Аннотация
Морозов А.М. «Реконструкциякотла-утилизатора КСТ-80 с целью установки конденсационной турбины на ОАО «УралСталь». Дипломный проект. – Орск: ОГУ — 2007 г. — 118 стр., 13 рис., 40 табл., 22 источника литературы, 7 форматов А1.
В проекте рассмотренавозможность увеличения производства электрической энергии за счет использованиятепла газов отходящих от УСТК.
Анализ энергетической системыОАО «Урал Сталь» показал, что отходящие от УСТК газы используются вкотлах-утилизаторах неэффективно.
Высокий абразивный износпредвключенных испарительных поверхностей приводит к снижению надежности работыкотлоагрегата, а неэффективная работа поверхностного пароохладителя приводит куменьшению КПД котлоагрегата.
Кроме того, на ОАО «УралСталь» в летний период нет потребности в перегретом паре.
В данном проектепредлагается реконструкция котлов утилизаторов КСТ-80 и преобразованиекотельной УСТК в энергоутилизационную мини-ТЭЦ, с установкой 2-хконденсационных паровых турбин суммарной электрической мощностью 6 МВт.
Приведены тепловой,гидравлический, конструктивный расчеты оборудования.
Кроме того, рассмотренывопросы автоматизации, защиты окружающей среды, численности рабочих.
Проведена оценкаожидаемых технического и экономического эффектов.
Ожидаемый срококупаемости мероприятия менее 4 лет.
Полученные результатымогут быть использованы для реконструкции существующих и вновь проектируемыхУСТК.
Содержание
Введение
1 Анализэнергетического хозяйства цеха теплогазоснабжения ОАО «Урал Сталь»
1.1 Общаяхарактеристика ЦТГС
1.2Описание энергетического оборудования участка УСТК
1.3Описание подсистем энергоносителей участка УСТК
1.4Тепловой расчет котла КСТ-80 №1 УСТК
1.5Баланс энергоносителей на участке
1.6Анализ современного развития аналогичных производств в России и за рубежом
1.7Постановка задачи дипломного проектирования
2Реконструкция котла-утилизатора КСТ-80 с целью установки конденсационнойтурбины
2.1Краткое описание мероприятий предлагаемых в дипломном проекте
2.2Тепловой расчет реконструированного котла КСТ-80
2.3Расчет впрыскивающего пароохладителя
2.4Гидравлический расчет
2.5Тепловой расчет паропровода
2.6Расчет схемы электроснабжения
2.7Энергоутилизационная мини-ТЭЦ
3Автоматизация и механизация производственных процессов
4Безопасность и экологичность
4.1Анализ опасностей и вредностей на проектируемом объекте
4.2Обеспечение безопасности труда
4.3Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций
5 Анализтехнико-экономических показателей и обоснование экономической целесообразностипринятых в проекте решений
5.1Расчет себестоимости
5.2Расчет объема инвестиций
5.3Исходные данные для расчета экономических показателей
5.4Расчет основных технико-экономических показателей
5.5Сводный отчет об ожидаемых технико-экономических показателях проекта
Списокиспользуемой литературы
Введение
Рациональноеиспользование топливно-энергетических ресурсов — важнейшая задача, значимостькоторой все возрастает. Основными направлениями экономического развития Россиипредусмотрена программа развития топливно-энергетического комплекса и экономииэнергоресурсов. В частности, планируется переход на энергосберегающиетехнологии производств, сокращение всех видов энергетических потерь и повышениеуровня использования вторичных энергоресурсов (ВЭР).
Значительная экономиятопливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широкомвовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов,имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяютсятеплотехнические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициентполезного теплоиспользования для многих процессов не превышает 15-35%.
Использованию ВЭР впоследние годы уделяется значительное внимание.
В соответствии спринятыми методическими положениями по выявлению и направлениям использованияВЭР на промышленных предприятиях под вторичными энергоресурсами подразумеваютэнергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточныхпродуктов, образующихся в технологических агрегатах, который не используется всамом агрегате, но может быть частично или полностью использован дляэнергоснабжения других агрегатов. Под энергетическим потенциалом понимаетсяналичие в указанных продуктах определенного запаса энергии (химически связаннойтеплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления).
ВЭР можно использовать вкачестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либоза счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы вутилизационных установках.
ВЭР разделяют на три основные группы:
1) горючие — побочные газы плавильныхпечей (доменный, колошниковый, газ шахтных печей и вагранок, конверторный идр.);
2) тепловые — физическое тепло отходящихгазов технологических агрегатов; физическое тепло основной и побочнойпродукции; тепло рабочих тел систем принудительного охлаждения технологическихагрегатов и установок; тепло шлаков, золы; тепло горячей воды и параотработавших технологических силовых установок;
3) избыточного давления — потенциальнаяэнергия газов, жидкостей покидающих технологические агрегаты с избыточнымдавлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использованияэтих жидкостей или при выбросе их в атмосферу, водоемы, емкости и другие приемники.
Использование горючих ВЭРособых затруднений не вызывает, и они используются на промышленных предприятияхс достаточной полнотой (90-95%) и эффективностью. Использование тепловых ВЭРеще недостаточно и составляет в среднем 30-40%. Основное значение в структуретепловых ВЭР имеет физическая теплота отходящих газов теплотехническихустановок, доля которой в общем балансе возможного использования тепловых ВЭР составляет75%.
Вторичнымиэнергоресурсами располагают практически все отрасли промышленности, в которыхимеются теплотехнические установки.
Таблица 1 — ИспользованиеВЭР в промышленности /1, 43/ Отрасль Виды ВЭР Использование (%)
Черная
металлургия Горючие
Тепловые
74,3
25,7
Цветная
металлургия
Горючие
Тепловые
6,1
93,9
Химическая
промышленность
Горючие
Тепловые
17,4
82,6
Газовая
промышленность
Горючие
Тепловые
19,3
80,7 Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность
Горючие
Тепловые
53,0
47,0
Таким образом, из таблицы1 видно, что в черной металлургии доля использования тепловых ВЭР чрезвычайномала.
Из графика на рисунке 1, видно,что черная металлургия является крупнейшим потребителем ВЭР. Основнымоборудованием для использования тепловых ВЭР, а также избыточного давленияявляются: котлы-утилизаторы (КУ), системы испарительного охлаждения (СИО),охладители конвертерных газов (ОКГ), установки сухого тушения кокса (УСТК),газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), адсорбционныехолодильные машины.
Котлы-утилизаторы вустановках сухого тушения кокса
Котлы-утилизаторы вкоксохимическом производстве в комплексе с тушильным устройством предназначеныдля использования физической теплоты раскаленного кокса и его сухого тушения. Втепловом балансе коксовой батареи теплота, уносимая раскаленным коксом,достигает 45-50% количества теплоты, поступающей на обогрев печи.
На каждый миллион тоннпроизведенного кокса при мокром тушении теряется примерно 50 тыс. тоннусловного топлива. Поэтому использование физической теплоты раскаленного коксаимеет большое значение. Одним из таких способов является сухое тушение кокса,которое дает возможность не только использовать физическую теплоту раскаленногококса для получения пара энергетических параметров, значительно повыситькачество кокса, технико-экономические показатели доменного процесса, но такжеулучшить условия труда в коксовых цехах, уменьшить загрязнение окружающеговоздушного бассейна.
Опыт эксплуатациидоменных печей показывает, что при использовании кокса сухого тушения удельныйрасход его снижается примерно на 10% по сравнению с удельным расходом приприменении кокса мокрого тушения. Таким образом, общая экономия условноготоплива от использования физической теплоты раскаленного кокса и улучшенииэффективности доменного процесса (в результате использования кокса сухоготушения) составляет 110×103 тонн на каждый миллион тоннпроизведенного чугуна.
На больших газовыхзаводах и коксохимических производствах металлургических заводов, выпускающихтысячи тонн кокса в сутки, вопрос о наиболее выгодном способе использованиятепла раскаленного кокса зависит от потребности в том или ином виде энергии иот стоимости энергии, получаемой со стороны. От правильного выбора способаиспользования уловленного тепла кокса зависят прежде всего сроки окупаемостикапитальных затрат на сооружение установок сухого тушения и рентабельностьпоследних.
Тепло УСТК используется для полученияпара, расходуемого на технологические нужды производства. Это объясняется тем,что производительность большинства установок небольшая, а пар, вырабатываемый втаких УСТК, может быть полностью использован на месте.
При крупных бункерных установкахцелесообразно комбинировать выработку электрической энергии и тепловой в видепара для технологических нужд. В таких комбинированных установках водяной пар энергетическихпараметров, получаемой в котлах УСТК, можно направлять в конденсационныетурбины с промышленными и теплофикационными отборами или в турбины спротиводавлением (в зависимости от энергетического баланса данногопредприятия). В обоих случаях паровые турбины служат приводами электрическихгенераторов /1, 56/.
Разработка мер по использованию пара засчет ВЭР на технологические нужды, производство электроэнергии, теплоснабжениев комбинированных схемах требует детального изучения тепловых балансовпроизводства и создания типовых решений с учетом технико-экономическогообоснования по использованию пара от котлов. Параметры пара также зависят отстабильности работы (технологического режима) основного теплотехнического устройства.Технико-экономическое обоснование должно производиться при выборе типа котладля каждого конкретного случая.
Установка сухого тушения кокса состоит издвух основных частей (рисунок 2) — тушильной камеры (1) и парового котла (2).Раскаленный кокс скиповым подъемником загружается в тушильную камеру. Черезщели в конической нижней части тушильной камеры, заполненной коксом, в неепоступают инертные газы, двигаясь навстречу коксу, охлаждают его от 1300 до 500К, и сами нагреваются от 425-440 до 1000-1100 К. Нагретые инертные газы выходятчерез окна, расположенные в верхней части камеры, проходят черезпылеуловительный бункер и поступают в котел, после котла газы проходятпылеуловительные циклоны (4) и поступают на всас мельничного вентилятора (3). Вкотле газы последовательно омывают пароперегреватель, секции испарительных поверхностейнагрева и экономайзер.
1Анализ энергетического хозяйства цеха теплогазоснабжения (ЦТГС) ОАО «УральскаяСталь»
1.1 Общая характеристикаЦТГС
1.1.1 Общаяхарактеристика энергохозяйства
Высокий температурныйуровень основных технологических процессов металлургического производства инизкий коэффициент использования тепла топлива технологическим агрегатомпредопределяет большой выход вторичных энергоресурсов. При большом объемеметаллургического производства рациональное использование вторичного теплаявляется важной производственной задачей, так как экономия топлива идентичнаувеличению на ту же величину его добычи, а капитальные вложения на сооружениесоответствующих теплоутилизационных установок намного меньше, чем на добычутоплива и теплогенераторные установки на топливе.
Перспективным являетсякомплексное использование тепла отходящих газов и тепла испарительногоохлаждения печи. При этом котел-утилизатор и охлаждаемые элементы печиобъединяются общей циркуляционной системой.
Получение пара за счеттепла отходящих газов мартеновских, методических печей, установок сухоготушения кокса в общем случае экономичнее, т.к. обычно пар используетсякруглогодично для технологических нужд и при теплофикации ценность его теплавыше, чем тепла сетевой воды.
Цех теплогазоснабжениявключает в себя:
1) Участок котлов-утилизаторов(КУ) проката.
За группой нагревательныхметодических печей стана 950/800 и стана 2800 применены комплексныеутилизационные установки, представляющие собой для каждой печи котлы-утилизаторыКУ-100 и КУ-80 соответственно, с многократной принудительной циркуляцией, исистему испарительного охлаждения печи, совмещенные в единую установку, вкоторой охлаждаемые элементы печи включены в циркуляционную систему котлапараллельно его испарительной системе. В здании первого листопрокатного цеха(ЛПЦ-1) расположена питательная установка, являющаяся общей для всего комплексаутилизационных установок прокатного цеха. Каждый из котлов КУ-100 при среднемрежиме работы нагревательных печей вырабатывает с учетом испарительногоохлаждения печи 33,9 т/ч перегретого пара с параметрами Р=1,2 МПа итемпературой Т=360 ºС. Пар, вырабатываемый котлами-утилизаторами,направляется в общезаводскую сеть паропроводов, а часть пара редуцируется ииспользуется на нужды питательной установки.
2) Установка сухоготушения кокса совместно с котлами КСТ-80.
Котельная установкасухого тушения кокса батарей №№5, 6 предназначена для выработки пара за счетиспользования тепла инертных газов сухого тушения кокса. Соответственноколичеству кокса поступающего на тушение, в котельной вырабатывается 63 т/чперегретого пара следующих параметров: давление Р=1,8 МПа и температураперегрева до 450 ºС. Полученный пар используется на технологические нуждыОбщества.
3) Котельные замартеновскими печами.
Котлы-утилизаторыКУ-80/120 предназначены для охлаждения уходящих дымовых газов мартеновскихпечей и получения перегретого пара с давлением Р=1,6-1,8 МПа, с температурой до375 ºС. Температура уходящих газов после котлов-утилизаторов 180-250 ºС.Для удаления плавильной пыли с конвективных поверхностей нагрева предусмотренаимпульсная очистка.
4) Газоочистка замартеновскими печами.
За мартеновскими печами№№3, 4, 6, 7 установлены электрофильтры. Перед электрофильтром установленаэжекционная система кондиционирования. За двухванными сталеплавильнымиагрегатами ДСПА-1 и ДСПА-9 установлены газоочистки с регулируемой трубой Вентури.
5) Мазутное хозяйство(снабжение мартеновских печей мазутом, хранение мазута).
6) Участок тепловых сетей(обслуживание магистральных трубопроводов пара и горячей воды).
7) Электрослужба(обслуживание и ремонт электрооборудования ЦТГС).
8) Участок подготовки ремонтов.
9) Газовый участок.
1.1.2 Этапы развитияЦТГС
Ниже приводится таблица,показывающая этапы развития ЦТГС по годам, начиная с 1960 года.
Таблица 2 — Этапыразвития ЦТГСГод Мероприятие 1960-1961 пущены в работу 4 КУ стана «2800» 1961-1965 оснащены КУ все мартеновские печи 1960 перевод методических печей ЛПЦ-1 на СИО 1958-1967 перевод мартеновских печей на СИО 1969 пущены в работу 3 КУ на СПЦ 1969 перевод мартеновских печей на СИО 1968-1970 пуск 4 КУ КСТ-80 на УСТК 1980 пуск 4-го КУ на СПЦ 1980 демонтаж КУ за мартеновской печью №9 1996-1998 демонтаж КУ за мартеновскими печами №№1, 5, 8 2005 объединение газового и теплосилового цехов, образование ЦТГС Цехтеплогазоснабжения является крупным структурным подразделением ОАО «УралСталь», обеспечивающим паром энергетических параметров другие структурныеподразделения комбината. Кроме того, на балансе цеха теплогазоснабжениянаходятся тепловые сети, обеспечивающие сетевой водой на нужды отопления ивентиляции не только комбинат, но и город Новотроицк.
1.2 Описание энергетического оборудования участкаУСТК
1.2.1 Устройство, техническаяхарактеристика и принцип работы котла- утилизатора КСТ-80
Котел-утилизатор КСТ-80конструкции «Укрэнергочермета» установки сухого тушения кокса — однобарабанный,змеевикового типа с многократной принудительной циркуляцией. Поверхностинагрева расположены в вертикальной шахте. Направление потока греющих газовсверху вниз (нисходящий поток). Скорость газового потока не должна быть выше 7м/сек, во избежание истирания металла трубок поверхностей нагрева котла мелкойфракцией кокса, уносимой потоком циркуляционного газа из тушильной камеры. Газоходкотла выполнен из металлических листов, сваренных между собой для созданиягазоплотности, во избежание присосов воздуха, повышения содержания кислорода вгазах, влекущего за собой усиление горения кокса в камере тушения. В зонахвысоких температур (пылеосадительный бункер, газоход котла в районепароперегревателя и испарительной поверхности) металлический кожух газоходаизнутри выложен огнеупорным кирпичом.
Котел состоит изследующих частей:
1) барабана (диаметр 1 600 мм, длина 5 500 мм), в барабане расположены устройства: для ввода реагентов для внутрикотловойобработки воды, отвода воды непрерывной и периодической продувок, испарительныеустройства, состоящие из двух приемных отсеков, в которых установлены отбойныещиты, паросборного коллектора, защитного устройства водоотводящих труб.
2) двух блоков (четырехпакетов), последовательно соединенных, водяного экономайзера. Входной блокэкономайзера состоит из пакетов, над которыми расположены два пакета выходногоблока экономайзера, блоки расположены последовательно по ходу газов. Каждыйпакет состоит из 26 параллельно включенных змеевиков из трубы диаметром 25×3мм. Входные и выходные коллектора экономайзера расположены в газоходе котла,входные камеры в зоне температур около 160°С, а выходные в зоне температур порядка300 °С.
3) двух блоков (четырехпакетов), последовательно соединенных, испарительной поверхности. Входныеколлектора испарительной секции расположены в газоходе котла, в зоне температургазов около 300 °С.
4) двух последовательносоединенных пакетов пароперегревателя, со встроенным пароохладителем. Пакетырасположены первыми по ходу газов горизонтально в вертикальной шахте, заповоротной камерой.
5) котлы №№1, 2, 3 имеютэкранные испарительные пучки труб (солому). Верхняя часть экранной поверхностиобразует двухтрубный шахматный пучок труб над пароперегревателем, которыйпереходит затем в настенные, двухсветные экраны в области поворотного газохода.Экранные поверхности состоят из труб диаметром 166×2, параллельновключенных змеевиков из трубы диаметром 25×3 мм. Выходные участки трубпроходят через обмуровку потолочного перекрытия и привариваются непосредственнок штуцерам барабана котла. На котле №4 произведена реконструкция испарительнойповерхности, и экранная часть отсутствует, котловая вода после верхнейиспарительной секции собирается в коллекторах и по восьми трубам подается вбарабан котла.
6) трубопроводы впределах котла:
а) подводящиетрубопроводы питательной воды;
б) отводящие трубопроводыиспарительного контура;
в) трубопроводынасыщенного и перегретого пара;
г) трубыпериодической и непрерывной продувок, линия фосфатирования
7) запорная,регулирующая, предохранительная и защитная арматура.
К вспомогательномуоборудованию котла относятся:
а) циркуляционные насосытипа НКУ-250 (по два на каждом котле);
б) мельничный дутьевойвентилятор типа ВМ-160/850;
в) резервный дымосос типаДН-12 (работает только при аварийном отключении мельничного вентилятора).
Специальная щитоваяобмуровка и металлическая обшивка котла отвечают требованиям повышеннойплотности. В зоне высоких температур (выше 450 °С) обмуровка трехслойная(огнеупорный бетон, термоизоляционный бетон, совелитовые плиты). В ходепроведения ремонтов огнеупорные бетоны в районе коллекторов пароперегревателя истен, вдоль испарительных поверхностей нагрева, обращенных внутрь котельной,заменены на огнеупорный кирпич — шамотный и динасовый. Металлические щитыобшивки котла имеют наружную тепловую изоляцию в виде минераловатных прошивныхматов покрытых сверху металлическим (алюминиевым) покровным слоем.1.2.2 Тепловаяхарактеристика котла-утилизатора КСТ-80
Ниже приводится таблица, отражающаякраткие тепловые характеристики котлов-утилизаторов КСТ-80 №№1, 2, 3, 4.Таблица составлена на основе технологической инструкции.
Таблица 3 — Тепловаяхарактеристика котлов-утилизаторов КСТ-80
Наименование параметра
Единицы измерения Показатель КУ №1, 2, 3 КУ №4 1 2 3 4 Рабочее давление в барабане котла
кгс/см2 18; 18; 25 25 Паропроизводительность т/ч 25 25 Допустимая температура перегретого пара в промежуточной камере °С 450 450 Температура пара в промежуточной камере °С 370 370 Количество греющих продуктов сгорания (расчетная)
м3/ч 82100 82100