Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины icon

Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины




НазваМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины
Сторінка1/10
Дата конвертації21.05.2013
Розмір1.5 Mb.
ТипРеферат
джерело
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ





Ю.А. Гичёв


ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Часть І


Днепропетровск НМетАУ 2012

УДК 669.1(07)

Гичёв Ю.А. Вторичные энергоресурсы промышленных предприятий. Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: НМетАУ, 2012. – 57 с.


Приведены общие сведенья о вторичных энергоресурсах (ВЭР), дана характеристика основным направлениям использования ВЭР и представлен раздел об использовании ВЭР в коксохимическом производстве.

Рассмотрена методика и представлен пример поверочного теплового расчета водотрубного котла-утилизатора.

Предназначен для студентов направления 6.050601 – теплоэнергетика.


Ил 8. Библиогр.: 7 наим.


Ответственный за выпуск М.В. Губинский, д-р техн. наук, проф.


Рецензенты: В.А. Габринец, д-р техн. наук, проф. (ДНУЖТ)

А.О. Ерёмин, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ)


© Национальная металлургическая академия
Украины, 2012
© Гичёв Ю.А., 2012

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….4

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНЬЯ О ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСАХ…….…………...5

1.1 Определение и источники ВЭР………………………………………….5

1.2 Классификация ВЭР……….……………………………………………..6

1.3 Значение ВЭР в черной металлургии…………………………………...7

^ 2 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ

ЭНЕРГОРЕСУРСОВ………………………………………….…………………..9

2.1 Использование горючих ВЭР в качестве топлива……………………..9

2.2 Использование теплоты отходящих газов в котлах-утилизаторах…..11

2.2.1 Общие сведения и классификация котлов-утилизаторов…...11

2.2.2 Газотрубные конвективные котлы-утилизаторы…………….13

2.2.3 Водотрубные конвективные котлы-утилизаторы……………14

2.2.4 Охладители конвертерных газов (ОКГ)………………………17

2.3 Система испарительного охлаждения (СИО)…………………………21

2.3.1 Особенности и преимущество СИО по сравнению с

водяным охлаждением …………….………………….…..……21

2.3.2 Классификация, конструкции и характеристика СИО

металлургических печей………………………………..………24

^ 3 ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ КОКСОХИМИЧЕСКОГО

ПРОИЗВОДСТВА…...……...……………………………………………………26

3.1 Тепловой баланс процесса коксования и общая

характеристика ВЭР коксохимического производства……......……..26

3.2 Утилизация теплоты раскаленного кокса...………..…...……………...28

3.3 Утилизация физической теплоты прямого коксового

газа и продуктов сгорания отопительного газа………….……………30

4 ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА….…………...31

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………..48

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………49

ВВЕДЕНИЕ


Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) является одним из основных направлений энергосбережения и экономии топливо-энергетических ресурсов во всех сферах хозяйства, в том числе, и в промышленности. Особенно это касается наиболее энергоемких отраслей промышленности, в которых использование ВЭР может оказаться кардинальным или даже единственным способом снижения потребления энергии.

В числе энергоемких отраслей выделяется черная металлургия, конечный продукт которой (прокат) требует с учетом всех переделов 1,21,8 т условного топлива на 1 т проката.

Доля ВЭР черной металлургии составляет около 85% от общего выхода ВЭР в промышленности. Остальные 15% приходятся на машиностроение, химическую и нефтехимическую промышленности, промышленность строительных материалов и прочих отраслей.

Данный конспект предназначен для специальности 7.05060101 – теплоэнергетика и включает изложение следующих вопросов:

• оценка и анализ ВЭР в различных технологических процессах;

• выбор приоритетных направлений использования ВЭР в том или ином технологическом процессе;

• выбор и расчет теплоутилизационного оборудования;

• принятие проектно-конструкторских решений при размещении теплоутилизационного оборудования в технологических цехах промышленных предприятий.

Дисциплина «Вторичные энергоресурсы промышленных предприятий» тесно взаимосвязана с рядом других дисциплин, читаемых по специальности 7.05060101 – теплоэнергетика: «Топливо и его сжигание», «Котельные установки», «Нагнетатели и тепловые двигатели», «Источники теплоснабжения» и прочие.

Конспект лекций составлен в соответствии с рабочей программой и учебным планом дисциплины «Вторичные энергоресурсы промышленных предприятий». Материал, изложенный в конспекте, может быть использован при выполнении научно-исследовательских работ студентов, курсовых проектов, выпускных работ бакалавров, дипломных проектов специалистов и выпускных работ магистров.


^ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНЬЯ О ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСАХ

1.1 Определение и источники ВЭР


Вторичные энергоресурсы (ВЭР) – энергия, заключенная в основном или побочных продуктах технологического процесса, которую невозможно использовать в данном технологическом процессе, но можно частично или полностью использовать в другом технологическом процессе.

Например, производство чугуна в доменной печи является источником следующих ВЭР:

теплота основного продукта (чугуна), температура чугуна на выпуске из печи =13501400С;

энергия побочных продуктов

- теплота шлака, температура шлака на выпуске =14501550С;

- физическая теплота доменного газа, температура доменного газа на колошнике =150350С;

- химическая энергия доменного газа, теплота сгорания доменного газа =35 МДж/м3;

- избыточное давление доменного газа, давление доменного газа на колошнике ≤0,25–0,35 МПа;

- теплота охладителя элементов конструкции доменной печи (нагретая вода при водяном охлаждении или пар при испарительном охлаждении).

Следует подчеркнуть, что к ВЭР относится именно та энергия продуктов технологического процесса, которую невозможно использовать в данном технологическом процессе и следует утилизировать (полезно использовать) в другом технологическом процессе. Использование ВЭР по технической терминологии представляет собой утилизацию. В том случае, если энергия продуктов технологического процесса возвращается в тот же технологический процесс, то это рекуперация (возвращение).

Источниками ВЭР черной металлургии являются:

• процессы подготовки железорудного сырья (агломерация и окомкование железорудного концентрата), коксование углей, обжиг известняка, производства огнеупоров и ферросплавов;

• процессы производства чугуна в доменной печи и внедоменные процессы получения железа;

• сталеплавильные процессы (мартеновский, кислородно-конвертерный, электросталеплавильный);

• процессы разливки, кристаллизации, нагрева и прокатки металла.


^ 1.2 Классификация ВЭР


Возможны различные варианты классификации ВЭР, например, по технологической принадлежности (ВЭР доменного производства, сталеплавильного, прокатного), однако наиболее целесообразной является классификация по виду энергии, заключенной в продуктах технологического процесса.

По виду энергии, заключенной в продуктах технологического процесса, ВЭР разделяют на 3 группы:

1. Топливные (горючие) ВЭР – продукты технологического процесса, включающие горючие компоненты, что позволяет использовать их в качестве топлива. В черной металлургии к горючим ВЭР относят:

• горючие отходящие газы технологических процессов (коксовый, доменный, конвертерный, ферросплавный);

• коксовые отсевы коксохимического производства.

2. Тепловые ВЭР – продукты технологического процесса, имеющие температуры на выходе из технологической печи или агрегата значительно превышающие температуру окружающей среды, т.е. обладающие избыточной физической теплотой. В черной металлургии к тепловым ВЭР относится:

• физическая теплота основных продуктов технологических процессов (агломерат, окатыши после обжига, известь, кокс, чугун, сталь, прокат);

• физическая теплота металлургических шлаков (доменного, мартеновского, конвертерного, электросталеплавильного);

• физическая теплота отходящих газов технологических печей и агрегатов (агломерационные, газы обжиговых печей, коксовый, доменный, мартеновский, конвертерный, электросталеплавильный, ферросплавный, отходящие газы нагревательных устройств прокатных цехов);

• теплота охладителя элементов конструкций технологических печей и агрегатов, работающих при высоких температурах: нагретая вода при водяном охлаждении, пар при испарительном охлаждении, нагретый воздух при воздушном охлаждении.

3. ВЭР избыточного давления – отходящие газы технологических печей и агрегатов, работающих под давлением выше атмосферного.


^ 1.3 Значение ВЭР в черной металлургии


Значение ВЭР в энергообеспечении предприятий черной металлургии заключается в следующем:

1. В большом удельном (на единицу продукции) выходе ВЭР, что обусловлено, с одной стороны, большим расходом топлива на единицу продукции, а, с другой стороны, невысоким коэффициентом использования топлива в металлургических печах и агрегатах.

В большинстве металлургических печей и агрегатах коэффициент использования топлива составляет около 30%, т.е. остальные 70% энергии топлива являются потенциальными ВЭР. Например, если удельный расход топлива на 1 тонну проката с учетом всех переделов составляет 1,5 т условного топлива, то потенциальный удельный выход ВЭР составит: т условного топлива на одну тонну проката.

2. В большом объеме металлургического производства, а, следовательно, и в большом выходе ВЭР. В Украине это по 20-25 млн. т чугуна, стали и проката.

3. В высокотемпературности металлургических процессов и, как следствие, в высокой температуре продуктов технологических процессов на выходе: агломерация, обжиг окатышей, обжиг известняка и коксование происходят при температуре около 1000С, температуры в доменной печи и в сталеплавильных агрегатах превышают 1600С, температура нагрева металла при прокатке составляет около 1000С.

4. В большом удельном выходе горючих (топливных) ВЭР: на долю топливных ВЭР приходится около 70% от общего выхода ВЭР в черной металлургии.

Основной характеристикой ВЭР в том либо ином технологическом процессе является удельный выход ВЭР, который определяется произведениями:

для жидких и твердых продуктов

, кДж/т основного продукта; (1.1)

для газообразных продуктов

, кДж/т основного продукта, (1.2)

где и – удельный выход продуктов на единицу основного продукта, соответственно, кг или м3 на тонну основного продукта;

– потенциал ВЭР, который в зависимости от вида ВЭР определяется следующим образом:

• для горючих ВЭР:

, (1.3)

здесь – теплота сгорания горючего ВЭР;

• для тепловых ВЭР в виде разности энтальпий:

, (1.4)

здесь – энтальпии тепловых ВЭР, соответственно, при температуре выхода (из технологической печи или агрегата) и температуре окружающей среды ;

• для ВЭР избыточного давления в виде разности энтальпий при адиабатном расширении газа:

, (1.5)

здесь – энтальпии газа, соответственно, при давлении на выходе (из технологической печи или агрегата) и давлении окружающей среды .


Распределение () и возможная степень использования ВЭР () в отдельных металлургических производствах:

Наименование производства

εВЭР, %

ηВЭР, %

Коксохимическое

41

90

Доменное

37

85

Сталеплавильное

15

60

Прокатное

7

40




100%

Средневзвешенная

величина – 80,2%


– доля ВЭР данного производства в общем объеме ВЭР черной металлургии;

– возможная степень использования ВЭР на современном уровне техники.

Фактическая степень использования ВЭР не превышает 40-50% по следующим причинам:

• отсутствие утилизационного оборудования на технологических печах и агрегатах (степень обеспеченности утилизационным оборудованием не превышает 50%);

• невысокая эффективность утилизационного оборудования вследствие износа и недостаточно квалифицированного обслуживания;

• потери ВЭР (доменного газа, пара испарительного охлаждения и проч.);

• отсутствие технических решений по использованию ряда ВЭР (низкопотенциальных тепловых ВЭР менее 300С, теплоты конвертерного газа, доменного шлака и проч.);

• необходимость использования ВЭР в сочетании с защитой окружающей среды, что значительно усложняет и удорожает решение технической задачи.


^ 2 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ


В черной металлургии можно выделить три основных направления использования ВЭР:

1. Использование горючих ВЭР в качестве топлива.

2. Использование теплоты отходящих газов технологических печей и агрегатов для выработки пара или нагретой воды в котлах-утилизаторах (КУ).

3. Применение систем испарительного охлаждения (СИО), что позволяет получить при охлаждении элементов конструкций печей и агрегатов, насыщенный пар.

Эти направления являются основными по следующим причинам:

• на их долю приходится максимальная выработка энергетической продукции (нагретой воды, пара, электроэнергии) при использовании ВЭР;

• касаются практически всех переделов металлургического производства;

• являются основными направлениями использованиями ВЭР для других отраслей промышленности.


^ 2.1 Использование горючих ВЭР в качестве топлива


Основные характеристики топливных газообразных ВЭР черной металлургии:


Наименование газа

МДж/м3

Основной горючий компонент

Коксовый

< 17



Доменный

~ 4



Конвертерный

~ 9



Ферросплавный

~ 7




Основное значение использования горючих ВЭР заключается в следующем:

• экономия покупного топлива, поступающего на предприятие со стороны, что снижает себестоимость металлургической продукции;

• возможность образования горючих смесей с теплотой сгорания, наиболее приемлемой для того или иного технологического процесса: коксо-доменная, природно-доменная, природно-коксовая, природно-коксо-доменная.

Экономия топлива от применения горючих ВЭР определяется по формуле:

, кг у.т., (2.1)

где – теплота горючих ВЭР, используемых за расчетный период (декада, месяц, квартал, год);

– теплота сгорания условного топлива, =29,3 МДж/кг;

– коэффициент использования топлива (КИТ) в топливоиспользую-щем агрегате при работе на горючем ВЭР;

– КИТ топливоиспользующего агрегата при работе на замещенном топливе.

Теплота горючих ВЭР, использованных за расчетный период, определяется произведением:

, (2.2)

где – количество горючего газа, использованного за расчетный период:

, (2.3)

здесь – выход основного продукта;

– удельный выход горючего ВЭР на единицу основного продукта;

С учетом выражения (2.2) и формула (2.1) принимает вид:

(2.4)


^ 2.2 Использование теплоты отходящих газов в котлах-утилизаторах

2.2.1 Общие сведения и классификация котлов-утилизаторов


Котлы-утилизаторы – теплоутилизационные установки, предназначенные для выработки пара или нагретой воды путем использования теплоты отходящих газов технологических печей и агрегатов.

Большое разнообразие конструкций, характеристик и назначений котлов-утилизаторов делает целесообразным их классификацию. В принципе классификация котлов-утилизаторов не отличается от обычных топливных котлов, но имеет ряд особенностей.

В качестве основных вариантов классификации можно выделить следующие:

а) В зависимости от вида получаемого теплоносителя котлы-утилизаторы разделяются на водогрейные, паровые и пароводогрейные, причем паровые котлы могут быть как с выработкой насыщенного, так и перегретого пара.

б) В зависимости от вида теплоносителя, который проходит по трубам поверхностей нагрева, котлы-утилизаторы разделяются на газотрубные, т.е. по трубам проходят отходящие газы, и водотрубные, в трубах проходят вода, пароводяная смесь или пар.

в) В зависимости от способа циркуляции пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева котлы-утилизаторы разделяются на котлы с естественной циркуляцией, многократной принудительной и без циркуляции, т.е. прямоточные. Возможна также и комбинированная циркуляция.

г) В зависимости от температуры, поступающей в котел-утилизатор отходящих газов, котлы-утилизаторы разделяются на низкотемпературные (с температурой газов до 800-900С, кратковременно до 1100С) и высоко-температурные при температуре отходящих газов свыше 1100-1200С.

д) В зависимости от величины параметров получаемого пара котлы-утилизаторы разделяются на котлы-утилизаторы низких параметров (давление пара до 1,4 МПа, температура перегретого пара до 280-300С), повышенных параметров (соответственно, до 4,5 МПа и 450С) и высоких параметров (до 10-14 МПа и 500-550С).

е) В зависимости от конструкций поверхностей нагрева, определяемых температурой отходящих газов, котлы-утилизаторы разделяются на конвективные, радиационные и радиационно-конвективные.

ж) В зависимости от конфигурации газохода, в котором размещаются поверхности нагрева, котлы-утилизаторы разделяются на вертикальные, горизонтальные, П-образные, а также Г-образные, U-образные и прочих конфигураций.

На предприятиях черной металлургии и других отраслей промышленности можно выделить в качестве основных три типа котлов-утилизаторов:

а) Газотрубные конвективные котлы паропроизводительностью 330т/ч.

б) Водотрубные конвективные котлы паропроизводительностью 1250т/ч.

в) Водотрубные радиационно-конвективные и радиационные котлы-утилизаторы – охладители конвертерных газов (ОКГ) с максимальной паропроизводительностью 130370 т/ч при средней паропроизводительности, соответственно, 3080 т/ч.

Несмотря на сравнительно невысокие паропроизводительности отдельных котлов-утилизаторов по сравнению, например, с энергетическими котлами, суммарная их производительность при использовании отходящих газов от ряда технологических печей и агрегатов цеха (или предприятия в целом) может оказаться весьма значительной и дать соответственно большую экономию топлива. Величину экономии топлива можно определить по формуле:

, кг у.т., (2.5)

где – теплота отходящих газов, прошедших через котел-утилизатор за период расчета экономии топлива;

– теплота сгорания условного топлива, 29,3 МДж/кг;

– тепловой к.п.д. котла-утилизатора, доли ед.;

– тепловой к.п.д. замещенного котлом-утилизатором топливного котла, доли ед.

Теплота отходящих газов, использованных в котле-утилизаторе за период расчета экономии топлива, определяется выражением:

, (2.6)

где – количество отходящих газов, прошедших через котел за период расчета экономии топлива;

– соответственно энтальпии отходящих газов при их температуре на входе в котел-утилизатор (t) и температуре окружающей среды (t0).

При подстановке численного значения теплоты сгорания условного топлива 29,3 МДж/кг формула (2.5) принимает следующий вид:

, кг у.т. (2.7)

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



Схожі:

Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины
Гичёв Ю. А. Источники теплоснабжения промышленных предприятий. Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 52 с
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconМинистерство образования и науки украины министерство промышленной политики украины национальная металлургическая академия Украины – Государственный институт подготовки и переподготовки кадров промышленности (гипопром) Под редакцией профессора Шестопалова Г.
Социология. Курс лекций // Шестопалов Г. Г., Амельченко А. Е., Куревина Т. В., Лагута Л. Н под ред проф Г. Г. Шестопалова. – Днепропетровск:...
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconМинистерство образования и науки украины министерство промышленной политики украины учебно-научный комплекс «Национальная металлургическая академия Украины Государственный институт подготовки и переподготовки кадров промышленности (гипопром)» Под редакцией профессора Шестопалова Г.
Политология. Конспект лекций/ Шестопалов Г. Г., Побочий И. А., Заболотный М. Б., Поливец Н. С. Под ред профессора Г. Г. Шестопалова....
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconОоо «Евразхолдинг» пао «евраз днепропетровский металлургический завод им. Петровского» Министерство образования, науки, молодежи и спорта Украины Национальная
Международная научно-техническая конференция, посвященная 125-летию основания «Днепропетровского металлургического завода им. Г....
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины
Гичёв Ю. А. Тепловые электростанции: Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 45 с
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины украинский государственный центр внешкольного образования
Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України від 27. 01. 2012 №74, у жовтні місяці ц р були підведені підсумки Всеукраїнської...
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconЗапорожское областное управление образования и науки, молодежи и спорта ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос работа участни областного этапа Всеукраинской олимпиады школьников по русскому языку учен 11 класса
Ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconЗапорожское областное управление образования и науки, молодежи и спорта ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос работа участни областного этапа Всеукраинской олимпиады школьников по русскому языку учен 8 класса
Ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconЗапорожское областное управление образования и науки, молодежи и спорта ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос работа участни областного этапа Всеукраинской олимпиады школьников по русскому языку учен 10 класса
Ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос
Министерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины iconЗапорожское областное управление образования и науки, молодежи и спорта ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос работа участни областного этапа Всеукраинской олимпиады школьников по русскому языку учен 9 класса
Ку «запорожская областная академия последипломного педагогического образования» зос
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©on2.docdat.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи