Энергоаудит

Услуги

Отзывы и клиенты

Свидетельство СРО

Энергетический паспорт

Стоимость

Контакты

Энергосбережение в проходных печах

Знергоаудит, заказать проведение энергетического аудита промышленного предприятия или компании

Разработка и внедрение энергосберегающего режима нагрева металла в проходных печах методического типа

Многозонные проходные печи методического типа (например, кольцевые), работающие на заводах Украины, проектировались больше 20 лет назад с основным требованием – обеспечить максимальную производительность. В то время уже на работающих печах устанавливали дополнительные горелочные устройства в методической зоне, тем самым добиваясь максимальной производительности за счет увеличения тепловой мощности и более высокой температуры уходящих дымовых газов. Температурные режимы рассчитывали также на максимальную производительность. Эксплуатировать печь таким способом экономически целесообразно только в том случае, если производительность изменяется в узком диапазоне и близка к расчетной. В реальных условиях печи работают  при значительных изменениях производительности (темпа проката, сортамента заготовки, емкости печи). Кроме того, имеют место частые простои, связанные с нестабильной работой оборудования, которые значительно уменьшают часовую производительность. Поэтому при работе печи на средней и низкой производительности резко возрастают удельные расходы топлива.

Одним из способов снижения удельного расхода топлива является разработка и внедрение энергосберегающего температурного режима работы печи. Особенно это важно для эксплуатации печи в условиях нестабильного производства при дорогостоящих энергоресурсах. Для разработки рационального температурного режима применяется расчетно-экспериментальный метод. По стандартной методике производится поверочный расчет существующего температурного режима с целью определения температуры поверхности и перепада температур по сечению заготовки в конце нагрева. Если расчетные параметры совпадают с технологическими, т.е. примерно одинаковы общий расход газа, расход газа по зонам, температура прошивки, которая приблизительно равна расчетной температуре оси заготовки в конце нагрева, то, используя в качестве исходных данных расчетные конечные параметры нагреваемого металла и производительность, определяют рациональный температурный режим нагрева металла, при котором удельный расход газа будет меньше, чем при существующем режиме. В результате исследований М.А.Денисова [1], путем математического моделирования основных типов проходных нагревательных печей, установлено, что минимальные значения расхода топлива и температуры уходящих продуктов горения имеют место при изменении среднемассовой температуры металла по прямой в координатах: температура металла - время его нагрева. Данный вывод был использован нами для разработки и внедрения энергосберегающего режима нагрева металла в проходных печах методического типа. Алгоритм расчета рационального температурного режима нагрева металла сводится к следующему:

1.     Задают среднемассовую температуру металла по зонам, исходя из экономичности линейного роста температуры металла по ходу перемещения в печи.

2.     По результатам поверочного расчета задают: - время нагрева металла по зонам; - приведенный коэффициент излучения, отнесенный к температуре печи; - температуру поверхности и перепад температуры по сечению заготовки в конце нагрева.

3.     Определяют температуру печи, поверхности металла, перепад температуры по сечению заготовки в конце каждой зоны.

4.     Для получения заданных значений температуры поверхности и перепада температуры по сечению заготовки в конце печи корректируют среднемассовые температуры металла по зонам, и путем многократного пересчета всех параметров определяют рациональный температурный режим для заданных условий нагрева.

5.     С помощью составления теплового баланса определяют расход топлива по зонам и на печь в целом, а также технико-экономические показатели работы печи.

На основании этого алгоритма разработана программа  расчета температурного режима нагрева металла, позволяющая осуществлять качественный нагрев металла с минимальным расходом топлива при любой производительности и для всего спектра сортамента заготовок.

Такой способ определения рационального температурного режима нагрева металла опробован на кольцевой печи ТПЦ-5 ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод» (НТЗ).

Кольцевая печь ТПА-140 ОАО «НТЗ», построенная по проекту Укргипромеза в 1975 году, является одной из лучших печей в отрасли по технико-экономическим показателям и предназначена для нагрева трубных заготовок из углеродистых и низколегированных марок стали диаметром 0,1 – 0,15 м до температуры 1200 – 1250 оС. Печь отапливается природным газом, имеет пять зон регулирования и одну неотапливаемую (методическую) зону.

С целью получения данных, необходимых для разработки рационального температурного режима, проводились теплотехнические испытания печи и статистическая обработка результатов.

Во время испытаний фиксировали основные параметры температурного и теплового режима печи, а именно: температуру печи по зонам; расход газа и воздуха по зонам; общий расход газа на печь; температуру прошивки. Одновременно с этим учитывали размеры заготовок, часовое количество заготовок, выданных из печи, время нагрева и длительность простоев.

По данным испытаний подсчитывали производительность печи и удельный расход топлива. Эти же показатели определяли путем статистической обработки месячных данных по нагреву металла. В результате испытаний выявлены следующие причины неэкономичной работы печи:

1.          Неритмичная работа трубопрокатного агрегата ТПА, низкая часовая производительность на многих размерах заготовки, особенно при прокате экспортных заготовок, длительные простои.

2.          Нерациональный температурный режим нагрева заготовок, не учитывающий в полной мере различие в нагреве разных размеров заготовок, емкость печи и темп выдачи. Температура печи в первой по ходу металла отапливаемой зоне регламентируется в пределах 1000 – 1200 оС, что допускает возможность неэкономичной работы при несоответствии установленного температурного задания производительности печи. Фактически нагрев заготовок ведется при максимальной температуре и, соответственно, тепловой мощности этой зоны независимо от производительности печи, что увеличивает потери тепла с уходящим дымом, а следовательно, и удельный расход природного газа при малой и средней производительности.

3.          При работе печи по существующему температурному режиму нагрева заготовок металл, как правило, нагревается до требуемых значений температуры уже к концу четвертой по ходу металла отапливаемой зоны, а в последней (пятой) зоне продолжается необоснованное томление металла, что приводит к дополнительному окислению и обезуглероживанию стали.

Исходя из вышеизложенного, существенной экономии газа можно достичь за счет сокращения длины томильной зоны и увеличения методической. При этом решающим фактором является определение порога достаточности нахождения металла в томильной зоне для обеспечения его качественного нагрева. Таким критерием может являться заданная величина перепада температур между осевой зоной заготовки и ее поверхностью.

Контроль перепада температур по сечению заготовки при расчете температурного режима работы печи и обеспечения его заданной величины позволяет автоматизировать выбор рационального режима работы печи.

С учетом данного положения при участии персонала ТПЦ-5 разработана, адаптирована к данной кольцевой печи и внедрена программа расчета рационального температурного режима нагрева металла, работающая в среде Supercalc-4 и Excel – 97.

Программа работает в режиме советчика и позволяет оперативно определять температурный режим нагрева металла по зонам печи при любых технологических изменениях в пределах сортамента цеха, что очень важно в условиях нестабильного темпа с меняющимся сортаментом. Программа выдает теоретические расходы природного газа по зонам печи и общий расход на всю печь, расход газа при холостом ходе, удельный расход топлива, перепад температур по сечению заготовки (неравномерность нагрева) в конце нагрева. Она проста в пользовании, содержит специально созданные для этой программы математические зависимости, описывающие изменение всех применяемых в расчете теплофизических величин по данным справочников. Программа допускает корректировку температурных режимов всех зон и выдает при этом уточненные расчетные значения расхода газа, температур металла и равномерности нагрева.

Опытно-промышленная проверка рассчитанных по программе температурных режимов нагрева металла подтвердила их эффективность. Ниже приводятся результаты сравнительной опытно-промышленной прокатки труб в течение одной смены. Прокатано 296 труб из заготовки диаметром 150 мм суммарной длиной 565 м по энергосберегающим режимам. Снижение удельного расхода природного газа  при работе печи по предложенному нами температурному режиму, по сравнению с заводским, составило (по цеховому расходомеру) 11,6 м3/т.

Учитывая положительные результаты испытаний, цехом было принято решение о проведении длительных испытаний энергосберегающих режимов нагрева металла в кольцевой печи. Ввиду отсутствия возможности оперативного расчета режимов на печи было решено приступить, на начальном этапе, к опытно промышленной проверке температурных режимов, рассчитанных программой для каждого диаметра заготовки в зависимости от длительности нагрева, применяя эти режимы на все длины заготовок. Такие режимы не являются оптимальными, но приближаясь к рациональным, более экономичны, чем существующие. На основании выполненных расчетов нагрева всего сортамента заготовок были разработаны опытные графики нагрева в кольцевой печи. За 2,5 месяца использования данных режимов прокатано более 15000 т труб, в том числе 4000 т на экспорт. Выход первых сортов составил более 98 %, что не ниже, чем в среднем за 1998 г. Расход газа определялся по данным лаборатории металлургической теплотехники (ЛМТ). По результатам сравнительных расчетов заводского, опытного и рационального режимов построена температурно-тепловая диаграмма нагрева металла в кольцевой печи (рис. 1). Расчетный расход газа по этим режимам для каждой зоны приведен в таблице. Для сравнительных расчетов были использованы следующие параметры нагрева:

-         диаметр заготовки d = 150 мм;

-         длина заготовки l = 1700 мм;

-         темп проката Т = 128 шт/час;

-         среднемассовая температура металла и перепад температуры по сечению заготовки в конце нагрева   =1200 оС и Dt около 1 оС.

 

Таблица - Температура печи и расчетный расход газа по зонам

Режим Температура по зонам, оС

I II III IV V

Рациональный 834 954 1153 1270 1201

Опытный 950 1100 1230 1245 1201

Заводской 1120 1210 1230 1230 1201

продолжение таблицы

Режим Расход газа по зонам, м3/час

I II III IV V общий

Рациональный 114 58 468 399 107 1146

Опытный 206 264 509 176 105 1259

Заводской 573 406 270 84 105 1438

Рисунок - Температурно-тепловая диаграмма нагрева металла в кольцевой печи: - рациональный режим (сплошная); - опытный режим (пунктирная); - заводской режим (штрих-пунктирная линия).

Из приведенного рисунка видно следующее:

-         металл нагрет до заданных параметров во всех трех случаях за одно и то же время;

-         при заводском режиме среднемассовая температура металла практически достигла заданной величины к концу 3-ей зоны, а при рациональном режиме – к началу зоны томления;

-         при работе печи по рациональному режиму температура 1-ой отапливаемой зоны на 220 оС ниже, чем при заводском режиме, соответственно ниже и температура уходящего дыма.

Расчетное значение расхода газа при работе печи по рациональному режиму меньше на 17 %, а при опытном режиме на 12,5 % по сравнению с заводским режимом. .Для определения эффективности новых режимов лабораторией металлургической теплотехники (ЛМТ) завода проведено сравнение удельного расхода газа за месяцы использования нового режима и предыдущие месяцы работы по старым режимам с аналогичным объемом производства. В результате, после перевода печи на работу по опытному графику удельный расход природного газа снизился в среднем на 10,8 м3/т (17,3 %) во время работы стана, обеспечивая получение годового экономического эффекта в 230000 грн (в ценах 1999 г).

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

111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, д.10, корп.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.