Энергоаудит

Услуги

Отзывы и клиенты

Лицензии

Энергетический паспорт

Стоимость

Контакты

Экология и энергосбережение

Знергоаудит, заказать проведение энергетического аудита промышленного предприятия или компании

Экология и энергосбережение

Экология и энергосбережение - базовые понятия современной экономики. В условиях Украины энергосбережение - жизненно важный фактор в связи со значительным дефицитом энергоресурсов.

Черная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Она потребляет около 30% топлива и электроэнергии от общего потребления этих энергоносителей промышленностью.

Основными направлениями энергосбережения являются:

- обновление парка устаревшего энергопотребляющего оборудования, составляющего в черной металлургии страны порядка 70%;

- создание энергосберегающих технологий;

- совершенствование тепловых процессов основных потребителей топлива в черной металлургии - металлургических печей, уменьшение выхода вторичных энергоресурсов и максимальное их использование.

Это направление и рассмотрено в настоящей работе.

Основным первичным источником многочисленных энергоресурсов, используемых в черной металлургии, является топливо, к показателям расхода которого следует относить и использование производных энергоресурсов (электроэнергии, кислорода, сжатого воздуха, пара, воды и др.).

Представляется целесообразным применение следующих показателей топливоиспользования.

1. Видимый удельный расход топлива, выраженный в единицах тепла или условного топлива, представляющий собой отношение расхода топлива, непосредственно сжигаемого в печи, к ее производительности

(1)

где Мобщ - общая тепловая мощность печи, Мдж/с; G - производительность печи, кг/с.

2. Приведенный удельный расход топлива в тех же единицах, учитывающий расход топлива на производство других энергоносителей, используемых в печи, а также выработку энергоносителей за счет вторичных энергоресурсов печи

 

(2)

где - расход (или выработка) -го энергоносителя в единицу времени, кг/с; - удельный расход топлива на производство  этого энергоносителя, Мдж/кг.

Знак "+" относится к использованию энергоносителей, а "-" к их производству.

3. Относительный удельный расход топлива, представляющий собой отношение реального видимого удельного расхода к такому же параметру идеальной печи, для которой видимый удельный расход принимается равным количеству тепла, усвоенного 1 кг материала.

(3)

где  - приращение энтальпии материала в результате его обработки в печи, Мдж/кг.

4. Коэффициент полезного действия (КПД), представляющий собой отношение полезно использованного тепла к подведенному.

Различают КПД брутто

(4)

и КПД нетто

(5)

Рассмотрим влияние различных факторов на видимый удельный расход топлива.

Для этого подставим в формулу (1) значение Мобщ=Мпол+Мхх при Mпол=G  / h и Mхх  = Qпот/ h.

Тогда

(6)

где Qпол=G  - полезно использованное тепло, МВт; Qпот - потери тепла в рабочем пространстве печи, МВт; h - коэффициент использования топлива (КИТ) печи, равный

(7)

где  - теплота сгорания топлива, Мдж/м3; - физическое тепло, внесенное подогретым воздухом, Мдж/м3; - потери тепла с уходящими газами, Мдж/м3.

Здесь все величины отнесены к единице топлива.

КИТ является показателем, отражающим влияние различных факторов на видимый удельный расход тепла, пропорционально снижающийся при его увеличении. Как  видно из выражения (7), КИТ зависит от  , , .

Влияние . На рис.1 приведена зависимость КИТ’а от    для доменного газа, коксодоменных смесей и природного газа, из которой видно, что с уменьшением КИТ снижается, особенно резко у газов с низкой теплотой сгорания.

Такое влияние связано с увеличением у топлив с низкой теплотой сгорания выхода дыма на единицу внесенного тепла. Очевидно, что при замене природного газа топливами с более низкой теплотой сгорания следует иметь в виду ухудшение показателей топливоиспользования, во избежание чего необходимо принимать соответствующие меры, например, подогревать воздух.

Влияние . Влияние  на  проявляется из отношения (ф-ла 6)

при G=idem                                                                 (8)

где  и  - показатели при подогретых компонентах горения;

и - то же при отсутствии подогрева.

КИТ печи при  >0 можно выразить в следующем виде

(9)

Умножив и разделив второй член правой части на , получим

(10)

где  - степень регенерации, показывающая долю тепла уходящих газов, пошедших на подогрев воздуха;

Подставляя в (8) значение  из (10), получим

(11)

из которого видно, что влияние подогрева компонентов горения на видимый удельный расход топлива возрастает с увеличением степени регенерации и оказывается тем большим, чем ниже КИТ печи при отсутствии такого подогрева.

Экономия топлива при подогреве воздуха

(12)

где В - расход топлива в единицу времени, м3/с;  - количество тепла, внесенное за это же время подогретым воздухом, МДж/ м3.

 

Рис. 1.  Зависимость КИТ’а от теплоты сгорания топлива при температурах уходящих газов  и  и Рис. 2.     Зависимость экономии топлива от концентрации кислорода в дутье

1 - без учета затраты энергии на производство кислорода;

2 - с учетом затраты энергии

Влияние

 

где  - выход дыма от единицы топлива, м3/ м3;  - теплоемкость дыма, МДж/( м3.0С); - температура уходящих газов, 0С;  - потери от недожега топлива, МДж/ м3.

Потери от недожега топлива, возникающие из-за недостатка воздуха, а при его избытке - от плохой работы горелочных устройств, требуют во втором случае увеличения избытка воздуха, что влечет за собой увеличение объема дыма и дополнительный рост потерь с уходящими газами.

Экономия топлива от снижения потерь тепла с уходящими газами

(13)

где  и  - снижение потерь тепла, соответственно на единицу топлива и в единицу времени, МДж/ м3  и МBт.

Индексы “2” относятся к параметрам после снижения потерь тепла с уходящими газами.

Мощным средством снижения потерь тепла с уходящими газами является обогащение дутья кислородом, обеспечивающее уменьшение выхода дыма и снижение . Однако это благотворное влияние резко снижается, если учитывать расход первичного энергоносителя - топлива, на производство электроэнергии, используемой при получении кислорода (рис.2)

Величина существенно зависит от температуры уходящих газов, определяемой температурным режимом печи, в свою очередь определяющим ее производительность. Снижение этой температуры возможно за счет оптимизации температурного режима.

Влияние .

Влияние   на видно из ф-лы (8). Это влияние возрастает с увеличением относительной доли этих потерь.

Экономия топлива при снижении  определяется уменьшением мощности холостого хода.

Экономия топлива при снижении

(14)

где  - снижение потерь тепла, МВт.

Влияние . Тепловой дефицит  материала пропорционально влияет на удельный расход топлива (ф-ла 6)

где и  - конечная и начальная энтальпия единицы материала, зависящие от их температур, МДж/кг; Qэнд и  - теплота эндотермических и экзотермических реакций при тепловой обработке материала, отнесенная к единице материала, Мдж/кг.

Не вторгаясь в возможности влияния химических процессов, отметим, что реальный путь снижения и соответствующего уменьшения удельного расхода топлива - это повышение начальной температуры материала, поступающего в печь, за счет использования теплоты предшествующих технологических процессов (например, нагрев слитков горячего посада).

Возможен также предварительный нагрев материала, например, уходящими газами.

Экономия топлива от снижения определяется уменьшением полезной тепловой мощности.

Тогда

(15)

где Qм - уменьшение количества тепла, полученного материалом в единицу времени, МВт.

Влияние производительности печи G.

Прямо установить это влияние из выражения (6), в котором производительность входит в величину Qпол, не представляется возможным, так как изменение производительности связано, как правило, с изменением температурного режима печи, а, следовательно, с КИТ (h) и потерь тепла Qпот. Попытки установления аналитических связей этих параметров не дают возможности их практического использования.

Как показывает опыт, в большинстве случаев удельный расход тепла возрастает при снижении и повышении производительности печи по сравнению с номинальной.

Суммируя изложенное, отметим, что снижение видимого удельного расхода тепла, а, следовательно, экономия топлива обеспечиваются:

- подогревом воздуха;

- повышением начальной температуры материала;

- снижением потерь тепла с уходящими газами;

- уменьшением потерь тепла в рабочем пространстве.

В соответствии с формулами (12), (13), (14), (15) достигаемая экономия топлива

(16)

где DQ - внесенное или сэкономленное количество тепла, МВт.

Таким образом, экономия топлива превышает, иногда более чем вдвое (при h<0,5), внесенное или сэкономленное тепло.

Отношение экономии топлива к этому количеству тепла называется топливным эквивалентом

(17)

Из этого выражения видно, что топливный эквивалент оказывается тем большим, чем ниже КИТ печи, на которой реализуются мероприятия по энергосбережению. Поэтому в первую очередь надо подвергать модернизации печи, показатели топливоиспользования которых наиболее низкие.

Металлургические печи являются источником значительных количеств вторичных энергоресурсов (ВЭР) - топливных, тепловых и энергии давления доменного газа на выходе из доменной печи.

Использование ВЭР снижает приведенный удельный расход тепла (см. ф-лу 2).

Одним из основных источников тепловых ВЭР является теплота уходящих газов. Эта теплота может использоваться по технологической (замкнутой), энергетической (разомкнутой) и комбинированной схемам.

Технологическая схема предусматривает установку за печью рекуператора, благодаря чему возвращает часть тепла уходящих газов с подогретым воздухом, увеличивает КИТ печи, а, следовательно, уменьшает выход ВЭР. Достигаемая при этом экономия топлива

(18)

Энергетическая схема, предусматривающая установку за печью котла-утилизатора (КУ) для производства пара, обеспечивает экономию топлива, затрачиваемого на получение такого же количества пара в автономных паровых котлах. При этом снижается приведенный удельный расход топлива. Экономия топлива равна тепловой мощности автономного котла

(19)

где Qп - тепло, затраченное в единицу времени на производство D кг пара с энтальпией ;  КПД автономного котла.

Используя понятие степени регенерации как доли тепла уходящих газов, затраченной на производство пара, то есть , получим после преобразований

(20)

В комбинированной схеме экономия топлива

(21)

где  - экономия топлива от подогрева воздуха, определяемая по формуле (18);  - экономия топлива от получения пара с учетом уменьшения расхода топлива, а, следовательно, и количества продуктов горения, достигнутого подогревом воздуха.

Тогда

, МВт                                       (22)

Из рассмотренных схем видно, что предпочтение надо отдавать технологической схеме, обеспечивающей повышение эффективности использования топлива в печи и снижение выхода ВЭР. Однако так как эта схема не обеспечивает высокой степени регенерации вследствие резкого увеличения требуемой поверхности нагрева воздухонагревателя, лучше применять комбинированную схему.

Энергосбережение оказывает непосредственное влияние на экологию, снижая расход топлива, а, следовательно, и уменьшая вредные выбросы, и, таким образом, является методом борьбы не со следствием загрязнения окружающей среды, а с причиной, его вызывающей.

 

Ecology and power economy

RESUME: The main indeces of fuel use efficiency in metallurgical furnaces and factors determining them have been treated. The quantitative influence of different factors on the saving of fuel has been stated and it is shown that the lower the furnace indeces the higner the economic effect.

 

 

место
среди энергоаудиторских компаний России согласно рейтингу РБК

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ

8 (495) 973-32-67 

Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Работаем по всей России

г. Москва, улица Нижегородская, д. 70, кор. 2. Тел./факс: 8 (495) 973-32-67, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Copyright © 2018. Межрегиональная Энергосберегающая Компания.