Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
Коэффициентмощностиферросплавнойпечи–этоотношениеактивной мощности к используемой мощности на вторичной стороне
электропечнойустановки. Данный параметр определяет долю реактивных(индуктивных)потерьвкороткойсетипечи.Например,коэффициет мощности в зависимости от режима работы и от активного
сопротивленияванны,атакжеотактивногоиреактивного(индуктивного)сопротивлениякороткойсетисоставляет:
cosφ=(R
где:R
–активноесопротивлениеванныферросплавнойпечи,мОм;
в
R
–активноесопротивлениекороткойсети,мОм;
кс
X
–реактивноесопротивлениекороткойсети,мОм.
кс
+Rкс):[(Rв+Rкс)²+(Xкс)²]
в
1/2
, (4.6)
Всвязи с тем,что индуктивное сопротивлениеванныэлектропечи является весьма малой величиной по сравнению с индуктивным
сопротивлением короткой сети, то при определённых допущениях,
врасчётахможетнеучитываться.Привыплавкеферросплавоввэлектропечах коэффициент мощности определяется по измерительным
приборамилиприборамучёта активнойиполноймощностив автоматическомрежиме.
Какотмечалосьвп.2.3(глава2)сувеличениеммощноститрансформаторов ферросплавных печей происходит снижение активного
сопротивленияванныивсоответствиисвыражением(4.6)снижается
коэффициентмощности иухудшаютсяэнерготехнологические параметрывыплавки.
Наоснованиипроведённогоаназизаотечественныхизарубежных
данных (рисунок 4.3) представлено изменение естественного коэффициентамощности87-ми ферросилициевых печейприповышении
мощностипечныхтрансформаторов[96,162].Увеличениемощности
трансформаторас 10,5 до 105 МВ∙А снижает коэффициентмощностипечиот0,880–0,910до0,460.Поэтому,рациональноеповышение
мощностиферросплавныхпечейявляетсяопределённойпроблемой.
Этосвязаностем,чтодляповышенияпроизводительностиферросплавныхпечей рост мощности печныхтрансформаторов,приводит
кнеэквивалентномуилименьшему повышениюактивноймощности
вваннепечи.
101
1
120
y = 1,37 x
R2 = 0,770
0,8
0,6
Коэффициент мощности
0,4
0306090
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок4.3–Снижениеестественногокоэффициентамощности
87-миотечественныхизарубежныхпечейсувеличениеммощности
печныхтрансформаторовпривыплавкеферросилиция(коэффициент
корреляцииR=0,878)
–0,19
Какследует из выражения(4.6), увеличение коэффициентамощности в большей степени определяется активным сопротивлением
ванныферросплавнойпечи.Увеличениесопротивленияванныпозволяетвопределённыхпределахработатьнаповышенномнапряжении
и иметьдополнительнуюактивную мощность в ванне, что положительносказываетсянапроизводительностиферросплавнойпечи.
Какбыло рассмотренов п.1.2. (глава1), наибольшееколичество
разработокитехническихрешенийвэлектрометаллургииферросплавовбылонаправленонаприменениевосстановителейсповышенным
удельным электросопротивлением. Такие технические решения позволяют увеличить активное сопротивление ванны печи и работать
наповышенныхзначенияхкоэффициентамощности,электрического
КПДивнекоторыхслучаяхувеличитьизвлечениеведущегоэлементавсплав,чтовцеломулучшаетэнерготехнологическиепараметры
процесса выплавки. Также, повышенное удельноеэлектросопротив-
102
лениевосстановителяобеспечиваетболееглубокуюпосадкуэлектродоввшихте,уменьшаетулетведущихэлементовиснижаетудельный
расходэлектроэнергии.
Вкачествевосстановителей сповышенным удельнымэлектросопротивлениемшихтыиспользовалиразличныевидыкоксов,полукоксов, каменных и бурых углей, марки антрацита, слабоспекающиеся
угли,восстановители-разрыхлители,ввидедревесныхотходов,углеродистыевосстановители с постоянной повышенной влажностью и
другиеуглеродсодержащиематериалы.
Одним из наиболее эффективных решений было использование
ангарского полукоксав смеси с коксикомпри выплавке ферросилиция.Так,призаменевшихте50%коксиканаполукокс,привыплавке
45%-ногоферросилициявпечимощностью22,5МВ∙А[28],удалось
работатьнанапряжении189,0В,вместо174,2В.Соответственнокоэффициентмощностипечивыросс0,774до0,832.Извлечениекремниявсплавувеличилосьс0,927до0,967.Какпоказалирасчеты,которыеопубликованнывработе[163],энерготехнологическийкритерий
работы ферросплавной электропечиувеличился с 0,3011 до 0,3610.
Приэтом удельныйрасходэлектроэнергии навыплавкуферросилицияФС45снизился на188кВт·ч/т,а именнос4948 до4760кВт·ч/т
(–3,80%).
Вкачествеальтернативныхпутейповышениякоэффициентамощности для ферросплавных печей, можно рассмотреть технические
решенияпосовершенствованиюпечныхконструкций,которыебыли
проанализированыв п. 1.3(глава1) иопубликованывработе [164].
Рассмотрим основные технические решения и разработки, которые
приводяткповышениюкоэффициентамощностипечи:
–изменениеформыуглеродистойфутеровкиванныиувеличение
расстояния от электрода до стенки ванны для печи мощностью 23
МВ∙А,привыплавкеферросилицияФС45,увеличилорабочеенапряжениесо182–186до193–196Виактивнуюмощностьпечис18,05до
18,30МВт.Удельныйрасходэлектроэнергииснизилсяс4873до4675
кВт∙ч/т.Коэффициентмощностиувеличилсяс0,844до0,857;
–созданиедополнительногоразряженияподсводом(–3…–8)Па
закрытойпечимощностью27МВ∙Аувеличилосопротивленияванны
на 5,8 % и извлечениекремнияв сплав на 2,5 %. Удельный расход
электроэнергиипривыплавкеФС65снизилсяс7145до6965кВт∙ч/т.
Коэффициентмощностивыросс0,779до0,826;
103
– вдувание смеси природного газа и водяного пара через полые
электроды печи мощностью 16,5 МВ·А (после переоборудования),
привыплавкеферросилиция,повысилосопротивлениеваннына20%
иактивнуюмощностьпечина15–17%.Коэффициентмощностиувеличилсяот0,740–0,750до0,780–0,790;
–применениетокапониженнойчастоты–12,5Гцнапечимощностью24МВ·Апривыплавке45%-ногоферросилицияпозволилопо
сравнениюсвыплавкойна токес частотой50 Гц,снизить удельный
расходэлектроэнергиис4760до4625кВт·ч/т.Коэффициентмощностивыросс0,820до0,910.
Дальнейший рост мощности печных трансформаторов и снижение
коэффициентамощностипотребовали,дляулучшениятехнико-экономическихпоказателейферросплавныхпечей,сниженияуровняреактивной
мощностиэлектропечнойустановки.Основнойпричинойэтого,являетсянизкоесопротивленияванны.Наименьшееактивноесопротивлением
ванныимеютпечи,которые выплавляютуглеродистыйферромарганец,
посравнениюспечамитакойжемощностинавыплавкеферросилицияи
феррохрома,амаксимальное–печидлявыплавкиферроникеля.
Так,по данным работы[97], компенсация реактивной мощности
необходима для печей при выплавке ферромарганца при мощности
печиболее13–16МВ∙А,адляпечейдлявыплавкиферросиликомарганцапримощноститрансформатора24–30МВ∙А.Иначеестественныйкоэффициентмощности(безкомпенсации)оченьмалиприводит
кнеэффективнойработеферросплавногоагрегата.
Для увеличения коэффициента мощности ферросплавных печей
в отечественной практике наибольшее распространение для мощных печей получили установки продольно-ёмкостной компенсации
(УПК). Они устанавливались на вторичной стороне электропечной
установки и состояли из дополнительных вольтодобавочных трансформаторов и мощных блоков системы конденсаторных батарей
в особом помещении.Такая комплекснаяУПК была дополнительно
оборудована системами защиты и автоматики.Рассмотрим влияние
установки компенсации реактивной мощности на энерготехнологический критерий работы ферросплавной электропечи при выплавке
ферросилиция,наосноверасчётов[165]иданныхработы[166].
Изменение энерготехнологичекого критерия при выплавке
45%-ногоферросилициявпечахразличноймощностискомпенсациейреактивноймощностиибезУПКприведенонарисунке4.4.
104
0,4
0,3
0,2
Энерготехнологический критерий
0,1
10 30 50 70 90
Мощность трансформатора, МВА
– без УПК – с УПК (с компенсацией)
Рисунок4.4–Снижениеэнерготехнологическогокритерия
ферросплавнойпечисприменениемустановоккомпенсации
реактивноймощностиибезУПКдлятиповыхпечей16,5–81МВ·А
привыплавкеферросилиция
Длярассматриваемых ферросплавных печейвеличина естественного коэффициента мощности находится в диапазоне 0,564–0,868
(среднее – 0,716). Максимальные значения скорректированного коэффициента мощности (с помощью УПК) составляют 0,923–0,938
(среднее–0,931),сучётомданныхработы[165].
ПрименениеУПКдлятиповойпечи16,5МВ∙Аповышаетэнерготехнологическийкритерийработыпечипривыплавкеферросилиция
с0,3089до0,3377,чтосоответствуетмаксимальнымзначениямврассматриваемойгруппепечей.Дляпечимощностью27,6МВ∙АсУПК
энерготехнологическийкритерийработыпечиувеличиваетсяс0,2338
до0,3129,чтофактическисоответствуетэтомупараметрудляферросплавнойпечи16,5МВ∙АбезУПК,аименновеличине–0,3089.
Дальшейшееувеличениемощностипечныхтрансформаторовсвыше27,6МВ∙АдажеспримнениемУПКпоказывает,чтоэксплуатация
такихпечей ведёткснижению показателейвыплавки,на основании
данных энерготехнологического критерия (0,2815–0,2964). Без применения УПК работа мощных электропечей 40–81 МВ∙А была бы
малоэффективной, так как энерготехнологический критерий работы
ферросплавнойпечирезкоснижаетсядоуровня0,1520–0,2092.
105
ИспользованиеУПКдляферросплавныхпечейприводиткположительнымрезультатам,таккаккомпенсируетиндуктивноеснижениенапряженияв короткойсетии можетповысить коэффициентмощности
доуровня необходимогодляэлектроэнергетическихкомпаний.Благодаряповышениюкоэффициента мощности, сглаживаетсяпадение величиныэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи
сувеличениеммощностипечныхтрансформаторов(рисунок4.4).
Приэтомнеобходимоучитывать,чтодляувеличениякоэффициентамощностидоуровня0,920мощностьУПКдолжнасоставлятьдля
печимощностью трансформатора16,5 МВ∙А – 2,5 МВАр;для печи
27,6МВ∙А–12,4МВАр;дляпечи40,0МВ∙А–23,9МВАр;дляпечи
81,0МВ∙А– 78,5МВАр[166]. Темсамымсувеличением мощности
печей,мощность установоккомпенсацииприближается кмощности
печноготрансформатора.
Соответственно,возрастаюткак капитальные,так иэксплуатационныезатраты.Приэтомсэкономическойточкизрениянеобходимо
учитывать, что для мощных ферросплавных печей стоимость комплексасистемыкомпенсацииреактивноймощностивцеломблизкак
стоимостипечныхтрансформаторов.Поэтомуактуальныинеобходимыразличныеразработки технических решений, которые моглыбы
значительноповыситьсопротивлениеванныферросплавныхэлектропечейиулучшитьэнерготехнологическиепараметрыпроцесса.
Электрический КПД ферросплавной печи характеризует долю
активныхпотерьэлектроэнергиив короткойсети.Данный параметр
определяетсякакотношениеполезноймощностипечи,пошедшейна
технологический углеротермическийпроцесс выплавки, к величине
активноймощностипечи.
Также,величинаэлектрическогоКПДпечиможетбытьопределена через активное сопротивление ванны и активное сопротивление
короткойсетипоследующемувыражению:
η
Поэтому,какбылоотмеченовп.2.3(глава2)снижениеактивного
сопротивленияванныферросплавной печи, соответствии с выражением(4.7)приводиткуменьшениюэлектрическогоКПД.
106
=Rв:(Rв+Rкс) (4.7)
эл
Наоснованиисистематизациипараметров 43-х электропечейдля
выплавки ферросилиция и проведённого анализа получены следующие величины параметров для различных групп печей от 10,5 до
81МВ·А, которыебылиопубликованывработе [14].ДиапазонзначенийэлектрическогоКПДпечейнетакойбольшой,какдлякоэффициента мощности, и составляет от0,916до 0,836 (среднее – 0,876).
Присовершенствованииконструкцийкороткихсетейферросплавных
электропечейосновная масса печей средней мощности имеет электрическийКПДравный0,860–0,908.
Для группы типовых печей с мощностью трансформатора
16,5МВ·А электрическийКПД составляет0,885–0,900 изависит от
токовогорежимаработы.ПриувеличениитокаэлектродаэлектрическийКПДснижается.
Для группы печей с мощностью трансформаторов 20–23 МВ·А
(после реконструкции)при работе на большей силе тока электрода,
значенияэлектрическогоКПДнесколькониже–0,850–0,891.
Для печей мощностью 27,6–29,0 МВ·А (после реконструкции)
электрический КПД улучшился до величины 0,860–0,908. Типовые
печистрансформатороммощностью40МВ·Аимеютэлектрический
КПДоколо0,885–0,915,а дляпечи81МВ·Ав зависимостиоттоковойнагрузкидоуровня0,892.
Например,в главе 1 были рассмотрены мероприятия, которыенаправленынаповышениеактивногосопротивленияванныферросплавной печи, при этом в соответствии с выражением (4.7) повышается
электрическийКПД.Ктакимосновнымтехническимрешениям,можно отнести следующие: применение углеродистых восстановителей
с повышенным удельнымэлектросопротивлением; выбор определённого фракционного состава шихтовых материалов; поддержание оптимальногоположениеэлектродавваннепечи;увеличениерасстояния
отэлектродадо электропроводнойфутеровки стен;снижение высоты
углеродистойфутеровкиванныдляуменьшенияответвлениятока;вдуваниеприродногогазаипарачерезполыеэлектродыидругие.
Данные технические решения, способствуют повышению активного сопротивления ванны и соответственно электрического КПД
печипривыплавкеферросплавов.
Обычно,для расчётови определенияпараметров ферросплавных
печейсреднеймощностиподаннымработы[112]рекомендуетсяприниматьвеличину электрическогоКПД по среднему значениюоколо
107
0,875,когдаданный параметрне определялся.Такоедопущениемо-
585
жетбытьпринято,тольков томслучае,когда замерыэлектрических
параметровнепроводилисьдлятиповыхпечейилиотсутствуютвнаучно-техническихизданияхисправочнойлитературепоферросплавнымпечам[97,98,166].
В целом,благодаряотносительно высоким значениямэлектрического КПД, например, для более современных печейили печей, которые прошли реконструкцию коротких сетей, данный параметр
вменьшейстепенивлияетнаэнерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи.
Коэффициентзагрузкитрансформатораиликоэффициентиспользованиямощностиявляетсяотношениемиспользуемоймощностипечик
установленнойбазовоймощностипечноготрансформатора.Данныйпараметрнечастоприменяетсядляоценкиработыферросплавныхпечей.
1,4
y = –0,004 x + 1,05
2
R
= 0,470
1
108
0,6
Коэффициент загрузки трансформатора
0,2
525456
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок4.5–Изменениекоэффициентазагрузкитрансформатора
приувеличениимощности92-хпечейпривыплавкеферросилиция
(коэффициенткорреляцииR=0,686)
Анализ исистематизацияданных по 92-м ферросплавным печам
вдиапазонеот7,3до81МВ∙А,которыебылиопубликованывработах
[95,167],показали,чтоувеличениемощностипечейснижаеткоэффициент загрузки трансформатора.Изменение коэффициента загрузки
трансформатораприувеличениимощностипечейдлявыплавкиферросилицияприведенонарисунке4.5.
При этомиз практики работы печейнебольшой мощности отмечено,чтоданныйпараметрблизоккусловиюК
≈1.Так,длядиапа-
ит
зонапечейнебольшоймощности7,3–15МВ∙А,коэффициентзагрузкитрансформаторадостаточновысок1,047–1,069,носнижаетсяпри
перегрузкепотокудозначений0,938–0,944.
Для ферросплавных печей мощностью 16,5–23,0 МВ∙А происходит дальнейшее снижения коэффициента загрузки трансформатора
с0,954до0,909ипримощности27,6МВ∙Ас0,956до0,874.
Длямощных типовыхпечей,длявыплавки ферросилиция,сувеличениемихмощностикоэффициентзагрузкитрансформатораК
ит
→
0,75–0,80.Например,дляпечитипаРКЗ–33приноминальноймощности33МВ∙А(установленнаямощностьтрансформаторов–40МВ∙А).
Вданномслучаекоэффициентзагрузкибылзаложеноколо0,825,ана
практике он был значительно ниже 0,806–0,788. Для типовой печи
типаРКЗ–63 (мощностьтрансформаторов–81МВ∙А) коэффициент
загрузкибылзапланирован0,778,афактическипривыплавкеферросилициянепревысилуровня0,750.
Основнаяпричина, рассмотренногоявления, состоит вснижении
активногосопротивления ванны печи с увеличением мощности печей, что значительно ухудшает энерготехнологические параметры
процессавыплавкиферросплавов.
Приэтомсоздаются такиеусловия,при которыхвесьма мощный
токоприёмник промышленногопредприятия, которым является ферросплавнаяпечь,неможетвполноймерезабратьэлектроэнергиюиз
энергосистемы. Поэтому установленная мощность трансформатора
значительноотличается отиспользуемой мощности печии соответственно от электрической мощности, которая непосредственно направленанатехнологическийпроцессполученияферросплавов.
1. С позиции энерготехнологического критерия работы ферро-
сплавной печи рассмотрено влияние на углеродотермический про-
109
цессвыплавкикомплексапараметров,которыйвключает:извлечение
ведущегоэлементавсплав;тепловойКПД печи;коэффициентмощности печи; электрический КПД и коэффициент загрузки печного
трансформатора.
2.Проанализированыфакторы,влияющиенаизвлечениеведущего
элемента в сплав, для шлаковогои бесшлаковогоуглеродотермическогопроцесса,приполученииферросилиция,углеродистогоферрохрома,углеродистогоферромарганца,ферроникеляикремния.
Показано, что основным параметром является содержание ведущего элемента в рудном сырье. Также на извлечение существенно
влияет выбранный способ выплавки, основность шлака, электрическийрежим,улёт ведущегоэлемента, технологическиеособенности
углеродотермического восстановления, квалификация персонала и
другиефакторы.
3. Анализ данных тепловой работы ванны низкошахтных ферросплавных печей показал, что тепловой КПД является самой малой
величинойв системе энерготехнологического критерия работы ферросплавнойпечиивлучшемвариантесоставляетот0,45до0,50для
хорошоработающихпечей.Приэтомвлияниеданногопараметраявляется весьма весомым на технологический процесс и на удельный
расход электроэнергии, как для шлаковых,так и бесшлаковых процессоввыплавкиферросплавов.
4. Исследовано изменение коэффициента мощности для отечественныхизарубежныхферросплавныхпечейвдиапазонемощности
печныхтрансформаторов10,5–105МВ·А.Врезультатепоказано,что
естественный коэффициентмощности печейснижается от0,88–0,91
до0,46,чтоприводиткзначительномуухудшениюэнерготехнологическогокритерия работыпечи. Применениеустановоккомпенсации
реактивной мощности, при определённых экономических затратах,
сглаживаетпадениеэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойэлектропечи.
Для повышения коэффициента мощности кроме установок компенсации,используютсяспособы увеличенияактивногосопротивления ванны (углеродистыевосстановители с повышенным удельным
электросопротивлением, снижение угольной футеровки стен печи,
разряжениеподсводомпечи,вдуваниесмесиприродногогазаипара
черезполыеэлектроды)иприменениепечейспониженнойчастотой
тока.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]