Тепловые системы и энергобалансы промышленных предприятий., 2000
.htmТепловые системы и энергобалансы промышленных предприятий Тепловые системы и энергобалансы промышленных предприятий
1. Введение. Общие сведения о системах теплоэнергоснабжения.
Современные крупные заводы энергоёмких отраслей промышленности состоят из значительного числа различных технологических и энергетических установок, образующих совместно производственный комплекс.
Теплоэнергетической системой промышленного предприятия (ТЭС ПП) называют систему, объединяющую на предприятии все источники различных энергоресурсов (ЭР), включая технологические агрегаты, а также всех потребителей ЭР. Задачей рационального построения ТЭС ПП является организация оптимального распределения и использования различных ЭР. При этом необходимо учитывать реальные (вплоть до часовых) графики и режимы работы всех агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих ЭР в любой отрезок времени для обеспечения надёжной и экономичной работы, как отдельных агрегатов, так и предприятия в целом, определение характера и мощности необходимых резервных источников ЭР.
От совершенства построения ТЭС ПП зависит народнохозяйственная эффективность использования энергоресурсов на заводе и размеры их потерь; а также потребность предприятия во внешних ЭР, в капиталовложениях; влияние предприятия на окружающую среду и др.
К энергоресурсам, охватываемым ТЭС ПП, относятся все их виды, имеющиеся на предприятиях, в том числе: водяной пар различных параметров от разных источников и горячая вода; горючие газы - доменный, коксовый, конвертерный, нефтеперерабатывающих агрегатов, ферросплавных электропечей; физическая теплота отходящих газов различных технологических агрегатов, а также остывающей продукции; теплота охлаждения конструктивных элементов технологических агрегатов; теплота расплавленных шлаков; горючие нетранспортабельные отходы производства; избы-точное давление различных газов и жидкостей; сжатый воздух для технологических процессов и производственных нужд; кислород технический (содержание О2 99,5%) и технологический (О2 95%), газообразный и жидкий.
Абсолютный и относительный (сравнительный) вывод из потребления перечисленных видов ЭР могут сильно различаться на различных предприятиях, так же, как и реальные графики их выходов и потреблений. Поэтому, для правильного построения и организации эксплуатации ТЭС ПП необходимо знать энергетические характеристики технологических агрегатов, а так же основы соответствующих технологических процессов.
Существует ряд путей экономии топлива на предприятиях: применение энергосберегающей технологии и энергетического совершенствования технологических агрегатов и процессов. Их внедрение при том же эффекте в 3-4 раза дешевле, чем разработка новых нефтяных и газовых месторождений: повышение КПД (снижение удельных расходов топлива) энергетических установок и агрегатов, как генерирующих, так и потребляющих различные энергоресурсы, например, КПД котлов, турбин, компрессоров, кислородных установок, оборудования утилизационных установок; оптимальное, с народнохозяйственной точки зрения, построение ТЭС ПП.
Оптимизация построения ТЭС ПП необходима для решения следующих задач:
-обеспечение бесперебойного снабжения потребителей всеми видами энергоресурсов нужных параметров в любой отрезок времени;
-максимальное и наиболее эффективное использование всех внутренних энергоресурсов, определение оптимального направления их использования;
-обеспечение балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учётом реальных графиков работы производственных агрегатов с целью снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за дебалансов. Есть заводы, на которых потери доменного газа из-за дебалансов достигают более 10%;
-наиболее экономичное резервирование источников энергоресурсов по предприятию;
-оптимальный выбор энергоносителей для тех или иных производств, в частности, оптимальное распределение различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических и других характеристик;
-возможность комплексной оптимизации, как энергохозяйства предприятий в целом, так и отдельных установок по типам и параметрам;
-выявление наиболее вероятных и длительных режимов работы тех или иных установок и агрегатов, что важно для правильного выбора их типоразмеров, режимных характеристик и др.;
-определение наиболее экономичных и эффективных связей ТЭС ПП с другими предприятиями и установками, а также общими условиями энергоснабжения района.
Правильно построенная ТЭС ПП является, кроме того, базой для оптимального построения топливно-энергетического баланса региона. Сейчас общепризнано, что любую оптимизацию сложных комплексов необходимо вести на основе системного подхода.
По существу, пока нет полноценного критерия степени совершенства (рациональности) построения ТЭС ПП. Какая-либо ТЭС ПП может не иметь прямых потерь по всем энергоресурсам, но быть далеко не оптимальной с народнохозяйственной точки зрения, т.к., например, расходует высококачественное дефицитное горючее или высокотемпературную теплоту для покрытия потребностей в низкотемпературной теплоте.
2. Системы теплоснабжения. Классификация потребителей тепла, принципы построения подсистем.
Классификация потребителей тепла.
Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунальнобытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические тепло-использующие установки и т.д.).
При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать:
-вид теплоносителя (вода или пар);
-параметры теплоносителя (температура и давление);
-максимальный часовой расход тепла;
-изменение потребления тепла в течение суток (суточный график);
-годовой расход тепла;
-изменение потребления тепла в течение года (годовой график);
-характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор тепла).
Потребители тепла предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надёжным, экономичным и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.
Потребителей тепла можно разделить на две группы:
1) - сезонные потребители тепла;
2) - круглогодовые потребители тепла.
Сезонными потребителями тепла являются:
-отопление;
-вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);
-кондиционирование воздуха (получение воздуха определённого качества: чистота, температура и влажность).
Круглогодовые потребители используют тепло в течение всего года. К этой группе относятся:
-технологические потребители тепла;
-горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.
Классификация систем теплоснабжения.
Снабжение теплом потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические процессы и горячее водоснабжение зданий) состоит из трёх взаимосвязанных процессов:
-сообщение тепла теплоносителю;
-транспорт теплоносителя;
-использование теплового потенциала теплоносителя.
В соответствии с этим, каждая система теплоснабжения состоит из трёх звеньев:
-источник тепла;
-трубопроводы;
-системы теплопотребления с нагревательными приборами.
Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам:
-по мощности;
-по виду источника тепла;
-по виду теплоносителя.
По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи тепла и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских, небольшого объёма, зданиях, или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удалённых от основных производствен-ных корпусов. (Например: печи, газовое или электрическое отопление). В этих случа-ях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.
Централизованными системами теплоснабжения называются в том случае, ко-гда от одного источника тепла подаётся тепло для многих помещений или зданий.
По виду источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию.
При районном теплоснабжении источником тепла служит районная котельная, а при теплофикации - ТЭЦ.
Теплоносителем называется среда, которая передаёт тепло от источника тепла к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
По виду теплоносители системы теплоснабжения делятся на две группы:
-водяные системы теплоснабжения;
-паровые системы теплоснабжения.
Водяные системы теплоснабжения различают по числу теплопроводов, передающих воду в одном направлении:
-однотрубные;
-двухтрубные;
-многотрубные.
Водяные системы теплоснабжения по способу присоединения систем горячего водоснабжения разделяют на две группы:
-закрытые системы;
-открытые системы.
Схемы присоединений систем отопления и вентиляции к тепловым сетям могут быть зависимые и независимые. При зависимой схеме вода из тепловых сетей непосредственно поступает в нагревательные приборы систем отопления и вентиляции. При независимой схеме вода из тепловой сети доходит только до абонентских вво-дов местных систем, т.е. до места присоединения последних к тепловой сети, и не по-падает в нагревательные приборы, а в специально предусмотренных подогревателях нагревает воду, циркулирующую в системах отопления зданий, и возвращается по обратному теплопроводу к источнику теплоснабжения.
Паровые системы теплоснабжения могут быть с возвратом и без возврата конденсата. Технологические потребители пара присоединяются непосредственно или с применением компрессора, если давление пара в сети ниже давления, требуемого технологическими потребителями.
Выбор систем теплоснабжения.
Система теплоснабжения выбирается в зависимости от характера теплового потребления и вида источника теплоснабжения.
Водяным системам теплоснабжения отдаётся предпочтение, когда тепловые потребители представляют собой системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. При наличии технологической тепловой нагрузки, требующей тепло повышенного потенциала, рационально также применять воду в качестве теплоносителя, но при этом предусматривать прокладку третьего обособленного трубопровода.
На промышленных площадках при превалирующей технологической тепловой нагрузке повышенного потенциала и малых нагрузках отопления и вентиляции можно применять паровые системы теплоснабжения.
3. Системы пароснабжения. Схемы сбора и возврата промышленного конденсата.
Абонентские установки для возврата конденсата состоят из конденсатоотводчиков, сборников конденсата, конденсатных насосов и трубопроводов.
Допустимая норма растворённого кислорода в перекачиваемом конденсате, при которой не происходит коррозии стальных конденсатопроводов, составляет 0,1 мг/л. Особенно активно происходит процесс коррозии при наличии в конденсате, кроме кислорода, ещё и углекислоты.
Помимо разрушения трубопроводов, коррозия увеличивает их гидравлическое сопротивление вследствие роста шероховатости стенок и уменьшения поперечного сечения трубопроводов. Продукты коррозии, образующиеся на внутренней поверхности конденсатопроводов, смываются и уносятся конденсатом, что приводит в результате к затруднениям в эксплуатации котельного оборудования. В конденсатных системах наблюдается, как язвенная коррозия, так и равномерная. Особенно опасна язвенная коррозия вследствие образования сквозных свищей, выводящих трубопровод из строя в короткое время.
Язвенная коррозия возникает в условиях отсутствия движения конденсата по трубопроводу. Для её предупреждения необходимо непрерывно откачивать конденсат. Кислородная коррозия конденсатопроводов устраняется применением закрытых конденсатосборных установок, в которых конденсат находится под избыточным (выше атмосферного) давлением паровой подушки и не имеет контакта с атмосферным воздухом. При эксплуатации открытых систем температуру возвращаемого конденсата необходимо поддерживать на уровне 95-100 С. Чем выше температура конденсата, тем ниже содержание в нём растворённого кислорода и тем долговечнее система. Для защиты конденсата от аэрации с поверхности открытых конденсатных баков применяют сталестружечный затвор с поплавком.
Отвод конденсата из пароприёмников и трубопроводов.
Нагревание той или иной среды паром возможно двумя путями: или непосредственным контактом (смешением) пара с нагреваемой средой, или пропусканием пара через поверхностные нагреватели. В первом случае пар отдаёт часть содержащегося в нём тепла, и происходит его полная конденсация, причём, конденсат остаётся вместе с нагреваемым веществом. Во втором случае тепло пара передаётся нагреваемой среде через разделяющую стенку, а пар, соприкасаясь с более холодной стенкой и остывая, конденсируется.
Если имеет место некоторое накопление конденсата в нагревательных элементах, то конденсат отдаёт часть своего тепла через стенку нагревательного элемента нагреваемому веществу, и температура конденсата становится ниже температуры насыщенного пара, то есть имеет место, так называемое, переохлаждение конденсата. Заполнение конденсатом части нагревательных элементов теплоиспользующей установки уменьшает активную поверхность нагрева и ведёт к снижению производительности установки. В большинстве случаев выгодно не допускать переохлаждение кон-енсата, а отводить его при температуре насыщения.
Отвод из теплоиспользующих установок и нагревательных приборов без пропуска вместе с ним пара достигается при помощи специальных устройств, называемых конденсатоотводчиками.
Нарушение нормальной работы конденсатоотводчиков может привести к большим потерям тепла или чрезмерному скоплению конденсата в нагревательной камере, в результате чего может произойти нарушение работы аппарата и в некото-рых случаях гидравлические удары.
Насыщенный водяной пар при выходе из паровых котлов содержит в себе не-которое количество воды. При нормальной работе котла влажность такого пара составляет 1 - 4% и значительно возрастает, если вода в котле имеет загрязнения. Для уменьшения конденсации пара при его транспортировке от котельной до потребителя пар в котле слегка перегревается. При подаче пара от ТЭЦ пар всегда перегретый.
При повышенной конденсации пара в трубопроводе патрубки для отвода кон-денсата устанавливаются более часто. Паропроводы, во избежание большой конденсации, изолируются, то есть покрываются материалом, плохо проводящим тепло. Постоянные дренажи снабжаются конденсатоотводчиками, конденсат из них собирается для использования. Временные (пусковые) дренажи служат при пуске паропровода и устраиваются в тех местах, где конденсат может скопиться только после остановки паропровода. Такими местами являются нижние точки паропровода, места подъёма, а так же участки перед задвижками и вентилями в случае прогрева паропровода участками.
Временный дренаж осуществляется самостоятельными трубопроводами, а конденсатоотводчик на нём не ставят. Временные дренажи отключают, как только давление при прогреве паропровода поднимается до рабочего.
Конденсатоотводчики.
Конденсатоотводчики применяются для автоматического бесшумного удаления конденсата с одновременным запиранием пара. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только при неудачной конструкции конденсатоотводчиков и неправильной эксплуатации составляют 25% количества потребляемого пара.
Существуют различные способы отвода конденсата и разнообразные конструкции конденсатоотводчиков. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на три вида:
- с гидравлическим затвором (сифоны);
- с гидравлическим сопротивлением (подпорные шайбы);
- с механическим затвором (поплавковые).
Наиболее простым является отвод конденсата посредством гидравлического затвора.
Недостатками гидравлических затворов являются: пропуск несконденсировав-шегося пара, выброс конденсата при повышении давления пара в теплообменном аппарате и большая высота. Для устранения этого недостатка применяют батарею затворов, соединённых друг с другом последовательно.
Отводчики конденсата с механическим затвором разделяются по принципу действия на следующие группы:
- поплавковые, основанные на разности удельных весов конденсата и пара, могут быть с открытым или закрытым поплавком;
- термостатические, основанные на расширении тел от нагревания;
- мембранные.
Термостатические конденсатоотводчики применяют для отвода охлаждённого конденсата.
Конденсатоотводчики с механическим затвором часто называют конденсацион-ными горшками. Конденсатоотводчики с закрытым поплавком применяются при давлении свыше 10 МПа и выпускаются с производительностью до 18м3/ч.
Мембранный конденсатоотводчик состоит из двух полостей разделённых между собой металлической мембраной и соединённых каналом.
Схемы установки конденсатоотводчиков.
Рациональные схемы конденсатоотводчиков позволяют выбрать стандартное оборудование, упрощают изготовление и монтаж, снижают потери пара.
При выборе схемы необходимо иметь ввиду, что парозапорные вентили на обводах и при отводчиках, а также обратные клапаны при них с течением времени изнашиваются и становятся источником потери пара, поэтому применение их должно быть ограничено только необходимыми случаями.
Трубопровод, отводящий конденсат, уловленный дренажным патрубком, прокладывается с уклоном в сторону отводчика. После отводчика дренажный трубопровод может прокладываться с подъёмом, не превышающим 50 - 75% высоты водяного столба, соответствующего давлению в паропроводе.
Конденсатоотводчики, устанавливаемые в местах дренажа и осушки коллекто-ров-распределителей пара, должны обеспечивать автоматичность работы, как в отношении отвода конденсата, так и выпуска воздуха, непрерывность работы и безотказность действия. Кроме того, они должны быть доступны для контроля и очистки от загрязнений без снятия с трубопровода.
Особенностью установки отводчиков при небольших отопительных агрегатах и местных нагревательных приборах является возможность упрощения их схем, так как при необходимости его ремонта можно выключить эти аппараты, закрыв вентили со стороны входа пара.
4. Системы водоснабжения и водоподготовки.
Системой технического водоснабжения называется комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающий забор природной воды из источника, её очистку, охлаждение; специальную очистку, транспортировку и подачу потребителям, а также сооружения, оборудования и установки, необходимые для приёма отработавшей воды и подготовки её для повторного использования.
По принципу организации различают прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и каскадные бессточные схемы водоснабжения. Для технических нужд используется вода из поверхностных источников. Подземные воды разрешается использовать только при необходимости обеспечения технологических процессов водой с температурой до 15 оС и наличии запасов подземных вод, достаточных, как для хозяйственно-питьевых, так и для технических процессов.
От 70% до 85% воды используется на предприятиях как хладоноситель, охлаждающий различную продукцию в теплообменниках или же защищающий различные элементы установок и машин от нагрева. Эта вода в процессе нагревается, но не за-грязняется.
От 5% до 12% технической воды используется в качестве среды, отмывающей продукцию или сырьё от примесей, или же в качестве транспортирующей среды. Эта вода в процессе использования загрязняется примесями материалов и сырья и нагре-вается, если материалы, с которыми она контактирует, имеют высокую температуру.
От 10% до 20% технической воды теряется за счёт испарения (при грануляции жидких шлаков и т. п.) или входит в состав произведённой продукции (пар, сахар, хлеб и т. д.)
В зависимости от изменения качества воды в процессе её использования схемы оборотного водоснабжения подразделяются на "чистые" циклы для воды, которая при использовании только нагревается; "грязные" циклы для воды, которая при использовании только загрязняется.
Объединение локальных схем водоснабжения в единую систему с каскадным использованием воды открывает возможности для снижения потребления свежей воды и создания бессточных систем водоснабжения предприятия. В этих системах продувочная вода "чистых" циклов используется для подпитки "грязных" циклов и сокращает потребление ими свежей воды. Если продувка "чистых" циклов превышает оборот "грязных" циклов в свежей воде, то её избыток может отправляться на ХВО для умягчения и использования её в котлах и аналогичных установках, безвозвратно потребляющих воду. Продувочную воду "грязных" циклов следует использовать для грануляции шлаков, тушения кокса и аналогичных нужд безвозвратного водопотребления.
Разработка бессточных схем водоснабжения П.П. и комплексов становится основным направлением в решении задач предотвращения загрязнения водоёмов и экономного расходования свежей воды.
Особое внимание при выборе систем технического водоснабжения на крупных П.П. необходимо обращать на сочетание локальных и общезаводских систем, на объединение их с целью повторного использования стоков, так как использование очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения является центральным во-просом общей проблемы перевода предприятий на бессточный режим.
В сточных водах могут содержаться шламы, кислоты, масла, органические и ПА вещества и т. п. Наиболее целесообразно проводить очистку стоков от специфических загрязнений данной установки или производства, а затем - централизованную от общих для большинства установок загрязнений.
Очистку от механических примесей природных и сточных вод осуществляют в специальных сооружениях для осветления воды.
В системах технического водоснабжения в качестве первой ступени осветления используются горизонтальные и радиальные отстойники, гидроциклоны, крупнозернистые фильтры, очищающие воду от частиц определённой крупности. При необходимости очистки воды и от мелкодисперсной взвеси используются в качестве второй ступени осветители и фильтры.
Горизонтальные отстойники - железобетонные прямоугольные бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах через 5-6 м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадка гидравлическое или механическое. Глубина горизонтально отстойника 1,5 - 3 м.
Радиальные отстойники - круглые бассейны. Вода через водораспределительный полый дырчатый цилиндр 4 - 8 м, размещённый в центре, поступает в бассейн и движется к его периферии и сливается в щели.
5. Системы воздухоснабжения.
Системы воздухоснабжения промышленных предприятий предназначены для централизованного снабжения промышленных потребителей сжатым воздухом требуемых параметров в соответствии с расходом и графиком. Она включает в себя компрессорные и воздуходувные станции, трубопроводный и баллонный транспорт для подачи сжатого воздуха к потребителям, воздухосборные устройства - ресиверы и распределители самого предприятия.
В зависимости от необходимых потребителям расходов воздуха и его давления станции оборудуются центробежными компрессорами с избыточным давлением сжатого воздуха 0,35 0,9 МПа и единичной производительностью 250 7000 м3/мин или поршневыми соответственно с давлением 3 20 МПа и единичной производительностью не более 100 м3/мин.
Коммуникации сжатого воздуха имеют радиальные и кольцевые участки. Последние применяют при компактном расположении потребителей, а также при повы-шенных требованиях к надёжности обеспечения сжатым воздухом.
Сжатый воздух на ПП используется по двум основным направлениям: технологическому (для выплавки стали и чугуна, получения кислорода в разделительных установках) и силовому (для привода различных машин и механизмов, в горнодобывающей и кузнечных отраслях).
На производство сжатого воздуха затрачивается 5% общего расхода электроэнергии на металлургических заводах и до 25 - 30% на машиностроительных предприятиях и в горнодобывающей промышленности. При использовании электрического привода компрессоров удельный расход энергии на производство 1000 м3 сжатого воздуха составляет от 80 до 140 кВт·ч (в зависимости от давления сжатого воздуха, типа компрессорных машин, условий охлаждения и т.д.). При паровом приводе компрессоров удельный расход топлива на производство 1000 м3 сжатого воздуха составляет 17 20 кг.
Компрессорные станции включают в себя устройства для забора воздуха, очистки его от пыли, компрессоры, приводные двигатели, теплообменники охлаждения, вспомогательное оборудование (для осушки, очистки, изменения давления, аккумуляции воздуха). На компрессорной станции могут размещаться только компрессоры с электроприводом (обычно для машиностроительных предприятий) или компрессоры только с паротурбинным приводом (для агрегатов доменного дутья). Находят применение и комбинированные паровоздуходувные и электрические станции ТЭЦ-ПВС.
Для обеспечения максимальной надёжности воздухоснабжения производительность всех работающих компрессоров принимается максимальной длительной нагрузке, и на компрессорной станции устанавливают один резервный компрессор.
Охлаждение воздуха в компрессорных установках осуществляется в промежуточных и концевых холодильниках. Промежуточное охлаждение позволяет снизить затраты энергии на сжатие воздуха. Охлаждение в концевых участках применяют в случае обеспечения технологических требований потребителя к температуре сжатого воздуха, а так же для безопасного транспорта его по трубопроводу.
Промежуточные и концевые холодильники выполняются преимущественно кожухотрубчатыми и входят в состав компрессорной установки.
Для большинства ПП требуется осушка воздуха после компрессора. Осушка необходима по технологическим требованиям, а также для надёжного транспорта и безопасности. Выбор метода осушки обосновывается технико-экономическими сравнениями.
Для сорбционной осушки воздуха используют в качестве адсорбента силикагели, алюмогели и цеолиты. Для осушки больших количеств воздуха допускается параллельное включение нескольких УОВ на один компрессор.
Для осушки больших количеств воздуха используют фрионовые холодильники в комбинации с регенеративным воздуховоздушным теплообменником и системой отделения влаги.
Для аккумуляции сжатого воздуха при его неравномерном потреблении и выравнивании давления в магистрали за поршневыми компрессорами устанавливают ресиверы. В системах с турбокомпрессорами роль ресиверов выполняют трубопроводы сжатого воздуха.
6. Системы газоснабжения.
Для обеспечения потребителей горючими газами в рамках промышленного предприятия создаётся система газоснабжения, которая входя в состав СТЭС ПП, является и одной из подсистем системы газоснабжения страны или региона, объединённой с ней единым гидравлическим режимом добычи, транспорта, хранения и распределения газа.
Система газоснабжения ПП - комплекс сооружений, установок, трубопроводов, регулирующих, смесительных и других устройств, обеспечивающих:
1. приём природного газа в заводскую газовую сеть непосредственно из магистрального газопровода или от ГРС, или от городских газовых распределительных сетей; а также поддержание необходимых параметров газа в межцеховых и внутрицеховых сетях, распределение и подачу его потребителям;
2. приём в автономную систему заводских газопроводов искусственных горючих газов, образовавшихся в технологических процессах, их очистку, приведение полученных параметров к уровню параметров, необходимых потребителю, смешение с другими горючими газами, транспортировку, распределение и подачу к потребителям;
3. производство искусственных горючих газов на заводских газогенераторных станциях (ГГС), их очистку, повышение давления и подачу через автономную систему газопроводов к потребителям.
Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу газа к потребителям, безопасные условия эксплуатации, возможность отключения отдельных элементов для производства ремонтов и для перевода потребителя на использование резервного топлива.
На большинстве ПП в качестве топлива, а на многих нефтехимических и химических заводах и в качестве технологического сырья, используют природные горючие газы. На предприятиях, нуждающихся в газовом сырье и топливе, но расположенных вне зоны действия газопроводов природного газа, искусственные горючие газы вырабатываются из твёрдого топлива, либо из нефтепродуктов на ГГС.
На предприятиях некоторых отраслей при выработке технологической продукции побочно получают искусственные горючие газы, объединяемые термином горючие газы ВЭР.
Структура системы газоснабжения.
Выбирается в зависимости от группы, к которой оно относится:
1 группа: предприятия только потребляющие горючие газы;
2 группа: предприятия, которые сами вырабатывают горючие газы, но его количество не покрывает собственные нужды;
3 группа: предприятия, полностью обеспечивающие свои потребности газом собственной выработки;
4 группа: предприятия, у которых выработка искусственных газов превышает собственные нужды.
Одноступенчатая схема - снабжение природным газом применяется, когда всем потребителям необходим газ с избыточным давлением ниже 0,005 МПа.
Двухступенчатая схема - когда в городской сети поддерживается среднее давление (0,005 0,3 МПа) или высокое (0,3 1,2МПа) избыточное давление, а цехам необходим газ низкого и среднего давления.
Трёхступенчатая схема - предусматривает получение газа от городской сети высокого давления с обеспечением потребителей газом высокого, среднего и низкого давления.
На предприятиях второй, третьей и четвёртой групп создаётся автономная схема газоснабжения искусственным газом. Доменный газ с давлением 0,25 0,35 МПа очищается от пыли в мокрых газоочистках и направляется в газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ), в которой расширяется до давления 0,115 МПа и поступает в систему заводских газопроводов доменного газа. Генератор, вращаемый ГУБТ, вырабатывает электроэнергию, направляемую в систему электроснабжения предприятия.
Коксовый газ перед поступлением в заводской газопровод проходит очистку, а его давление повышается на газоповысительной станции (ГПС). Потребители, использующие смесь коксового и доменного газов, получают её от газосмесительных станций (ГСС).
При избытке природного газа и дефиците коксового и доменного, на предприятиях сооружаются ГГС или установки, перерабатывающие нефтепродукты для выработки искусственных газов, которые после повышения давления на ГПС поступают к потребителям по своим газопроводам.
7. Общие и отличительные принципы построения подсистем.
Теплоэнергетические системы промышленных предприятий (ТЭС ПП) объединяют потоки всех энергоресурсов (ЭР) на предприятии, как поступающих со стороны, так и внутренних (ВЭР), с целью их наиболее полного и рационального использования. При этом должны быть обеспечены: бесперебойное снабжение ЭР всех потребителей и защита окружающей среды.
ТЭС любого предприятия определяется характером его производства, а также энергетическими и режимными характеристиками входящих в него технологических агрегатов и производств. Энергетическая эффективность и экономичность данного технологического производства зависит от многих предприятий, особенно энергоёмких, от совершенства ТЭС ПП. Так как при этом существуют обратные взаимодействия, оптимизацию ТЭС ПП и технологии производства надо вести совместно.
При построении оптимальной ТЭС ПП надо комплексно рассматривать следующие факторы:
1. неизбежную неоднозначность исходной информации. Нельзя ограничиваться только расчётами по различным средним значениям влияющих факторов (годовым, сезонным, суточным и часовым);
2. реальные графики потребления различных ЭР технологическими агрегатами и производствами, а также реальные графики выхода ВЭР, вплоть до ча-совых, с учётом режимных характеристик и условий работы технологических агрегатов.
3. нештатные ситуации, когда, например, от 10 20 минут до нескольких часов крупные источники ВЭР прекращают их выдачу, а также перерывы в потреблении ВЭР крупными потребителями;
4. возможную многовариантность в выборе направления и способов использования различных ВЭР, а также их параметров;
5. влияние возможных в обозримом будущем изменений технологических процессов на размеры выхода ВЭР;
6. возможную мультипликацию погрешностей в расчётах;
7. условность и временность различных цен, искажающих народнохозяйственную эффективность того или иного мероприятия.
Решение задачи построения ТЭС ПП могло бы значительно облегчить наличие полноценных однозначных показателей степени совершенства её построения, как в целом, так и отдельных её частей и установок.
Для металлургических заводов могут быть целесообразными следующие показатели энергетического совершенства ТЭС ПП:
1. обеспеченность бесперебойного снабжения основных потребителей энерго-ресурсами требующихся видов и параметров;
2. минимальное потребление на единицу готовой продукции топлива и элек-троэнергии со стороны с учётом народнохозяйственной ценности топлива, потребляемого предприятием;
3. степень и эффективность использования внутренних энергоресурсов, в частности низкопотенциальных;
4. минимум или даже отсутствие потерь энергоресурсов из-за различных дебалансов и наиболее эффективное использование имеющихся энергоресурсов с народнохозяйственной точки зрения;
5. минимум капитальных затрат на ТЭС ПП;
6. минимальное загрязнение окружающей среды;
7. минимум приведённых затрат.
Оптимальное научно обоснованное построение ТЭС ПП имеет большое значение для энергетических, экономических и экологических показателей работы предприятий.
8. Принципы приёма, распределения и использования ресурса в различных системах.
Выбор основной схемы присоединения определяет режим работы и метод проектирования всей системы теплоснабжения. Так, например, выбор непосредственной или независимой схемы присоединения горячего водоснабжения предопределяет соответственно выбор открытой и закрытой систем теплоснабжения, имеющих различные принципы расчёта, регулирования, оборудования и автоматики.
При открытой системе теплоснабжения выбор схемы присоединения определяется лишь необходимостью установки аккумулятора горячей воды. Установка аккумулятора обычно предписывается нормами проектирования или заданием энергоснабжающей организации. Те же правила действуют и при закрытых системах теплоснабжения. Однако, в некоторых случаях при закрытых системах теплоснабжения вопрос об установке аккумуляторов решается экономическим расчётом.
Аккумуляторы, позволяя создать запас горячей воды, выравнивают и, следовательно, снижают расход сетевой воды и тепловую нагрузку подогревателей горячего водоснабжения.
Основным вопросом при закрытой системе теплоснабжения является выбор схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Выбор схемы определяется прежде всего принятым температурным режимом работы тепловой сети. При повышенном температурном графике применяют последовательную двухступенчатую схему.
При нормальном отопительном графике возможно применение всех трёх видов схем: параллельной, смешанной и последовательной двухступенчатой. При работе тепловой сети по отопительному графику выбор схемы присоединения необходимо производить сравнивая параллельную и смешанную схемы.
Расчётная производительность подогревателей обычно определяется по количеству воды (температуру которой необходимо устойчиво поддерживать) и по её начальным и конечным температурам. Необходимая поверхность нагрева рассчитывается обязательно на максимум расхода тепла и при минимальной температуре подаваемой воды из тепловой сети, поскольку именно при этом режиме будет иметь место минимум перепада температур и коэффициента теплопередачи.
В практике проектирования обычно подбор подогревателей производится по номограммам и таблицам.
Ёмкость баков-аккумуляторов определяют по интегральной кривой методом, предложенным А. В. Хлудовым. Интегральную кривую строят на основе графика потребления горячей воды.
По оси абсцисс откладывается время суток, а по оси ординат - потреблённое с начала суток тепло. После построения интегральной кривой на график наносят линию предполагаемой подачи тепла с начала суток. Эта линия во всех точках должна быть выше точек интегрального графика. В точках касания линии подачи тепла с линией его потребления бак-аккумулятор не имеет запаса горячей воды.
В точке наибольшего расхождения линии потребления с линией подачи бак-аккумулятор содержит максимальное количество горячей воды. Эта точка и определяет требуемую ёмкость аккумулятора. Основные размеры баков-аккумуляторов приводятся в справочной литературе.
9. Контроль и регистрация параметров энергоносителя в приёмных, распределительных и использующих устройствах.
Контроль и регулирование паровой сети.
Контроль паровой сети осуществляется по двум направлениям:
- определяется характеристика изменения давлений пара и его массовые потери, т.е. его гидравлическая характеристика состояния паровой сети;
- определяются тепловые потери, т.е. характеристика изменения энтальпии пара, которая непосредственно связана с состоянием тепловой изоляции паропроводов.
По результатам измерения давлений строится график, при этом используются данные о расходах пара потребителями и избыточные давления на вводах потребителей. При построении распределения давлений разностью геодезических отметок пренебрегают, выдерживая масштаб только для длин участков и абсолютное давление пара.
Для нахождения распределения давления в паровой сети паровая сеть разбивается на отдельные участки и в крайних точках каждого участка устанавливаются манометры. При этом, к измерению давлений пружинными манометрами надо предъявлять следующие требования:
1. манометр должен иметь поверочный паспорт - свидетельство с указанием значений вероятной погрешности;
2. манометр к паропроводу должен присоединяться через сифонную трубку, а при измерении пульсирующих давлений между трёхходовым краном и манометром должна быть установлена металлическая шайба (диафрагма) с диаметром отверстия 1 - 2 мм;
3. манометры должны подбираться с таким расчётом, чтобы стрелка прибора при рабочем давлении находилась посередине или на расстоянии ? от начала шкалы;
4. исправность манометра должна периодически проверяться. Манометр считается исправным, если при соединении манометра с атмосферой его стрелка становится на нуль. При правильной эксплуатации манометра и правильном отсчёте показаний суммарная погрешность при измерении давлений должна составлять.
Разбивку на участки следует производить таким образом, чтобы на данном отрезке паропровода отсутствовали разветвления и подключения к потребителям. Следовательно, установку манометров надо предусматривать в точках разветвлений и подключения участка паропровода к потребителям.
Аналогично следует снимать график давлений конденсатопровода. Это позволит отрегулировать давление в конденсатопроводе так, чтобы давление в любой его точке было на 0,03 - 0,05 МПа меньше, чем в соответствующей точке паропровода.
Известно, что для нормальной работы аппаратов с непрерывным возвратом конденсата необходимо правильно выбирать и регулировать конденсатные насосы отдельных абонентов. Следует выбирать такие напоры насосов, которые позволили бы каждому насосу работать независимо от других. Необходимо, чтобы конденсатопровод обеспечивал расход, равный максимальному расходу возврата конденсата при работе всех насосов. Не менее важной задачей обеспечения нормальной работы паровой сети является контроль теплопотерь, что совместно с характеристикой изменения давления пара обеспечит контроль его качества на входе к потребителям.
При прокладке паропроводов над землёй СНиП I I-36-73 рекомендует делать её в зоне территории промышленных предприятий. При подземной прокладке трубопроводов контроль значительно усложняется. Единственным исключением является прокладка в проходных каналах, но на небольших предприятиях она практически не применяется.
Контроль за состоянием тепловой изоляции в условиях подземной прокладки может быть прямым и косвенным. Прямой основан на непосредственном осмотре тепловой изоляции путём вскрытия непроходных каналов или шурфовки. Шурфовка используется при контроле тепловой изоляции трубопровода, проложенного в условиях бесканальной прокладки. Косвенный способ контроля состояния тепловой изоляции состоит в экспериментальном определении фактических значений удельных потерь теплоты и сравнении их с нормативными значениями. Определение удельных тепловых потерь отрезка паропровода при транспорте перегретого пара не представляет трудности. При гидравлических и тепловых испытаниях паровой сети следует по возможности увеличивать расход пара и его температуру, что в определённой степени предотвратит конденсацию пара, а значит повысит точность измерений.
Обслуживание паровой сети заключается в периодическом осмотре оборудования паровой сети, который должен производиться по специальному графику, утверждённому главным энергетиком предприятия, но не реже одного раза в неделю. При этом контролируется состояние арматуры, компенсаторов, опор, строительных конструкций, плотность сетей, вводов и местных систем; при подземной прокладке - состояние тепловой изоляции паропроводов. Выявленные недостатки должны немедленно устраняться. Без хорошо и чётко налаженной системы обслуживания паровой сети нельзя говорить о высоком уровне её регулирования, тем более о применении автоматических устройств регулирования, эффективность использования которых в противном случае будет низкой. Для уменьшения разрегулирования системы пароснабжения необходимо максимально повышать давление пара на входе в сеть, ограничивая его только пределом прочности трубопроводов.
Из вышеизложенного вытекает необходимость более широкого использования автоматических регуляторов давления, применения шайбирования и других эффективных способов повышения тепловой устойчивости паровой сети.
10. Контроль и регулирование в приёмных, распределительных и использующих устройствах. Автоматизация и диспетчеризация.
Комплекс технических средств для локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС-2) и в дальнейшем развитии - микропроцессорные средства диспетчеризации, автоматики и телемеханики предназначены для применения в централизованных и распределённых АСУТП агрегатов и установок с непрерывными, непрерывно-дискретными и дискретными технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Техническая структура объектоориентированного комплекса создаётся из агрегатных элементов и модулей различного функционального значения. Компоновочные изделия комплекса (каркасы, шкафы, тумбы) обеспечивают установку, электрическое объединение, подключение к интерфейсной магистрали ИК1 и цепям питания элементов и модулей.
Средства комплекса обеспечивают: сбор, первичную обработку, сбор и передачу информации; централизованный контроль; программно-логическое управление; непосредственное цифровое управление; воздействие на автономные локальные автоматические регуляторы; ручной ввод данных.
Комплекс представляет совокупность технических средств, математического, информационного и программного обеспечения. Математическое обеспечение включает алгоритмы обработки информации и управления. Информационное обеспечение определяет информационную совместимость изделий между собой и с другими средствами ГСП. Программное обеспечение содержит: однопроцессорную многозадачную операционную систему реального времени; библиотеку программных модулей операций ввода-вывода, математических и логических операций, преобразования чисел и кодов, тестовых проверок и диагностики; пакеты прикладных программ, соответствующие основным функциональным задачам комплекса. Языки программирования ПО-асемблер, PL/M-80 и проблемно-ориентированный язык булевых выражений.
Для автоматизации несложных процессов применяют упрощённые системы или специализированные средства автоматизации.
Примерами специализированных средств являются: унифицированная схема автоматической регулировки, управления и защиты микрокотлов АМК, предназначенная для комплексной автоматизации паровых (0,2 - 1 т/ч) и водогрейных микро-котлов; управляющее устройство КУРС-10 для автоматизации пароводогрейных кот-лов, сжигающих жидкое или газообразное топливо и устанавливаемых в тепличных хозяйствах.
Пневматические средства регулирования.
Основу современной ветви пневматического регулирования ГСП составляют устройства универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСППА). Из набора отдельных элементов (пневматические ёмкости, сопротивления, дроссельные сумматоры, и т.д.) компонуются разнообразные устройства аналогового преобразования сигнала. Типовые законы регулирования, статическое ) и динамическое преобразование сигналов реализуется приборами системы "старт".
Автоматические устройства системы "старт" работают совместно с измерительными преобразователями ГСП, преобразующими давление, температуру, расход и другие измеряемые физические величины в унифицированный пневматический сигнал - давление сжатого воздуха, измеряющееся в пределах 1,96 104 9,8 104 Па.
Гидравлические средства регулирования.
Используются для построения систем автоматизации паровых турбин. В автоматических системах регулирования общепромышленного назначения может оказаться эффективным комбинированный вариант регулятора с управляющей частью электрической ветви и гидравлической исполнительной частью (ИЧ). Гидравлические ИЧ поршневого типа развивают большие перестановочные усилия при высокой скорости перемещения ИЧ. Для связи управляющей и исполнительной части вводится электрогидравлический преобразователь.
11. Общие сведения об энергобалансах.
Анализ энергетического баланса предприятия.
Энергетические балансы промышленных предприятий должны обеспечить решение следующих основных задач:
- определение направлений, способов и размеров использования подведённых и побочных энергетических ресурсов;
- оценка эффективности использования отдельных видов энергетических ресурсов и в целом энергетического хозяйства предприятия;
- выявление и оценка потерь энергии, определение резервов хозяйства в области производства и использования энергоносителей;
- определение нормативов по энергетическому хозяйству, используемых в процессе принятия проектно-плановых решений (межотраслевые балансы, плановые энергетические балансы, планы развития отраслей, предприятий - проекты систем энергоснабжения и т.п.);
- обеспечение информацией научно-исследовательских и проектных разработок, связанных с созданием новой энергетической техники, совершенствованием методов и средств планирования и управления энергетическим хозяйством.
Наиболее простым направлением анализа является исследование структуры приходной и расходной частей баланса и тенденций её изменения. Изучение структуры энергетического баланса позволяет объяснить различия в уровнях энергопотреб-ления и эффективности использования ресурсов по отдельным предприятиям.
Эффективным направлением исследования энергетических балансов является метод, основанный на расчёте коэффициентов полезного использования (К.П.И.) отдельных энергоносителей и всего энергетического хозяйства предприятия. Расчёт К.П.И. проводится по данным расходной части баланса, составленного по целевым расходам топлива и энергии.
Следующее направление анализа энергетического баланса промышленного предприятия заключается в определении связи энергетики с основными показателями хозяйственной деятельности и оценке взаимного влияния энергетики и экономики производства. Это направление анализа предусматривает расчёт обобщённых энерго-экономических характеристик предприятия, из которых наиболее важными являются: электро- и энерговооружённость труда; энерго-, электро- и теплоёмкость продукции; энерго-, электро- и теплооснащённость основных производственных фондов; тепло-электрический и электротопливный коэффициенты и ряд других показателей.
Общую эффективность хозяйственной деятельности предприятия характеризуют три показателя: производительность труда, рентабельность, фондовооружённость. В нормальных условиях работы предприятия они должны иметь тенденции к росту.
Если электровооружённость труда на отдельном предприятии превышает среднеотраслевой уровень, то причинами этого могут быть: более высокий, чем средний, уровень техники и организации производства, больший удельный вес электроэнергии в технологическом энергопотреблении (например, за счёт замены пламенных печей электропечами). В этом случае следует провести экономический анализ целесообразности такой замены энергоносителей.
Более низкая электровооружённость труда может иметь ряд причин, которые целесообразно объединить в три группы:
- общепроизводственные, сюда относятся: низкий уровень механизации вспомогательных, сборочных, наладочных работ и ремонтов; большой возраст основных фондов, препятствующий комплексной механизации и рациональной организации производства;
- энергетические, например, широкое применение топлива в высокотемпературных процессах; наличие парового привода в силовых процессах (паровые молоты, прессы, паровозные краны, маневровые паровозы), низкая степень низкая степень электрификации среднетемпературных производственных процессов и т.п.;
- электрические, например, недостаточный уровень электропотребления из-за слабого развития вентиляции, кондиционирования воздуха, освещения и т.п.; недостаточная мощность электроснабжения и другие факторы.
Электрификация народного хозяйства неразрывно связана с техническим прогрессом, поэтому коэффициент электрификации должен постепенно расти. Снижение коэффициента электрификации может происходить по тем же причинам, что и показатели электровооружённости труда. При систематическом снижении обоих показателей необходимо проводить тщательный анализ вызывающих их причин.
12. Топливные балансы, основные показатели энергетического баланса.
Энергетический баланс представляет собой комплексную характеристику расходов теплоты, энергии, пара, потерь конденсата и их покрытия в определённых условиях эксплуатации системы энергоснабжения промышленного предприятия.
Основными элементами энергетического баланса являются расходные и приходные части. Расходная часть характеризует энергопотребление при определённых условиях, приходная часть - покрытие потребностей предприятия в энергии.
Энергетические балансы промышленных предприятий делятся на топливно-энергетические и пароконденсатные; полные и частичные. Полные составляются для выбора оптимального варианта энергоснабжения предприятия в целом, частичные - при решении отдельных вопросов энергоснабжения промышленного предприятия. Топливно-энергетические балансы промышленных предприятий характеризуют потребление и производство различных видов энергии.
При применении на промышленных предприятиях, в качестве теплоносителя, водяного пара важную роль в оценке использования энергии играют пароконденсатные балансы. Их задачей является определение пароконденсатных условий потребления и транспорта пара, что даёт возможность составить чёткую и полную картину использования пара и возвращения конденсата на ПП. Следовательно, составление пароконденсатного баланса промышленного предприятия является обязательным при контроле и наладке его системы пароснабжения.
Под оптимальной структурой топливно-энергетического баланса промышленного предприятия понимают такую структуру использования различных видов топлива и энергии отдельными категориями потребителей и предприятием в целом, при которой общая сумма затрат на энергоресурсы и их использование на производство заданного планом объёма продукции была бы минимальной при строгом соблюдении ограничений по ресурсам различных видов топлива и энергии.
Выбор оптимальной структуры топливно-энергетического баланса промышленного предприятия требует большого объёма информации о технико-экономических показателях производства продукции при использовании различных видов энергетических ресурсов, о возможности их взаимозаменяемости, межцеховых связей по использованию топлива, ограниченности одних и обязанности полного использования других энергетических ресурсов и т.д. Обычные методы решения задач оптимизации топливно-энергетического баланса предприятия путём перебора вариантов оказываются непригодными, так как требуют большого количества операций. Поэтому, в настоящее время разработаны новые методы планирования топливно-энергетического баланса промышленного предприятия - методы математического моделирования. Их сущность заключается в составлении экономико-математической модели - системы уравнений и неравенств, описывающих структуру топливно-энергетического баланса предприятия в количественных индексах. Задача линейного программирования включает три пункта: цель, возможные способы достижения цели и объёмы производства продукции, ресурсы топлива и энергии.
При решении задачи оптимизации топливно-энергетического баланса промышленного предприятия необ-ходимо предусматривать возможность выбора способов достижения цели. Однако, если заданной цели нельзя добиться более чем одним способом, то решать задачу нет смысла. При этом надо рассматривать только те категории потребителей, для которых можно использовать два или более технологических способа применения энергоресурсов, то есть имеется возможность полной или частичной взаимозаменяемости различных видов энергоресурсов. При составлении топливно-энергетических балансов промышленных предприятий огромное значение играет точность исходной информации.
Согласно литературным данным, для составления экономико-математической модели топливно-энергетического баланса промышленного предприятия необходимо иметь следующее:
а)план производства различных видов продукции;
б)данные по возможным технологическим способам производства каждого вида продукции;
в)технико-экономические показатели по каждому технологическому способу;
г)данные о возможных ресурсах различных видов топлива и энергии, которые могут быть использованы для производства продукции.
Для каждого технологического способа надо определить удельные расходы энергетических ресурсов. После их определения находят сумму денежных затрат на топливо и энергию в объёме заданного вида продукции.
Составить пароконденсатный баланс установки потребления пара или предприятия в целом - значит определить количество поступающего потребителям пара и количество возвращаемого от них конденсата. Эту задачу можно выполнить либо по отдельным цехам и предприятию в целом, рассматривая при этом общее количество поступающего пара и возвращаемого конденсата, либо по каждому потребителю отдельно с последующим суммированием по цехам и предприятию в целом.
13. Пароконденсатные балансы.
Причины возникновения дебалансов.
Расходы производственного пара потребителями сильно изменяются как по сезонам года, так и в пределах месяцев, суток и даже часов. Изменяются в течение суток и приходы пара от утилизационных установок (УУ).
Приходы пара от УУ прокатных цехов могут сильно колебаться из-за изменений режимов работы нагревательных печей и прокатных станов. Так, если количество нагретого в печах металла в данный момент превышает по тем или иным причинам потребность стана, то редко снижают количество топлива, сжигаемого в печах. Соответственно сильно снижается паропроизводительность КУ, установленных за этими печами. При текущих ремонтах станов, которые могут длиться от нескольких часов до нескольких суток, паропроизводительность КУ падает, например, от 300 т/ч практически до нуля.
Такое снижение производительности сильно влияет на баланс производственного пара по заводу. Со снижением производительности печей уменьшается, хотя и в меньшей степени, выход пара из СИО печей, который у крупных станов составляет до 100 т/ч. Это снижение суммируется с уменьшением поступления пара от КУ этих печей. Коксовые батареи на многих заводах планово-периодически останавливают примерно на сутки для ремонта обслуживающих печи механизмов. Аналогично колебания паропроизводительностей КУ и СИО в пределах суток наблюдаются и на УУ других технологических агрегатов. Поэтому, для обеспечения надёжного, бесперебойного пароснабжения потребителей совершенно недостаточно свести баланс завода по средним значениям расходов и приходов за месяц и тем более за год, а надо обязательно учитывать реальные графики расходов пара в течение месяца, суток, часа. Баланс пара должен сходиться в любой, хотя бы и короткий отрезок времени.
Практически на всех предприятиях различных отраслей промышленности есть потребители производственного пара, для которых перерывы в подаче пара или резкое уменьшение его подачи, а так же снижение давления недопустимы. У этих потребителей снижение давления пара, а следовательно и температуры в теплообменниках, может резко снизить производительность установки по основному технологическому продукту и даже приостановить течение технологического процесса. При этом может снижаться качество продукции и даже наблюдается её порча. Снижение давления пара в системе общезаводских паропроводов наблюдается при недостаточном поступлении в неё пара. Вспомогательные механизмы, работающие на паре, могут при этом не обеспечивать работу технологического агрегата, который они обслуживают.
Наряду с такими потребителями могут быть агрегаты и установки, которые менее чувствительны к не слишком продолжительным перерывам в подаче пара и снижениям его параметров. Это обстоятельство можно учитывать при сведении балансов пара по заводу, если полное его сведение по каким-либо причинам связано со слишком большими затратами. Для сведения балансов производственного пара по заводу в любой отрезок времени необходимо иметь резервные, мобильные пиковые парогенерирующие мощности или применять другие средства компенсации дебаланса. Необходимо также предусматривать возможность использования периодических избытков пара, во избежание вынужденного их сброса.
14. Балансы горючих ВЭР.
Методы сведения балансов доменного и коксового газов и снижения их потерь.
При установившейся бесперебойной работе доменных печей (ДП) график выхода газа в течение суток должен быть практически ровным. Но при таком режиме работы ДП в течение подавляющей части суточного времени наблюдается целый ряд кратковременных, но иногда значительных изменений выходов газа, например, из-за смены перегоревших фурм, неполадок в загрузочном устройстве и др. Снижение выходов газа длится при этом от 10-20 минут и более.
Размеры кратковременных снижений выходов газа весьма различны, от 20-30% до полного прекращения выхода. На крупных доменных печах размер кратковременных снижений выхода газа составляет сотни тысяч кубических метров. Большинство технологических потребителей доменного газа не допускает даже кратковременных перерывов в подаче топлива, что должно учитываться при сведении заводского баланса доменного газа. Кроме кратковременных изменений выходов газа могут быть и длительные изменения.
Доменные печи, их вспомогательные установки нуждаются в текущих и планово-предупредительных ремонтах. При текущих ремонта ДП прекращают выдачу доменного газа на многие часы; при их капитальных ремонтах выход газа прекращается на 1,5 - 3 месяца.
Теоретически потребление доменного газа должно быть практически ровным, однако и в потреблении наблюдаются значительные колебания. Различные технологические печи постоянно изменяют количество потребляемого газа по разным причинам. Так, режимы работы печей прокатных станов определяются режимами работы последних, которые по различным причинам могут значительно снижать свою производительность и даже останавливаться. У других печей, например мартеновских, потребление газа изменяется по периодам плавки. Доменные воздухонагреватели (ДВ) являются аппаратами периодического действия, которые потребляют газ только во время разогрева.
Таким образом, как приход, так и расход доменного газа подвержены кратковременным колебаниям, причём, эти колебания происходят нерегулярно и не синхронно, что вызывает разбалансировку в приходе и расходе газа.
В настоящее время вопросы балансирования газа решают, как правило, применением буферных потребителей, в качестве которых используют паровые котлы ТЭЦ. Но недостатком этого способа является вынужденное использование значительного количества доменного газа в качестве котельного топлива, в то время как он может эффективно использоваться в целом ряде технологических агрегатов, особенно в смеси с коксовым газом, снижая потребность в природном газе или жидком топливе.
Практика показала, что при большей средней доле сброса доменного газа на ТЭЦ не удаётся избежать заметных его потерь, которые составляют от 3 - 5% до 11 - 13%. Объясняется это тем, что совместная работа паровых котлов на газе и угле при постоянных изменениях их доли в общем расходе топлива связана с рядом следующих трудностей и недостатков:
1. доменный газ имеет значительно более низкую температуру сгорания, чем уголь, ниже у него и радиационная способность факела. В результате, экранные поверхности нагрева котла воспринимают меньшую долю теплоты топлива, а в современных котах доля теплоты, воспринимаемой радиационными поверхностями весьма велика;
2. из-за большого содержания в доменном газе N2 количество его продуктов сгорания значительно больше, чем у угля, что изменяет условия работы конвективных поверхностей нагрева. Растёт перегрев пара, причём, при большой доле доменного газа рост настолько велик, что стандартное регулирование перегрева пара оказывается недостаточным. Увеличивается температура уходящих газов котла;
3. растёт химический недожог угля, особенно при углях с малой реакционной способностью;
4. сама процедура значительных изменений долей доменного газа и угля (зажигание одних горелок, тушение других) с подналадкой режимов работы котла требует известного времени.
Поэтому ТЭЦ может эффективно принимать существенные избытки газа, лишь в том случае, когда она предупреждена об их подаче не менее или за 15-20 минут.
Практика показала, что избытки газа часто нарастают толчкообразно. Такие из-бытки сбросом на ТЭЦ ликвидировать нельзя, поэтому на всех заводах имеются ав-томатические "свечи", через которые происходит сброс толчкообразных избытков газа.
Доменный газ перед сбросом в атмосферу надо сжечь, так как он является весьма токсичным. С этой целью в сжигающем устройстве размещены запальные устройства, в которых постоянно горит коксовый или природный газ.
Лучшему использованию длительных предсказуемых избытков газа способствует хорошо организованная диспетчеризация. Так, если в доменном цехе готовятся к переключению воздухонагревателя с разогрева на дутьё и при этом своевременно известят диспетчера газового цеха или завода, то последний может заблаговременно предупредить об этом ТЭЦ, что позволит быстрее начать приём появившихся избытков газа и свести к минимуму сброс его на свечу.
Доменный газ на выходе имеет запылённость 3-10 г/м3. Потребители требуют 4-5 мг/м3. Поэтому газ очищают в мокрых электрофильтрах.
Коксовый газ характеризуется высокой реакционной способностью, содержит 55-60% водорода и 24-30% метана и других углеводородов и почти не балластирован. Поэтому сброс его в котлы, работающие на угле, не вызывает трудностей, возникающих при сбросе доменного газа. Это позволяет почти полностью автоматизировать сбросы коксового газа в котлы как при кратковременных, так и длительных его избытках (аналогично свечам при доменном газе). Благодаря всему этому, потери коксового газа на заводе обычно не превышают 0,5-1,0% его валового выхода.
Коксовый газ хорошо очищается в процессе коксохимического производства, поэтому специальных газоочисток для него не строят, хотя некоторые остающиеся в нём примеси, например нафталин, приводят иногда к различным неполадкам.
15. Основы построения систем мониторинга энергобалансов промышленного предприятия.
Основы построения информационной системы.
Одна из основных проблем управления заключается в значительном возрастании темпов производственных процессов. Поэтому традиционные способы сбора, переработки информации и методы принятия решений не успевают отражать все изменения в производстве или фиксируют их с большим запозданием.
Это приводит к возникновению определённых неувязок в планировании, снабжении и обслуживании, снижает производительность общественного труда, ухудшает экономические показатели производства.
Использование экономико-математических методов и вычислительных средств позволяет создать комплексную человеко-машинную систему управления, в которой автоматизированы расчёты по обработке технико-экономической информации, а в ряде случаев и процессы принятия решений. Главная цель такой системы повышение эффективности производства при обязательном выполнении плановых заданий и рациональном использовании производственных мощностей, материальных трудовых и денежных ресурсов.
Процесс управления осуществляется путём непрерывного обмена информацией между элементами системы управления. При этом по характеру следует различать основные виды потоков информации: плановой, отчётной, нормативно-справочной и научно-технической.
Плановая информация осуществляет управляющее воздействие путём задания целей и внешних условий развития и функционирования объекта управления для обеспечения нормальной и целенаправленной деятельности объекта. По своему характеру плановая информация делится на директивную и рекомендательную. Директивная информация содержит задание в виде утверждённых планов, указаний, распоряжений и т.п., подлежащих обязательному выполнению. Рекомендательная информация не имеет обязательного характера, она раскрывает общее направление развития объекта и используется при выработке окончательного решения.
Отчётная информация характеризует состояние управляемого объекта за определённый период времени или на определённый момент времени. Отчётная информация со строгой периодичностью образует статистическую информацию. Отчётная информация всегда направлена снизу вверх по иерархической структуре управления.
Нормативно-справочная информация включает необходимые данные о внутренних и внешних условиях развития и функционирования объекта управления. К ним относятся технические условия, стандарты, инструкции, нормативы и другие сведения, необходимые для выработки оптимального решения.
Научно-техническая информация в целом характеризует технический процесс в области методов и средств производства, новых видов сырья и материалов, новые социальные, экономические, культурные явления в развитии общества.
Информационные потоки независимо от своего содержания характеризуются следующими признаками: источником возникновения конкретными элементами системы управления, между которыми существует информационная связь; направлением; периодичностью возникновения; характером; взаимосвязью с другими видами информации; носителем информации; методом обработки; условиями хранения.
В общем случае информация должна удовлетворять следующим основным требованиям:
- направленно и чётко указывать источник возникновения и объекты, которые её используют;
- достаточности быть исчерпывающей для принятия решений по управлению объектами;
- достоверности удовлетворять принятым критериям качества, например иметь доверительные пределы, не превышающие заданного уровня погрешности;
- сопоставимости позволять проводить сравнения объектов или исследовать их поведение в динамике;
- стабильности сохранять неизменным экономическое содержание основ-ных понятий, характеризующих сущность информации в течение длительного времени;
- своевременности обеспечить поступление информации к отдельным объектам системы управления с периодичностью и в сроки, которые не нарушают нормального функционирования всей системы;
- доступности позволять использовать централизованную информацию во всех необходимых случаях.
При построении рациональной информационной системы следует учитывать отмеченные выше требования. В соответствии с ними можно сформулировать следующие основные принципы организации такой информационной системы.
Первый принцип - минимум первичной информации, максимум производной вторичной информации. Цель создания информационной системы заключается не в том, чтобы загрузить производственный объект разработкой и составлением огромного числа исходящих данных. Напротив, он должен выдавать минимально необходимую информацию, которая способна удовлетворять требованию управления на всех уровнях народного хозяйства.
Второй принцип - полное удовлетворение требований, предъявляемых всеми звеньями и уровнями управления народным хозяйством.
Третий принцип - организация передачи однородной информации по единому каналу. Основу таких систем образуют срочные донесения об отклонениях показателей хозяйственной деятельности от запланированного уровня.
Четвёртый принцип - повышение абстрактности информации путём образования синтезированных показателей при переходе на более высокие уровни иерархии планирования и управления.
Пятый принцип - единство показателей планирования и отчётности.
Шестой принцип - периодическое обновление значений показателей и оценка их достоверности. Частота обновления показателей зависит от скорости изменения характеристик наблюдаемого объекта и принятой точности метода их определения.
Седьмой принцип - сохранение определённой устойчивости показателей в течение длительного времени.
Восьмой принцип - стандартизация форм документов и методов их обработки. Выбор правильной формы документа и расположения на нём информации являет-ся важным условием рационализации всей информационной системы.
Девятый принцип - механизированная обработка информации. Технической базой современного управления являются системы обработки данных, которые в своём развитии проходят ряд этапов.
Рассмотренные девять принципов рациональной организации информационной системы не являются исчерпывающими.
Между энергетическим балансом и технико-экономическими характеристиками энергетического оборудования существуют тесные взаимосвязи, которые должны учитываться при формировании информации и контроле за её достоверностью.