книги из ГПНТБ / Писчиков М.М. Организация и планирование производства в черной металлургии учебник

энергии. Все же остальные виды энергии заводы производят на спе­ циализированных станциях (ТЭЦ, ПВС, кислородная, компрессор­ ная и др.) и получают попутно с продуктами плавки или от установ­ ленных технологических агрегатов, производящих вторичные энер­ горесурсы.

Особенностью металлургических заводов является тесная взаи­ мосвязь между технологией производства и энергетикой. Основные металлургические агрегаты являются весьма энергоемкими-. Они не только потребляют энергию, но в большинстве являются и ее производителями, представляя собой мощные генераторы вторичных энергоресурсов — жидких, твердых и газообразных горючих про­ дуктов, отходящих газов и дыма с высокой температурой, физиче­ ского тепла раскаленного кокса, жидких продуктов плавки и т. д.

Энергетика все интенсивнее и глубже проникает в технологию металлургического производства и все теснее связывается с орга­ низацией производственных процессов. Наряду с увеличением объема потребления энергии и энергоносителей различного вида

Рост потребления энергии является следствием повышения уровня механизации и автоматизации, совершенствования технологических процессов, контроля и управления производственными процессами

иприводит к повышению технической культуры производства, облегчению условий труда и увеличению его производительности.

Энергетические затраты составляют значительную долю в расхо­ дах по переделу. Установление научно обоснованных нормативов расхода и параметров энергии и энергоносителей, сокращение по­ терь, более полное и рациональное использование вторичных энер­ гетических ресурсов оказывают существенное влияние на улучшение экономических показателей работы металлургических заводов.

Нормальная и эффективная работа металлургических агрегатов

ицехов может быть только при надежном и бесперебойном обеспече­ нии их энергией и энергоносителями различного вида. Энергия должна быть определенного качества: напряжения, силы тока, темпе­ ратуры, давления и др.

Текущая потребность завода в энергии и энергоносителях должна полностью покрываться либо собственным производством, либо поступлением извне и притом не только в среднем за смену, сутки или другой длительный отрезок времени, но и в каждый данный мо­ мент. Большинство видов энергии практически не поддается акку­ мулированию, поэтому объем производства энергии в каждый данный момент определяется размером ее потребления.

Особенностью энергетического хозяйства является неравномер­ ность потребления энергии приемниками на протяжении коротких отрезков времени, что зависит от количества включенных в сеть потребителей, их мощности, степени загрузки, технологического периода плавки или прокатки, режима работы агрегатов.

Вслучае напряженного баланса электроэнергии и других энер­ гоносителей существенное значение приобретает равномерность в по­

310

треблении энергии в течение суток. Возможное уменьшение разницы между максимальной и средней нагрузкой дает возможность удов­ летворить потребности в энергии меньшей установленной мощностью энергоустановок. Для более равномерного потребления и производ­ ства энергии и энергоносителей строится график работы цехов и агрегатов, энергопотребителей и энергопроизводителей.

Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения весьма важно иметь резервные энергетические установки и правильно органи­ зовать профилактический ремонт энергоагрегатов.

Необходимо обеспечение рациональных нагрузок, максимального использования энергооборудования, повышения коэффициента по­ лезного действия его работы. При недогрузке трансформаторов и электрических двигателей, при работе последних с переменной на­ грузкой и с большой долей холостого хода (двигатели прокатных станов, кранов и др.) снижается один из основных показателей — коэффициент мощности (cos ф) электроустановок. При расчете за электроэнергию учитывают приплаты и скидки за установленный заводу коэффициент cos ф. При меньшей его величине начисляют приплаты к отпускной цене электроэнергии, при большей делают скидки.

На металлургическом заводе основным источником тепла, пара и дутья является ТЭЦ-ПВС. На крупных заводах с двумя и тремя обжимными станами имеются отдельные тепловые электрические станции — ТЭЦ и ЦЭС и паро-воздушная станция — ПВС. На за­ воде также работают котлы-утилизаторы за мартеновскими печами, нагревательными колодцами и печами прокатных станов, системы испарительного охлаждения доменных, мартеновских и нагрева­ тельных печей прокатных станов, самостоятельные котельные низ­

выработки электроэнергии — пар энергетических параметров (40— 140 ат и 450—570° С).

Потребность завода в тепле для теплофикационных нужд завода составляет 600—700, города 250—300 Гкал/ч, а в производственном паре 700—900 т/ч.

ТЭЦ металлургического завода с полным циклом представляет собою современную тепловую электростанцию мощностью 250— 450 МВт с турбинами, работающими на паре высоких параметров (100— 140 ат и 550—570° С). Однако на заводах имеются ТЭЦ и мень­ шей мощности, оборудованные устаревшим котельным и турбинным оборудованием, работающим на средних параметрах пара (40—45 ат, 350—450° С), установленным до Г940 г. Мощность ТЭЦ определяется потребностью завода в тепле с учетом газового баланса.

ПВС предназначена для снабжения доменных печей дутьем под давлением 3,5 ат и оборудована турбокомпрессорами различных типов в зависимости от полезного объема доменных печей. Для печей объемом 3200 м3 намечают установку турбокомпрессоров типа К-7000

311

производительностью по 7000 м3/мин с турбинами мощностью 30 МВт и параметрами пара 100 ат и 510° С и котлами высокого давления.

В зависимости от емкости мартеновских печей, размеров и про­ изводительности нагревательных колодцев и печей устанавливают

Системы испарительного охлаждения металлургических агрегатов производят пар низких (2,0—2,4 ат и 250° С) и средних параметров

испарительного охлаждения (за исключением доменных печей) на энергетические параметры пара (45 ат и 450° С).

Для повышения производительности труда в теплосиловом 'хо­ зяйстве металлургических заводов на ряде ТЭЦ—ЛВС предусма­ тривают установку информационных вычислительных машин ЦВМ-500, которые дадут возможность централизовать управление агрегатами, автоматизировать процесс пуска и остановки оборудо­ вания.

Снабжение металлургического завода электроэнергией произ­ водится от ТЭЦ и ПВС и энергосистемы через подстанции напряже­ нием 220/110 кВ. В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971— 1975 гг. на­ мечается строительство дальних линий электропередач переменного тока напряжением 750 и 1150 кВ и постоянного тока напряжением 1500 кВ. Снабжение электроэнергией заводов, расположенных на значительном удалении от источников энергии, производится током напряжением ПО либо 220 кВ через понизительные подстанции 220/220/10, 110/35/10 и 110/6/10 кВ глубоких вводов.

Максимальная нагрузка завода составляет 350—400 МВт, из которых 40—50% покрывается из энергосистемы. Число часов макси­ мума нагрузки 6000—6500 ч. Потребность завода в электроэнергии составляет 1,5—2,6-1 Ö9 кВт-ч в год.

К объектам газового хозяйства завода относятся установки для тонкой очистки доменного газа, газосбросные устройства для сжи­ гания избытков доменного газа, отдельно стоящие газосмесительные, газоповысительные и газокомпрессорные станции, газорегуляторные

игазозамерные пункты, а также межцеховые газовые сети.

Внастоящее время внутренними источниками газообразного топлива на металлургических заводах являются доменные и элек­ троферросплавные печи, коксовые батареи и конвертеры. От внешних источников поступают природный, попутный нефтяной и сжиженный газы. ’

На газе работают основные металлургические агрегаты, предъ­ являющие высокие требования к топливу. Для каждого из них в це­ лях обеспечения необходимой технологии требуется подача газа вполне определенной теплоты сгорания, давления и степени очистки.

312

Не меньшее значение имеет бесперебойность подачи газа каждому, даже весьма незначительному потребителю, так как возникновение кратковременного недостатка газа у отдельных потребителей при­ водит к значительным потерям в производстве. Это предопределяет необходимость иметь на заводе хорошую оперативную связь между газовым хозяйством и металлургическим производством для органи­ зации непрерывного контроля за распределением газа. При экс­ плуатации газового хозяйства очень большое значение имеют также вопросы техники безопасности.

Кроме горючих газов, металлургические заводы нуждаются в за­ щитных газах, которые применяют в цехах холодной прокатки и термических цехах для создания защитных атмосфер в нагреватель­ ных и термических печах, а также для продувки этих печей. Состав азотного газа 97% азота, 3% водорода. Состав диссоциацированного аммиака, получаемого из жидкого: 75% водорода, 25% азота. Станцию защитного газа оборудуют агрегатами производи­ тельностью 300 и 800 м3/ч азотного газа и 100 м3/ч диссоциацированного аммиака.

В настоящее время технологический кислород используют в до­ менном и сталеплавильном производствах, а технический кислород— для огневой зачистки металла и других автогенных работ. Для обо­ гащения доменного дутья, подачи кислорода в факел и в ванну мар­ теновских печей требуется кислород чистотой 95%, а для выплавки стали в кислородных конвертерах и электрических печах, а также для автогенных нужд 99,7%.

Кислородные станции оборудуются блоками разделения воздуха

производства кислорода чистотой 95 и 99,7%. Так, производитель­ ность кислородного блока БР-2 составляет 35 000 м3/ч, в том числе 11 000 м3/ч кислорода чистотой 99,7%.

На новых кислородных станциях, кроме кислорода, получают азот, криптон и неоно-гелиевую смесь.

В компрессорных станциях устанавливают турбокомпрессоры для выработки воздуха давлением 8 ат для технологических потре­ бителей и 7,5 ат для блоков разделения воздуха кислородной стан­ ции. На новых заводах эти агрегаты намечено установить на ПВС.

Металлургические заводы являются крупнейшими потребителями воды (хозяйственно-питьевой и производственной) для охлаждения конструктивных элементов агрегатов (70—80 %), газа, конденсата, металла и кокса (15—20%) и на прочие нужды (5%). Суммарный рас­ ход воды по всем переделам и нуждам составляет 125—150 м3/т стали. Расход технической оборотной воды равен 8— 10 м/с, свежей 3,5—4,0 м3/с и питьевой — около 0,1 м3/с.

Для исключения загрязнения водоемов на металлургических заводах все шире внедряют схему ^водоснабжения по оборотному циклу. При этом потребность завода в свежей воде для пополнения оборотных циклов составит 3—3,5 м3/с.

313

Источниками производственного водоснабжения заводов являются реки, озера, пруды. Подачу воды потребителям осуществляют на­ сосными станциями первого подъема для извлечения воды из источ­ ников и подачи ее на очистные сооружения и станциями второго подъема — для подачи в водопроводную сеть.

Энергетическое хозяйство завода возглавляет главный энерге­ тик, в ведении которого находятся газовый цех, газоспасательная станция, ТЭЦ и ПВС, теплосиловой цех, кислородный, цех сетей и подстанций, электро- и энергоремонтные цехи, КИП и автоматики, водоснабжения, связи, а также отдел главного энергетика и диспет­ черская служба.

Энергетические цехи не только производят, передают и распре­ деляют различные виды энергии, но и выполняют значительную

иремонт всех контрольно-измерительных приборов и аппаратуры.

Всостав энергетического хозяйства включают теплотехническую

иэлектрическую лаборатории, которые ведут научно-исследователь­ ские работы в области рационализации энергоиспользования, опти­ мизации потребления всех видов топлива и энергоносителей.

Отдел главного энергетика разрабатывает мероприятия по лик­ видации диспропорций и узких мест в энергетическом хозяйстве, замене морально и физически изношенного оборудования, его мо­ дернизации, механизации и автоматизации работ и процессов, осу­ ществляет проектные и конструкторские работы в энергетике, со­ ставляет проекты и графики ремонта электро- и энергооборудования, контролирует правильность его эксплуатации.

Диспетчерская служба энергетического хозяйства осуществляет контроль за работой цехов, входящих в ее состав, и оперативное регулирование снабжения потребителей всеми видами энергии. Диспетчер имеет право пуска и остановки крупных энергетических агрегатов, ограничения отпуска энергии в случае ее недостатка и замены одного вида энергии другим.

Стоимость основных фондов энергетического хозяйства состав­

ляет 10—20% общей стоимости основных фондов завода. Общая численность трудящихся этих цехов составляет 550—650 человек на 1 млн. т выплавляемой стали.

§ 2. Планирование работы энергетических цехов

Основным методом планирования производства различных видов энергии и снабжения ими заводских потребителей является разра­ ботка энергетических балансов.

Баланс пара составляют в годовом, месячном и часовом разрезах по разным параметрам и в целом по теплу в соответствии с теплосо­ держанием каждого пара с различными свойствами, определяющимися давлением и температурой, и горячей воды.

Потребителями пара являются турбогенераторы, турбовоздухо­ дувки, производственные нужды, отопление и вентиляция, прочие

314

потребители. Следует также учитывать потери пара. Потребность в паре первых двух потребителей определяют на основе удельного расхода пара на выработку 1 квт-ч электроэнергии и 1 м3 дутья и объема их производства. Расход пара по производственным потре­ бителям устанавливают на единицу выпускаемой продукции или на единицу времени работы агрегата. Потребление пара на отопление и вентиляцию нормируют на основе средних фактических затрат или рассчитывают по продолжительности отопительного сезона и рас­ ходу пара в единицу времени. Потребность для прочих потребите­ лей принимают на основе анализа фактических расходов.

Источниками пара являются котельные ТЭЦ и ПВС, котельные низкого давления, котлы-утилизаторы, установки испарительного охлаждения и сухого тушения кокса, турбогенераторы. Баланс тепла по заводу приведен в табл. 33.

Потребную мощность парокотелыюй установки в тоннах пара в час определяют на основе среднечасового расхода пара за год и коэффициента одновременности. Соотношение этих величин является часовым совмещенным максимумом, который обеспечивают дей­ ствующие котельные установки. Мощность котлов характеризуется площадью поверхности их нагрева и съемом пара с 1 м2/ч. Последнюю величину при определенном режиме работы котлов нормируют на основе паспортных данных и анализа фактических показателей ра­

При составлении баланса электроэнергии рассчитывают расход ее на технические и технологические (плавка металла, наплавка, сварка, резка) нужды, освещение, собственные нужды электростан­ ции и потери в сетях и трансформаторах (соответственно 3—5 и 4—5% от общей выработки), а также прйход электроэнергии от собственной электростанции и энергосистемы.

Расход электроэнергии по отдельным цехам и хозяйствам опре­ деляют на основе их производственных программ и удельных норм расхода.

Мощность заводской электростанции и мощность от сетей район­ ной энергосистемы должны полностью перекрывать пиковые нагрузки отдельных потребителей и совмещенный максимум, т. е. максималь­ ную нагрузку по заводу в целом.

Совмещенный максимум Рм равен

Рм = P J K M ’

315

Т а б л и ц а 33

ГОДОВОЙ БАЛАНС ТЕПЛА ПО ЗАВОДУ

316

Максимальные нагрузки по заводу могут иметь разную продол­ жительность во времени — мгновенную, минутную, получасовую и часовую. При планировании пользуются последними двумя. Мгновен­ ные максимумы могут перекрывать часовые на 40—50% и более, часовой максимум в среднем выше среднегодовой нагрузки на 15%.

Суммарная выработка электроэнергии заводской электростан­ цией представляет собой произведение номинальной мощности тур­ богенератора, среднегодового числа работающих агрегатов (с уче­ том 4% календарного времени на резерв, ремонт и ревизию каж­ дого агрегата), коэффициента нагрузки установок (0,88—0,94) и продолжительности их работы в году (8760 ч).

Основными показателями работы электростанции являются: уста­ новленная и располагаемая мощность турбогенераторов, продолжи­ тельность использования установленной мощности за год (в часах), выработка электроэнергии и отпуск ее по основным потребителям, к. п. д. станции, себестоимость 1 кВт-ч электроэнергии, удельный расход топлива на выработку электроэнергии (330—450 г/кВт ч), штатный коэффициент (2,7—3,3 чел/1000 кВт).

Баланс газа составляют часовой и годовой при стандартных усло­ виях — температура газа 20° С и давление 760 мм рт. ст. Баланс доменного газа исчисляют в газе, пересчитанном на теплоту сгорания 1000 ккал/м3, коксового газа — 4000 ккал/м3, богатого газа —

317

6000 ккал/м3, природного газа — 8000 ккал/м3. Потери доменного газа при составлении его баланса принимают в размере 3—4% от его прихода, коксового газа 0,3—0,4%, природного газа 0,1%.

При составлении газового баланса по заводу необходимо пре­ дусмотреть резервы на случай выхода из строя источников газа или увеличения его потребления отдельными потребителями. Для обес­ печения устойчивости баланса доменного газа необходим следующий резерв: при числе доменный печей в цехе до трех — не менее выхода газа от самой большой печи, при числе печей в цехе четыре и более— не менее выхода газа от двух доменных печей, за вычетом в каждом случае расхода доменного газа на воздухонагревательные аппараты этих печей и потерь газа этими печами. Для случая остановки одной из доменных печей предусматривают снятие необходимого количе­ ства доменного газа с котельных, являющихся буферными потре­ бителями. Резерв по коксовому газу предусматривают в зависимости от числа батарей в размере 4—6% от его прихода.

Теплота сгорания доменного газа в зависимости от технологи­ ческих условий плавки передельного и литейных чугунов составляет 725— 1100 ккал/м3. По мере увеличения количества вдуваемого с дутьем заменителя кокса и степени обогащения дутья кислородом сверх 30% повышается теплота сгорания газа. Выход доменного газа зависит от расхода кокса и условий плавки. Так, при работе доменных печей на атмосферном дутье и расходе сухого скипового

Доменный газ ввиду его низкой теплоты сгорания транспорти­ ровать на большие расстояния не имеет смысла, он должен быть использован в пределах металлургического завода или ближайших промышленных предприятий.

Запыленность доменного газа при выходе из колошника доменной печи составляет 15—20 г/м3, после грубой очистки в пылеотделителйх 3—5 г/м3 и тонкой газоочистки 0,010 г/м3.

Доменный газ совместно с той или иной долей газа с большей теп­ лотой сгорания используют для следующих металлургических агре­ гатов и цехов: для агломерационной фабрики — на зажигание шихты, поданной на агломерационную ленту; для доменного цеха —■на на­ грев воздуха в воздухонагревательных аппаратах; для коксохими­

слитков в нагревательных колодцах блюминга или слябинга, за­ готовки в нагревательных печах чистовых прокатных станов, ме­ талла в термических печах. Буферными потребителями доменного

318

вают, охлаждают и подают за пределы коксохимического цеха пол­ ностью очищенным от механического уноса. На многих заводах коксовый газ подвергают дополнительной очистке от сероводорода, нафталина и аммиака. Содержание сероводорода в газе для завод­ ских потребителей не должно превышать 3—4 г/м3 и для коммунально­ бытовых нужд 0,02 г/м3, а нафталина 0,5 г/м3.

Коксовый газ как более безопасный используют для металлурги­ ческих агрегатов, работающих на газе теплотой сгорания более 1000 ккал/м3, для сушки желобов, ковшей и других вспомогатель­ ных нужд, а также для производства удобрений.

В условиях все расширяющегося использования природного газа для технологических нужд рациональное использование домен­ ного и коксового гайов имеет большое значение, так как теплота сгорания этих газов, получаемых на 1 т угля, составляет примерно 50% теплоты сгорания этого угля.

Конвертерный газ получают при выплавке стали в кислородных конвертерах емкостью 250—350 т по схеме без дожигания газа в газовом тракте. Выход его составляет 60—65 м3/т стали, а теплота сгорания 2200 ккал/м3. Конвертерный газ используют в смеси с до­ менным газом, для чего на заводах сооружают газгольдеры и га­ зоповысительные станции для подачи его в магистраль доменного газа.

Ферросплавный газ, получаемый при выплавке ферросплавов в закрытых электропечах, имеет теплоту сгорания 2500 ккал/м3, выход его — от 300 до 1350 м3/т сплавов.

Богатый газ, возвращаемый азотно-туковым заводом при его кооперации с металлургическим заводом после отбора водорода из коксового газа, представляет собой смесь фракций СО и СН4, имеет теплоту сгорания 5800—6300 ккал/м3. Выход этого газа составляет 350—380 м3 на 1000 м3 коксового газа.

Природный газ — наиболее ценное газообразное топливо. Он имеет теплоту сгорания 8100—$600 ккал/м3 и находит широкое применение в черной металлургии.

Использование природного газа для отопления мартеновских печей характеризуется значительными технико-экономическими пре­ имуществами по сравнению с отоплением смешанным коксо-доменным газом. Он не содержит серы, что обеспечивает получение стали луч­ шего качества. Капитальные затраты на строительство мартеновских печей, переводимых на природный газ, снижаются на 15—20%, умень­ шаются эксплуатационные расходы на выплавку стали, повышается производительность печей, а также улучшаются условия труда сталеплавильщиков. В силу этих обстоятельств новые мартеновские печи, введенные в эксплуатацию в последние десять лет, построены с учетом отопления их природным газом, а многие действующие печи переведены на снабжение доменным, коксовым и природным газами.

Применение природного газа в нагревательных печах прокатных станов улучшает качество нагреваемого металла и повышает произ­ водительность печей.

319