2.Использовиие вторичных энергоресурсов установок машин непрерывного литья заготовок

2.1.Водяные теплоаккумуляторы

Произведен анализ выбора вида и расчетных параметров аккумуляторних емкостей для использования пара испарительного охлаждеиия МНЛЗ. В мартеновском цехе с печами по 600 т запроектированы три МНЛЗ, две — рабочие и одна — резервная. Возможна работа одной УНЛЗ при аварии второй и ремонте третьей, а также одновременная работа всех трех установок. Пар испарительного охлаждения МНЛЗ в зонах кристаллизации и вторичного охлаждения запроектировано использовать в химводоочистке для деаэрации питательной воды.

При одновременной работе двух установок в среднем будет выпускаться 6,85 плавок по 600 т в сутки. При этом длительность цикла разливки —3,5 ч, в том числе собственно разливка (время выіделения пара) 1,5 ч и пауза между разливками 2 ч. Выход пара с давлением 1 МПа за время разливки одной плавки составляет 133 т, в сутки — 910 т, или в среднем .48 т/ч. Во время паузы должно быть передано потребителю 76 т пара при 0,25 МПа за счет испарения воды в пароводяних аккумуляторах, принятых в проекте. При одновременной работе трех МНЛЗ будет выпускаться в среднем 10,5 плавок по 600 т в сутки. Длительность цикла—137 мин, разливки —1,5 ч, пауз — 47 мин. Выход пара 1395 т/сут, или 58 т/ч. Во время паузы потребителю направляется 45,5 т/ч пара, т. е. меньше, чем при работе двух установок. Поэтому расчет аккумуляторной установки вьшолнен при работе двух МНЛЗ, а трубопроводов — трех. [1]

В соответствии с этим принят необходимый объем воды в аккумуляторах (исходя из необходимости получения 76 т пара в час) 732 м³, при полном обьеме аккумуляторов 840 м³.

При выходе пара 133 т за плавку годовая производительность установки составляет 322 500 т пара, из которых 42 500 т должны быть использованы для нагрева питательной воды самой установки испарительного охлаждеиия и 290 000 т (в среднем 33 т/ч) подается на химводоочистку.

Аккумуляторы нагретой воды целесообразнее, чем пароводяные, так как их обьем и масса существенно меньше, устоойство проще, необходимое давление

системы испарительного охлаждения УНЛЗ ниже и стоимость меньше [2].

Водяные аккумуляторы, рассчитанные ка давление (абсолютное) 1 МПа, можно заряжать водой с tг = 175° С, так как температура насыщенного пара при 1 МПа tн= 179,04° С, причем требуемая температура воды за аккумулятором tп будет обеспечиваться подмешиванием холодной воды.

Соответствующая схема показана на рис. 1. Греющий пар поступает в

Выход горячей воды равен подаче холодной: Gг=Gх и в основном они постоянны. Расход воды через инжектор автоматически меняется регулятором 2 в

Рис.1. Водяные аккумуляторы на паре МНЛЗ (мартеновские цехи)

пароводяной инжектор 1, осуществляющий нагрев и циркуляцию воды, заполняющей аккумулятор 3, и расходуемой.

зависимости от количества поступающего пара q так, чтобы температура нагрева воды была неизменной, т. е. G= f (q) при обеспечении tг =.сonst. К концу зарядки аккумулятор полностью заполняется сверху горячей водой с температурой tг , а к концу разрядки — снизу холодной водой с температурой tх из химводоочистки при температуре подаваемой воды (с подмешиванием) tп. Объем водяных аккумуляторов

₍₁₎

где ΔD-количество пара, тепло которого должно аккумулироваться, т; i_п, i_в.г., i_в.х - энтальпии пара, горячей и холодной воды соответственно. iiАО

Необходимый объем аккумуляторов воды с температурой 175° составит по формуле (1) при ΔD =76 т и i_п, = 2714, i_в.г. = 732, i_в.х =126 кДж/кг:

V₁₇₅=324 м³

Таким образом, объем водяных аккумуляторов получается в 732/324 = 2,25 раза меньше водяного объема пароводяных аккумуляторов и в 6 • 140/324 = 2,6 раза меньше их полного объема с учетом и парового. Водяные аккумуляторы будут занимать во много раз меньшую площадь, так как устанавливаются вертикально в противоположность пароводяным, не допускающим вертикальной установки по условию необходимой величины зеркала испарения, по принципу действия (см. рис. 1) для водяных желательны большая высота и малый диаметр.

При нагреве воды в водяных аккумуляторах до температуры tг = 100 ... 123° С объем их получится больше, но масса с уменьшением давления и соответственно толщины стенки снизится; будут дешевле и системы испарительного охлаждения МНЛЗ с понижением давления в них.

Толщина стенки цилиндрического аккумулятора

S = dp/2σ + С, (2)

где d- внутренний диаметр барабана, см; р - внутреннее давление (избыточное), МПа; σ ≈120 МПа - допустимое напряжение на разрыв; С = 0,1 см - прибавка к расчетной толщине стенки на коррозию.

При неизменном диаметре барабана толщина его стенки и, следовательно, масса будут примерно пропорциональны расчетному давлению.

При tг = 123 ... 100° С давление пара испарительного охлаждения МНЛЗ можно принять 0,25 МПа (tн = 126,79° С).

Необходимый объем водяных аккумуляторов при 123° С

V₁₂₃ = 324·(175-30)/(123-30)= 505 м^3..

При tг = 100° С объем водяных аккумуляторов

V₁₀₀ = 324·(175-30)/(100-30)= 670 м^3.

При определении числа и массы водяных аккумуляторов размеры их принимаются такими же, как и серийных пароводяных, только с вертикальным расположением: высота h = 20 м и диаметр d = 3 м.

Объем одного аккумулятора

V = (π/4) d²h = 0,785•3²•20 = 140 м³.

Необходимое количество аккумуляторов при 175 °С

324/140 = 2,3

принимается 3 шт.; при 123 °С

505/140 = 3,5

принимается 4 шт.; при 100 °С

670/140 = 4,8

принимается 5 шт. вместо 6 пароводяных. Расчетное давление аккумулятора р равно давлению вскипания воды плюс 0,01 h = 0,01•20= 0,2 МПа.

Необходимая толщина стенки барабана аккумулятора (2)

при 175° С

S = dp/2σ + С = 300 • 1,1/2•120)+0,1=1,48 см (принимается 1,5 см);

при 123° С

S = (300•0,35/2•120)+0,1= 0,54 см (принимается 0,6 см);

при 100° С

S = (300• 0,2/2 • 120) + 0,1 =0,35 см (принимается 0,4 см),

т. е. сравнительно с пароводяным аккумулятором, имеющим толщину стенки 2,1 см, толщина стенки снизится при 175° С в 2,1/1,5 = 1,4 раза; при 123° С —в 2,1/0,6 = 3,5 раза;

при 100° С— в 2,1/0,4 = 5,25 раза.

Масса барабана пароводяного аккумулятора составляет 35 т. Масса водяных аккумуляторов при разных температурах воды определится из условия про­порциональности толщине стенки:

при 175° С G= 35 • 1,5/2,1 = 25 т, масса трех аккумуляторов 75 т;

при 123° С G= 35 • 0,6/2,1 = 10 т, масса четырех аккумуляторов 40 т;

при 100° С G= 35 • 0,4/2,1 = 6,65 т, масса пяти аккумуляторов 33 т.

По проекту Гипростали полная масса пароводяных аккумуляторов с соплами 276 т.

Таким образом, на водяные аккумуляторы тратится меньше металла, чем на пароводяные: при 175° С — в 276/75 = 3,7 раза, при 123° С — в 276/40= = 7 раз, при 100° С в 276/33 = 8,4 раза.

Водяные аккумуляторы занимают намного меньшую площадь. Стоимость водяных аккумуляторов для расчетной температуры воды 175^е С — 18,5 тыс. руб. для 123° С — 9,7 тыс. руб., для 100° С — 8,1 тыс. руб. С изменением давления пара изменяется и стоимость системы испарительного охлаждения.

Общие начальные затраты по теплоутилизационной системе с водяными аккумуляторами намного меньше:

при температуре воды 175° С — в 185,5/48,5 = 3,8 раза,

при 123° С — в 185,5/33,7 = 5,5 раза,

при 100° С — в 185,5/32,1 = 5,8 раза.

Таким образом, лучшим является вариант водяных аккумуляторов, рассчитанных на температуру воды ~100°С (почти то же и при 123° С).

Снижение высоты водяных аккумуляторов или ступенчато-переменная толщина стенки по высоте могут еще снизить расход металла на аккумуляторную установку. Размеры аккумуляторов и их число могут быть конструктивно скорректированы. Целесообразность снижения температуры зарядки водяных аккумуляторов до 105 ⁰С показывает, что их следует рассчитывать на требуемую температуру воды. Тогда падает надобность в перемычке между трубопроводами, подводящими воду к аккумулятору и отводящим ее. В итоге определяется рациональный способ использования пара испарительного охлаждения МНЛЗ — для нагрева химически очищенной воды в водяных аккумуляторах как один из рекомендуемых вариантов. Этот вариант является рациональным при следующих условиях:

если по тепловому балансу завода такое применение пара испарительного охлаждения МНЛЗ не вытесняет какого-либо другого источника вторичного тепла с более простой организацией использовании (например, при равномерном выходе);

если технико-экономическая разработка не показывает, что возможен и более экономичен какой-либо другой способ использования, например, в виде пара для технологических нужд.

Рассматриваемые ниже схемы использования ВЭР МНЛЗ могут относиться и к другим источникам ВЭР с неравномерным выходом.