авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 14 |

«УДК 620.9 ББК 31.27 С78 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы и средства энерго- и ресурсосбережения» подготовлен в рамках ...»

-- [ Страница 7 ] --

Значительное влияние на рентабельность работы компрессорной уста новки оказывает экономия электроэнергии на выработку сжатого воздуха, эффективность компрессоров, уменьшение потерь воздуха при транспорти ровке потребителям и его рациональное использование в производственных целях.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -192 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности В общем балансе потребления предприятиями электроэнергии расход ее на выработку сжатого воздуха достигает 30 %, поэтому сокращение расхо да электроэнергии в компрессорных установках является важной задачей.

Экономия электроэнергии может быть достигнута как за счет применения при проектировании компрессорных станций наиболее современного обору дования и схем снабжения предприятий сжатым воздухом, так и за счет ра циональной эксплуатации этих систем.

Следует также учитывать, что коэффициент полезного действия пнев моинструмента очень низкий, поэтому целесообразно и экономично заменять его на электроинструмент. В среднем экономия электроэнергии при этом со ставляет 7–10 %. Внедрение электроотбойных молотков взамен пневматиче ских сокращает расход электроэнергии в 10 раз, замена пневматических виб раторов на электрические – в 2–3 раза. Поэтому целесообразно применение сжатого воздуха как энергоносителя только тогда, когда это диктуется усло виями технологии и техники безопасности.

Схема снабжения предприятия сжатым воздухом кроме распредели тельных нагнетательных трубопроводов, запорной арматуры содержит и компрессорную установку (станцию), которая независимо от размеров и на значения состоит непосредственно из компрессоров, приводных двигателей и вспомогательного оборудования. И все эти элементы системы должны быть выбраны таким образом, чтобы потери электроэнергии в них были мини мальными. Если принять потребление энергии на входе электродвигателя компрессорной установки за 100 %, то потери энергии оставят, %:

в электродвигателе – 60–70;

в механической передаче от двигателя компрессору – 50–100;

в воздушном фильтре – 1–2;

непосредственно в компрессоре – 32–36;

в нагнетательных трубопроводах – 8–12.

Таким образом, на полезную работу будет израсходовано только 35–45 % затраченной электроэнергии.

Удельный расход электроэнергии, кВт ч/1000 м 3, Lиз Wисх =, 3,6 из э п где из – изометрический КПД компрессора, определяемый эксперименталь но или по каталожным данным;

э – КПД приводного электродвигателя;

п – КПД передачи от электродвигателя к компрессору;

Lиз – изотермиче ская работа компрессора, Дж, затрачиваемая на сжатие 1 м3 воздуха от дав ления всасывания р1 до конечного сжатия р2 ;

Lиз = 23000 р1 lg ( p2 / p1 ).

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -193 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности Средний удельный расход электроэнергии на привод компрессоров приведен на рис 3.5, конкретные данные по компрессорам общего примене ния – в табл. 3.9. Анализ зависимостей, представленных на рис. 3.5, показы вает, что с увеличением производительности компрессоров уменьшается удельный расход электроэнергии.

, кВт/1000 м Q1, м/ч Q2, м/ч Рис. 3.5. Средний удельный расход электроэнергии компрессоров в зависимости от производительности при давлении сжатия 0,784 МПа и полной нагрузке: 1 – поршневой компрессор;

2 – центробежный компрессор Это объясняется увеличением изотермального КПД самого компрессо ра и увеличением КПД приводного двигателя с ротором мощности. Приве денные данные соответствуют усредненным значениям режимов работы компрессоров. Для уточнения конечного результата вводятся поправочные коэффициенты на изношенность компрессора, использование компрессора по нагрузке, температуру окружающего воздуха, атмосферное давление и др.

Таблица 3. Удельный Давление Потребляемая расход Производительность, сжатия, Тип мощность, электроэнергии МПа компрессора м3 /мин кВт кВт ч/1000 м ВУвз 3/8 3,0 0,78 19,5 125, КСЭ 5/М 5,0 0,78 33,0 124, ВП-10/9 11,0 0,78 68,0 116, ВПЗ-20/9 22,0 0,78 132,0 112, 2ВМ 10-50/8 50,0 0,78 270,0 98, 4ВМ 10-100/8 100,0 0,75 540,0 97, Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -194 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности При проектировании компрессорных станций следует устанавливать меньшее число компрессоров, но большей производительности. Число ком прессоров должно быть минимальным, но с учетом возможности резерва в случае ремонта одного из них (табл. 3.9).

Так как при разгрузке компрессора, т. е. дросселировании, увеличива ется удельный расход электроэнергии, следует применять регулирование пу тем включения и отключения одного из параллельно работающих компрес соров. Если на компрессорной станции установлены компрессоры разных типов, то следует осуществлять регулирование за счет компрессора с наибо лее низким КПД. Если применяются компрессоры одного типа, то следует производить их отключение по циклической схеме. В этом случае они будут равномерно загружены, т. е. будут равномерно нагреваться как компрессоры, так и их двигатели. Это снижает потребление электроэнергии за счет повы шения КПД электродвигателя и самих компрессоров, а также уменьшает не значительно расход охлаждающей воды. Во всех случаях нужно применять типы компрессоров с наиболее высоким КПД. Такими в настоящее время яв ляются поршневые компрессоры, применение которых более экономично.

В процессе эксплуатации возможно увеличение удельного расхода электроэнергии за счет нарушения правил эксплуатации: применения других типов смазочных масел, несвоевременной ревизии клапанов, засорения на гнетательных трубопроводов, излишнего охлаждения сжатого воздуха, засо рения и несвоевременной очистки фильтров и др. Поэтому целесообразна пе риодическая проверка удельного расхода электроэнергии отдельным компрес сором. Это возможно в том случае, если система оборудована соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой (счетчиками электроэнергии, образцо выми манометрами, измерительными дроссельными диафрагмами, дифферен циальными манометрами, термометрами). Целесообразно осуществлять авто матизацию измерений основных показателей работы компрессоров.

При испытаниях компрессоров наибольшее распространение получили нормальные диафрагмы, т. е. приборы, устанавливаемые в трубопроводе и создающие в нем суженное отверстие. При прохождении через него возду ха создается перепад давления, вследствие чего часть потенциальной энергии воздуха преобразуется в кинетическую. По измеренной дифференциальным манометром разнице давления на входе и выходе диафрагмы расчетным пу тем определяют расход воздуха, т. е. производительность компрессора.

Опыт следует проводить при достижении установившегося режима.

Для этого с помощью задвижки на конце нагнетающего трубопровода уста навливают необходимое давление перед диафрагмой, далее ожидают, пока не установится температура на выходе компрессора, а также температура на выходе охлаждающей воды. Замеры производят не менее 30 мин.

Удельный расход электроэнергии Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -195 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности исх =Wcч / (V t ), где Wcч – расход электроэнергии по счетчику, кВт ч ;

V – расход воздуха диафрагмы, полученный по показаниям дифманонометра, 1000 м3 /мин;

t – длительность работы компрессоров в установившемся режиме между контрольными замерами, мин.

По полученному значению исх делают вывод о состоянии компрес сора.

Возможен и второй, более простой способ определения удельного рас хода электроэнергии. В этом случае необходимо знать точный объем возду хосборника VB. После того как компрессор в нормальном режиме работы достигает установившегося состояния, с помощью задвижки отключают воз душную сеть. Снизив давление с помощью открывания задвижки 9, 10, далее закрывают ее, тем самым заставляют компрессор работать только на запол нение воздухосборника и замеряют расход электроэнергии за время давления от р1 до р2. В этом случае удельный расход электроэнергии, кВт ч/1000 м3, 2Wсч исх =, Vв ( p1 + p2 ) где Wсч – расход электроэнергии по счетчику, кВт ч ;

Vв – объем воздухос борника, м 3 ;

р1 и р2 – давление в конце и начале отсчета, атм.

Опыт будет тем точнее, чем больше объем воздухосборника и чем мень ше разность между р1 и р2 (при этом р1 и р2 должны быть близки к рабочему давлению компрессора). Расход электроэнергии можно определить по показа ниям ваттметров более точно, если их включить в цепь электродвигателя.

Мощные компрессоры приводятся во вращение от синхронных двига телей, которые должны использоваться так же, как генераторы реактивной мощности, что даст дополнительную экономию электроэнергии в системе электроснабжения предприятий в целом.

Электрический транспорт. На промышленных предприятиях широко применяется различный электрический транспорт (железнодорожный, трол лейный, аккумуляторный), который расходует относительное большое коли чество электроэнергии. В целом по стране в общем расходе электроэнергии на долю электрического транспорта (включая железнодорожный, городской и промышленный) приходится 8–10 %, поэтому даже незначительная эконо мия здесь дает ощутимые результаты.

На большинстве промышленных предприятий применяют электрифи цированный на постоянном токе при напряжении 1500 и 3000 В железнодо рожный транспорт. В этом случае Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -196 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности W =W + Wi + Wт + Wп + Wд + Wппс + Wсн + Wтс + Wпст, где W, Wi, Wт, Wсн – расход энергии соответственно на преодоление основ ного сопротивления движению и уклонов i, на торможение и собственные нужды подвижного состава;

Wп, Wд, Wппс, Wтс, Wпст – потери энергии соот ветственно в пусковых устройствах, тяговых двигателях, силовых преобразо вателях подвижного состава, тяговой сети и на тяговых подстанциях.

Первые семь составляющих определяются конструкцией подвижного состава и железнодорожного пути. Так, значение W минимально при при менении на подвижном составе роликовых подшипников и при невысоких скоростях движения;

Wi стремится к минимуму, если профиль пути горизон тальный и нет кривых малого радиуса;

Wт минимально, если на подвижном составе применяется рекуперативное торможение;

Wп мало, если применяет ся импульсный (электронное управление) пуск тяговых двигателей;

Wд тре бует применения двигателей с высоким КПД, что имеет место в том случае, когда выполняются на оптимальное для данного типа подвижного состава напряжение. Это требует установки на подвижном составе статических (им пульсных) преобразователей с собственным высоким КПД, чтобы было мало значение Wпр ;

Wсн можно уменьшить, если применять на подвижном составе мотор-компрессоры и мотор-вентиляторы с высокими техническими данны ми и высоким КПД. Последний может быть максимальным, если питать мо тор-компрессоры и мотор-вентиляторы оптимальным регулируемым напря жением. Для этих целей на подвижном составе устанавливают специальные статические преобразователи.

Потери энергии в тяговой сети Wтс зависят от сечения проводов, схе мы питания и уровня напряжения тяговой сети.

Сечение проводов тяговой сети должно выбираться в соответствии с экономической плотностью тока, А/мм 2 :

р рнорм + пр bпр Vпр = 0, jэк.пр, с0 Т г где рнорм – нормативный коэффициент эффективности, год;

рпр – годовой про цент амортизационных отчислений по контактной сети, %;

bпр – стоимость ма териала контактного провода, руб./м3 ;

Vпр – удельная проводимость материала ( ) провода, м/ Ом мм 2 ;

с0 – стоимость электроэнергии, руб./ ( кВт ч ) ;

Т г – го довое число потерь, ч/год.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -197 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности В табл. 3.10 для Т г = 4000 ч приведены значения jэк.пр для мед ных (р =1/ 8,3;

рпр = 7,8 %;

bпр = 8,0 руб./дм3 ;

и сталеалюминевых проводов норм с0 = 0,01руб./ ( кВт ч )).

Таблица 3. jэк.пр, А/мм с0, руб./ ( кВт ч ) Медный провод Сталеалюминевый провод 0,01 1,35 1, 0,02 0,95 0, 0,03 0,75 0, Сечения проводов qпр определяют по эквивалентному значению тока на грузки I экв :

qпр = I экв / jэк.пр.

Так как сечение проводов изменяется ступенчато, то с точки зрения экономии электроэнергии округление сечения следует проводить до бли жайшего большого значения.

Если рассчитанная для меди площадь сечения qпр оказывается больше стандартного сечения контактного провода, то целесообразно увеличить се чения за счет применения усиливающих алюминиевых проводов. Для опре деления их сечения необходимо в выражения подставить значения, соответ ствующие алюминию, и провести повторный расчет, в результате которого получится экономичное сечение контактной сети, выполненной полностью из алюминия ( qпр.а ). Тогда площадь сечения устанавливающих алюминиевых проводов qу.а = qпр.а qпр.м 1, 65, где qпр.м – сечение медного контактного провода.

Возможно одно- и двустороннее питание тяговой сети промышленного транспорта. В системе электроснабжения промышленного электрического транспорта, как правило, применяется централизованное питание контактной сети от одной тяговой подстанции. В этом случае применяется односторон нее питание, так как облегчается защита тяговой сети от токов короткого за мыкания (КЗ), что, естественно, увеличивает надежность ее работы. В то же время, если применять двустороннее питание тяговой сети, то значительно уменьшаются потери электроэнергии. Так, если на участке находится один поезд, то потери уменьшаются в 2 раза;

если на участке возрастает число по Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -198 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности ездов (n ), то эти потери будут одинаковы (рис. 3.6). Поэтому с точки зрения экономии электроэнергии при небольшом числе поездов n на участке следует осуществлять двустороннее питание участков тяговой сети. Если не поддерживать среднее значение уровня напряжения в тяговой сети, то возни кают дополнительные потери электроэнергии.

Рис. 3.6. Зависимость Pодн / Pдв = f (n) Действительно, если считать, что энергия, потребляемая электропоез дами, не зависит от уровня напряжения, то дополнительные потери мощно сти в тяговой сети ( ) Ртс = Ртс U ном / U 2 1, где Pтс – потери мощности в тяговой сети при номинальном уровне напряже ния;

U ном – 275, 600, 750, 1500, 3000 В ;

U – пониженный уровень среднего напряжения в тяговой сети.

При снижении напряжения потери составляют до 50 %. Поэтому на тя говых подстанциях желательно поддерживать постоянное напряжение пита ния преобразовательных агрегатов. В ряде случаев повышают питающее на пряжение в зависимости от возрастания нагрузки тяговой сети. Для этого применяют либо автотрансформаторы, включенные на входе трансформато ров преобразовательных агрегатов, либо общие понизительные трансформа торы с РПН.

Потери энергии на тяговых подстанциях Wпс определяют схемой включения преобразовательных агрегатов и системой регулирования числа параллельно работающих агрегатов, подключенных к данной подстанции.

Непосредственно выпрямитель может быть подключен к силовому трансформатору по шестифазной схеме выпрямления в двух исполнениях:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -199 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.3. Энергосбережение в промышленности схеме звезда-звезда с нулевым реактором или по схеме Ларионова. Как из вестно, использование трансформатора во второй схеме лучше, т. е. в нем меньше теряется электроэнергия. Отношение мощности на выходе Рd к мощности на входе S1 для схемы звезда-звезда с выведенной нейтралью со ставляет 1,26, для шестифазной схемы Ларионова – 1,05. Во второй схеме упадут потери электроэнергии. Тем не менее на практике все еще применяет ся первая схема, которая досталась «по наследству» от ртутных выпрямите лей.

На преобразовательных подстанциях промышленного транспорта, как правило, применяются несколько параллельно работающих выпрямительных агрегатов. Естественно, в работе могут одновременно находиться несколько агрегатов. Их экономичная работа определяется теми же условиями, что и параллельная работа силовых трансформаторов, так как потери энергии не посредственно в кремниевых выпрямителях прямо пропорциональны значе нию выпрямленного тока. Следовательно, максимальное значение КПД агре гата определяется максимальным КПД выпрямительного трансформатора, т. е. К н = 0,6–0,7.

Соблюдение перечисленных рекомендаций может дать экономию элек троэнергии в системах электроснабжения промышленного транспорта до 4–6 % от потребляемой электроэнергии.

В цехах промышленных предприятий широкое распространение полу чил аккумуляторный напольный транспорт (электропогрузки, электротележ ки, электроштаблеры и т. д.). Он обладает низким КПД, определяемым в ос новном характеристикой заряда – разряда используемых электрохимических аккумуляторов. Как показали исследования, проведенные рядом ученых по улучшению зарядных характеристик кислотных аккумуляторов, КПД акку муляторов может быть улучшен, если применять ускоренный заряд знакопе ременным током. В этом случае потери электроэнергии при заряде аккумуля тора сокращаются в 2–3 раза за счет уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора зарядному току из-за лучшего перемешивания электролита и отсутствия поляризации на электродах, что позволяет производить уско ренный заряд. КПД аккумулятора увеличивается на 10 %, что соответственно на это же значение позволяет экономить электроэнергию, расходуемую на работу напольного аккумуляторного транспорта.

Зарядное устройство состоит из управляемого выпрямителя, инвертора и коммутатора, т. е. его схема усложняется.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -200 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Технологические процессы в металлургической промышленности от личаются повышенным удельным расходом энергии, поэтому на пути энер госбережения можно выделить стратегические и тактические шаги.

Стратегические подходы связаны, как правило, с реконструкцией про изводства, внедрением новых энергосберегающих технологических процес сов [36]. Большое внимание уделяется на всех заводах черной металлургии повышению качества металла. Реализуется целевая образовательная про грамма по энергосбережению, которая корректируется с учетом особенно стей конкретного предприятия.

К тактическим шагам можно отнести организацию учета расходования энергоресурсов на разных уровнях, в том числе и на отраслевом. Несмотря на такое требование, в последних ГОСТах по энергосбережению введение ново го интегрального показателя – полной энергоемкости изготовления продук ции, отсутствует.

Основные резервы экономии энергоресурсов в металлургии заключены в реализации или дальнейшем развитии следующих направлений:

• Комплексное использование сырья. Это реальный путь снижения отходов и, как следствие, энергозатрат не только в горнодобывающей про мышленности, но и в др.

• Более широкое использование техногенных ресурсов. Необходимо дальнейшее развитие сложившейся технологической цепочки «руда – ме талл» еще одним переделом – переработка попутных материалов, отходов и др.

• Дальнейшее увеличение производства проката с улучшенными прочностными и защитными свойствами и расширение его ассортимента.

• Более полное использование ресурсов лома и вторичного сырья.

• Перевод существующих производственных заводских котельных на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии.

• Развитие рекуперативного теплообмена в топливопотребляющих технологических установках.

• Снижение тепловых потерь при производстве преобразованных ви дов энергии, в том числе за счет использования вторичных энергоресурсов.

Современное состояние металлургии в мире можно охарактеризовать в первую очередь острой конкурентной борьбой за рынки сбыта, за выгодные тарифы на услуги и продукцию естественных монополий. Большое влияние на развитие металлургии оказывает динамика цен на первичное топливо – энергетическое и технологическое (коксующийся уголь, природный газ).

Поэтому можно прогнозировать, что в обозримом будущем российская металлургия будет решать две задачи:

1) производство марочной и качественной продукции;

2) снижение затрат на производство продукции и в первую очередь за счет освоения энергосберегающих технологий.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -201 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность 3.4.1. Экономия энергоресурсов на предприятиях черной металлургии Потенциальные возможности энергосбережения в черной металлургии представлены в табл. 3.11.

На предприятиях черной металлургии (ПЧМ) сталь производится по одному из трех технологических циклов:

1) коксовая печь – доменная печь – мартеновская печь;

2) коксовая печь – доменная печь – кислородный конвертер;

3) лом + окатыши – электрическая печь.

Все ведущие страны уже отказались от мартеновского способа произ водства стали. Основным способом стал второй технологический цикл. Это объясняется тем, что производительность конвертеров в 10 раз выше произ водительности мартеновских печей, а расход энергоресурсов на 1 т стали в конвертерах в 3,3 раза меньше, чем в мартеновских печах. В РФ мартенов ским способом выплавляется около 50 % стали, поэтому одним из основных направлений по экономии энергоресурсов на ПЧМ является переход от мар теновского к конвертерному способу производства стали.

Следующий важный шаг к экономии энергоресурсов на ПЧМ – разви тие сети мини-заводов, которые включают только электросталеплавильное и прокатное производства и работают на металлическом ломе или окатышах.

Это позволяет отказаться от коксохимического и доменного производств, ко торые потребляют 40–50 % энергоресурсов ПЧМ.

Третьим шагом по экономии энергоресурсов на ПЧМ может стать пе реход к непрерывной разливке стали и отказ oт прокатных станов, которые потребляют до 10 % энергоресурсов ПЧМ. В РФ на установках непрерывной разливки стали производится только 17 % продукции, а в США, Японии, Франции и других странах – до 94 %.

Кроме указанных выше путей экономии энергоресурсов, которые свя заны с большими капитальными затратами на перевооружение ПЧМ, суще ствуют мероприятия, не требующие больших затрат. Рассмотрим их для кон кретных производств ПЧМ.

Производство агломерата. Увеличение высоты слоя шихты до 500 мм и ее комбинированный нагрев позволяют экономить до 12 % топлива. До полнительный нагрев верхнего слоя шихты воздухом или продуктами сгора ния от дополнительно установленных горелок до 620–950 °С снижает расход коксовой мелочи на 12 кг/т агломерата, а также ее выход на 3–5 %. Накаты вание топлива и извести на комки шихты дает снижение расхода топлива на 10 %. Автоматизация работы агломашины обеспечивает постоянное качество агломерата, оптимальный режим агломерации и снижение расхода топлива Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -202 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность на 6–8 кг/т агломерата. Около 35 % тепла, необходимого в процессе агломе рации, выбрасывается в окружающую среду с охлаждающим воздухом и теп лом агломерата. Эффективным мероприятием в этой связи является подогрев шихты воздухом, отходящим от охладителя агломерата, и замена холодного воздуха горения в горне на нагретый. Большое внимание должно уделяться комбинированному нагреву шихты с использованием теплоты внешнего ис точника. Высокотемпературный нагрев шихты можно осуществить просасы ванием через нее горячих нейтральных или слабовосстановительных газов (доменного газа, продуктов сжигания нефти и т. д.).

Производство окатышей. Сжигание природного газа в слое шихты дает снижение расхода топлива на 11 %. Ввод в шихту твердого топлива – антрацитового штыба – сокращает расход природного газа на 18 %. Увеличе ние высоты слоя окатышей с 250 до 500 мм повышает производительность на 50 % и снижает расход топлива на 5 %. Увеличение доли высокотемпера турного воздуха (800–900 °С), используемого для горения, на 12–15 % путем реконструкции переточной системы сокращает расход природного газа на 8–10 %. Оптимизация тепловых режимов путем рационального распреде ления тепловых и газовых нагрузок по зонам в соответствии с качеством же лезорудного сырья и требованиями технологии позволяет сэкономить 10–12 % топлива.

Коксохимическое производство. Включает термическую подготовку угольной шихты. Угольную шихту предварительно нагревают до 150–200 °С.

Для нагрева следует шире использовать отходящие газы установок сухого тушения кокса или раскаленный кокс, выдаваемый из коксовых печей. Тер моподготовка шихты позволяет увеличить производительность коксовых ба тарей и снизить расходы тепловой энергии. Автоматизация системы управ ления процессом горения топлива при отоплении коксовых печей дает эко номию энергии 42 МДж теплоты на 1 т кокса. Более широкое применение установок сухого тушения кокса и получаемой при этом теплоты связано с производством пара энергетических параметров. Теплота отходящих от бата рей дымовых газов используется для нагрева воды, отопления и других ком мунально-бытовых целей.

Доменное производство. Один из основных видов топлива в доменном производстве – дорогостоящий кокс. Ниже приведены мероприятия, с помо щью которых можно снизить расходы кокса (кг/т):

Повышение содержания железа в шихте 9– Вывод сырого флюса из доменной шихты 9– Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -203 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Снижение:

содержания золы и серы в коксе 3– доли литейного чугуна и ферросплавов в общей выплавке 8– Улучшение:

качества железорудных материалов 12– физико-технических характеристик кокса 5– Повышение давления газа на колошнике доменной печи 4– Применение природного raзa и мазута в сочетании с дутьем, обогащенным кислородом 20– Повышение нагрева дутья 7– Вдувание измельченного твердого топлива 6– Применение:

металлизированного сырья 4– горячих восстановительных газов Конвертерное производство. Использование конвертерного газа. Эф фективное использование котлов-охладителей конвертерных газов позволяет вырабатывать пар давлением до 4,5 МПа в количестве 0,25 т на 1 т стали, ко торый может расходоваться для производственных нужд и привода турбин компрессоров. Применение непрерывного литья заготовок после конвертеров дает сокращение расхода топлива на 30–40 кг и электроэнергии на 20–25 кВт · ч на 1 т стали.

Электроплавильное производство. Основную долю экономии энерго ресурсов можно получить путем оптимизации работы дуговых печей.

Прокатное и трубное производства. Повышение температуры слит ков, подаваемых в нагревательные колодцы, до 800–830 °С и увеличение до ли горячего посада до 90–98 % сокращают расход топлива па 4–5 кг/т прока та. Подача горячего металла в методические печи транзитом от обжимных заготовочных станов уменьшает расход топлива на 15–60 % относительно расхода при холодном посаде. До 15–20 % теплоты, подаваемой в печь с топ ливом, отводится системой охлаждения конструктивных элементов печи.

Около 90 % теплоты, воспринимаемой охлаждаемыми элементами печи, приходится на долю подовых труб (балок). Применение испарительного охлаждения по зволяет практически полностью утилизировать эту теплоту. Количество теп Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -204 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность лоты, воспринимаемой подовыми трубами, может быть сокращено за счет их термоизоляции и уменьшения площади обогреваемой поверхности. Достичь этого можно увеличением шага между трубами. При оптимальном уменьше нии площади поверхности подовых труб снижение удельного расхода топли ва на нагрев металла достигает 10 %. Термоизоляция подовых груб, выпол няемая из огнеупорных волокнистых материалов, позволяет сократить расход топлива на 18–25 % и повысить производительность печи на 15 %.

Температура отходящих газов нагревательных печей достигает 900–1000 °С, причем 40–60 % теплоты, выделяемой при сгорании топлива, отводится с продуктами сгорания. Для утилизации этой теплоты следует применять на грев отходящими газами подводимого воздуха для сжигания топлива, нагрев газового топлива, предварительный нагрев металла, загружаемого в печь.

При подогреве металла отходящими газами расход топлива может быть со кращен на 15 %. Нагрев воздуха, подаваемого в печь, отходящими газами на 100 °С дает экономию топлива 4–5 кг/т проката. Оптимизация работы печей с использованием автоматики позволяет снизить расход топлива на 15–20 кг/т.

Внедрение технологии нагрева слитков в нагревательных колодцах слябин гов с отоплением из центра пода с импульсной подачей топлива сокращает расход топлива на 13–16 %. Установка теплообменников для утилизации те пла на выходе из радиантных труб повышает степень использования топлива на 25–30 %. Применение рекуператоров для использования теплоты после колпаковых печей снижает расход топлива на 16–20 %. Физическая теплота отходящих газов нагревательных печей и колодцев должна использоваться для выработки пара в котлах-утилизаторах.

Огнеупорное производство. Замена печей устаревших конструкций (кольцевых, газокамерных, периодических) современными противоточно рекуперативными обжиговыми агрегатами (туннельными, вращающимися, шахтными печами) позволяет сократить расход топлива с 1 до 240 кг/т. Со вершенствование горелочных устройств печей уменьшает расход топлива на 5–10 %. Применение кислорода при сжигании топлива во вращающихся пе чах снижает расход топлива на 30–35 %. Использование отходящих газов для подогрева кусковых материалов дает снижение расходов топлива на 10–20 %.

Утилизация теплоты в котлах-утилизаторах и водяных экономайзерах уменьшает расход топлива на 10–30 %.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -205 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Таблица 3. Основные энергосберегающие технологические про- Потенциальная экономия цессы, оборудование и мероприятия топлива 1 Обогащение руды Повышение содержания железа в железорудной час- 1,5 % кокса на 1 т чугуна;

рост ти шихты на 1 % производительности на 2,2 % Агломерационное производство Снижение содержания мелких фракций в агломерате 1 % кокса на 1 т чугуна на 1 % Снижение колебаний содержания железа в агломера- 4–5 % кокса на 1 т чугуна те (с +1,5 до +0,3 %) Снижение колебаний основности (с ±0,1 до ±0,075) 0,8 % кокса на 1 т чугуна Ввод извести в шихту взамен известняка (на 10 кг 1 кг у. т./т агломерата (твердого известняка) топлива) Увеличение высоты спекаемого слоя на каждые 10 мм 0,6–2 % уд. расхода твердого то (в диапазоне от 240 до 450 мм) плива на 1 т агломерата Применение технологии накатывания тонкоизмель- 5–7 % топлива/т агломерата ченного твердого топлива (до 0,5 мм) на гранулы окомкования шихты Дросселирование вакуумкамер под зажигательными До 10 % топлива/т агломерата устройствами Использование тепла агломерата (для нагрева возду- До 30 % газообразного и 10 % ха на горение или прямое использование горячего твердого топлива/т агломерата воздуха) Внедрение систем автоматического регулирования 5–10 % (от потребления в про процессом агломерации цессе) Производство окатышей Ввод в действие машин с площадью спекания 520 м2 8–10 % (топлива), 7–10 % (элек (вместо 108 и 306 м2) троэнергии) Увеличение высоты спекаемого слоя (на каждые 100 мм 4–5 % удельного расхода топлива увеличения слоя) до технологически возможного Интенсификация процессов сушки и обжига, в том 10–15 % (от потребления в про числе за счет использования комбинированного спо- цессе) соба обжига окатышей со сжиганием газа над слоем и в слое окатышей, применения эффективных горе лочных устройств и высокотемпературного подогре ва воздуха Рециркуляция газов зоны охлаждения для целей 15–20 % (от потребления в про сушки цессе) Доменное производство (экономия кокса на 1 т чугуна) Увеличение содержания железа в шихте (на 1 %) 1,5 % Снижение доли мелочи – 5 мм в агломерационной 1,0 % шихте (на 1 %) Увеличение доли окускованных материалов в желе- 0,25 % зорудной части шихты (на 1 %) Повышение температуры дутья (на 10 °С) 0,2 % Снижение влажности дутья (на 10 г/м) 2% Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -206 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Окончание табл. 3. 1 Вывод сырых флюсов (на 10 кг извести) 0,5 % Повышение давления газа на колошнике (на 1 МПа) 0,3 % Частичная замена кокса другими энергоносителями:

природный газ (на 10 м /т) 1,8 % мазут (на 10 кг/т) 10 кг угольная пыль (на 10 кг/т) 6 кг Автоматизация процесса плавки, автоматическое ре- 2–5 % гулирование загрузки шихты Сталеплавильное производство Интенсификация технологии стали за счет примене- 10–12 кг у. т. на 1 т стали ния кислорода, современных средств управления плавкой и др. мероприятий Повышение доли лома в шихте, увеличение его сред- Затраты на переработку 1 т лома ней плотности в 8 раз ниже, чем на 1 т чугуна Обработка стали в вакууме Себестоимость стали снижается от 3 долл. США/т и выше Использование природного газа в электропечах с 4–10 % удельного расхода ус удельным расходом 10–13 м3/т ловного топлива на 1 т стали Исключение скачивания шлака из мартеновской печи Стабилизация тягового режима при наличии бурого дыма в печи печи Прокатное производство (экономия в кг у. т. на 1 т проката) Внедрение непрерывной разливки стали (МНЛЗ) 20– Высокотемпературный подогрев воздуха (на каждые 4– 100 °С повышения температуры) Применение высокоэффективной теплоизоляции (в т. ч. каолиновых изделий):

стен и сводов нагревательных печей 2– подовых труб 9– Организация транзита и горячего всада непрерывно До литых слябов на прокатных станах Увеличение доли на 4–5% горячего посада слитков 7– в нагревательные колодцы и их температуры на 30–40 °С Применение оптимальных режимов нагрева и терми- 10– ческой обработки металла, автоматизация процессов с применением ЭВМ Нагрев слитков в нагревательных колодцах с им- 1,5– пульсной подачей газа и воздуха в период томления Посад в нагревательные колодцы слитков с незатвер- 3, девшей сердцевиной в размере 10 % от объема сатки Горячий посад металла от обжимного стана в нагре- вательные печи листовых станов Производство проката с гарантированной общей 1300– прочностью (на 1 т сэкономленного проката) Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -207 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность 3.4.2. Энергосбережение в цветной металлургии В свинцовом и медно-цинковом производствах применение кивцетной плавки приводит к снижению удельных расходов топлива на 20–50 %. При внедрении автогенной плавки медно-никелевого сырья в агрегате непрерыв ного действия удельный расход электроэнергии снижается более чем в раза. Бездиафрагменные электролизеры уменьшают удельный расход элек троэнергии при получении магния на 8–10 %, а закрытые РТП (с оптимиза цией режимов плавки в ней) – на 5–7 %. Для снижения расходов органиче ского топлива целесообразно повысить долю плавки в электропечах взамен плавки в шахтных и отражательных печах, на которые в настоящее время приходит ся соответственно 15–25 и 40–50 % общего производства. В производстве алюминия переход на электролизеры с обожженными анодами обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии на 5–7 %.

Один из крупных потребителей тепловой энергии в цветной металлур гии – производство глинозема. Для снижения расхода энергоресурсов в этом производстве рекомендуются следующие мероприятия: перевод печей спека ния и кальцинирования на сжигание природного газа, внедрение рекупера тивных холодильников (циклонного или «кипящего» слоя), повышение сте пени регенерации тепловой энергии в автоплавильных установках выщела чивания и обескремнивания, увеличение кратности использования пара в выпарных батареях, внедрение водоподогревателей контактного типа.

Таблица 3. Удельный расход, кВт · ч/т Вид продукции Медь черновая 658– Медь рафинированная Никель электролитный 3465– Никель огневой Цинк электролизный 3712– Свинец Глинозем Алюминий-сырец Алюминий высокой чистоты Электролиз магния Титан Кобальт Электролиз:

сурьмы кадмия марганца кальция 3000– натрия 14000– лития бериллия меди 2500– Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -208 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Выполнение этих мероприятий позволит снизить удельные расходы топлива на 20–25 % и тепловой энергии в 1,5–2 раза. До 10 % расходов энер горесурсов можно снизить за счет автоматизации технологических процес сов.

В табл. 3.12 приведены средние удельные расходы электроэнергии (кВт · ч/т) на некоторые виды продукции предприятий цветной металлургии.

3.4.3. Электротермические установки Дуговые сталеплавильные печи (ДСП). Эти печи являются одним из самых крупных потребителей электрической энергии. Мощность дуговых печей достигает 100 МВ А [2].

Удельный расход электроэнергии на выплавку 1 т стали в ДСП можно выразить следующей формулой:

Sп cos п уд.т Р2 t2 Р3 t уд = + +, (3.15) Sп cos пэл Р1 G эл G эл где Sп – мощность, потребляемая печью, кВ А ;

Р1 – мощность тепловых потерь в период расплавления, кВт;

Р2 – мощность тепловых потерь в пе риод кипения и рафинирования, кВт;

Р3 – мощность тепловых потерь в пе риод простоя печи, кВт;

t 2 – время периода кипения и рафинирования, ч;

t3 – время простоев (слив металла, очистка печей, подварка пода и стен, загрузка металла), ч;

G – масса загрузки печи, т;

уд.т – теоретически необходимый расход электроэнергии на расплав 1 т металла, кВт · ч;

cosп – коэффициент мощности печи.

Из выражения (3.15) видно, что на удельные расходы электроэнергии и соответственно электропотребление в ДСП влияют следующие факторы:

производительность печи (количество загружаемой в печь шихты и ее подготовка);

электрические и тепловые потери;

простой печи;

электрические и технологические режимы работы печи.

Основные направления по экономии электроэнергии в ДСП видны также из сопоставления нормализованных и фактических энергобалансов пе чей (табл. 3.13). Как следует из таблицы, приходная часть определяется по лученной из сети электроэнергией и теплом от экзотермических реакций.

Доля электроэнергии в приходной части баланса составляет до 85 % при плавке без применения кислорода и 65–75 % с его применением. В расходной части баланса около 40 % составляют тепловые и электрические потери и примерно 60 % – полезный расход.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -209 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Таблица 3. Фактический ЭБ, Нормализованный ЭБ, Статья баланса кВт ч /% кВт ч /% Приход энергии Из электрической сети 3100/40 2280/ От подогретой шихты 3722/48,3 3722/ От экзотермических реакций 616/8 545/ От окисления электродов 263/4 263/ Расход энергии Технологический процесс 4754/61,7 43682/ Тепловые потери:

через шихту печи 459/6 176/2, излучением через отверстие 30,2/0,4 30,2/0, с уходящими газами 1001/13 855/ в электродах 58,1/0,76 25/0, с охлаждающей водой 427,3/5,5 183/2, Электрические потери 970/23,6 817/ При снижении производительности ДСП уд возрастает. Это объясня ется тем, что тепловые потери, не зависящие от производительности, распре деляются на меньшее количество металла. Удельные расходы зависят от на чальной температуры шихты, уменьшаясь с ее увеличением. Важным факто ром, влияющим на производительность ДСП, является удельная мощность S уд печного трансформатора, приходящаяся на 1 т емкости печи.

По величине удельной мощности ДСП делят на три класса:

1) сверхмощные ( S уд 700 кВ · А/т);

2) мощные ( S уд = 400–700 кВ · А/т);

3) средней мощности ( S уд = 200–400 кВ · А/т).

Применение сверхмощных печей позволяет снизить время плавления металла tпл и соответственно удельные расходы электроэнергии. Зависимость времени плавления и удельных расходов электроэнергии от удельной мощ ности для ДСП емкостью 100 т представлена в табл. 3.14.

Таблица 3. S уд, кВ · А/т Pп.ср, МВт уд, кВт · ч/т tпл, мин 400 26,0 108 500 32,5 83 600 39,0 67 700 45,5 57 750 48,8 53 800 52,0 49 900 58,5 43 1000 65,0 39 Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -210 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Из табл. 3.14 видно, что с увеличением S уд печных трансформаторов от 400 до 750 кВ А/т tпл сокращается примерно вдвое, а уд – на 11 %. Даль кВ А/т дает значительно меньший эф нейшее возрастание S уд до фект: tпл уменьшается на 28%, а уд – на 3 %. Поэтому для каждой ДСП в за висимости от условий эксплуатации следует выбирать оптимальную мощ ность печных трансформаторов, превышение которой нецелесообразно как по технологическим, так и экономическим соображениям. Так, для ДСП ем костью 100 т оптимальная мощность печного трансформатора равна 72 МВ А.

Средний цикл плавки в сверхмощных печах состоит из следующих операций:

1) заправка печи, загрузка первой бадьи лома, перепуск и смена элек тродов (около 20 мин);

2) плавление шихты с учетом внутриоперационных пауз (около 55 мин);

3) окислительный период: нагрев и обезуглероживание металла (около 15 мин);

4) выпуск металла из печи (около 5 мин).

Продолжительность операций можно сократить интенсификацией тех нологических периодов плавки и организационных мероприятий, направлен ных на уменьшение длительности внутри- и межплавочных простоев. Так, для сокращения времени плавления шихты под током широко используют подачу газообразного кислорода в рабочее пространство печи, топливно кислородные горелки, располагаемые на стенах печей между электродами и в рабочем окне. Дальнейшее сокращение продолжительности плавления на 5–10 мин обеспечивается предварительным подогревом лома за счет тепла отходящих из печи газов. Время окислительного периода плавки можно со кратить, повышая мощность дуг, строго сочетая скорость обезуглероживания со скоростью нагревания металла при помощи АСУ технологического про цесса и понижая температуру выпускаемой из печи стали при дополнитель ном подогреве ее вне печи в печах-ковшах.

Технология выплавки стали с оставлением в печи 15–20 % жидкого ме талла и всего конечного шлака позволяет сократить продолжительность межплавочных простоев примерно в 2 раза, выпуск стали через углубленное или расположенное в подине печи отверстие отсекает печной шлак, сокраща ет время выпуска до 1–3 мин.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -211 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Одновременно с сокращением продолжительности плавок в сверхмощ ных печах уменьшается и удельный расход электроэнергии, составляющий при использовании небольшого количества кислорода и 90–100 % лома в шихте около 480–520 кВт · ч на 1 т жидкой стали. В печах, перерабаты вающих металлизированные окатыши, удельный расход электроэнергии су щественно выше, что связано с восстановлением оксидов железа этого сырья и большим количеством образующегося шлака. Уровень расхода 510–520 кВт · ч на 1 т стали был достигнут отдельными нашими печами средней удельной мощности, использовавшими большое количество кислорода по ходу плавки или переплавлявшими легированные отходы. В последнем случае расход энергии на процесс плавления меньше, так как суммарная энергия химиче ских реакций в период плавки значительно больше, чем на обычном ломе.

На отдельных заводах, использовавших обычный лом в количестве до 10 %, удельный расход электроэнергии в период плавления существенно снижался в результате применения большого количества кислорода, пода ваемого через трубку в рабочее пространство печей, через стеновые топлив но-кислородные горелки (на иностранных фирмах) или сводовые фурмы (на отечественных заводах). Судя по нашим и западноевропейским данным, ки слород, подаваемый в печь в период плавления, снижает уд за этот период плавки в размере 3,0–3,5 кВт · ч на 1 м3 использованного кислорода.

Предварительный подогрев загружаемого в печь лома отходящими от нее газами сокращает количество тепла, необходимого для плавления шихты, на 35–40 кВт · ч/т.

Применение печей-ковшей для дополнительного подогрева стали, вы пущенной из ДСП, позволяет снизить уд на 5–20 кВт · ч/т.

Расход электроэнергии в ДСП зависит также от электрических режи мов работы печей. Регулировать электрический режим печи можно, изменяя либо питающее напряжение, либо длину дуги, а следовательно, и ее ток.

Первый способ регулирования осуществляется переключением обмотки вы сокого напряжения печных трансформаторов, он применяется только не сколько раз за плавку при изменении протекающего в печи процесса. Второй способ позволяет регулировать режим работы печи непрерывно и плавно, поднимая и опуская электроды с помощью системы автоматического управ ления, поддерживающей на заданном уровне ток и мощность печи. При не прерывном регулировании режима печи по току важно знать электрические характеристики печи – зависимости от тока полной ( Sп ), активной ( Pп ), реак тивной ( Qп ) мощностей, мощности ( Pд ) и напряжения (U д ) дуги, электриче Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -212 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность ских ( Pэл ) и тепловых ( Pт ) потерь, КПД ( эл ) и коэффициента мощности ( cos п ).

Электрические характеристики строят на основе схем замещения печ ных установок, они позволяют оценить целесообразность работы печи в том или ином режиме и выбрать соответствующий ток, на который надо настро ить систему автоматического регулирования. Однако для определения опти мальных режимов печи одних электрических характеристик недостаточно.

Дуговая печь – это технологический агрегат, характеризуемый удельным расходом электроэнергии и производительностью. Причем режим с мини мальным удельным расходом электроэнергии не совпадает с режимом мак симальной производительности. Для выяснения связей этих режимов необ ходимо построить дополнительно рабочие характеристики ДСП, т. е. зависи мости удельных расходов уд, времени плавления tпл, производительности печи Gп и полного КПД печи п от тока (рис. 3.7).

Рабочие характеристики печи строят для периода расплавления метал ла, так как этот период является определяющим для всех ДСП. Как видно из рис. 3.7, возможные пределы рабочих режимов печи уже, чем электрических.

Это объясняется тем, что печь может работать лишь тогда, когда ее активная мощность не меньше, чем сумма ее тепловых и электрических потерь, что соответствует токам I p min и I p max. Кривая удельного расхода электроэнергии уд имеет минимум при токе I опт. э, при этом же токе получается и максимум КПД печи п. Таким образом, I опт. э определяет оптимальный режим работы печи по энергетическим характеристикам. Кривая производительности печи Gп достигает максимума при токе I max пр, который соответствует максимуму мощности дуг. Этому же току соответствует минимум кривой времени рас плавления tпл. Следовательно, I max пр соответствует режиму максимальной производительности печи. Из рис. 3.7 следует, что оптимальный режим по энергетическим характеристикам наступает при токе, меньшем, чем ток, со ответствующий максимальной производительности. Поэтому, если предпри ятие работает в условиях дефицита электроэнергии, то, очевидно, надо ори ентироваться на оптимальный энергетический режим и поддерживать ток I опт. э, а если выплавлять максимум металла, то определяющим можно при нять режим максимальной производительности и поддерживать ток I max пр.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -213 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность cos п Uд Iр min Imax пр Iр max Рис. 3.7. Рабочие и электрические характеристики дуговой печи Снижение тепловых потерь в ДСП можно получить увеличением стой кости футеровки, улучшением качества футеровки, окраской наружных по верхностей кожуха печи алюминиевой краской, изготовлением конической футеровки с соответствующим изменением кожуха печи, снижением потерь тепла с охлаждающей водой, уменьшением потерь тепла с отходящими газа ми, уменьшением потерь тепла излучением через окна и отверстия печи, со кращением простоев печи.

Стойкость футеровки может быть повышена за счет применения высо кокачественных футеровочных материалов, выбора и поддержания опти мальной высоты свода над уровнем металла в период рафинирования, Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -214 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность уменьшения продолжительности рафинирования, осуществления скоростных ремонтов теплоизоляции стен, применения на крупных ДСП взамен футеров ки водоохлаждаемых панелей.

Для футеровки стен и сводов ДСП применяют в основном магнезиото хромитовые огнеупоры. Толщина футеровки стен и сводов зависит от вме стимости печей. Увеличение толщины этих элементов футеровки нерацио нально, так как в этом случае значительно увеличиваются скорость износа и удельный расход огнеупоров. Иначе обстоит дело с конструкцией подины.

Тепло, теряемое через подину, отнимается от нагретой и расплавленной ших ты, т. е. теряется часть полезной энергии, идущей на расплавление шихты.


Поэтому подину теплоизолируют от металлического днища слоем асбеста, шамотного порошка и шамотного кирпича.

Наибольшее влияние на величину тепловых потерь крупных ДСП ока зывает длительность цикла плавки tц.п, поэтому при сокращении tц.п на со временных мощных ДСП вместительностью 100–150 т до 1,0–1,5 ч доля теп ловых потерь снижается до весьма малых значений. Этому способствует и замена большей части футеровки стен и свода водоохлаждаемыми панелями.

Водоохлаждаемыми панелями заменяют до 80 % площади боковой поверх ности стен и до 90 % площади поверхности свода.

В энергобалансе ДСП потери тепла с отходящими газами составляют в среднем 15–17 %. Кроме того, удаление и очистка газов требуют дополни тельных энергетических затрат, увеличивающих расход электроэнергии на выплавку стали на 10–12 %. Снижение потерь тепла с уходящими газами может быть получено главным образом путем эффективного использования химической энергии оксида углерода и водорода в рабочем пространстве ДСП и сокращения подсосов в него холодного воздуха, который увеличивает не только потери тепла, но и окисление графитированных электродов. Ми нимум подсосов обеспечивает такой оптимальный гидравлический режим рабочего пространства ДСП, при котором на уровне порога рабочего окна поддерживается статическое давление газов, близкое к атмосферному, а под сводом – избыточное давление (15–20 Па), зависящее от высоты рабочего пространства и температуры газов. Для дожигания горючих газов необходи мо использовать не воздух, а кислород. Расход электроэнергии на газоудале ние определяется общим объемом запыленных газов SF, поступающих на га зоочистку. Этот обьем зависит как от вместимости ДСП, так и от степени ин тенсификации процесса и конструктивного исполнения системы газоудаления. Наиболее простыми являются системы без принудительного отсоса газов из рабочего пространства. В этом случае все газы выбрасывают ся из ДСП в атмосферу цеха и улавливаются вытяжными коллекторами, рас положенными в местах выбросов вблизи электродных отверстий и над рабо Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -215 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность чим окном ДСП, либо общим зонтом, тесно охватывающим весь свод. Такие системы нашли широкое применение на малых ДСП емкостью 3–12 т.

На ДСП средней и большой емкости устанавливают системы прину дительного отсоса газов через дополнительное отверстие в своде и сводо вой патрубок. Общее количество газов Vi, которое такие системы отса сывают и подают на газоочистку, зависит не только от Vi, но и от способа охлаждения газов и объема неорганизованных выбросов. Объемы газов Vi и энергетические затраты на их транспортировку и очистку можно сократить в 2,0–2,5 раза и более, если их охлаждать не только смешиванием с наружным воздухом, но и в специальных теплообменниках-охладителях.

Наиболее эффективным является использование тепла отходящих газов для предварительного подогрева металлошихты перед плавкой или в энерге тических целях, например для получения перегретого пара.

Основные элементы, влияющие на электрические потери, – печной трансформатор и вторичный токопровод. Величины потерь зависят от силы тока I п и конструктивных параметров вторичного токопровода. Участками вторичного токопровода ДСП являются трансформатор с выводами, шинный пакет, гибкие кабели, подвижные башмаки, токоведущие трубошины элек тродержателей, электродержатели, часть графитированных электродов от верхнего уровня электродержателей до рабочей поверхности свода и кон тактные соединения между перечисленными элементами. Размеры участков вторичного токопровода зависят от взаимного расположения ДСП и транс форматора, конструкции механизмов поворота свода и наклона печи, а также от диаметра кожуха печи. Для уменьшения потерь электроэнергии необхо димо иметь минимальную длину участков вторичного токопровода и рацио нальную площадь поперечного сечения его элементов при допустимой плот ности тока в элементах вторичного токопровода:

медные шины при площади сечения пакета на фазу до 5000 мм2 – 1,5–2 А/мм2, свыше 5000 мм2 – 1–1,5 А/мм2;

медные гибкие кабели при площади сечения на фазу до 4000 мм2 – 1,8–2,5 А/мм2, выше 4000 мм2 – 1,2–1,8 А/мм2;

медные водоохлаждаемые трубы – 4–6 А/мм2.

Значительное влияние на активное и индуктивное сопротивления, а также КПД и коэффициент мощности ДСП оказывает схема короткой сети.

Простейшей является схема треугольник на ошиновке трансформатора, звез да на электродах. Однако эта схема имеет большое индуктивное сопротивле ние и несимметричное распределение нагрузки по фазам, поэтому применя ется на печах малой емкости (до 20 т). Значительно лучшие показатели име ют схемы короткой сети – несимметричный треугольник на электродах и симметричный треугольник на электродах с четвертым рукавом. Эти схемы обладают следующими достоинствами: уменьшается среднее активное со Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -216 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность противление печной установки в 1,2 и в 1,5 раза;

уменьшается индуктивное сопротивление в 1,1 и 1,4 раза соответственно;

уменьшается несимметрия то ков по фазам;

сокращается длительность плавки на 10–15 %;

уменьшается удельный расход электроэнергии на 9–10 кВт · ч/т.

Для уменьшения длины гибких водоохлаждаемых кабелей целесообраз но такое взаимное расположение печи и трансформатора, при котором выво ды средней фазы трансформатора или трансформатор в целом сдвинуты от носительно сливного носка, что сокращает длину кабелей на 0,8–1 м. Длина гибких кабелей зависит также от расстояния между ДСП и трансформатором, которое определяется конструкцией механизма поворота свода и минимально допустимым радиусом изгиба кабелей, от высоты подъема электродов и тра ектории перемещения подвижных башмаков электродержателей при наклоне печи для слива металла, от радиуса опорных сегментов механизма наклона, от конфигурации откосов ванны, определяющей минимальный угол наклона ДСП, необходимый для полного слива металла. Правильный выбор этих взаимосвязанных конструктивных параметров позволяет существенно сокра тить длину гибких кабелей, их электрическое сопротивление и потери элек троэнергии. При конструировании вторичного токопровода следует учиты вать, что в металлоконструкциях, находящихся вблизи от проводников, вследствие электромагнитной индукции возникают вихревые токи. Для уст ранения дополнительных электрических потерь из-за перемагничивания мас сивные металлоконструкции, окружающие токопровод, следует изготовлять из немагнитных материалов или удалять проводники от металлоконструкций на расстояние не менее 0,4–0,5 м.

Важнейшим элементом вторичного токопровода является корпус элек тродержателя. Потери в электрическом контакте электродержатель – элек трод достигают в некоторых случаях 2–6 % активной мощности ДСП. Выде ляющаяся в контакте тепловая энергия нагревает электродержатель, что ухудшает состояние контактной поверхности и увеличивает его электриче ское сопротивление. Это ведет к дальнейшему росту температуры и выходу электродержателя из строя. Электрические потери в электродержателе зави сят от материала контактных щек, усилия зажима электрода, формы и со стояния контактных поверхностей. При замене стали на медь падение напря жения и электрические потери в контакте снижаются во много раз, а при уве личении контактного давления с 0,5 до 2 МПа – в 2 раза. Для обеспечения минимальных электрических потерь усилие зажима электрода в электродер жателе должно обеспечивать контактное давление 2–3 МПа. Для уменьшения контактных сопротивлений необходимы тщательная зачистка контактной по верхности, смазывание тонким слоем технического вазелина или аналогич ной смазкой для предохранения от окисления, применение пружинных шайб.

Для современных 100-тонных ДСП характерно следующее распределе ние потерь электроэнергии по участкам вторичного токопровода: трансфор Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -217 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность матор – 8–13 %, шинный пакет – 4–8 %, гибкие кабели – 13–20 %, токоведу щие трубы и электродержатели – 8–10 %, электроды – 56–59 %.

Руднотермические печи (РТП). В настоящее время на промышленных предприятиях эксплуатируются РТП мощностью от 1 до 100 MB · А. Эти пе чи также являются крупными потребителями электроэнергии. Основные фак торы, влияющие на электропотребление РТП, аналогичны приведенным вы ше для ДСП. Наиболее значащий фактор – выбор оптимальных режимов ра боты печей, который производится по электрическим и рабочим характеристикам печи. Оптимальный режим работы РТП может выбираться по минимуму стоимости шихты, по минимуму расхода электроэнергии или по максимуму производительности. Выбор этих оптимальных режимов осу ществляется с помощью ЭВМ и автоматического регулятора мощности печи.

Индукционные печи и установки. Индукционный нагрев и плавка ме таллов широко используются в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Индукционный нагрев токами промыш ленной частоты (50 и 60 Гц) применяется для сквозного нагрева металлов при прокатке, ковке и штамповке. Мощности этих установок достигают МВт. Индукционные установки высокой частоты от 100 до 1 млн Гц приме няются в термических, прокатных, трубопрокатных производствах для термообра ботки деталей, сварки труб, выращивания монокристаллов и т. д. Мощность этих установок достигает 10 МВт. Индукционные печи для плавки металлов по принципу действия делят на канальные и тигельные. Канальные печи применяются для плавки меди, латуни, цинка, алюминия. Они имеют мощ ность до 4000 кВ · А и работают на промышленной частоте 50 и 60 Гц. Ти гельные печи применяют для плавки чугуна, алюминиевых и медных сплавов.


Они имеют мощность до 20000 кВА и работают как на промышленной, так и на повышенной частотах – 500, 1000 и 2400 Гц. В последние годы наметилась тенденция применения индукционных канальных и тигельных печей для плавки электростали.

Удельные расходы электроэнергии в индукционных печах зависят от производительности, температуры загружаемой шихты, температуры кладки печи, величины зумпфа (жидкого металла, оставляемого в печи после плав ки), тепловых и электрических потерь. На рис. 3.8, рис. 3.9, рис. 3.10 пред ставлены зависимости уд от начальной температуры шихты, величины зумпфа и температуры кладки печи.

При выборе типа индукционных печей следует учитывать, что при од ной и той же марке расплавляемого металла уд индукционных канальных печей в 1,5–2 раза ниже, чем тигельных. Это объясняется значительным сни Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -218 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность жением тепловых и электрических потерь в канальных печах. Процентные соотношения различных статей ЭБ видны из табл. 3.15.

Gз1 = 25 т Gз2 = 8,5 т нп = 1400 С в = 1500 С Gз3 = 1,8 т нп = 1420 С в = 1520 С ш, С – Рис. 3.8. Зависимость удельного расхода электроэнергии от величины начальной температуры шихты: 1 – печь LFD-50;

2 – печь LFD-25;

3 – печь GSA- Gф1 = 50 т Gф2 = 25 т Gф3 = 6 т Рис. 3.9. Зависимость удельного расхода электроэнергии от величины зумпфа:

1 – печь LFD-50;

2 – печь LFD-25;

3 – печь GSA- Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -219 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность ш = 20 С Gз1 = 25 т в1 = 1520 С Gз2 = 8,5 т в2 = 1520 С Gз3 = 1,8 т в3 = 1520 С нп, С Рис. 3.10. Зависимость удельного расхода электроэнергии от начальной температуры внутри камеры печи: 1 – печь LFD-50, 2 – печь LFD-25, 3 – печь GSA- Таблица 3. Расход электроэнергии, кВт · ч/% по типам печей Статья расхода АЯКС LFR-20 LFR-45 ИСТ-0,16 LFD-12 ИЧТ- На технологический 328,35/51,35 68,83/82,2 498,22/76,93 40,09/33,6 3467/57 1729/54, процесс Аккумуляция кладкой 60,04/9,46 0/0 0/0 12,84/10,69 9365/1,54 108/3, Потери тепловые: 66,65/10,46 8,32/9,94 93,52/14,44 13,82/11,6 11,35/18,64 716/22, через свод 0/0 2,51/3,00 8,64/1,33 0/0 109/1,79 81,8/2, через под 4,28/0,62 2,08/2,49 19,57/3,02 0,3/0,25 24,8/0,41 6,5/0, через стены 35,56/5,52 3,73/4,45 65,32/10,09 8,48/7,14 551,2/9,05 257/8, излучением 27,01/4,23 0/0 0/0 5,05/4,25 449,6/7,39 370/11, Потери электрические: 183,64/28,74 6,58/7,05 55,9/8,63 52,55/44,28 1313/21,56 591/18, в индукторе 123,45/19,32 4,66/5,56 42,09/6,5 22,62/18,98 11,36/18,66 463/14, в конденсаторах 0,13/0,02 0,32/0,39 3,0/0,46 0,09/0,08 103,2/1,7 58,7/1, в магнитопроводе 0,05/0,01 0,17/0,2 0,84/0,12 0/0 14,2/0,23 12,2/0, в преобразователях 60,0/9,39 – – 29,83/25,03 – – в трансформаторе – 1,43/1,71 9,97/1,54 – 59,3/0,97 56,2/1, Перегрев зумпфа – – – – 80,3/1,32 40,1/1, 638,88/100 83,73/100 647,64/100 119,2/100 6088/100 3185/ Итого Примечание: АЯКС, ИСТ-0,16 – индукционные тигельные печи повышенной час тоты;

LFD-12, ИЧТ-6 – индукционные тигельные печи частотой 50 Гц;

LFR-20, LFR-45 – индукционные канальные печи частотой 50 Гц.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -220 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Электропечи сопротивления. По технологическому назначению печи сопротивления можно разделить на три группы:

1) термические печи для различных видов термической и термохими ческой обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлоке рамики, пластмасс и других материалов;

2) плавильные печи для плавки легкоплавких цветных металлов и хи мически активных тугоплавких металлов и сплавов;

3) сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, металлокерамических изделий, эмалей и т. п.;

По характеру работы печи сопротивления разделяют на печи периоди ческого и непрерывного действия. Мощность печей от 5 до 10000 кВт.

Основными путями снижения удельных расходов являются: снижение тепловых потерь и улучшение теплоизоляции;

повышение производительно сти печей;

уменьшение потерь на аккумуляцию тепла и предварительный на грев изделий;

оптимизация и автоматизация электрических и технологиче ских режимов работы печей.

Как видно из табл. 3.16, определяющую роль в расходной части ЭБ иг рают тепловые потери, доходящие до 75 %, поэтому их снижение является важнейшим фактором экономии электроэнергии. Снизить тепловые потери можно путем улучшения тепловой изоляции, герметичности и уменьшения времени простоя печей. Для тепловой изоляции печей сопротивления следует использовать ультралегковес в сочетании с асбовермикулитовыми плитами.

Показателем тепловой изоляции печей служит температура кожуха печи. Теп ловую изоляцию считают удовлетворительной, если при рабочей температуре печи 700–800 °С температура кожуха печи не выше 30–40 °С и при рабочей температуре 800–1200 °С – не выше 40–50 °С. Печи, работающие периодиче ски, могут полностью остывать между отдельными циклами, поэтому для та ких печей следует применять легкие и эффективные огнеупорные и теплоизо ляционные материалы. От 10 до 15 % электроэнергии, потребляемой печью, идет на нагрев жароупорных поддерживающих деталей (поддонов, тележек и др.). Необходимо по возможности сокращать массу и размеры этих деталей.

Удельные расходы электроэнергии уд и производительность печей П можно определить по следующим выражениям:

уд = Wпотр / П;

(3.16) для печей периодического действия П = G / tц ;

(3.17) для печей непрерывного действия Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -221 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность П = L m / tц, (3.18) где Wпотр – электроэнергия, потребленная печью;

G – масса единовременной загрузки печи;

L – длина электропечи;

m – масса загрузки на участке печи длиной 1 м;

tц – время цикла плавления. Из выражений (3.16), (3.17), (3.18) видно, что снизить расходы электроэнергии можно также путем увеличения производительности печей и уменьшения цикла термообработки. Табл. 3. иллюстрирует зависимость уд и КПД печей сопротивления от производи тельности. Увеличение производительности электропечи сопротивления воз можно лишь тогда, когда она обладает известным запасом мощности.

Таблица 3. Расход электроэнергии, кВт · ч/ %, по типам печей Статья расхода ПЭО № 1 ПЭО № 2 ПЭО № 3 Бирлек АСБ Ц- На технологический процесс 2884/24,03 3417/27,8 1779/26,45 167,7/37,03 296,1/67,41 19,91/59, Потери тепловые: 8818/73,48 8590/69,88 4933/73,34 197,2/43,54 64,5/14,6 13,4/40, через свод 692/5,77 451/3,67 172/2,56 41,5/9,17 12,4/2,82 3,92/11, через под 251/2,09 722/5,87 156/2,32 36,5/8,06 12,3/2,8 3,03/9, через стены 990/8,25 1423/11,58 355/5,28 62,8/13,84 21,2/4,83 1,98/5, аккумуляция сво дом 1609/13,41 1213/9,87 1040/15,46 – – – аккумуляция подом 1397/11,64 1345/10,95 832/12,37 – – – аккумуляция стена ми 2912/24,26 2138/17,35 2036/30,27 – – – тепловые короткие замыкания 967/8,05 1298/10,56 342/5,08 56,5/12,46 18,6/4,24 4,47/13, Потери электриче ские 298/2,49 285/2,32 13,8/0,2 21,5/4,76 20,9/4,76 0,11/0, Нагрев поддонов – – – 66,4/14,67 57,7/13,14 – Итого: 12000/100 12292/100 6726/100 452,9/100 439,2/100 33,43/ Примечание: ПЭО – печи периодического действия;

Ц-70, Бирлек, АСБ – печи не прерывного действия.

Таблица 3. Производительность печи, % Показатель 50 75 100 КПД, % 33 43 50 уд 150 116,5 100 Наличие такого запаса можно проверить сравнением фактической про изводительности печи с максимально возможной. В действующей печи с ав Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -222 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность томатическим регулированием температуры легко опытным путем прибли женно определить, близка ли фактическая производительность к максималь ной. Если во второй половине нагрева печи происходят частые отключения и период отключенного состояния велик (50–70 % общего времени), то печь используется недостаточно, ее производительность может быть увеличена.

Наоборот, если период отключенного состояния печи невелик, а в печи пе риодического действия отключения наступают лишь в конце периода нагре ва, то производительность ее близка к максимальной и без увеличения мощ ности не может быть повышена.

Снизить удельные расходы энергии на 15–20 % можно за счет исполь зования теплоты нагретых деталей (рекуперации энергии). Рекуперация энер гии достигается установкой рядом с печью рекуперативных футеровочных колодцев или камер, в которые помещают горячую и холодную загрузку и где происходит процесс теплопередачи от горячих изделий к холодным.

3.4.4. Электросварочные установки Организационно-технические мероприятия по экономии электроэнер гии в электросварочных установках (ЭСУ) можно условно разделить на две основные группы: технологические и энергетические. Наибольшие возмож ности экономии электроэнергии имеются в технологии сварочного производ ства, и только 20–30 % дают энергетические мероприятия. Основные меро приятия по снижению удельных расходов электроэнергии на сварку:

оптимальный выбор способа сварки;

совершенствование технологии электросварки;

снижение электрических и тепловых потерь;

устранение холостого хода сварочных агрегатов.

Оптимальный выбор способа сварки. Здесь возможны следующие пу ти:

замена ручной дуговой сварки на переменном токе автоматической под флюсом (позволяет получить 5–7 % экономии электроэнергии);

переход от ручной электросварки на постоянном токе к полуавтомати ческой в среде углекислого газа (уменьшает удельный расход электроэнергии в 2–2,5 раза);

замена ручной дуговой электросварки точечной контактной (уменьша ет уд в 2–2,5 раза);

замена дуговой электросварки на шовную контактную (снижает расход электроэнергии на 15 %);

перевод ручной дуговой сварки с постоянного тока на переменный (уменьшает расход электроэнергии в 2–3 раза).

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -223 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность При контактной сварке наиболее экономичной является точечная, по этому расширение применения точечной сварки дает большую экономию электроэнергии.

Совершенствование технологии электросварки возможно за счет:

использования электродов с покрытием, в которое введен железный порошок (позволяет увеличить силу сварочного тока, повысить производи тельность и снизить удельные расходы электроэнергии на 8–12 %);

применения присадки в виде металла в порошке (при сварке под флю сом уд снижается на 30–40 %);

применения электрошлаковой сварки при сварке металлов большой толщины;

ведения контактной сварки на жестких режимах;

правильного выбора режима работы.

Точечную и рельефную сварку изделий можно производить на мягких и жестких режимах. Расчеты показывают (табл. 3.18), что при сварке на же стких режимах (повышенный ток, но уменьшенное время сварки) расходы электроэнергии снижаются в 1,5–4,0 раза. Поэтому при выборе режимов сварки надо ориентироваться на жесткие.

На потери электроэнергии в электросварочных установках значительное влияние оказывают коэффициент загрузки k3 и активное сопротивление сва рочного контура R2. Оптимальный коэффициент загрузки k з.опт электросвароч ной установки, соответствующий максимуму электрического КПД, равен kз.опт = Рхх / Ркз, (3.19) где Рхх, Ркз – потери холостого хода и короткого замыкания.

Если учитывать только электрические потери, то для всех типов сва рочных установок k з.опт = 0,2–0,3. Работа электросварочных установок с ука занными k з.опт является явно не оптимальной, поэтому при выборе k з.опт не обходимо учитывать и тепловой КПД. Установлено, что оптимальный коэф фициент загрузки зависит от отношения Rд / Z м и cosкз, где Rд – активное сопротивление свариваемых деталей;

Z м – полное сопротивление сварочной машины (рис. 3.11). Для сварки изделий из стали можно рекомендовать сле дующие k з.опт : 0,5–0,8 – точечные подвесные;

0,65–1,5 – многоточечные;

0,7–0,8 – шовные.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -224 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность Таблица 3. Толщина Относительное Мягкий режим Жесткий режим свариваемого металла, мм снижение расхода, раз кА С кА С 0,8+0,8 2, 7,0 0,3 9,5 0, 1,0+1,0 2, 7,5 0,4 10,5 0, 1,2+1,2 1, 8,0 0,4 11,5 0, 1,5+1,5 1ДЗ 8,5 0,4 13,5 0, 2,0+2,0 4, 7,0 2,0 9,0 0, 2,5+2,5 2, 9,0 2,0 12,0 0, 3,0+3,0 1, 10,0 2,0 16,0 0, 4,0+4,0 1, 12,0 2,0 18,0 0, cos кз = 0, Рис. 3.11. Зависимость оптимального коэффициента загрузки от параметров ЭСУ и сопротивления деталей Внедрение ограничителей холостого хода сварочных преобразователей и трансформаторов дает экономию электроэнергии 15–20 % на каждой установке.

Наряду с перечисленными мероприятиями можно также рекомендо вать:

замену контактных однофазных машин переменного тока машинами постоянного тока, позволяющую экономить электроэнергию за счет умень Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -225 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность шения мощности машин и индуктивного сопротивления вторичного контура;

периодическую проверку сопротивления вторичных контуров и со стояния их контактов, особенно у подвесных сварочных машин;

применение электрошлаковой сварки для соединения деталей толщи ной более 30–40 мм вместо дуговой сварки.

3.4.5. Электролизные установки Основным элементом, определяющим эффективное использование электроэнергии, являются электролизеры. Рассмотрим факторы, влияющие на эффективное использование электролизеров, на примере получения пер вичного алюминия. Эффективность ведения электролизного процесса (%) оценивается величинами выхода по току Вт и по энергии Вэ :

qф qэх Вт = Вэ = Вт 100, 100, qт Uв где qф – фактическое выделившееся количество вещества;

qт – количество вещества, которое должно выделиться теоретически по закону Фарадея;

qэх – электрохимический эквивалент;

U в – напряжение на ванне.

Термин «выход по энергии» обозначает количество алюминия, выде ляемое 1 кВт · ч электроэнергии постоянного тока. «Выход по току» зависит от ряда факторов: температуры электролита, плотности тока, расстояния ме жду электродами и состава электролита. Так как выход по энергии находится в прямой зависимости от выхода по току, то, очевидно, на выход по энергии влияют эти же факторы и в такой же мере.

Влияние температуры. Растворение металла в расплавленном элек тролите (и вытекающие отсюда потери металла на аноде) – главная причина отклонения выхода металла от теоретических значений при электролизе рас плавленных солей. Обычно средняя температура при электролизе криолитно глиноземных расплавов составляет 950 °С. С повышением температуры вы ход по току падает вследствие большой степени взаимодействия уже полу ченного алюминия с электролитом. Одновременно увеличивается интенсив ность циркуляции электролита, вызываемая конвекцией и приводящая к то му, что растворенный металл (ионы А1+ и Na+) быстрее уносится в анодное пространство и к поверхности электролита. Все это увеличивает потери алю миния и снижает выход по току (по энергии) при повышении температуры (рис. 3.12). Следовательно, электролиз надо вести при оптимальной темпера туре. Снижение температуры также нежелательно, так как ведет к значитель ному повышению вязкости электролита, запутыванию в нем металла, а зна чит, и к потерям металла.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -226 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность б а NaF 2,5–2, мол AlF в г Рис. 3.12. Зависимость выхода по току от температуры электролита (а), плотности тока (б), расстояния между электродами (в) и состава электролита (г) Влияние плотности тока. Плотность тока оказывает существенное влияние на выход по току при электролизе расплавленных солей. В алюми ниевой ванне различают три вида плотности тока: анодную jа – в сечении анода, катодную jк – в сечении катода (зеркала металла) и среднюю jср – в сечении электролита, jср = ja jк.

Анодная плотность тока несколько выше катодной. При неизменных других условиях процесса с увеличением катодной плотности тока повыша ется выход по току при электролизе расплавленных солей и наоборот. Глав ной причиной снижения выхода по току при электролизе расплавленных со лей являются потери металла в результате его растворения в электролите.

Абсолютная величина этих потерь определяется такими факторами, как со став и объем электролита, температура электролита и др. С возрастанием ка тодной плотности тока количество металла, выделяющегося на катоде, уве личивается пропорционально плотности тока, а потери металла остаются практически постоянными, поэтому выход по току возрастает по кривой, приближающейся к Вт = 100 % (рис. 3.12, б). Однако так обстоит дело только в том случае, если в электролите присутствуют катионы одного металла. В криолитно-глиноземных расплавах имеются катионы двух металлов (А13+ и Na+), поэтому при определенной катодной плотности тока на катоде начина Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -227 3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 3.4. Металлургическая промышленность ется разряд катионов и второго металла (натрия). От этого выход по току ос новного металла (алюминия), начинается с точки «а» (рис. 3.12, б), падает, так как при дальнейшем повышении катодной плотности токов все в боль шей и большей степени разряжаются катионы второго металла. С уменьше нием катодной плотности тока удельная величина потерь металла возрастает, а выход по току снижается. В итоге может наступить момент, когда при оп ределенной плотности тока количество выделяющегося на катоде металла станет по абсолютной величине равно его потерям, т. е. выход по току станет равным нулю, несмотря на идущий электролиз.

Влияние междуполюсного расстояния. Приведенные выше данные о влиянии плотности тока относятся к случаю, когда междуполюсное рас стояние (расстояние между электродами) постоянно, а изменяется лишь плотность тока. В алюминиевой ванне междуполюсное расстояние – это рас стояние между нижней поверхностью (подошвой) анода и поверхностью (зеркалом) расплавленного алюминия на подине ванны (1 см). С увеличением расстояния между электродами перенос растворенного металла от катода к аноду диффузией и конвекцией затрудняется вследствие увеличения пути прохождения металла. Благодаря этому с увеличением междуполюсного рас стояния абсолютные потери его возрастают, и при сильном сближении анода и катода выход по току может оказаться равным нулю (рис. 3.12, в). Из ска занного следует, что увеличение как плотности тока, так и междуполюсного расстояния приводит к увеличению выхода по току. Поэтому для повышения производительности ванны выгодно увеличивать плотность тока и междупо люсное расстояние. Однако как то, так и другое приводит к увеличению на пряжения на ванне.

Напряжение на промышленной ванне (без учета потерь в токоподво дящей системе) определяется следующим выражением:

U в = Еп + jср l, (3.20) где Еп – противоЭДС;

– удельное сопротивление электролита.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 14 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.