shkolakz.ru 1 2 ... 13 14

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.



следующая страница >>