Повышение энергетической эффективности охладительного котла-утилизатора в условиях сталеплавильного производства

Энергосбережение и повышение энергетической эффективности следует рассматривать как один из основных источников будущего экономического роста.

На сегодняшний день политика энергосбережения является приоритетным направлением развития систем энергоснабжения. В стране приняты ряд нормативных документов (Федеральные законы Российской Федерации, постановления Правительства Российской Федерации, приказы министерств Российской Федерации) , затрагивающие вопросы энергосбережения и энергоэффективности, такие как создание государственной информационной системы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, утверждение примерного плана мероприятий в области энергосбережения, требования к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, утверждение рекомендаций по проведению энергетических обследований (энергоаудита), повышение использования энергетических ресурсов и воды предприятиями, учреждениями и организациями бюджетной сферы и т.д.

Продукты сгорания металлургических печей покидают рабочее пространство агрегатов, имея высокую температуру. Потери тепла с уходящими газами составляют в тепловом балансе печи 20-40 %. Для того чтобы использовать это тепло, повысить коэффициент использования топлива и защитить от перегрева дымососы за крупными агрегатами: мартеновскими печами, конвертерами, методическими, секционными и кольцевыми печами, нагревательными колодцами и т. п., устанавливают котлы-утилизаторы, вырабатывающие за счет этого тепла технологический пар, который используется в основном в системах отопления и горячего водоснабжения.

Температура дыма за котлом-утилизатором составляет 200-250 градусов по Цельсию. Задача управления котлом-утилизатором заключается в выборе и обеспечении режима работы, необходимого для получения максимально возможного количества пара заданных параметров  температуры и давления, в условиях изменяющегося режима печи.

Режим работы котла характеризуется следующими выходными параметрами: расходом пара, его температурой и давлением. При работе в системе автоматического управления действуют следующие возмущения: изменение температуры и количества дымовых газов, изменение температуры и давления питательной воды, изменение температуры конденсата.

Котёл-утилизатор - котёл, использующий теплоту отходящих газов различных технологических установок - дизельных или газотурбинных установок, обжиговых и сушильных барабанных печей, вращающихся и туннельных технологических печей, мартеновских печей, установок крекинга [2].

Целью исследования является анализ автоматизированной системы регулирования температуры смешиваемых жидкостей в колодце-охладителе котла-утилизатора за печью отжига в СПЦ-1 АО «ОЭМК им. А.А. Угарова».

Задачи исследования:

- предоставить общие сведения о предприятия и краткую характеристику технологического процесса;

- описать технологические параметры котла-утилизатора; 

- проанализировать существующий уровень автоматизации; 

- выявить недостатки существующей системы управления и определить задачи для   модернизации    системы    управления.

Объектом исследования является котел-утилизатор за печью отжига в СПЦ-1 АО «ОЭМК им. А.А. Угарова».

Предметом исследования является автоматизированная система регулирования температуры смешиваемых жидкостей в колодце-охладителе котла-утилизатора за печью отжига в СПЦ-1 АО «ОЭМК им. А.А. Угарова».

Котлы-утилизаторы, работающие на газах различных печей, использующие газы после сушильных, обжиговых или мартеновских печей имеют особенности в эксплуатации. Отходящие газы таких установок содержат много пыли и часто содержат агрессивные химические вещества, что иногда вызывает необходимость очистки газов до котла-утилизатора. Наиболее часто для очистки используют циклоны и электрофильтры. Но предварительной очистки обычно не хватает для полной очистки газов от пыли. Пыль оседает на поверхностях нагрева, возможные утечки воды увлажняет пыль, образуя прочный постепенно нарастающий по толщине слой, что уменьшает теплоотдачу и вызывает неравномерный нагрев металла поверхностей нагрева и влечёт перекос змеевиков из-за неравномерного термического расширения  [3].

Система автоматического контроля работы котла-утилизатора предусматривает следующие узлы измерения:

- температуры пара и конденсата - термопарами ТХК или термометрами сопротивления в комплекте с вторичными прибо­рами: электронными потенциометрами;

- уровня воды в барабанном сепараторе котла - уровнеме­рами с электрической передачей показаний на вторичный самопишущий прибор;

- расхода питательной воды - стандартным комплектом: камерная диафрагма, дифманометр и вторичный регистрирующий прибор;

- расхода пара - стандартным комплектом измерительных приборов.

- разрежения по дымовому тракту, датчики типа ДР измеряют величину разрежения;

- температуры дымовых газов до и после котла-термопарами ТХА в комплекте со вторичным показывающим или регистрирующим прибором (потенциометром или милливольтметром);

- солесодержания пара  солемером, основанном на измерении электропроводности конденсата пара с регистрацией величины солесодержания электронным мостом.

Основные узлы автоматического регулирования котла-утилиза­тора следующие:

- регулирование температуры пара;

- регулирование уровня воды в барабане котла.

Автоматизацией установки котла-утилизатора за печами отжига предусматривается:

- регулирование уровня воды в барабане котла-утилизатора изменением расхода питательной воды;

- регулирование температуры воды в колодце-охладителе изменением расхода холодной производственной воды;

- контроль расхода количества и давления питательной воды;

- контроль уровня воды в барабане котла-утилизатора;

- контроль расхода, давления и температуры перегретого пара от котла в межцеховую сеть;

- контроль температуры и уровня воды в колодце-охладителе;

Недостатки существующей системы автоматизации:

- отсутствие автоматического регулирования разряжения внутри КУ,

- что приводит к нестабильной работе, частым остановкам и запускам котла;

- система предусматривает только световую и звуковую аварийную сигнализацию и не имеет автоматической аварийной защиты;

- морально и физически устаревшие средства автоматизации.

В качестве технического и программного обеспечения предлагается выбрать исполнительный механизм МЭО 1600/63-0,25-92K, датчик  температуры ТСМУ Метран-274, датчик температуры ТСПУ Метран-276, вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200»,  контроллер SIMATIC S7-1500 с CPU 1513-1 PN и программное обеспечение  STEP 7 Professional V12.

Замена морально и физически устаревших средств автоматизации системы регулирования температуры смешиваемых жидкостей в колодце-охладителе котла-утилизатора за печью отжига в СПЦ-1 АО «ОЭМК им. А.А. Угарова»,  позволит осуществлять требуемый расход холодной воды с высокой точностью и как следствие позволит экономить вод, сократить расходы  ресурсов производства, повысить  надежность системы управлении.

При внедрении описанных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности на предприятии будут достигнуты следующие результаты:

- экономия электрической энергии 149860 кВт*ч/год или в денежном выражении 384,382 тыс. руб.;

- экономия тепловой энергии 230 Гкал/год или в денежном выражении 399,664 тыс.руб.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Повышение энергетической эффективности охладительного котла-утилизатора в условиях сталеплавильного производства