Энергосбережение в системе оборотного водоснабжения металлургического завода

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты энергетического аудита одного из основных потребителей электроэнергии- системы оборотного водоснабжения металлургического комбината. Приведены результаты анализа обследования, выявлены причины потерь электроэнергии и рекомендованы энергосберегающие меры.

ABSTRACT

This article presents the results of an energy audit of one of the main consumers of electricity - the recycling water supply system of a metallurgical plant. The results of the analysis of the survey are presented, the causes of electricity losses are identified and energy-saving measures are recommended.

Ключевые слова: энергоэффективность, оборотное водоснабжение, электроэнергия, насос, градирня, энергосберегающая мера, инструментальный замер.

Keywords: energy efficiency, circulating water supply, electricity, pump, cooling tower, energy saving measure, instrumental measurement.

Топливно-энергетический потенциал Узбекистана играет важную роль в преобразовании экономики, имеет значительную экспортную ориентацию, обеспечивает энергетическую независимость страны, устойчивый темп прироста ВВП.

Имея относительно высокий по сравнению с развитыми странами уровень энергоемкости экономики, Узбекистан имеет и большие резервы для радикального снижения энергопотребления и экономии энергоресурсов, а соответственно сокращения эмиссии парниковых газов.

Энергетический баланс экономики Узбекистана по потреблению первичных энергоресурсов представляет следующую картину: на долю природного газа приходится 88,3 %, нефтепродуктов 8,6 %, угля 2,0 %, гидроэнергии-1,1 %.  Доля потребления первичных энергоресурсов в энергетике и промышленности составляет 35%, что существенно влияет на энергоёмкость экономики республики [1].

В республике постоянно принимаются нормативно правовые документы направленные на повышение энергоэффективности экономики, диверсификации топливно-энергетического баланса. Одним из последних является Постановление Президента РУз ПП-№4779 «О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путем повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов» от 10.07.2020 г. [2].

В данной статье приводятся результаты энергетического обследования системы оборотного водоснабжения Бекабадского металлургического комбината.

Энергетический аудит проводился согласно правилам проведения энергетического аудита [3].

Комбинат имеет основное производство, включающее копровый цех, электроплавильный цех (ЭСПЦ), мартеновский цех, прокатное производство- сортопрокатные цеха СПЦ-1 и СПЦ-2.

Оборотный цикл водоснабжения комбината состоит из «чистого» и «грязного» циклов. предназначенных для подачи воды на охлаждение сводов, колец электродержателей, трансформаторов печей, кристаллизаторов, вторичного охлаждения металла цеха ЭСПЦ,  а также на охлаждение  печей с шагающими балками мелкосортного стана 300 цеха СПЦ-2, Мартеновский цех, СПЦ-1 и компрессорную станцию.

В состав сооружений «чистого» цикла входят пять групп насосов с общим количеством – 17 насосов разной производительности, две двухсекционные градирни пленочного типа с вентиляторами 2ВГ-70. Площадь секции градирни 144 м². Брызгальный бассейн площадью орошения 288м².

В состав сооружений «грязного» цикла входит: две группы насосов с общим количеством – 8 насосов разной производительности, горизонтальные отстойники ЭСПЦ - два десятисекционных отстойника, СПЦ-2 - два двадцатидвухсекционных отстойника. Одна двухсекционная градирня пленочного типа с вентиляторами 2ВГ-70, с площадью орошения 192 м² и один брызгальный бассейн площадью орошения 384м².

Для безперебойного водоснабжения установлены водонапорные башни №1, №2 емкостью 2500 м2   каждая.

Распределение потребления оборотной воды по месяцам в течении года имеет тенденцию увеличения в летние месяцы. Это объясняется трудностями охлаждения оборотной воды в градирнях до требуемых температур, что способствует увеличению расхода воды для обеспечения требуемого теплосъема от конструктивных элементов технологического оборудования.

Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ).

На охлаждение сводов ДСП-100, АКОС, электрододержателей, кабелей, масла трансформаторов, отходящих газов, кристаллизаторов, слитков в зоне вторичного охлаждения и др. используется вода “чистого” цикла, а для охлаждения оборудования УНРС и смыва окалины – вода  “грязного” цикла.Схема охлаждения разомкнутая, т.е. нагретая вода после охлаждаемых элементов сливается открытой струей в сборный коллектор и самотеком воды “чистого” цикла возвращается в цех оборотного водоснабжения, а вода “грязного” цикла – в отстойные сооружения.

Режим плавки и разливки стали циклический, а потребление воды на охлаждение производится постоянно. Колебание расходов воды “чистого” и “грязного” циклов связано в основном с разновременностью или одновременностью работы МНЛЗ.

Действительные расходы воды, измеренные ультразвуковым расходомером   “Днепр-7”, составляют 3000 м³/ч и 110м³/ч, соответственно “чистого” и “грязного” циклов. Возможно увеличение расхода воды “чистого” цикла до 3500м³/ч и “грязного” цикла до 220м³/ч и более при одновременной работе двух МНЛЗ и интенсивном смыве окалины.

Также измерениями установлено, что температура прямой и обратной воды “чистого” цикла отличаются всего на 2-4˚С. Такой необоснованно маленький перепад температур является недостатком, так как он поддерживается большим расходом     воды и перерасходом электрической энергии.

Таким образом, предлагаются две энергосберегающие меры.

а) уменьшение водопотребления и экономии электрической энергии за счет определения оптимального перепада температур  воды ∆t .

Однако определение оптимального ∆t требует проведения специальных исследований, так как ∆t опт. зависит от парообразования, накипеобразования и других факторов в ответственных высокотемпературных охлаждаемых узлах.

б) монтаж в ЭСПЦ и СПЦ-2 гидравлически связанной системы ёмкостей и трубопроводов оснащенной схемой регулирования уровня воды. Вода после охлаждаемых узлов будет сливается в приемную емкость системы и самотеком будет поступать в градирни, минуя ПК-4, ПК-5 и надобность насосов IV (5 насосов) и V (2 насоса) групп отпадет.

Предварительные расчеты подтвердили возможность реализации данной технологии, и годовая экономия электроэнергии при этом составит 2880576 кВт/год.

Сортопрокатный цех СПЦ-2.

Инструментальные измерения показали, что расход воды “чистого” цикла в СПЦ-2 составляет примерно 320 м³/ч. Для обеспечения этого расхода работает один насос типа 12НДс (Q=1250 м³/ч, Н=65м, N=250кВт, n=1500об/мин) III группы.  Ввиду небольшого расхода, согласно Н-Q характеристики насоса, насос работает с заниженным к.п.д. 45%.

В связи с низким КПД  насосы типа 12НДс  предлагается заменить насосами типа 10Д-6 (Q=640м³/ч,  Н=60м N=160кВт, n=1450об/мин).

Насос типа 10Д-6 при Q=320м³/ч будет работать с КПД =70%.

Потребляемая мощность составит  76кВт, а годовой расход электрической энергии составит 656 640 кВт/ч.

Таким образом, при замене насоса 12НДс на насос 10Д-6и за счет увеличения КПД, годовая экономия электрической энергии составит  449 280 кВт в год

Цех оборотного водоснабжения.

В условиях Средней Азии в самый жаркий период, когда относительная влажность воздуха составляет φ=40%, правильно эксплуатируемая вентиляторная градирня способна охладить воду на 10-12˚С, а правильно спроектированный и эксплуатируемый брызгальный бассейн на 6-8˚С.

По свидетельству эксплуатационного персонала фактическое охлаждение воды в градирнях составляет примерно 6-7˚С, а в брызгальных бассейнах – 2-3˚С.

Основными причинами недостаточного охлаждения воды и малой производительности двух градирен “чистого” цикла являются:

а)  недостаточная площадь воздушных окон для прохода воздуха на охлаждение воды.

б) недостаточная производительность установленных вентиляторов типа 2ВГ-50 производительностью 500000 м³/ч.

Реализация предложенных энергосберегающих мер для градирен “чистого” цикла, таких как раскрытие воздушных окон до рекомендованных площадей и установки вентиляторов 2ВГ-70 производительностью 1100000 м³/ч позволит увеличить производительность градирен

Приведение в порядок путем раскрытия воздушных окон и установкой проектных вентиляторов позволит увеличить производительность градирен до

6500 м³ воды в час вместо имеющейся в настоящее время 1560 м³/ч. Этой производительности вполне достаточно и надобность в брызгальном бассейне отпадает.

Для уменьшения потери воды от ветрового уноса градирни “чистого” цикла по периметру должны быть огорожены стеной (можно легкой конструкции), причем высота стены должна быть выше верхней кромки воздушных окон.Таким образом при реализации предложенных энергосберегающих мер только по ЭСПЦ и СПЦ-2 годовая экономия электроэнергии составит  3 329 856 кВт в год, а производительность градирен увеличится более чем в четыре раза, что соответственно приведет к дополнительной экономии электроэнергии.

Список литературы:

1. Аллаев К.Р. Энергетика мира и Узбекистана.Ташкент, Молия-2007г.
2. Постановление Президента РУз ПП-№4779 «О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путем повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов» от 10.07.2020 г.
3. Правила проведения энергетических обследований и экспертиз потребителей топливно-энергетических ресурсов. Приложение к постановлению Кабинета Министров РУз от « 7 »  августа  2006  № 164