Магістр ДонНТУ Агеєва Юлія Ігорівна

Тема магістерської роботи:

«Дослідження ефективності збільшення частки низькокалорійного доменного газу в теплових агрегатах металургійних підприємств»

Керівник: к.т.н. Курбатов Ю.Л.

«Дослідження ефективності збільшення частки низькокалорійного доменного газу в теплових агрегатах металургійних підприємств»

Сучасна економіка характеризується високим рівнем споживання енергії. Одним з найбільш енергоємних видів виробництва є чорна металургія.

Енергетична складова у собівартості виробництва чавуну складає до 30%. У цю складову входять як енергетичні ресурси безпосередньо зав'язані з процесом виплавки чавуну (електроенергія, природний газ, вдувається в піч, доменний газ, спалюється в Каупер доменних печей), так і енергетичні ресурси, що приходять з боку (доменне дуття і теплова енергія пара, що подається під колошників печі). Один з шляхів зменшення собівартості енергоресурсів, що приходять з боку, використання вторинних енергоресурсів металургійного виробництва. Вторинним ресурсом металургійного (доменного) виробництва є доменний газ. Доменний газ у своєму складі має горючі складові у вигляді СО 30%, Н2 8%,% інших горючих газів. Склад і теплотворна здатність доменного газу залежить від використовуваного на виробництві сировини, сорти коксу, режиму виплавки чавуну та інших факторів.

Якщо проаналізувати баланс отримання і використання доменного газу на підприємстві, то буде видно, що на підприємстві є резерви низькокалорійного палива - доменного газу у вигляді ненормований втрат на свічку. Ці втрати можна використовувати у виробничому циклі підприємства, для отримання теплової енергії.

Одним з основних споживачів доменного газу на підприємстві є ТЕЦ. На ТЕЦ доменний газ спалюється в котлоагрегатах спільно з іншими паливними газами з метою отримання перегрітої пари.

Отримана пара використовується на турбовоздуходувних агрегатах для отримання дуття для доменних печей і як пара для технологічних потреб цехів заводу, в першу чергу доменного цеху.

Котли, встановлені на ТЕЦ, являють собою агрегати середнього тиску з класичною П-образної компонуванням. Продуктивність котлоагрегатів становить 150т / ч. Котли призначені для спалювання трьох видів газоподібного палива - природного, коксового і доменного газу.

Для утилізації надлишків доменного газу одержуваного в доменному цеху і зниження собівартості чавуну за рахунок зменшення енергетичних витрат на котлоагрегат ТЕЦ були виконані капітальні ремонти з реконструкцією.

У ході реконструкції були демонтовані пальники для роздільного спалювання різних видів палива і встановлені комбіновані плоскофакельние, була змінена форма низу топки - замість холодної воронки встановлено горизонтальний під з екраном. Переробки піддавалися екрани, повітропроводи до пальників і газопроводи. Проведені роботи дозволили збільшити теплову частку використання доменного газу на 35,5%.

Основний інноваційної ідеєю реконструкції котлоагрегатів для утилізації надлишків доменного газу є установка комбінованих плоскофакельних пальників.

Відомий спосіб спалювання палива, який включає подачу газоподібного палива й окислювача, освіта топлівнокіслородного потоку, його зміщення відносно поздовжньої осі потоку і кручення навколо неї, при цьому в корені факела потік поділяють на внутрішній та зовнішні шари, які закручують у протилежних напрямках.

Використання цього способу характеризується високим хімічним недопал палива та великою витратою повітря, зумовленими незначно довжиною шляху горіння палива, оскільки факел в робочому просторі топки поширюється лінійно.

Також відомий спосіб спалювання палива у вигляді суміші газів у топці парового котла, що включає подачу в топку парового котла з протилежних її сторін двома зустрічними потоками висококалорійних газів, подачу в топку парового котла двома паралельними потоками низькокалорійних газів, розташованими перпендикулярно до потоків висококалорійних газів, і подачу потоку з відповідним зменшенням витрат повітря в потоках паливоповітряної суміші. Спалювання суміші газів у такий спосіб призводить до зменшення розміру факела, появи зон із зниженою температурою по перерізу топки, погіршення згоряння палива з збільшенням частки хімічного недопалювання. При цьому збільшується коефіцієнт витрати повітря для забезпечення необхідної повноти спалювання палива.

У плоскофакельних пальниках реалізується спосіб спалювання суміші газів, що включає подачу в топку парового котла двома потоками низькокалорійних газів з протилежних її сторін і двома потоками - висококалорійних газів, а також подачу повітря в топку парового котла. Висококалорійні гази подаються нижніми потоками, які направляються вгору під кутом 30 - 35 0 до поперечної осі топки, а низькокалорійні гази подаються з протилежних сторін топки верхніми потоками, які направляють вниз під кутом 30 - 35 0 до поперечної осі топки, при цьому повітря спільно подають з потоками газів. При цьому потоки газів і повітря закручуються в різних напрямках, а їхнє змішання відбувається на виході з сопел пальникового пристрою.

При зіткненні газоповітряних потоків, спрямованих під кутом один до одного утворюється плоска струмінь, що має високий ступінь турбулентності і велику поверхню, що дозволяє забезпечити інтенсивне згорання палива по всьому об'єму топки. При цьому також шляхом зміни витрат газу і повітря через нижні і верхні потоки можна регулювати положення факела по висоті топки. Так при необхідності знизити положення факела в топці збільшується подача повітря через верхні потоки і одночасно зменшується подача повітря через нижнє. При цьому зона ядра факела знижується і відбувається перерозподіл температурних полів по перерізу топки.

Реалізація запропонованого способу забезпечує зменшення втрат тепла з хімічним недопал за рахунок поліпшення перемішування газів з повітрям, збільшення довжини горіння газів, збільшення ступеня заповнення топки факелом, зменшення коефіцієнта витрати повітря, що в остаточному підсумку дає можливість збільшити ККД котла. При роботі котла з реалізованої корисною моделлю ККД котла збільшився з 78 до 86%.

За інших рівних умов (продуктивність котлоагрегату, витрата живильної води, продування) собівартість теплової енергії до реконструкції становила 280,54 грн / Гкал. Після реконструкції собівартість стала дорівнювати 148,50 грн / Гкал. Різниця становить 132,04 грн / Гкал. Річний економічний ефект капітального ремонту з реконструкцією пальникових пристроїв при річній напрацювання котлоагрегату 7900 годин складає 10587,6 тис.грн. Вартість капітального ремонту з реконструкцією пальникових пристроїв становить 18746 тис.грн. Таким чином, термін окупності капітального ремонту складає 1,8 року.

Література

Семикин И.Д., Аверин С.И., Радченко И.И. Топливо и топливное хозяйство металлургических заводов. – М.: Металлургия, 1965. – 528с.
Равич М.Б. Топливо и эффективногсть его использования. – М.: Наука, 1971. – 358с
Тройб С.Г. Расчет температуры горения. – Свердловск, изд.УПИ им.С.М.Кирова, 1960. – 36 с.: ил.
Безгрешнов А.Н. Расчет паровых котлов в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 240с.: ил.
Кашников С.П. Расчет котельных агрегатов в примерах и задачах. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1951. – 239с.
Логинов Б.И. Эксплуатационные испытания котлоагрегатов. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1952. – 100с.
Иванов Ю.В. Основы расчета и проектирования газовых горелок. – М.: Гостоптехиздат, 1963. – 360с.
Равич М.Б. Эффективность использования топлива. – ВИНИТИ., М.: Наука, 1977. – 344с.: ил.
Сушкин И.Н. Металлургическое топливо. – Справочник, М.: Металлургия, 1965.
Друскин Л.И. Сжигание газа в промышленных печах и котлах. – М.: Гостоптехиздат, 1962. – 264 с.: ил.
Мезенцев А.П. Основы расчета мероприятий по экономии тепловой энергии и топлива. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. – 116с.: ил.