FR
RUS
UKR
Master's portal of DonNTU
Bogush Ekaterina

Boguche Ekaterina

Faculté: Ecologie et la technologie chimique

Speciality "Ecologie et la protection de l'environnement"

Technologies l' économie en l' énergie de refroidissement des équipements métallurgiques

Chef scientifique: prof. Kliaguine Gennady Sergeevich





Resume

RAPPORT

Table de matiéres


Introduction
1.Actualité du sujet
2.Importance scientifique du travail
3.Valeur pratique des résultats du travail
4.But principal du travail
5.Aperéu des études selon le sujet en Ukraine
6.Aperéu des études selon le sujet dans le monde étranger
7.Partie principale
Conclusions
Bibliographie

Introduction


Le prelevement de la chaleur est une particularite de plusieurs productions. Il y a des systemes speciaux pour realiser le processus de refroidissement de l'equipement metallurgique.
Le refroidissement se realise dans les cycles de l’eau circulante avec les tours de refrigeration, les echangeurs thermiques, les ventilateurs et d’autres equipements refroidissant. La destination et le remplissage du cycle de l’eau circulante determinent de diverses exigences a l'eau epuree destinee a la suralimentation. L'eau destinee a la suralimentation peut se soumettre en supplement au traitement par les reactifs pour la reduction de l'activite corrosive et microbiologique de l'eau recyclee.
Les systemes de refroidissement par vaporisation des fours metallurgiques deviennent de plus en plus rependus.
Le systeme donne represente la combinaison de deux systemes fonctionnellement independants: systeme traditionnel de refroidissement par vaporisation avec la circulation naturelle et celui avec la circulation forcee.

1 Actualité du sujet


De nos jours, le probleme de hautes depenses energetiques et de l'utilisation irrationnelle des ressources d'eau a l'industrie reste aigu. Ainsi, la recherche de la methode de l'economie des ressources energetiques et de l'eau est actuelle. Le probleme donne partiellement peut etre resolu par le perfectionnement du systeme de refroidissement des equipements metallurgiques.

2 Importance scientifique du travail

On a recommande le schema et la preparation de l'agent refroidissant (le melange de la vapeur et de l'eau) sur la base de l'analyse et les experiences accomplies, on a elabore les recommandations sur le refroidissement des equipements et des fours metallurgiques.

3 Valeur pratique des résultats du travail

L'economie des ressources energetiques et de l'eau, ainsi que la reduction du prix de la preparation de l'agent refroidissant.

4 But principal du travail

Le perfectionnement des systemes de refroidissement des equipements et des fours metallurgiques en vue de l'economie de l'energie.

5 Apercu des etudes selon le sujet en Ukraine

Dans les plusieurs grandes usines metallurgiques - Novolipetsky, Enakievsky, Makeevsky, Krivorozhsky, Tcheliabinsky, pour les dernieres decennies, on utilise, jusqu'a 95 %, l'eau l'eau recyclee a partir des systemes de l'approvisionnement. L'introduction de l'approvisionnement en eau recyclee seulement dans les 83 grands etablissements industriels de l'Ukraine peut donner l'economie de l'eau en quantite de 3 km3 par an. Une telle quantite suffirait pour l'approvisionnement en eau de toute la population de la republique avec la depense pres de 200 l d’eau par jour par personne. La reutilisation de l'eau obtient une large expansion dans une serie d'entreprises.
A la nouvelle conception des dalles refrigerantes avec le systeme de refroidissement par l'eau chimiquement epuree, l’entreprise « Energostal », a la difference des societes etrangeres, assure le flux remontant de l'eau dans les dalles refrigerantes et les communications du systeme de refroidissement[3]. Cela donne la possibilite au systeme du refroidissement par l'eau chimiquement epuree, en cas de l'avarie, de fonctionner d’un temps determine sans arret des fourneaux.
Les dizaines d’organisations de recherche et d’etude travaillent, a present, sur la creation des cycles de production entierement fermes et sans dechets. Le combinat chimique « Premier mai », en Ukraine, est cree comme etablissement endoreique et fonctionnant sans dechets. Le systeme ferme de circulation de l'eau a reduit la prise d'eau de la riviere Seversky Donez de 25-30 fois, mais le refus d’avoir les reservoirs d'eau et les accumulateurs des eaux d'egout a permis de garder quelques mille hectares de terre pour les besoins agricoles. Le schema complexe d’epuration et d'utilisation des eaux d'egout et des dechets du combinat chimique peut etre utilise a la construction des memes entreprises chimiques, petrochimiques, alimentaires, en papier et d'autres industries fonctionnant sans dechets.

6 Aperéu des études selon le sujet dans le monde étranger

Le refroidissement ordinaire aquatique, aux entreprises metallurgiques, est remplace avec succes du refroidissement par vaporisation qui utilise l'eau bouillante comme agent refroidissant. Le refroidissement se realise par formation de la vapeur. Le coefficient de transmission calorifique a l'utilisation de l'eau bouillant est considerablement plus haut qu'a l'utilisation de l’eau froide.
Aux usines de la societe d'A.Tissen a Humborn (Allemagne) le haut fourneau avec le diametre du creuset de 9,4 m a ete accompli avec le refroidissement par vaporisation. Les elements refroidis sont divises en groupes. Chaque groupe est joint a son tambour-separateur.
Les hauts fourneaux № 5 et № 6 de la societe anonyme de type ouvert "NTMK" est mis en exploitation en 2006 avec le refroidissement par vaporisation des dalles frigorifiques des etalages et des cuves, ainsi que deux series de dalles en cuivre construits et la fabriques par la societe PAUL WURTH, avec la circulation forcee[5]. Cela garantit le manque complet de n'importe quelles conditions de la formation du bouillonnement pelliculeux de l'eau pendant les charges de pique ou la descente du garnissage.
La societe DANIELI CORUS applique dans la cuve du haut fourneau les dalles frigorifiques horizontales en cuivre du type de caisse (le haut fourneau № 3 de la societe anonyme de type ouvert "Severstal", le HF № 2 de la societe anonyme de type ouvert "АМК"). Le refroidissement de qualite d'une telle structure des dalles frigorifiques peut etre assure seulement par le systeme de refroidissement par l'eau chimiquement epuree dans le contour ferme.
La societe PAUL WURTH applique dans ces projets dans la cuve les dalles verticales en cuivre frigorifiques qui peuvent fonctionner avec le refroidissement par vaporisation sur la base de circulation naturelle ainsi que sur la base de circulation forcee. Ces systemes peuvent etre equipes du systeme du refroidissement par l'eau chimiquement epuree dans le contour ferme.

7 Partie principale

En Union Sovietique encore en 1946, la methode de l'utilisation de la chaleur des elements refroidis des fours metallurgiques sous le nom «refroidissement par vaporisation» a ete elaboree par les ingenieurs S.М. Andoniev et G.E. Krouchel.
L'essence du systeme refroidissement par vaporisation des fours metallurgiques consiste en utilisation de la chaleur latente de la formation de vapeur pour l’enlevement de la chaleur des elements refroidis. Le remplacement de l'eau refroidissant froide par l’eau bouillante permet considerablement d'augmenter le coefficient de transmission calorifique, puisque celui-ci du mur refroidi est plus haut pour l'eau bouillant que pour l’eau qui ne bouillit pas[3]. Au cour de la vaporisation de chaque litre d'eau est enleve 0,5 Mkal de chaleur de l'element refroidi du four (la chaleur latente de formation de vapeur a la pression atmospherique de l'eau). Puisque l'eau entre au systeme avec la temperature de 50?C (en cas du systeme de l'approvisionnement en eau circulante), en train de sa chauffage jusqu'a la temperature d'ebullition, elle reprend encore 70 kkal/kg.
Les calcules montrent que pour l’enlevement de la quantite identique de chaleur a partir de l'element refroidi au refroidissement par vaporisation on a besoin de l'eau moins de 60 - 100 fois que pour le refroidissement par l’eau courante. La circulation dans le systeme de refroidissement par vaporisation les refroidissements peut etre naturelle ou forcee. La circulation naturelle est assuree par la difference des densites de l'eau dans la conduite de descente et de l'emulsion de la vapeur et de l'eau dans la conduite elevatrice.
La circulation continue de l'eau est assuree par la difference des densites a l’etat de travail du four. La plupart des systemes de refroidissement par vaporisation des fours de metallurgie des metaux non-ferreux fonctionne avec la circulation naturelle qui est plus sure et est econome.
Le tambour-separateur est installe a la hauteur de 30 - 50 m au-dessus de l’equipement qu'il est necessaire de refroidir. C'est le recipient de haute pression (jusqu’a 20 atm.) d’ou l'eau entre au contour de refroidissement.
L'eau passe en bas du contour de refroidissement ou se passe le processus de la formation de vapeur par enlevement de la chaleur du four. La vapeur surchauffee revient au tambour- separateur ou se passe sa condensation. Le point d'ebullition de l'eau se leve jusqu'a 140 degres centigrades a cause de l’augmentation de la pression dans le systeme jusqu'a 4 - 6 atm[4]. Une bonne efficacite de fonctionnement du systeme est atteinte grace a la grande vitesse de la circulation du melange de vapeur et d’eau dans le systeme de refroidissement. En outre, la suralimentation du systeme par l'eau n'est pas demandee avec la gestion optimale puisque l'on respecte la balance entre la vapeur et le liquide.
Le schema du fonctionnement du systeme refroidissement par vaporisation est presente sur le schema 1.


Schema 1 – Schema du fonctionnement du systeme de refroidissement par vaporisation
Les taches principales du systeme de gestion sont les suivantes:
- le reglage et le maintien du niveau demande de l'eau dans le tambour;
- la minimisation de la depense de l'eau additionnelle.
- le reglage et le maintien de la pression demandee de la vapeur;
- la sortie sur le regime optimum de refroidissement dans la cas du remplacement des modes du regime de four (le debut de la fusion, la fusion, l'insufflation en train du travail, les situations surnumeraires en train du travail, la fin de la fusion);
Le contour du refroidissement se compose des parties suivantes :
- le tambour-separateur;
- le contour de refroidissement;
- les soupapes de coupure:
- la soupape de l'automodulation (КАП);
- la soupape de la suralimentation directe (КПП);
- le verrou pour l'eau (ЗдВ);
- le verrou pour la bougie (ЗдС);
- le verrou pour la vapeur (ЗдП);
les soupapes regnantes :
- pour l'eau (КРВ);
- pour la vapeur (КРП).
Les refrigerateurs du fourneau sont divises en quelques sections pour l'allegement de l'exploitation, la reduction de la reserve de l'eau technique et l'augmentation de la securite du systeme. Les refrigerateurs de chaque section sont connectes au tambour-separateur independant. Ainsi, chaque section represente l'installation de refroidissement par vaporisation independante.

Il y a quelques varietes de schemas a une zone:

1. Le schema a une zone l avec le groupement de collecteur des conduites de descente et elevatrices (fig. 2). Un tel schema est applique a la disposition eloignee des tambours-separateurs des refrigerateurs du fourneau.

Figure 2 — Schema de refroidissement par vaporisation a une zone des refrigerateurs du haut fourneau avec le groupement de collecteur des conduites de descente et elevatrices
1 - tambour-separateur; 2 - collecteur de descente; 3 - collecteur elevateur; 4 - conduites de l'eau additionnee; 5 - conduite de vapeur; 6 - conduite de l'eau technique; 7 - overflow.
2. Le schema a une zone avec le groupement de collecteur des tubes de descente avec les tubes individuels elevateurs (fig. 3)[1]. Un tel schema est recommande a une proche disposition des tambours-separateurs par rapport aux refrigerateurs du fourneau quand l'etendue des tubes elevateurs est pas grande.

Figure 3 – Schema de refroidissement par vaporisation a une zone des refrigerateurs du haut fourneau avec le groupement de collecteur des tubes de descente et ceux individuels elevateurs
1 - tambour-separateur; 2 - collecteur des tubes de descente; 3 - tubes individuels elevateurs; 4 - conduites de l’eau additionnee; 5 - conduite de vapeur; 6 - conduite de l'eau technique; 7 – overflow.

3. Le schema a une zone avec les quatre de descente et les quatre collecteurs elevateurs (fig. 4).

Figure 4 – Schema de refroidissement par vaporisation a une zone des refrigerateurs du haut fourneau avec les quatre de descente et les quatre collecteurs elevateurs
1 - tambour- refroidissant; 2 - collecteur des tubes de descente; 3 - collecteur des tubes elevateurs; 4 - conduites de l'eau additionnee; 5 - conduite de vapeur; 6 - conduite de l'eau technique.
4. Le schema a une zone avec la liaison formant les paires des tubes refroidissant (fig. 5)

Figure 5 – Schema de refroidissement par vaporisation a une zone des refrigerateurs du haut fourneau avec la liaison formant les paires des tubes refroidissant
1 - tambour- refroidissant; 2 - collecteur des tubes de descente; 3 - tubes elevateurs; 4 - conduites de l'eau additionnee; 5 - conduite de vapeur; 6 - conduite de l'eau technique; 7 – overflow.

Methodes les preparations de l'eau au refroidissement par vaporisation

Le regime d'eau normal doit assurer l'absence des entartrages sur les surfaces refroidies dans les installations de refroidissement par vaporisation des fourneaux metallurgiques, ainsi que les preventions de la corrosion du metal et la proprete satisfaisante de la vapeur sortie.
Le regime d'eau des installations de refroidissement par vaporisation des fourneaux se caracterise par les normes de la qualite de l'eau additionnee et vaporisee et de la vapeur qui sont assures par le systeme du traitement de l'eau, y compris par le traitement et le degazage de l'eau additionnee, ainsi que le reglage de la composition de l'eau vaporisee.
Il est necessaire d'etablir les normes de la qualite de l'eau et de la vapeur en tenant compte des conditions de travail du systeme, des conduites, ainsi que des equipements qui utilisent la vapeur[4]. De hauts efforts thermiques des details refroidis provoquent la necessite de l'alimentation des systemes de refroidissement par vaporisation de l'eau adoucie.
Les details refroidis des fours Martin, par exemple, se trouvent dans les conditions particulierement lourdes.
L'entartrage conditionne l'augmentation dangereuse de temperature du metal sur les surfaces refroidies des details, en consequence de quoi baisse la securite de l'exploitation des fourneaux metallurgiques.
La source principale des entartrages sont les sels du calcium et le magnesium qui se trouvent dans l'eau additionnee dans l'etat dilue. Ces sels, ainsi que de diverses substances suspendues qui se sont trouvees avec l'eau additionnee peuvent se secreter de la solution en forme de l'ecume solide ou la boue.
Pour cela, l'eau vaporisee doit contenir simultanement les cations et les anions qui donnent a l’interaction les substances difficilement solubles. Ces sont, en general, les sels du calcium et le magnesium, ainsi que l'hydrate du magnesium etc.

Figure 6 - Schema de formation successive de Н- et Na-cations
1 - filtre de Na-cationique ; 2 - reservoir pour la solution de l'acide; 3 - reservoir pour l'ameublissement de N-cationique; 4 - evacuateur les acides carboniques; 5 - ventilateur; 6 - reservoir de l'eau adoucie; 7 - pompe; 8 - dissolvant des sels; 9 - filtre de Na-cationique; 10 - reservoir pour l'ameublissement de Na- cationique.
L'ecume peut se former avec l'augmentation de teneur en sels dans l'eau vaporisee jusqu'a la valeur quand ils commencent a tomber de la solution au depot. La formation des combinaisons insolubles se passe a la baisse de la dissolubilite des sels avec l'augmentation de temperature de l'eau et finalement en resultats des processus physico-chimiques.
Pour la prevention de la formation de l'ecume il est necessaire de creer les conditions excluant la possibilite de la separation les ecumes dans l'etat solide, par exemple l’adoucissage profond de l'eau additionnee. Il est important de soutenir un certain superflu des ions.
Avec une assez haute concentration de ces ions, les ions de calcium entrant dans le systeme forment seulement le carbonate de calcium, c'est-a-dire la substance qui se degage dans l'epaisseur de l'eau vaporisee comme la boue.
Il faut aspirer a la concentration minimale de la boue dans l'eau vaporisee.

Conclusions

Les avantages du systeme recommande de refroidissement : - il assure la securite du fonctionnement du fourneau et reduit ses temps morts pour la reparation des details refroidis ;
- il permet d’utiliser la chaleur de l’eau refroidissante en forme de vapeur ;
- le volume des constructions et la capacite du systeme de l'approvisionnement en eau sont diminues de trois fois ;
- la chaleur latente de la formation de vapeur est utilisee pour l’enlevement de la chaleur des details refroidis. L’enlevement de la chaleur se realise a la suite de la formation et de l’enlevement de la vapeur. De plus, un litre de l'eau conduit pres de 600 kkal de chaleur, au lieu de 10 - 20 kkal au cas du refroidissement aquatique ;
- la depense de l'eau technique est reduite par l'utilisation de l'eau chimiquement epuree et desaeree pas moins que de 60 fois. Cela exclue la formation de l'ecume dans les details refroidis, la necessite du lavage periodique des dalles frigorifiques se detache. Ainsi on reduit les temps morts et les reparations des equipements metallurgiques;
- l'eau n’est utilisee que pour le refroidissement seulement des details de la construction inferieure des fours metallurgiques, c'est-a-dire on demande environ 30 % de la depense totale de celle-ci du refroidissement aquatique;
- par la circulation naturelle, on exclut la dependance du systeme de refroidissement par vaporisation des sources de l'alimentation electrique;
- le systeme peut travailler pendant l'heure fixee sans suralimentation en eau grace a la presence du volume determine d'eau dans le tambour-separateur;
- il est possible de construire des stations de pompage de l'eau technique moins puissantes, des tours de graduation, des piscines de rampe d'aspersion d'eau et les conduites des plus petits diametres, car pour la reservation des systemes de refroidissement par vaporisation, l'eau technique est demandee en plus petites quantites;
- l'utilisation de la chaleur en forme de la vapeur saturee est possible;
- la suralimentation du systeme de refroidissement par vaporisation se realise automatiquement[8].

Список литературы

  1. Зайцев Ю.С., Филипьев О.В. Новые технологические решения в охлаждении шахт доменных печей - Х.: Основа, 1992, с.60 - 68.
  2. Белан Ф.И. Водоподготовка: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. – М.:Энергия, 1979, с. 190 - 194.
  3. Громогласов А., Копылов А., Пильщиков А. Водоподготовка: процессы и аппараты – М.: Энергоатомиздат, 1990г. 272с.
  4. Н. Абрамов Водоснабжение промышленных предприятий[Электронный ресурс] / - http://a-nomalia.narod.ru/spravochnik-15/152.htm
  5. Д.В. Павлов, С.О. Вараксин, В.А. Колесников Оборотное водоснабжение промышленных предприятий[Электронный ресурс] / http://www.galvanicrus.ru/files/oborotnoe_vodosnab.pdf
  6. Кострикин Ю.М. водоподготовка и водный режим энергообъектов низкого и среднего давления: Справочник. – М.,1990, с. 86 – 93
  7. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. - Водоподготовка. Учебник для вузов. - Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Энергия", 1973.
  8. Э. Гарбер, А.А. Гончарский, М.П. Шаравин.Технический прогресс систем охлаждения прокатных станов [Текст] - М. : Металлургия, 1991.



Resume