2.3. Режимы энергетической системы

Режимом энергетической системы называется ее состояние, определяемое значениями физических переменных величин, характеризующих процесс преобразования, передачи и распределения энергии и называемых параметрами режима.

Режимы бывают установившиеся и переходные.

Установившийся режим работы системы характеризуется неизменностью его параметров или очень медленными и нерегулярными его изменениями.

Переходный режим системы характеризуется быстрым изменением во времени его параметров.

По величине параметров режима различают:

1. Нормальный установившийся режим, при котором величины параметров режима близки к значениям, необходимым для нормальной работы потребителей, или лежат в некоторой заранее заданной зоне этих значений.

2. Нормальный переходный режим, имеющий место при обычных для эксплуатации изменениях схемы системы. Этот режим характерен относительно быстрым и резким изменением параметров режима для некоторых ветвей (звеньев) системы, параметры узловых точек системы при этом мало изменяются.

3. Аварийный переходный режим, при котором вследствие аварийных изменений в схеме соединений системы величины всех параметров режима, в том числе и параметров узловых точек, резко отклоняются от установленных значений.

4. Послеаварийный установившийся режим, наступающий после аварийного отключения элемента или ряда элементов, параметры режима узловых точек в этом режиме могут быть близки к параметрам нормального режима. В этом случае можно считать исход аварии благополучным. Если же параметры резко расходятся с параметрами нормального режима, то исход аварии следует считать неблагополучным.

Таким образом, можно сказать, что режим системы известен, если известны все параметры режима для отдельных узловых точек и ветвей системы.

Примеры параметров, характеризующих режим отдельных элементов системы – ветвей и узловых точек:

1. Часовой расход топлива и часовой паросъем котла характеризуют режим работы котла (ветви).

2. Давление и температура пара на выходе котла характеризуют режим работы магистрали паропроводов (узловой точки); часовой расход пара и мощность турбины – режим работы турбины (ветви).

3 Системы производственного водоснабжения Литература:

1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение; Учебник, 2-е издание. –М.: Стройиздат, 1982. – 440 с.

2. Багров О.Н. и др. Системы полного оборотного водоснабжения в цветной металлургии. – М: Металлургия, 1978. – 143 с.

3. Андоньев С.М. и др. Особенности промышленного водоснабжения, - 2-е изд. К.Будiвельник,1981. – 248 с.

4. Громогласов А.А. и др. Водоподготовка: Процессы и аппараты. Учебн.пособие для ВУЗов: Под ред. О.И.Мартыновой. – М.: Энергоатомиздат, 1990. –272 с.

5. Лисиенко В.Г. и др. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий. Уч.пособие для вузов. Под ред. Несенчука А.П. – Минск.; Высшая школа, 1989. – 279 с.

Тема 3. Основные направления использования воды на

промышленных предприятиях

При разработке схем промышленного водоснабжения следует обратить внимание на комплексное использование воды предприятиями, расположенными в крупных промышленных регионах. При таком подходе появляется возможность объединения предприятий(отдельных производств) по водоснабжению и использованию одним предприятием воды, непригодной для использования другим, а также возможность объединения стоков, требующих одинаковых методов очистки. Это приведёт к экономии воды природных источников водоснабжения, сохраняя их как источники воды высокого качества.

Расход воды в промышленности исключительно велик и зависит от вида технологического процесса (табл.3.1.).

Таблица 3.1 - Расход воды на производство промышленной продукции

Производимая продукция	Расход воды, м3/т
Сахар	60
Алюминий	100
Бумага	100 – 150
Сталь	250 –300
Азотные удобрения	600
Аммиак	800 – 1000

Водоснабжение металлургических предприятий – важная и сложная задача. Для металлургического производства вода является таким же необходимым компонентом как руда и коксующиеся угли. Так как большинство заводов размещено вблизи малых источников, приходится создавать целые системы районного водоснабжения, требующие устройства плотин, водохранилищ, каналов и др. дорогостоящих сооружений. Строительству или расширению завода, как правило, сопутствует строительство и расширение города и заводов – спутников, также требующих наличия качественного источника водоснабжения.

Металлургическое предприятие включает целый ряд сложных технологических производств. Каждое из этих производств является водопотребителем, предъявляющим требования как к качеству, так и к количеству воды.

Следует различать основные виды технологической (технической) воды в системах водоснабжения.

По происхождению:

1. Реакционные воды – результат химических реакций с образованием воды.

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах – свободная или связанная вода в нефти, угле и др.

3. Водные растворы – вода в технологических растворах и абсорбционных жидкостях.

По назначению:

1.Охлаждающая вода.

2.Вода для транспорта исходного сырья, удаления золы.

3.Промывочные воды.

В металлургии расход воды составляет более 15% общего промышленного потребления. При этом на охлаждение оборудования расходуется 50%, очистку газов и воздуха – 25%, обработку и отделку металла – 12%, гидротранспорт – 12% и прочие нужды –1% потребляемой воды.

В табл.3.2. представлены обобщенные данные о количестве воды, используемой на типичном металлургическом заводе с полным циклом производительностью 4 млн.т/год.

Таким образом, основным потребителем воды в промышленности является охлаждение, которое и определяет систему водоснабжения.

Нормальная работа промышленных предприятий во многом зависит от правильного снабжения водой. Так, прекращение подачи воды на охлаждение металлургических печей всего на несколько минут связано с серьезными авариями и длительными дорогостоящими ремонтами.

Подача в котельный агрегат некачественной воды способствует образованию отложений, которые приводят к перерасходу топлива до 3% на каждый миллиметр накипи, сокращает срок службы теплонагруженных охлаждаемых элементов в 2-3 раза.

По методам использования и назначению воды в технологическом процессе основные водопотребители могут быть разбиты на следующие группы:

1. Потребители, осуществляющие охлаждение через промежуточную среду (например, через стенку).

К этой группе относятся наиболее крупные потребители воды – холодильники доменных, мартеновских, нагревательных печей; все энергохозяйство (ТЭЦ, компрессорные, кислородные, ПВС).

Особенности водопотребителей этой группы таковы.

Таблица 3.2 - Расход воды на типичном металлургическом предприятии.

При охлаждении элементов печей расход воды определяется термическим расчетом и зависит от количества теплоты, которое необходимо отобрать охлаждающей водой. Производительность агрегата может меняться, а расход воды остается постоянным. Следовательно, удельный расход воды на единицу продукции может колебаться в широких пределах. Поэтому применять в качестве характеристики водопотребления удельный расход воды нельзя.

Другой вариант. При охлаждении пара в поверхностных конденсаторах (конденсаторы паросиловых станций, кислородных, компрессорных и др.) расход воды определяется из теплового баланса и зависит от температуры воды и пара. Естественно, расход воды увеличивается с повышением температуры. Расход воды для конденсаторов одного типа пропорционален мощности турбин и может быть отнесен к единице мощности или к единице продукции.

В разные периоды года расход воды значительно колеблется. Рекомендуется предусматривать режим работы насосов летний и зимний. Сохранять в разное время года расходы воды одинаковыми неэкономично.

При охлаждении через стенку вода лишь нагревается, но не загрязняется.

2. Потребители, осуществляющие охлаждение и промывку газа.

Потребители этой группы используют воду для очистки колошниковых газов в доменном цехе, газов сталеплавильных агрегатов. Здесь нормы водопотребления определяются в зависимости от требований, предъявляемых к очищенному газу, от конструкции газоочистных устройств, от количества и характера загрязнений, вносимых газами в воду. От температуры газа и воды расход воды зависит прямо пропорционально. Отработанная вода сильно загрязнена уловленной пылью. В воде часто содержатся растворенные ядовитые примеси (окись углерода, цианиды и т.д.).

3. Потребители, охлаждающие продукт за счет его непосредственного контакта с водой(охлаждение слитков МНЛЗ, агломерата, проката).

Здесь расход воды пропорционален количеству охлаждаемого продукта, поэтому целесообразно оперировать удельным расходом воды на единицу продукции (но с обязательным указанием способа полива). Качество воды существенной роли не играет, однако при использовании брызгал наличие большого количества взвешенных веществ ведет к засорению сопел. Отработанная вода значительно загрязнена механическими примесями.

4. Потребители, охлаждающие детали производственного оборудования непосредственным поливом.

Водопотребители этой группы используют воду для охлаждения подшипников, валков прокатных станов, кузнечного оборудования. Расход воды не зависит от производительности агрегата. Отработанная вода загрязнена механическими примесями и маслами.

5. Потребители, использующие воду для питания парогенераторов.

К этой группе относятся котлы ТЭЦ-ПВС. Здесь расход воды пропорционален количеству вырабатываемого пара, зависит от качества воды, наличия и возврата конденсата. К качеству воды предъявляются высокие требования, она подвергается специальной обработке.

6. Потребители, использующие воду как движущую среду для удаления сыпучих материалов(гидрозолоудаление на ТЭЦ-ПВС, гидравлическое удаление окалины в прокатном производстве и т.д.).

Расход воды пропорционален транспортируемой массе, зависит от ее гранулометрического состава, плотности, от той минимальной скорости воды, которая обеспечивает транспортировку продукта. Обычно расход воды постоянный, но часовая неравномерность зависит от технологического режима, а суточная – от времени года. Так, например, на ТЭЦ в зимний период расход твердого топлива и, следовательно, перемещаемой гидротранспортом золы больше, чем в летний период. К качеству воды специальных требований не предъявляют, но все же желательно иметь воду с небольшим содержанием механических примесей для предотвращения от износа насосов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры.

В процессе использования эта вода загрязняется механическими и растворенными примесями.

7. Потребители, осуществляющие приготовление растворов (травильные растворы, известковые растворы, среды для флотационного обогащения угля, руды).

Расход воды не прямо пропорционально зависит от количества выпускаемой продукции. К качеству воды особых требований не предъявляется, за исключением отдельных случаев, когда требуется умягченная вода или вода без примесей железа. В отработанной воде имеется много механических примесей и ядовитых химических загрязнений.

8. Потребители, использующие воду для создания водяных завес и экранов.

Водяные завесы и экраны применяют для поглощения излучения, исходящего от агрегата или изделия, имеющего высокую температуру.

Расход подаваемой на экран воды постоянный, равен расходу отводимой воды, не зависит от производительности агрегата. Качество воды должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде, или, в крайнем случае, к технической, но с небольшим содержанием механических примесей во избежание засорения мелких отверстий, из которых вытекает вода, создающая завесу. Температура воды должна быть как можно ниже.

9. Потребители, использующие воду для хозяйственно-бытовых нужд и пожаротушения.

На предприятиях определенной отрасли промышленности тот или иной вид использования воды является преобладающим. Например, на тепловых электростанциях 85% общего расхода воды используется для охлаждения масла, воздуха, конденсации отработавшего пара, 12% - на гидравлическое транспортирование золы (если в качестве топлива применяется уголь), 3% на выработку пара.

Металлургическая промышленность – крупнейший потребитель воды. Поэтому сокращение ее расхода на нужды металлургии имеет важное народнохозяйственное и природоохранное значение.

Пути сокращения водопотребления следующие:

• применение испарительного охлаждения металлургических печей и кристаллизаторов МНЛЗ, позволяющее сократить потребление воды в 5-10 раз;

• использование сухих методов очистки газов, что, в сочетании с пневмотранспортом, позволяет полностью исключить использование воды для очистки;

• совершенствование охлаждения прокатного оборудования и металла, замена охлаждения через перфорированные трубы форсуночным охлаждением, что позволяет на 20-30 % сократить потребление воды;

• совершенствование процессов промывки металла после травления за счет применения каскадов, противотока и воздушной промывки;

• воздушное охлаждение(замкнутые циркуляционные контуры воды, эмульсии могут охлаждаться воздухом, например, эмульсия в системе станов ХПТ).

Экономия воды является одним из важнейших направлений энергосбережения в металлургии.