produce ferronickel. The operation of R/Ks needs to be appropriate, in order to produce calcine of the quality needed to feed E/Fs. Any disturbance to the smooth operation of R/Ks results in the change in the composition and the physicochemical characteristics of the calcine, which can significantly affect the technically sound, energy-efficient and cost-tolerated operation of E/F. There are a number of parameters affecting the efficient operation of R/K. These include (a) the composition of the laterite to be fed, which may originate from three different mines (Agios Ioannis, Evia, Kastoria), (b) the type and quantity of solid fuels (various types of coal, lignite and coke), (c) the type and quantity of recyclable materials (pellets, calcine rings), (d) the quantity and quality of heavy oil used and (e) the operating characteristics (amount of incoming air, temperature, etc.). Due to the variability of these parameters and the complexity of the reductive roasting processes taking place in R/Ks the control of R/Ks and the assessment of products quality is rather difficult. In this Diploma Thesis the concerted operation of R/K and E/F has been simulated using the HSC-Sim software of Outotec Research Oy. Then, using this simulation product, the mass and energy balance for eight different scenarios has been examined; these scenarios have been formulated in cooperation with the engineers of LARCO SA, based on current and historical operating parameters of the metallurgical complex in Larymna. Economic analysis of these scenarios have been also performed. Finally, a sensitivity analysis has been carried out for certain parameters which had been kept constant in the eight scenarios examined, in order to examine the degree of their impact on the metallurgical plant operation. The simulation was done on the system R/K 4 – H/K 5. The main conclusions derived are summarized in the following paragraphs: • Increasing Evia ore (MEE) percentage and decreasing Agios Ioannis ore (MEI) in the R/K 4 feed results in a better performance of the R/K 4 for the production of calcine. By increasing of MEE proportion by 5% with a corresponding reduction in the MEI proportion, but keeping the ratio of Kastoria ore (MEK) constant at 15%, results in an 840.000 € increase of the annual profit. • The increase the proportion of MEE against MEK, keeping a constant proportion of MEI, results in a slight reduction of annual profit amounting to only 70.000 € per year for each increase in the proportion of MEE by 5%. • The increase of the amount of solid fuels from 120 (corresponding to a mixture of coal 110 kg/tn and coke 10 kg/tn) to 220 kg/tn laterite (corresponding to a mixture of coal, lignite and coke at ratios of 60, 150 and 10 kg/tn laterite) results in (a) an increase of the laterite treatment cost from 68.83 to 71.67 €/tn laterite, (b) reduction of annual Ni production from 8402 to 8206 tn Ni/year, and (c) increase of annual profit by 3.150.000 € only for the case of E/F 5. • The increase of iron oxides reduction degree in R/K4 leads to a significant decrease in the concentration of nickel in the ferronickel produced, but it does not affect the total cost of calcine production and lateritic ore processing. • The increase of the amount of pellets added to R/K 4 from 0 to 200 kg / tn laterite mixture leads to (a) the decrease of nickel concentration in ferronickel produced, (b) the increase of the annual quantity of Ni and (c) the decrease of total annual cost and increase of annual revenues, resulting in increased profit from 38.35 to 43.49 million € corresponding to a total annual benefit of around 5 million €.	en
heal.advisorName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Χαλικιά, Ηλιάνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	186 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true