Определение расчетных параметров атмосферного воздуха. Технические данные градирни

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок"

На правах рукописи

ЯВОРОВСКИЙ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ-ПВС МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.14.04. - Промышленная теплоэнергетика

Москва - 2007 г.

Работа выполнена на кафедре Промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Галактионов Валерий Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сергиевский Эдуард Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Охотин Александр Сергеевич

Ведущая организация

ОАО "Объединение ВНИПИэнергопром"

Защита состоится « 16 » марта 2007 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д.17, ауд. Г-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.10 ---

к.т.н., доцент Попов С.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из наиболее актуальных проблем в черной металлургии является повышение энергоэффективности и экологичности производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энергетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла может иметь производительность около 10 млн. т. стали в год и потреблять колоссальное количество топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране предприятия черной металлургии потребляют около 15% всего производимого природного топлива и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной металлургии в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, имеющимся в литературе, потенциал энергосбережения российских металлургических предприятий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии -в структуре себестоимости проката составляет 30-50%, что говорит о высокой энергоемкости производства. Значительного энергосбережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлургического комбината, а также оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно осуществляя утилизацию внутренних горючих энергогесурсов (ВГЭР), и обеспечивает производство заданных объемов сжатого воздуха, тепла и электроэнергии, то есть является важнейшим звеном, замыкающим топливно-энергетический баланс меткомбината по этим энергоносителям. Поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться в совокупности и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение системного анализа энерготехнологического комплекса металлургического комбината, являющегося сложной системой.

На многих меткомбинатах оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально устарело, в связи с чем назрела необходимость проводить ее техническое перевооружение, используя современное или разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбината, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ПГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности ТЭЦ-ПВС на основе разработки и выбора оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ПТУ в совокупности с топливно-энергетическим балансом всего металлургического комбината.

Для достижения указанной цели требуется:

Разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПТУ (ГТУ) на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетического баланса всего меткомбината;

Разработать метод оценки оптимальных областей применения ПТУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, работающих на ВГЭР металлургического комбината;

Разработать инструмент выбора оптимальной стратегии развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-энергетического баланса меткомбината.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана единая математическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПТУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетического баланса меткомбината.

2. Получены характеристики ПГУ с котлом утилизатором (ПГУ-КУ), работающих на ВГЭР меткомбината, и установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их характеристики оказывает влияние объемное содержание в топливе СО, Н2, СОг, СН4, Н20, 02, N2 (по степени убывания влияния).

3. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющими параметры и схемные решения ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР.

4. Получены условия взаимозаменяемости ВГЭР для ПГУ-КУ и показано, что в зависимости от состава топлива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна быть различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м3) на основе доменного, конвертерного и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м3) на основе коксового и природного газов -топливный компрессор ГТУ объемного действия.

5. Теоретически установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ГТУ (ИГУ) на ВГЭР металлургического комбината, зависящее от структуры производства меткомбината.

6. Установлено, что в зависимости от параметров отпуска тепла существуют различные оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургического комбината ПТУ-ТЭЦ (при небольших тепловых нагрузках) и ГТУ-ТЭЦ (при большой паровой нагрузке), работающих на топливах ВГЭР.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные в ней методы и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлургических производств. Разработанная методика может быть использована при техническом перевооружении и модернизации ТЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверность и обоснованность результатов работы обусловлены применением современных методов термодинамического анализа, апробированных методов математического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных теоретических результатов с данными других авторов и данными, полученными при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

Разработанную методик)" и оптимизационную математическую модель расчета параметров и схемных решений ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированную в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

Результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината, отражающие их особенности по сравнению с установками, работающими на природном газе;

Результаты оптимизационных исследований структуры ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энергетического баланса металлургического комбината.

В разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

В проведении расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и

газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината;

В проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургического комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазового оборудования с учетом полного топливно-энергетического баланса металлургического комбината.

Апробация и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, 20022006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (Москва, 2004 г. и 2006 г.), III Международной научно-практической конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (Москва, МИСиС, 2006 г.), на технических совещаниях ОАО "Косогорский металлургический завод" (август, 2003 г.) и ОАО "Северсталь" (март, 2004 г. и октябрь, 2006 г).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первой главе выполнен обзор и анализ научно-технической литературы. Дается описание известных работ в области системного анализа металлургических производств. Показано, что исследование таких систем возможно на основе использования нелинейных математических моделей и дает хорошие результаты. Основой исследования функционирования таких систем и их элементов во взаимосвязи друг с другом является построение полного топливно-энергетического баланса всего металлургического комбината. Показано, что направленность математической модели на решение оптимизационных задач является важным условием для успешного проведения таких исследований. Проводится анализ публикаций, посвященных математическому описанию характеристик оборудования промышленных ТЭЦ и построению ее математической модели. Приводится

обзор работ, посвященных методам определения оптимальной структуры и профиля оборудования, тепловой и электрической мощности паротурбиной промышленной ТЭЦ. Проводится анализ различных типов схем парогазовых установок, сравнение энергетических и экономических показателей паротурбинного и парогазового (газотурбинного) оборудования, а также отмечаются особенности методов расчета показателей ПТУ. Делается вывод о необходимости проведения комплексного исследования вопроса о целесообразности применения ПГУ и ГТУ в качестве энергогенерирующего оборудования на ТЭЦ-ПВС металлургического комбината.

Завершается первая глава формулировкой цели исследования и задач, которые должны быть решены для достижения поставленной цели.

Ввод исходных данных Состав гаю в Параметры для расчета номинального режима ГТУ Ввод тетофизических свойств газов

Расчет теллофизических свойств топливной смеси Начальное

приближение аы _ и газов

Расхода топлива)

Расчет воздушного компрессора Расчет топливного компрессора

Расчет материального баланса 1 горения Расчет работы турбины) без учета охлаждения [

Определение расхода газов в камеру сгорания, расхода топлива, КПД ГТУ, а

проход расчета 1-1

Расчет системы охлаждения па номинальном рея.име

проход расчета 1=2

Расчет изменения сопротивления" котла-утнлнчатора на расчетном режиме

Запомнить результаты расчета номинального режима, 1=1+1

"Расчет системы охлаждения ГТУ на расчетном режиме, пересчет характеристик ГТУ с учетом системы охлаждения Опредетенис состава, расхода, температуры газов на выходе охпаждаемой ГТУ

Ввод исходных данных Состав газов Расход, температура газов Определение теплофизических свойств газов Начальное приближение расходов генерируемого пара

Расчет тентовой схемы ГТУ Определение доли расхода газов на выработку

"энергетического" пара __♦______

Тепловой расчет котла-утилизатора |

Определение расхода I

"энергетического " пара с;

заданными параметрами:

Расход пара равен начальному приближению

Уточнение расхода пара

Расчет тепловой схемы парозой турбины ПГУ

Определение термодинамических ~] свойств воды и водяного пара ■

Тепловой расчет чотла-утилизатора, Определение расхода I

тетофикационного(техиологического) I пара с заданными параметрами "

Рис 1. Укрупненная блок-схема математической модели ПГУ-ВГЭР. Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке

оптимизационных нелинейных математических моделей расчета показателей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, ориентированных на расчет установок, работающих на внутренних горючих энергоресурсах (ВГЭР) металлургического комбината. Подчеркивается оптимизационная идеология таких моделей.

Приводится описание универсальной математической модели ТЭЦ-ПВС-ЭВС на базе паротурбинного, газотурбинного и парогазового оборудования. Приводится описание метода и структуры ее интеграции в общую оптимизационную нелинейную математическую модель металлургического комбината, реализованную в программно-информационной системе "ОптиМет".

Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС, имеющей в своем составе ПГУ-ВГЭР, ГТУ и паротурбинное оборудование, в математическую модель металлургического комбината осуществлено по следующей схеме:

дЕ^/Гя*"7 ,Кда,Пккп,Л

виг ^ уг ^ Ш1ат }

г>технология _ пКХП, пЛгДП, гзСтПл + рПрок т> прочие

ВГЭР ~ ВГЭР ВГЭР ВГЭР ВГЭР ВГЭР т>ТЭС _ пЕ т>технология ° ВГЭР ~ п ВГЭР 13 ВГЭР

QI /■[ УСТ К гтККП гт прокат т-гпрочие |

ВТЭР " J [^кокс >11 ОКГ >11СИО+КУ"11СИО+КУ)

(ЛТЭС _П1 ПЭ)_С)ЛТУ-ТЭЦ,ППГУ(ГТУУТЭЦ

Vотп ~ V МК У< ВТЭР ^ВТЭР 1~к<отп + Ус

Т.ТЭС _ Г(рТЭС П2 13 ПГ ~ J V3 ВГЭР ""с

^"ГЭС _ цТЭС + дТЭС =%ПТУ - ТЭЦ + дПГУ(ГТУ)-ТЭЦ ВГЭР " пг

т>Ъ _ т> технология, р ГЭС ПГ ~ ПГ ПГ

■^ТЭС _ ^¡фТЭС рГЭС Г^ПТУ-ТЭЦ + ^ПГУ{ГТУ)-ТЭЦ

ЭВЭР _ А0Э Пдп) ~J К<ВТЭР>11 ГУБТ I

2оэс _ -Эвэр

Вмк = В уг _ шихм + ^ПГ + ■ Э0ЭС ->шт

у! =уП1У[вПТУ-ТЭЦ^+уЛтГТУ)(рПП"(ПУуТЭЦ}+ уг,

31„=ЦШ"В +ЦПГ-В* +Цээ.Эоэс

МК ^уш у? щихт ^ ПГ м МК

где В1Вгэр - выход ВГЭР (доменного, коксового, конвертерного газов), являющийся функцией режимных, структурных и технологических параметров металлургических производств; вкхп расход угольной

шихты; Кдп - расход кокса в доменную печь; Пккп - производительность

кислородно-конвертерного производства; В^рюгия - расход ВГЭР на технологию; Вт^р - потребление ВГЭР теплоэнергетической системой; О^^"Ц - отпуск теплоты теплоэнергетической системой меткомбината; -

потребность металлургического комбината в теплоте; 0~втэр ~ внутренние тепловые энергоресурсы (ВТЭР) меткомбината; 0_ошп~ТЭЦ - отпуск теплоты от паротурбинных установок ТЭЦ меткомбината; - отпуск

теплоты от парогазовых (газотурбинных) установок ТЭЦ меткомбината; В™с- потребление природного газа теплоэнергетической системой (ТЭС); Blf.jp - ресурс ВГЭР для ТЭС; Втэс - потребление топлива теплоэнергетической системой; В";!Г - расход природного газа на меткомбинате; дмяткгш. расход природного газа на технологические

производства; Этэс - выработка электроэнергии теплоэнергетической системой; Эоэс - величина потребления электроэнергии извне; суммарная потребность меткомбината в электроэнергии; Эпэр - электроэнергия, вырабатываемая теплоутилизационной электростанцией (ТУЭС) и ГУБТ. Обозначения производств: КХГ1 - коксохимическое, АгДП - аглодоменное, СтПл -сталеплавильное, Прок- прокатное, УСТК - установки сухого тушения кокса, ККП - кислородно-конвертерное производство. Другие обозначения: В - расход условного топлива, V - выбросы вредных веществ, Ц - цена энергоресурса, П - производительность, 0 - теплота, Э -электроэнергия, Ь - удельный расход условного топлива.

Дано обоснование выбора и применения метода оптимизации, а также краткое описание применяемого комбинированного метода оптимизации ОБИ}. Приводится описание целевых функций, используемых в оптимизационных расчетах: минимум приведенных топливно-энергетических ресурсов на металлургическом комбинате, минимум

стоимостных затрат на приобретаемые топливно-энергетические ресурсы

плюс ущерб от вредных выбросов 3£ , а также экономический критерий,

включающий з£ и учитывающий различия капитальных затрат в различные

типы энергетического оборудования.

В третьей главе на основе предложенной математической модели проведено расчетно-теоретическое исследование характеристик газотурбинных и парогазовых установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината.

Рассматривается работа на доменном, коксовом, конвертерном газах и их смесях, проводится сравнение с показателями ГТУ при работе на природном газе, показывается существенное отличие их характеристик от характеристик ГТУ, работающих на природном газе.

В случае использования ВГЭР с относительно невысокой теплотой сгорания (доменный и конвертерный газ) переход к более высоким начальным температурам перед турбиной (свыше 1200°С) не приводит к существенному повышению КПД ГТУ, а начиная с температур в районе 1300°С наблюдается даже его уменьшение.

Коэффициент полезного действия ГТУ, нетто

природным газ коксовый газ

конвертерный газ

Рис.2. Коэффициент полезного действия ГТУ простого цикла при работе на различных газах ВГЭР и одинаковой температуре перед

газовой турбиной.

1000 град С -1200 град С -1400 град С -1600 град С

Степень повышения давления в компрессоре ГТУ

Рис.3. Зависимость электрического КПД нетто ГТУ от начальных параметров цикла при работе на доменном газе.

Основные причины отличия характеристик ГТУ, работающих на различных топливах, заключаются в следующем:

Различие в теплофизических и термодинамических свойствах газов, составляющих топливную смесь для ГТУ. Энтальпия, газовая постоянная, показатель адиабаты у газов, составляющих топливную смесь, могут

существенно отличаться друг от друга. Это, а также различная динамика зависимости этих величин от температуры, приводит к отличию работ сжатия газа в компрессоре и температур газа на выходе из компрессора. Таким образом, оказывается влияние на тепловой баланс камеры сгорания ГТУ (необходимый подвод тепла топлива), а, значит, на расход топлива в ГТУ.

Различный состав продуктов сгорания, поступающих в турбину ГТУ при сжигании топлив разного состава, оказывает влияние на работу газовой турбины. Однако, как показывают расчеты, это влияние относительно невелико, поскольку вне зависимости от состава топлива и параметров ГТУ преобладающим компонентом продуктов сгорания является азот (72-75%). У ГТУ с большими температурами перед турбиной содержание азота ниже. Суммарное содержание кислорода, двуокиси углерода и кислорода в продуктах сгорания изменяется в пределах оставшихся (25-28%).

В зависимости от вида используемого топлива в ГТУ, а также ее параметров отношение объемного расхода топлива к объемному расходу воздуха изменяется в широких пределах: от 0,03 для природного газа до 0,40,5 для доменного газа.

В зависимости от состава топливной смеси ГТУ будут иметь различные соотношения внутренних мощностей и расходов газа у воздушного и топливного компрессоров при одной и той же электрической мощности ГТУ.

В связи с этим, традиционное включение мощности дожимающего топливного компрессора в величину собственных нужд, задаваемую в %, в данном случае неприменимо. Поскольку мощность топливного и воздушного компрессоров Г"ТУ-ВГЭР сильно зависит от состава топливной смеси, полезная работа Лпо„ определяется по следующему выражению (в случае одновальной компоновки).

^пол = ^Т ~ >

где 1.т - внутренняя работа газовой турбины ГТУ; 2Хк - суммарная внутренняя работа воздушного и топливного (-ых) компрессоров ГТУ.

Работа на различных по составу топливных смесях из газов ВГЭР может приводить к существенным различиям в агрегатной реализации ГТУ. Универсальную ГТУ, работающую на топливной смеси любого состава при сохранении стабильно высоких энергетических и экологических показателей и возможности регулирования мощности, создать технически трудно. Соотношение воздуха и топлива для различных топливных смесей отличается до 20 раз. Поэтому газотурбинные и парогазовые установки, использующие ВГЭР, могут быть спроектированы только под определенные топливные смеси.

В ГТУ, работающих на топливах ВГЭР, часто требуется использовать топливные компрессоры динамического действия (турбокомпрессоры). Это объясняется тем, что объемный расход топлива в таких ГТУ может быть в

десятки раз выше, чем в ГТУ, использующих природный газ, при их одинаковой электрической мощности.

¿500 £ 400 «300 200 100 0

33% 32% 31% 30%

природный газ

конвертерный газ

У доменный газ

Рис.4. Газовая

постоянная топливных смесей ВГЭР Я, кДж/(кг К).

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

природным гаа /

^ \ конвертерный газ ^доменный газ

Рис.5. Коэффициент полезного действия ГТУ при работе на различных топливных смесях газов ВГЭР.

0 6000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

Для смесей топлив с малой теплотой сгорания 5000-10000 кДж/м3 (исключая смеси доменного и коксового газов) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси ГТУ из газов ВГЭР и природного газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целью их взаимного резервирования. При этом влияние на характеристики топливного компрессора будет минимально.

Объемное содержание кислорода в отходящих газах ГТУ при одних и тех же начальных параметрах, работающих на разных топливных смесях, будет изменяться в широких пределах (на 3-4%). Поскольку содержание кислорода при работе ГТУ на доменном газе резко снижается, возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

Рис.6. Объемное

сгорания топлива Д -доменный газ, К -коксовый газ, КН -конвертерный газ, Пр -природный газ.

10000 15000 20000 25000 30000 35000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

Расчеты показали, что имеется объективная зависимость электрического КПД парогазовой установки с утилизационной схемой от состава топливной смеси, на которой работает ГТУ в составе ПГУ-КУ. Причем соотношение паротурбинной и газотурбинной мощности ПГУ в зависимости от состава топливной смеси изменяется. При работе на ВГЭР с низкой теплотой сгорания доля паротурбинной мощности ПГУ больше.

Рис.7. Коэффициент полезного действия ПГУ при работе на различных топливных смесях газов ВГЭР.

О 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Теплота сгорания, кДж/нмЗ

В зависимости от начальных параметров газа перед турбиной ГТУ величина электрического КПД ПГУ-КУ отличается на 1-3 % (абс.) при работе на различных смесях ВГЭР. Большая разница - для более высоких параметров ГТУ. КПД ПГУ-КУ, работающих на смеси низкокалорийных газов - доменного и конвертерного - практически не изменяется при смешении этих газов в любых соотношениях.

В четвертой главе проведен анализ структуры топливно-энергетического баланса российских и зарубежных металлургических комбинатов и заводов.

На базе информационно-аналитической системы "Оптимет" совместно с И.А. Султангузиным и А.П. Яшиным разработана математическая модель усредненного металлургического комбината с характерной для большинства российских металлургических комбинатов технологической структурой и

энергобалансом, в которую интегрирована разработанная автором математическая модель универсальной ТЭЦ-ПВС на базе паротурбинного, газотурбинного и парогазового оборудования. Приводится краткое описание математической модели усредненного металлургического комбината, в разработке которой автор принимал активное участие. По структуре производства проката на усредненном металлургическом комбинате (УМК) за основу взят эталонный завод полного цикла Международного института черной металлургии. Структура потребления покупных ТЭР на УМК с большой долей природного газа (28% от всего потребления ТЭР) и электроэнергии (50% от потребности в электроэнергии) характерна для большинства российских металлургических комбинатов.

На математической модели усредненного меткомбината проведены расчеты по следующим вариантам расширения ТЭЦ-ПВС:

1. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 220 МВт. Топливо - природный газ. Данный вариант ПТУ может быть построен на базе лицензионной российской ГТЭ-160 (JIM3 - Siemens V94.2).

2. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 160 МВт. Топливо - доменный газ.

3. Отечественный паротурбинный блок К-160 конденсационного типа электрической мощностью 160 МВт. Топливо - природный газ.

4. ГТУ-ТЭЦ электрической мощностью 52 МВт. Топливо - природный газ. Установка может быть построена на базе отработанной и надежной ГТУ фирмы Alstom GT-8C.

5. ПТУ-ТЭЦ электрической мощностью 140 МВт. Топливо - природный газ. ПТУ может быть построена на базе российской ГТУ-110.

6. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 53 МВт. Топливо - конвертерный газ.

7. ГТУ-ТЭЦ электрической мощностью 35 МВт. Топливо -конвертерный газ.

Рис. 8. Экономия денежных средств на покупные энергоресурсы (природный газ и электроэнергию) для различных вариантов развития системы энергоснабжения.

Рис. 9 Сокращение энергопотребления меткомбината для различных вариантов развития системы энергоснабжения

8. Паротурбинная установка конденсационного типа электрической мощностью 30 МВт. Топлиео - конвертерный газ.

С помощью приведенного расчетно-опеночного метода возможно рассмотреть гчавные варианты, но лишь ограниченное их количество. Формулировка, математическое описание и решение оптимизационной задачи на порядок сложнее. Но только оно позволяет найти действительно оптимальную структуру энергетических мощностей металлургического комбината в соответствии с выбранной целевой функцией и имеющимися техническими ограничениями.

Далее формулируется задача схемно-параметрической оптимизации энергоисточника меткомбината по критериям минимума потребления приведенных ТЭР и затрат на покупные ТЭР. Проводится схемно-параметрическая оптимизация паротурбинной ТЭЦ-ПВС, показываются противоречия при решении задачи оптимизации по этим целевым функциям.

Исходя из критерия минимума потребления приведенных ТЭР оптимальным решением будет выработка электроэнергии на собственной ТЭЦ с большой долей теплофикационной выработки. Остальная электроэнергия будет покупаться из энергосистемы. Для критерия затрат на покупные ТЭР, наоборот, - оптимальным решением будет максимально возможная собственная выработка электроэнергии.

Как показал анализ, при существующем соотношении цен на природный газ и электроэнергию это будет экономически оправдано даже для самых термодинамически неэффективных способов производства электроэнергии.

Проведен анализ устойчивости решения при прогнозируемом изменении цен на покупные энергоносители - электроэнергию и природный газ. Анализ показал, что предельное соотношение цен на газ и электроэнергию, при котором еще происходит уменьшение затрат на ТЭР при увеличении выработки электроэнергии, для паротурбинной ТЭЦ УМК средних параметров находится около 2.

имеющей в своем составе ГТУ и ПГУ-ВГЭР. Степень влияния различных оптимизируемых переменных на результат решения может существенно различаться, что показано на рис.10.

> Доля электрической мощности ГТУ " Зима;

Я Доля электрической мощности ГТУ | Лето I

Л-Доля тепловой мощности котлов >

ТЭЦ-ПВС Зима -X "Доля тепловой мощности котлов | ТЭЦ-ПВС Лето I

Ж Доля теплоты газов ГТУ в КУ | энергетических параметров Зима -♦-Доля теплоты газов ГТУ в КУ!

энергетических параметров Лето \ -I-Доля конвертерного газа на ГТУ

Доля конвертерного газа на ГТУ! Лето

Степень использования (

конвертерные газов в ККЦ -О-Доля доменного газа на [ТУ Зима "

О-Доля доменного газа на ГТУ Лето

Рис. 10. Влияние оптимизируемых переменных на целевую функцию

Установлено, что при наличии ограничений типа неравенств (например, на отпуск электроэнергии от собственной ТЭЦ меткомбината в энергосистему) целевая функция затрат на покупные ТЭР имеет несколько локальных оптимумов. Для уменьшения объема вычислений предлагается выделять сильно влияющие переменные с монотонным влиянием на целевую функцию, и на первом этапе поиска проводить оптимизацию по этому ограниченному количеству переменных. На втором этапе поиска дополнительно включаются в оптимизационную задачу и менее значимые оптимизируемые переменные. Поиск глобального оптимального решения основан на многократном локальном поиске оптимумов из множества начальных точек в допустимой области решений. При большом количестве равномерно распределенных начальных точек поиска с большой вероятностью можно утверждать, что глобальный оптимум будет найден.

Для ТЭЦ-ПВС, имеющей в своем составе ПГУ-ВГЭР, результат оптимизации по критериям: "минимум потребления приведенных ТЭР" и "затраты на покупные ТЭР" оказывается практически идентичен. То есть применение ПГУ-ВГЭР фактически "примиряет" эти критерии.

Результаты анализа устойчивости решения при прогнозируемом изменении цен на покупные энергоносители - электроэнергию и природный газ - показывают, что решение оптимизационной задачи имеет большой запас устойчивости. Предельное соотношение цен на газ и электроэнергию, при котором еще происходит уменьшение затрат на ТЭР при увеличении выработки электроэнергии, для ТЭЦ УМК с парогазовым оборудованием находится около 3.

Изменение параметров из средней точки к границам

покупные угли

|природный газ|

¡доменные печи 17«

1005 1 кауперы

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА, ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЭР - 7 473.8 ТЫС. Т УЛ.

ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ПГУ ВМИН->ЗМИН {ОПТИМАЛЬНЫЙ БАЛАНС)

ПОКУПНЫЕ ЭНЕРГОРЕС УРСЫ; УГОЛЬ 6 006.6 тыс. т ПРИРОДНЫЙ ГАЗ 1 929.5 МЛН- МЗ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ 52.1 МЛН. КВТ*Ч

УГЛЕПОДГОТОВКА

НОВ ТЕХН.

коксовые батареи 4097

БЛОКИ разделения

17.в у кислород

коксовые газ

доменный газ

ДОМЕННОЙ ГАЗ

город-20.8 город-133 || 1

Рис. 1!. Оптимальный топливно-энергетический баланс (критерий - минимум затрат на ТЭР).

Таблица 1. Результаты оптимизации ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР.

Параметр Исходный вариант Паротурбинная ТЭЦ Оптимизация по критерию минимум затрат на покупные ТЭР Оптимизация по критерию минимум потребления ТЭР Оптимизация по критерию минимум затрат на покупные ТЭР

Потребление приведенных ТЭР, тыс. тут. 8362 8502 7464 7474

Экономия приведенных ТЭР по сравнению с исходным вариантом, тыс. тут. -141 898 888

Экономия затрат на покупку ТЭР, млн руб. - 1124 2071 2073

Потребление природного газа, млн м3 1986 2838 - 1923 1929

Затраты на покупку природного газа, млн. руб. 2200 3143 2130 2137

Доля собственной выработки электроэнергии,% 51% 100% 99% 99%

Затраты на покупку электроэнергии, млн. руб. 2019 0 54,3 49,5

1. Разработана методика расчета ПГУ-ВГЭР, интегрированная в математическую модель теплоэнергетической системы металлургического комбината.

2. С помощью разработанной математической модели ТЭЦ-ПВС-ПГУ и разработанного программного комплекса показано, что применение ПГУ на ТЭЦ-ПВС для условий усредненного металлургического комбината производительностью 8 млн. т. стали в год дает расчетную экономию ТЭР свыше 800 тыс. т у.т./год.

3. Установлено, что ВГЭР являются полноценным топливом для ПГУ и ГТУ, снижение электрического КПД ПГУ по сравнению с установками на природном газе составляет 2-3% . Высокая энергетическая эффективность, а также существенно меньшие капитальные затраты по сравнению с ПТУ позволяют успешно конкурировать таким установкам с паротурбинным оборудованием ТЭЦ-ПВС.

4. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющие параметры и схемные решения ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР.

5. Показано, что для смесей топлив с малой теплотой сгорания 500010000 кДж/м3 (на основе доменного, конвертерного и природного газа) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси ГТУ из газов ВГЭР и природного

газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целью их взаимного резервирования. При этом влияние состава топлива на характеристики топливного компрессора будет минимально.

6. Выявлено, что для коксового газа и смесей коксового и природного газа наиболее эффективно использовать компрессоры объемного действия. В этом случае могут использоваться ГТУ, спроектированные для работы на природном газе, без существенных конструктивных изменений камеры сгорания и воздушного компрессора.

7. Выявлено, что содержание кислорода в отходящих газах ГТУ при работе на доменном газе резко снижается (до 10-11 %), при этом возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

9. Показано, что для задач наращивания электрической мощности ТЭЦ меткомбината оптимально использование ПГУ, для замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината.

10. Выявлено, что при сочетании ПТУ и ПГУ повышается общая эффективность ТЭЦ за счет того, что ПГУ вытесняет конденсационную выработку ТЭЦ, при этом на ПТУ резко возрастает комбинированная выработка электроэнергии.

1. Яворовский Ю.В., Хромченков В.Г. Оптимизация распределения нагрузок котельных агрегатов на основе математического моделирования.// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. -М., 2002. -Т.З.-С.180-181.

2. Ситас В.И., Султангузин И.А., Яворовский Ю.В., Евсеенко И.В. Расчет-энергетических показателей и оценка эффективности промышленной ТЭЦ // Вестник МЭИ. - 2003. - №6. -С. 123-127.

3. Яворовский Ю.В., Иванов Г.В., Хромченков В.Г. Оптимизация нагрузки промышленной ТЭЦ. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 4-5 марта 2003 г. - М., 2003. - Т.2. - С. 344-345.

4. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Галактионов В.В.,

Баранов B.B. Математическое моделирование и оптимизация энергоснабжения металлургического комбината на базе топливно-энергетического баланса и в рамках системного подхода. И Энергосбережение - теория и практика: Тр. 2-й Всероссиийской школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М., 2004. - С.79-81.

5. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината на основе использования математической модели. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - М., 2005. - Т.2. - С.446-447.

6. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Яшин А.П. Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок. // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. - №6. - С. 51-53.

7. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Яшин А.П. Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината за счет применения парогазовых установок. // Энергосбережение - теория и практика: Тр. 3-й Всероссийской школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М„ 2006. - С.137-142.

8. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината за счет оптимизации энергобаланса предприятия при совершенствовании его энергоисточника. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 2-3 марта 2006. - М., 2006. - Т.2. - С.490-491.

9. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината за счет использования горючих газов в парогазовых установках. // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее: Тр. III Международной науч-практ. конф. - М.: МИСиС, 2006. - С.659-662.

10. Курганов С.Ю., Яворовский Ю.В., Хромченков В.Г. Совершенствование использования конвертерных газов в схеме с аккумуляторами тепла. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 2-3 марта 2006. - М., 2006. - Т.2. - С.469-470.

Подписано в печать Зак. к Тир. №0 п.л.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор и посишовка задачи

1.1. Современное состояние вопроса построения, исследования и 10 оптимизации топливно-энергобаланса металлургического комбинаш

1.2. Современное сосюяние вопроса математического 15 моделирования и оптимизации исгочника энерюснабжения промышленного предприятия

1.3. Парогазовые технологи на современном этапе развития 21 энергетики

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. Построение математических моделей ПГУ-ВГЭР, ТЭЦ- 32 ПВС и математической модели усредненного металлургического комбината

2.1. Описание математической модели ПГУ-ВГЭР

2.1.1. Описание математической модели ГТУ

2.1.2. Описание математической модели котла-утилизатора

2.1.3. Моделирование 1еплофизических свойств воды и 44 водяного пара

2.1.4. Математическое описание рабош гепловой схемы 48 паровой турбины ПГУ-ВГЭР

2.1.5. Методика упрощенных расчетов показателей 50 ушлизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР

2.2. Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР в 55 расчет энергобаланса металлургического комбината

2.3. Постановка задачи схемно-параметрической оптимизации 60 ТЭЦ-ПВС в рамках рассмотрения полною энергобаланса металлур1 ического комбината

2.4. Критерии оптимизации энерю1ехнологической системы, 63 включающей ТЭЦ-ПВС, в рамках полного энергобаланса мегаллур1 ического комбината

2.5. Особенности применения меюдои оптимизации в задачах 64 оптимизации металлургических и теплоэнергетических процессов

2.6. Краткое описание применяемого метода оптимизации DSFD 65 (Метод прямого поиска возможных направлений)

2.7. Поиск глобального оптимума на базе мноюкрагного поиска 67 локальных оптимумов

ГЛАВА 3. Расчетно-теоретическое исследование характеристик ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР \ieiajuiypi ического комбината

3.1. Особенности применения парогазовых технологий в условиях металлургического комбината

3.2. Характеристики доменного газа

3.3. Характеристики коксового газа

3.4. Характеристики конвертерного таза

3.5. Характеристики простого цикла ГТУ при работе на различных 77 топливах

3.6. Характеристики ПГУ с коiлом - утилизатором (ПГУ-КУ) при 100 работе на различных тазовых топливах

ГЛАВА 4. Оптимизация схемно-парамегрических решений ТЭЦ-ПВС 105 металлургическою комбината

4.1. Структура топливно-энергетическою баланса мегаллурт ического комбината

4.2. Топливно-энерютические балансы зарубежных 111 металлургических заводов

4.3. Топливно-энергетический и материальный балансы 115 усредненного металлургическою комбинат

4.4. Схемно-параметрическая оптимизация энерюснабжения 126 усредненного металлургическою комбината на базе традиционных паротурбинных установок по критерию минимума потребления топливно-энерюжческих ресурсов

4.5. Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 131 усредненною металлур1 ического комбината на базе традиционных паротурбинных устновок по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы

4.6. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 136 усредненного металлургическою комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по кршерию минимума пофебления топливно-энергетических ресурсов.

4.7 Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 141 усредненного металлургического комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы.

4.8 Схемно-параметрическая оптимизация энерюснабжения 147 усредненною мегаллур1 ическою комбината на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума jaipar на топливно-энергетические ресурсы в условиях увеличения стоимости природною газа.

4.9. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 149 усредненною металлургическою комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума суммарных (интегральных) затрат. Выводы

Введение 2006 год, диссертация по энергетике, Яворовский, Юрий Викторович

Одной из наиболее актуальных проблем в черной металлургии является повышение энерюэффективности и эколо1 ичносги производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энертетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла може1 име1ь производительность около 10 млн. т. стали в год и пофеблять колоссальное количеешо топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране предприятия черной металлургии пофебляют около 15% всею производимого природного юнлииа и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной металлурги в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, потенциал энергосбережения российских металлургических предприятий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии - в eipyKiype себестоимости проката составляет 30-50%, что говориi о высокой энергоемкости производства. Значительного энерюебережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлур1 ического комбината, а также оптимизации энерюиспользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно обеспечивая утилизацию ВГЭР, отпускает заданные объемы сжатого воздуха и электроэнергию. "Го есть является важнейшим звеном, замыкающим юиливно-энерт омический баланс меткомбината по этим энергоносителям, поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться совместно не только между собой, но и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение системного анализа для энерготехнологическою комплекса металлургического комбината, являющем ося сложной системой.

На мно1их меткомбинашх оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально устарело, в связи с чем назрела необходимоеп> проводить ее техническое перевооружение, используя современное или даже разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбипата, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ИГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью работ является разработка и выбор оптимальных схемно-параметрических решений 1ЭЦ-ПВС на базе ПГУ в увязке топливно-энергетического баланса металлургического комбината Для достижения указанной цели требуется разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПГУ (ГТУ) на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров "1ЭЦ-ПВС с учетом полною топливно-энергетического баланса Mei комбината; разработать метод оценки оптимальных областей применения ПГУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, работающих на ВГЭР металлуртического комбината; разработать инструмент выбора оптимальной стратеги развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-энертежческого баланса меткомбипата.

Паучпаи новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые разработана единая математическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПГУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетическою баланса меткомбината.

2. Получены характеристики ПГУ-КУ на гопливах ВГЭР меткомбината, установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их характеристики оказываем влияние объемное содержание в топливе ССЬ, СН4, HiO, СО, ЬЬ, О2, N2 (по степени убывания влияния).

3. Получены условия взаимозаменяемости томлив ВГЭР для ПГУ-КУ, показано, что в зависимости от состава юмлива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна бьпь различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м3) на основе доменного, конвертерною и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м3) на основе коксового и природпою газов - топливный компрессор ГТУ объемного действия.

4. Установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощное ж и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината, которое зависит от структуры производства меткомбината.

5. Усыновлено, что сущесшуюг оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургическою комбината ПГУ-ТЭЦ и ГТУ-ТЭЦ, работающих на топливах ВГЭР, в зависимости от парамефов отпуска тепла.

Практическая ценность рабош сосюит в том, что разработанные в ней меюды и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлур1ических производств. Разработанная методика рекомендуется к использованию при техническом перевооружении и модернизации 1ЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверное!!» и обоснованное!ь резулыатов работы обусловлены применением современных меюдов термодинамическою анализа, апробированных методов магматического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных результатов с данными дру! их авторов и данными, полученными при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

Разработанную методику и оптимизационную математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированную в оптимизационную математическую модель металлургическою комбината;

Результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлурт ическою комбинат а

Резулыагы оптимизационных исследований и поиска структуры ТЭЦ-ПВС, включающей Г ГУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энерютического баланса металлур1 ическою комбината.

Личный вклад а»юра заключается:

В разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, итерированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

В проведении расчешых исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината

В проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургическою комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазовою оборудования с учетом полного топливно-энергетическою баланса металлургическою комбината.

Апробации и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ; 2002-2006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (МЭИ; 2004 г и 2006 г.), III Международной научно-пракптческой конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (МИСиС, 2006 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок"

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлено, что ВГЭР являются полноценным топливом для ПГУ и ГТУ, снижение электрического КПД ПГУ по сравнению с установками на природном газе составляет 2-3% . Высокая энергетическая эффективность, а также существенно меньшие капитальные затраты по сравнению с ГГГУ, позволит успешно конкурировать таким установкам с паротурбинным оборудованием ТЭЦ-ПВС.

2. С помощью разработанной магматической модели ТЭЦ-ПВС-ПГУ и разработанного программною комплекса показано, что применение ПГУ на ТЭЦ-ПВС для условий усредненною металлургического комбината производительностью 8 млн. т. стали в год дает расчетную экономию ТЭР свыше 800 I ыс. ту.т./год.

3. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющие параметры и схемные решения работающих на ВГЭР ГТУ и ПГУ,

4. Для смесей топлив с малой теплотой сгорания 5000-10000 кДж/мЗ (на основе доменного, конвертерного и природного газа) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси Г ГУ из газов ВГЭР и природного газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целыо их взаимного резервирования. При этом влияние на характеристики топливного компрессора будет минимально.

5. Смеси на основе коксового газа имеют существенно большую газовую постоянную 600-800 Дж/(кг К). Для коксового газа и смесей коксового и природного газа наиболее эффективно использовать компрессоры объемного действия. В этом случае может быть использоваться ГТУ, разработанная на природный газ, без существенных конструктивных изменений камеры сгорания и воздушною компрессора.

6. Поскольку содержание кислорода при работе ГТУ на доменном газе резко снижается (до 10-11 %), возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

7. Разработана методика расчет ПГУ-ВГЭР, интегрированная в математическую модель теплоэнергетической системы металлургического комбината.

8. Разработана методика упрощенных расчетов показателей утилизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР.

9. Для задач наращивания элекфической мощности ТЭЦ МК оптимально использование ПГУ, для замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината.

Ю.При сочетании ПТУ и ПГУ повышается общая эффективность ТЭЦ за счет тою, что ПГУ вытесняет конденсационную выработку ТЭЦ, при этом на 11ТУ резко возрастает комбинированная выработка электроэнергии.

Библиография Яворовский, Юрий Викторович, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Никифоров Г.В., Заславец Б.И. Энергосбережение на металлургических предприятиях: Монография. - Маг ниюгорск: МГТУ, 2000. -283 с.2. www.nlmk.ru.

2. Сазанов Б.В. Решение основных вопросов энергохозяйства заводов черной металлургии. // Сталь 1978.- №1. - С.3-8.

3. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1990. 297 с.

4. Зайцев А.И., Митновицкая Е.А., Левин Л.А., Книгин А.Е. Математическое моделирование источников энергоснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1991. 152 с.

5. Демченко Ф.Н., Горностаев Л.С., Баклагг О.В., Драченин Е.А., Корнфельд В.Н. Системный анализ энерготехнологического комплекса как основа выбора путей снижения энергоемкости металлургической продукции. // Сталь -1984. №3. - С.83-87.

6. Ситас В.И., Султангузин И.А, Шомов А.П. и др. Программно-информационная система «ОптиМет» управления энергетическими и сырьевыми ресурсами металлургического комбината // Вестник МЭИ. -2003.-№5.-С. 114-119.

7. Вишневский Б.Н., Хейфец Р.Г., Цуканов А.А. Энерготехнологическое моделирование прокатного счана // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Днепропетровск. 1999. -Том 2. - С. 123-126.

8. Ситас В.И., Султангузин И.А., Яворовский Ю.В., Евсеенко И.В. Расчет энергетических показателей и оценка эффективности промышленной ТЭЦ. // Вестник МЭИ. 2003.- №6.- С. 123-127.

9. Н.Сазонов С.И. Снижение топливопотребления металлургического комбината на основе совершенствования энерготехнологических режимов доменных печей. Авторсф. дис. . канд. техн. наук -Днепропетровск, 2006. -20 с.

10. Ситас В.И., Султангузин И. А. Математическое моделирование теплоэнергетической системы металлургического комбината на ЭВМ // Научн. тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т. 1989. - Сб. № 198. - С. 13-19.

11. Ситас В.И., Султангузин И.А., Анохин А.Б. Системный подход к решению задач энергосбережения и экологии для металлургических комбинатов // Новые процессы в черной металлургии: Тез. докл. засед. Науч. совета ГКНТ СССР М., 1990. - С.34-35.

12. Анохин А.Б., Ситас В.И., Сул1ашузин И.А., Хромченков В.Г. Структура программного обеспечения задачи оптимизации энерготехнологической системы металлургическою комбината // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1992. - № 4. - С. 91-94.

13. Анохин А.Б., Ситас В.И., Султашузин И.А. и др. Математическое моделирование и оптимизация как метод решения проблем энергосбережения и экологии промышленных районов // Теплоэнергетика. 1994. - №6. - С.38-41.

14. Бородулин А.В., Гизатуллин Х.Н., Обухов А.Д., Советкин B.JI., Шкляр Ф.Р., Ярошенко Ю.Г. Математические модели оптимального использования ресурсов в доменном производстве. Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1986.- 148 с.

15. Демченко Н.Ф., Корнфельд В.И., Шашкова М.Н., Полунина И.

16. Использование экономико-математических моделей для оптимизации энерготехнологических комплексов металлургических комбинатов // Сталь. 1991.-№6. -С. 87-91.

17. Методы оптимизации режимов энергосистем / В.М. Горнштейп, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев и др.; Под ред. В.М. Горнштейна. М.: Энергоиздат, 1981.-336 с.

18. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. - 416 с.

19. Попырин Л.С., Самусев В.Н., Эпельштейн В.В. Автоматизация математического моделирования теплоэнергетических установок. М.: Наука, 1981.-236 с.

20. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития. М.: Наука, 1983. - 456 с.

21. Степанова Т.Б. Разработка методов комплексного энергетического анализа технических систем. Автореф. дисс. . докт. техн. наук -Новосибирск, 2001. 40 с.

22. Клер A.M. Методы математического моделирования и технико-экономических исследований сложных теплоэнергетических установок. Авюреф. дисс. д-ра техн. наук Иркутск, 1992. - 40 с.

23. Баженов М.И., Иванов Г.В., Романов В.И., Баженова Н.М. Энергетические характеристики теплофикационных паровых турбин. М.: МЭИ, 1996.

24. Палагин А.А. Автоматизация проектирования тепловых схем турбоустановок. Киев: Наук, думка, 1983. - 159 с.

25. Фридман М.О. Выбор оптимальной структуры и мощности промышленно-отопительных пар01урбинных ТЭЦ. Автореф. дисс. . д-ра. техн. наук М., 1970 - 20 с.

26. Хлебалин Ю.М. Оптимизация схем, параметров и режимов работы промышленных ТЭЦ. Автореф. дис. . д-ра техн. наук-, Саратов, 1984. -40 с.

27. Клер A.M. Оптимизация состава основною оборудования и тепловой схемы при техническом проектировании ТЭЦ. Автореф. дис. . канд. техн. наук Иркутск, 1978. - 20 с.

28. Андрющенко А.И., Аминов Р.З. Оптимизация режимов работы и параметров тепловых электростанций. М.: 1983. 255 с.

29. Андрющенко А.И., Аминов Р.З., Хлебалин Ю.М. Теплофикационные установки и их использование. М.: Высшая школа, 1989. -256 с.

30. Сазанов Б.В., Иванов Г.В. Выбор турбинного оборудования промышленных ТЭЦ. М.: МЭИ, 1980.-101 с.

31. Соколов Е.Я., Корнеичев А.И. Выбор оптимальной электрической и тепловой мощности ТЭЦ. // Теплоэпер1етика. 1965. - №5. - С.54-59.

32. Соколов Е.Я., Корнеичев А.И., Скловская Е.Г., Фридман М.О. Выбор оптимального состава оборудования промышленно-отопительных ТЭЦ. // Теплоэнерг етика. 1970. - № 10 - С.5-8.

33. Хрилев JI.C., Смирнов И.А. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения / Под ред. Е.Я. Соколова. М.: Энергия, 1978.-264 с.

34. Деканова П.П. Математические меюды оптимизации режимов функционирования ТЭС. Автореф. дис. . д-ра техн. наук -Иркутск, 1997. -40 с.

35. Аминов Р.З. Векторная оптимизация режимов работы электростанций. -М.: Энергоатомиздат, 1994.-303 с.

36. Промышленные тепловые электростанции. / Баженов М.И., Богородский А.С., Сазанов Б.В. и др. М.: Энергия, 1979. - 296 с.

37. Назмеев 10.Г., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий. М.: Изд-во МЭИ, 2002. -407 с.

38. Рубинштейн Я.М., Щепетильников М.И. Исследование реальных тепловых схем ТЭС и АЭС. М.: Энергоиздат, 1982.-271 с.

39. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. / Под ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М. М.: Энергоиздат, 1982. - 624 с.

40. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987. -328 с.

41. Рыжкин В.Я., Кузнецов A.M. Анализ тепловых схем мощных конденсационных блоков. М.: Энергия, 1972.-271 с.

42. Соколов Е.Я., Мартынов В.А. Методы расчёта основных энергетических показателей паротурбиниых, газотурбинных и парогазовых теплофикационных установок. М.: МЭИ, 1997.

43. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов A.1I. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002. -584 с.

44. Безлепкин В.П. Парогазовые и паротурбинные установки электростанций. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1997. - 295 с.

45. Керцелли Л.И., Рыжкин В Л. Тепловые электрические станции. М.: Госэнергоиздат, 1956. 556 с.

46. Тепловые и атомные элекгрические станции: Учебник для вузов по направлению "Теплоэнергетика"/ JI.C. Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г. Тишин. М.: Энергоатомиздат, 1982.-456 с.

47. Турбины тепловых и атомных электрических станций. / Под. ред. А.Г. Коетюка, В.В. Фролова. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с.

48. Трухний А.Д., Пегрунин С.В. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного тина. М.:Издательство МЭИ, 2001.

49. Дудко A.II. Разработка методических основ определения энергетических показателей парогазовых ТЭЦ с котлами-утилизаторами и исследованиережимов их работы. Автореф. дис. . канд. техн. наук Москва, 2000. -20 с.

50. Дорофеев С.Н. Исследование и ошимизация применения газотурбинных ТЭЦ в энергетике. Автореф. дис. канд. техн. наук Москва, 1997.-20 с.

51. Андреев Д.А. Эффективность газотурбинных и парогазовых ТЭЦ малой мощности. Автореф. дис. канд. техн. наук Саратов, 1999.-20 с.

52. Конакотин Б.В. Разработка, исследование и оптимизация тепловых схем парогазовых установок сбросного типа с пылеугольными паровыми котлами. Автореф. дис. канд. техн. наук-Москва, 1999.-20 с.

53. Качан С.А. Структурно-парамефическая оптимизация теплофикационных ПГУ. Автореф. дис. . канд. техн. наук Минск, 2000.-20 с.

54. Осипов В.Н. Термодинамическая оптимизация схем и параметров бинарных парогазовых установок. Автореф. дис. . канд. техн. наук -Саратов, 2001.-20 с.

55. Левшии Н.В. Разрабо1ка методов анализа технико-экономических характеристик и сравнительной системной эффективности схем парогазовых установок. Автореф. дис. . канд. техн. наук Минск, 2002. -20 с.

56. Новичков С.В. Выбор эффективных типов конденсационных парогазовых установок в условиях топливного ограничения. Автореф. дис. . канд. техн. наук Саратов, 2002. - 20 с.

57. Щеголева Т.П. Математическое моделирование и технико-экономическая оптимизация парогазовых уешновок на угле и газе. Автореф. дис. канд. 1ехн. наук Иркутск, 1995.-20 с.

58. Щеголева Т.П. Математическое моделирование и технико-экономические исследования ИГУ-ТЭЦ // Материалы конференции молодых ученых Сибирского энергетического института СО АН СССР. -Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1990.

59. Старостенко Н.В. Выбор структуры и оптимизация характеристик производственно-отопительных ГТУ-ТЭЦ малой и средней мощности. Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1996. - 20 с.

60. Цанев С.В., Буров В.Д., Дорофеев С.II. Расчет показателей тепловых схем и элементов газогурбинных и парогазовых установок электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2000. - 72 с.

61. Ходак Е.А., Ромахова Г.А. Газотурбинные установки тепловых электростанций. СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000.

62. Шинников П.А., Ноздренко Г.В., Ловцов А. А. Эффективность реконструкции пылеугольпых паротурбинных "1ЭЦ в парогазовые путем газотурбинной надстройки и исследование показателей их функционирования. -11овосибирск: 11аука, 2002.

63. Зыков В.В. Оптимизация параметров и схем пылеугольпых газотурбинных мини-ТЭЦ с технологией внешнего сжигания. Автореф. дис. . канд. техн. наук Новосибирск, 1999. - 20 с.

64. Кавалеров Б.В. Математическое моделирование миниэнергосистем с газотурбинными установками. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Пермь, 2000. 20 с.

65. Патрикеев М.Ю. Оптимальное использование малых промышленных ТЭЦ на базе авиационных ГТД. Автореф. дис. . канд. техн. наук -Саратов, 2000.-20 с.

66. Математическая модель парогазовой установки с котлом- утилизатором. / Комиссарчик Т.Н., Грибов В.Б., Гольдштейн А.Д.// Теплоэнергетика, 1991. №12. С.63-66.

67. Деканова Н.П., Клер A.M., Щеголева Т.П. Оптимизация парогазовых установок на стадии техническою проектирования. // Комплексные исследования энергетических установок и систем. М.: ЭПИН, 1989. С. 81-91.

68. Торжков В.Е. Исследование и оптимизация характеристик парогазовых КЭС малой и средней мощности с одноконтурными котлами-утилизаторами. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 2002. 20 с.

69. Оптимальные режимы парогазовых установок с впрыском пара / Степанов И.P. //Теплоэнергегика. 1994. №9. с.25-29.

70. Голуб А.Ф. 11родлепие срока эксплуатации и повышение экономичности стареющих "ГЭС с поперечными связями (методика принятия решений и их реализация на примере Новгородской ТЭЦ). Автореф. дис. . канд. техн. наук Москва, 2002. - 20 с.

71. Веревкин С.И., Корчагин В.А. Газгольдеры. Москва, Издательство литературы по строительству, 1966. - 240 с.

72. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. Москва, "Недра", 1987. -200 с.

73. Meherwan P. Воусе. Gas Turbine Engineerig 1 landbook. Gulf Professional Publishing, 2002.-816 p.

74. Gas Turbine World. 2003 1 landbook. A Pequot Publication.

75. Щуровский B.A. Энерютехнологические системы для компрессорных станций: перспективы применения.// Газотурбинные технологии. 2005. - №7. - С.12-14.

76. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок.// П.Д. Грязнов, В.М. Епифанов, ВЛ. Иванов и др. М: Машиностроение, 1985. - 360 с.

77. Мелентьев JI.A. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развигия. М.: Наука, 1983. - 456 с.

78. Месарович М.Д., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1973.-344 с.

79. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

80. Паппас М., Моради Дж. Усовершенствованный алгоритм прямого поиска для задач математическою программирования // Труды Американскогообщества инж.-мех.: Сер. В, Конструирование и технология машиностроения. 1975. - № 4. - С. 158-165.

81. Разработка предпроектных предложений но модернизации теплоэнергетического хозяйства Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК): Отчет о НИР / Моск. энерг. ин-т. № ГР 01910053466.-М., 1992.-164 с.

82. Разработка программно-информационной системы управления сырьевыми ресурсами ОАО «Северсталь»: Отчет о НИР / НТЦ «ЛАГ Инжиниринг». Том I. М., 2001. 95 е.; Описание программы. - Том П. М., 2001.- 75 с.

83. Разработка программно-информационной системы управления энергетическими ресурсами ОАО «Северсталь» «ОптиМет-Энергия»: Отчет о НИР /1 ГГЦ «ЛАГ Инжинириш ». М., 2001. - 114 с.

84. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдэл К. Оптимизация в технике: В 2 кн.: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - Кн. 1. - 349 е.; - Кн.2. - 320 с.

85. Стационарные газотурбинные установки. / Под ред. Л.В. Арсеньева, В.Г. Тырышкина. Л.: Машинос1 роение. Ленингр. отд-ние, 1989. - 543 с.

86. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 М.: Издательство МЭИ. 1999.

87. IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. International Association for the Properties of Water and Steam / Executive Secretary R.B. Dooley. Electric Power Research/

88. Сазанов Б.В., Палобин Л.В. Расчет тепловой схемы газотурбинных установок. М.: МЭИ, 1974. - 90 с.

89. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. М.:Энергоиздат, 1982. - 494 с.

90. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкция турбин: Учебник для вузов. В 2-х кн. М.: Энергоатомиздат, 1993.

91. Шляхин ГШ., Бершадский M.J1. Краткий справочник по паротурбинным установкам. М.: Энергия, 1970.-215 с.

92. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). / Под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

93. Бенснсон Е.И., Иоффе JI.C. Теплофикационные паровые турбины./ Под ред. Д.П. Бузина. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 с.

94. Корнеичев А.И. Расчет и оптимизация теплоснабжающих систем с помощью ЭВМ. М.: МЭИ, 1979. -40 с.

95. Корнеичев А.И. Расчет коэффициент теплофикации с помощью ЭВМ.- М.: МЭИ, 1980. -40 с.

96. Работа ТЭЦ в объединенных энерюсисгемах / Под ред. В.Г1. Корытникова. М.: Энер1 ия, 1976.

97. Гилл Ф., Мюррей У., Рай г М. Практическая оптимизация: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.-509 с.

98. Гросманн И., Ситас В.И., Султашузин И.А. Оптимизация энергоснабжения металлургическою комбината по энергетическому и экологическому критериям // Промышленная энергетика. 1989. - № 8. -С. 49-51.

99. Разработка предпроектных предложений по модернизации теплоэнергетического хозяйства Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК): Огчег о НИР / Моск. энерг. ин-т. № ГР 01910053466.-М., 1992.-164 с.

100. Разработка программно-информационной системы управления сырьевыми ресурсами ОАО «Северсталь»: Отчет о НИР / НТЦ «ЛАГ Инжиниринг». Том I. М., 2001. 95 е.; Описание программы. - Том II. М., 2001.- 75 с.

101. Разработка программно-информационной системы управления энергетическими ресурсами ОАО «Северсталь» «ОптиМет-Энергия»: Отчет о 11ИР /1ГП \ «ЛАГ Инжиниринг». М., 2001. - 114 с.

102. Ситас В.И., Султангузин И.А. Математическое моделирование теплоэнергетической системы металлургического комбината на ЭВМ //Научн. ip. ин-та/Моск. энерг. ин-т.- 1989. Сб.№ 198.-С. 13- 19.

103. Ситас В.И., Султангузин И.А, Шомов A.II. и др. Программно-информационная сиаема «ОптиМет» управления энергетическими и сырьевыми ресурсами металлургического комбината // Вестник МЭИ. -2003.-№5.-С. 114-119.

104. Ситас В.И., Султангузин И.А., Анохин А.Б. Системный подход к решению задач энерюсбережения и экологии для металлургических комбинатов //11овые процессы в черной металлургии: Тез. докл. засед. Науч. совета ГКНТ СССР М, 1990. - С.34-35.

105. Pappas М. An Improved Direct Search Numerical Optimization Procedure: Report / New Jersey Institute of Technology. No. AD-A037019. - USA, 1977.-55 p.

106. Шень Ют инь. Математическое моделирование в теплоэнергетике. -Пекин: Изд-во Циньхуа Ун-та, 1988. 393 с. (на китайском языке).

107. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 583 с.

108. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1982.-237 с.

109. Паппас М., Моради Дж. Усовершенствованный алгоритм прямого поиска для задач математическою программирования // Труды Американскою общества инж.-мех.: Сер. В, Конструирование и технология машиностроения. 1975. - № 4. С. 158-165.

110. Зойтендейк Г. Методы возможных направлений: Пер. с англ. М.: ИЛ, 1963.- 176 с.

111. Теплотехника металлургического производства. / Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. М.: МИСИС, 2001.-736 с.

112. Бережинский А.И., Циммерман А.Ф. Охлаждение и очистка газов кислородных конвертеров. М.: Металлургия, 1983. - 272 с.

113. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

114. Черкасский В.М., Калинин II.В., Кузнецов Ю.В., Субботин В.И. Нагнетатели и тепловые двш агели. М.: Dnepi оатомиздат, 1997. - 384 с.

115. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.-351 с.

116. Рис В.Ф. Получение характеристик компрессорных машин, работающих на газе, методом испытания на воздухе. // Энергомашиностроение. 1970. - №6. - С.4-9.

117. Бухарин Н.Н., Ден Г.Н., Евстафьев В.А., Каиелькин Д.А., Фирюлин A.M. О влиянии отношения удельных геплоемкостей к на характеристики дозвуковой центробежной компрессорной ступени. // Энергомашиностроение. 1978. - №6. - С. 16-18.

118. Зысин В.А., Рекстин Ф.С. и др. Работа ступени центробежного компрессора на газах с различными физическими свойствами. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1971. -№1. - С.23-25.

119. Баренбойм А.Б., Левит В.М., Гернер Г.А. Влияние критериев М, Re и к на характеристики ступени ЦКМ. // Энергомашиностроение. 1973. -№2. - С.20-22.

120. Рис В.Ф. Об учете абразивною пылевого износа колес при проектировании ЦКМ. // Энергомашиностроение. 1978. - №1. - С. 1921.

121. Доброхотов В.Д., Чарный Ю.С., Кравцова Л.Ф. Эрозионный износ газоперекачивающих агрегаюв. М.: ВНИИЭгазпром, 1973.-33 с.132. www.worIdsteel.org133. www.severstal.ru134. www.mechel.ru135. www.mmk.ru

Комплексное энерготехнологическое использование топлива

Информация о глобальном обновлении теплоэлектростанций компании была озвучена в ходе общественных слушаний, прошедших 14 марта в Международном конференц-центре ArcelorMittal.

Большие ожидания

По техническим меркам теплоэлектроцентрали АО «АрселорМиттал Темиртау» -долгожители. Станция ТЭЦ-ПВС была построена в 1959 году, ТЭЦ-2 - в 1973. По словам главного энергетика компании Вадима Лесина, часть оборудования станций уже выработала свой парковый ресурс и поэтому нуждается в реконструкции.

Решение о реконструкции обеих станций зрело давно. Котлы, установленные на ТЭЦ-2, были экспериментальными. Таганрогский котельный завод произвел всего 11 котлов TH-81, шесть из них установлены на нашей станции. Проблемы с ними начались с момента наладки, продолжились и в процессе эксплуатации. Усугубляет ситуацию и то, что сейчас котлы работают на непроектном топливе, потому что изменились условия эксплуатации и добычи угля на шахтах Карагандинского бассейна, - рассказал Вадим Викторович. - Не первую зиму станция работает напряженно в отопительный сезон, мы имеем ряд проблем по обеспечению теплоносителем и города, и комбината. Поэтому ожидания от реализации проекта реконструкции этой станции у нас очень большие: она благоприятно отразится на прохождении отопительных сезонов в регионе и на увеличении производства стали. В этом году мы вышли на технико-экономическое обоснование, дальше - при одобрении общественности и положительном решении о финансировании - ожидаем начала реализации проектов по реконструкции.

Реконструкция с модернизацией

Технико-экономическое обоснование проекта реконструкции ТЭЦ-2 выполнили алматинские специалисты из АО «Институт КазНИПИЭнергопром». Главный инженер Анатолий Корженецкий сообщил, что подготовительные работы по его реализации начаты уже в нынешнем году. Замена первого котла запланирована на 2018 год,

первой турбины - на 2019-й. К 2023 году будут полностью модернизированы три из четырех имеющихся на станции турбин и все шесть котлов. После реконструкции котлы станут более газоплотными и надежными в эксплуатации, вырастет их паропроизводительность.

Помимо основного оборудования, будет произведена замена вспомогательного, в числе которого называют топливное хозяйство, химводоочистку, АСУТП, электротехническое оборудование, а также внедрена новая система водоподготовки. Предусмотрена замена кольцевых эмульгаторов на батарейные.

В качестве основного топлива для энергетических котлов после реконструкции предусматривается использование смеси экибастузского каменного угля и промпродукта карагандинских каменных углей, а также технологического шлама в теплый период времени.

В целом, реализация проекта реконструкции ТЭЦ-2 позволит обеспечить возрастающие потребности города в тепло-и электроэнергии, развитие промышленного сектора с выпуском продукции на высоком уровне организации производства, приведет к повышению надежности энергоснабжения города за счет модернизации основного оборудования, созданию дополнительных рабочих мест.

Результаты предварительной оценки воздействия на окружающую среду свидетельствуют о том,

что с учетом реализации предусмотренных природоохранных мероприятий, воздействие на окружающую среду ТЭЦ-2 после реконструкции будет соответствовать требованиям природоохранного законодательства РК. Влияние будет осуществляться в пределах установленных нормативов качества компонентов окружающей среды, - резюмировала главный специалист техотдела АО «Институт «КазНИПИЭнергопром» Любовь Молчанова.

Минус один котел

Станция ТЭЦ-ПВС обеспечивает цеха комбината электрической и тепловой энергией, доменным дутьем, химически очищенной водой и технологическим паром различных параметров.

Реконструкция станции предусматривает последовательный вывод из работы отработавшего ресурс оборудования и проведение модернизации с установкой нового современного оборудования. Планируется глобальная реконструкция котлоагрегатов с заменой вспомогательного оборудования котельной установки для увеличения паровой мощности и замена золоулавливающих установок.

Все основные технические решения направлены на обеспечение надежного энергоснабжения металлургического комбината и повышение эффективности

работы энергоисточника за счет технического перевооружения с установкой нового оборудования, - пояснила заместитель технического директора ТОО НПФ «СевКазЭнергопром» Раиса Ташлыкова.

К реконструкции ТЭЦ-ПВС предполагается приступить в текущем году. Общая расчетная продолжительность проведения работ составляет

105 месяцев. Ежегодно будет вестись демонтаж и монтаж одного котла. Таким образом, на начало 2025 года на станции установят семь новых котлов паропроизводительностью по 250 т/ч вместо имеющихся сейчас восьми, производительность каждого из которых - всего 220 т/ч.

Замена и модернизация существующего оборудования

станции является важным шагом к улучшению качества окружающей среды и снижению риска возникновения аварийных ситуаций, - отметила главный специалист ТОО «Зеленый мост» Мадина Кунафина. -Применение оборудования с улучшенными характеристиками при реконструкции ТЭЦ-ПВС уменьшит негативные воздействия как на отдельные компоненты окружающей среды, так и на экологическую обстановку территорий в целом, а также не превысит экологически допустимых уровней и не окажет критического или необратимого воздействия на окружающую среду. Качество атмосферного воздуха в районе предприятия в результате реконструкции ТЭЦ-ПВС должно улучшиться. Также планируется обновить существующее оборудование по очистке воды, что приведет к снижению рисков и улучшению качества водных ресурсов.

Директор по экологии АО «АрселорМиттал Темиртау» Галина Дроздова добавила,

что батарейные эмульгаторы, которые будут установлены на ТЭЦ-ПВС, являются надежным очистным оборудованием. Это мокрая система очистки, позволяющая улавливать до 30% сернистого ангидрида. А на ТЭЦ-2, кроме замены кольцевых эмульгаторов, на котлах №5 и №6 отремонтируют электрофильтры, что позволит вести более качественную очистку отходящих газов.

Цель проведенных технико-экономических обоснований

Рассчитать необходимую стоимость реализации проектов по реконструкции станций. Сейчас произведена оценка основных активов. До конца марта в компании будет решен вопрос о создании совместного предприятия для реализации проекта. Переговоры ведутся с Центрально-Азиатской Электроэнергетической Корпорацией. Если стороны не договорятся, то реконструкция ТЭЦ-ПВС и ТЭЦ-2 будет проводиться за счет инвестиций АО «АрселорМиттал Темиртау»,

Сообщил участникам слушаний Вадим Лесин.

А.П. Цыганков. Современные политические режимы: структура, типология, динамика. (учебное пособие) Москва. Интерпракс, 1995.

АК. Структура белков, физико-химические свойства (192 вопроса)

Анкета – структура, основные критерии построения анкеты

Введение

Энергетика - одна из ведущих, отраслей народного хозяйства нашей страны, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.

Народному хозяйству требуется в основном два вида энергии – элек­трическая и тепловая, которые и призвана производить современная энергетика.

Развитие электроэнергетики в XX веке характеризовалось высокими темпами строительства электростанций и расширением электрических сетей, созданием энергосистем, энергообъединений и в конечном итоге Единой энергетической системы (ЕЭС) страны. В настоящее время электроэнергетический комплекс России имеет установленную мощность электростанций 216 ГВт с производством электроэнергии 916 ГВт·ч в год. Протяженность сетей составляет около 2,5 млн. км, в том числе линий 220 – 1150 кВ – 157 тыс. км.

В августе 2003 г. Правительством РФ была утверждена "Энергетическая стратегия России на период до 2020 года" (расп. от 28.08.03 № 1234 – р).

К числу наиболее важных задач Энергетической стратегии России от­носятся определение основных количественных и качественных параметров развития электроэнергетики и конкретных механизмов достижения этих параметров, а также координация развития электроэнергетики с развитием других отраслей топливно–энергетического комплекса и потребностями экономики страны.

Стратегическими целями развития отечественной электроэнергетики в перспективе до 2020 г. являются:

Надежное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией;

Сохранение целостности и развитие Единой энергетической системы России, интеграция ЕЭС с другими энерго объединениями на Евразийском континенте;

Повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;

Уменьшение вредного воздействия отрасли на окружающую среду.

В оптимистическом варианте развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического развития страны, предполагающий форсированное проведение социально-экономических реформ с темпами роста производства валового внутреннего продукта до 5 – 6 % в год и соответствующим устойчивым ростом электропотребления 2 – 2,5 % в год. В результате ежегодное потребление электроэнергии должно достигнуть к 2020 г.: в оптимистическом варианте – 1290 млрд. кВт·ч; в умеренном – 1185 млрд. кВт·ч.

Однако, несмотря на столь оптимистичные прогнозы в последнее десятилетие возникла и существует до сих пор проблема, обусловленная массовым физическим и моральным старением давно введенного в эксплуатацию электрооборудования.

В связи с этим Департаментом научно–технической политики и развития ОАО РАО "ЕЭС России" было принято решение: прирост потребности в генерирующей мощности и обновление оборудования получать осуществлением следующих основных мероприятий:

Продление срока эксплуатации действующих ГЭС, АЭС и значительного числа ТЭС с заменой только основных узлов и деталей оборудования электростанций;

Достройка энергообъектов, находящихся в высокой степени готовности;

Сооружение новых объектов в энергодефицитных регионах;

Техническое перевооружение ТЭС с заменой оборудования на аналогичное новое или с использованием перспективных технологий.

Структура цеха ПВС

I. Общие положения

1. Цех является самостоятельным структурным подразделением.

2. Цех создается и ликвидируется приказом генеральным директором ОАО «Сода».

3. Цех подчиняется главному энергетику.

4. Непосредственное руководство цехом осуществляет начальник цеха,назначаемый приказом генерального директора ОАО «Сода».

II. Структура.

1. Структуру и штатную численность цеха утверждает генеральный директор ОАО «Сода» исходя из условий и особенностей деятельности предприятия по представлению главного энергетика и начальника цеха и по согласованию с ОТиЗ.

2. Цех ПВС включает в себя пять ремонтно-эксплуатационных участков и четыре технологические смены, в том числе:

Участок теплогазовоздухоснабжения

Участок коммуникаций и производственной канализации

Участок насосных станций и блоков водооборота

Участок механизации

Электроремонтный участок

Смена № 1

Смена № 2

Смена № 3

Смена № 4

III. Задачи.

1. Задача цеха ПВС состоит в осуществлении бесперебойного и надежного снабжения

цехов паром, природным газом, воздухом, технической, хозяйственно-питьевой и теплофикационной водой, а также отведение от цехов канализационных стоков.

Цех ПВС обеспечивает также технической (речной) водой промышленные предприятия северной промышленной зоны города.

2. Выполнение хозяйственных заданий руководства по производству продукции.

3. Применение современных технологий.

4. Экономия средств предприятия за счет соблюдения технологии производства и сокращения брака.

IV. Функции.

1. Цех ПВС осуществляет эксплуатацию, обслуживание и ремонт инженерных сетей, оборудования насосных станций, блоков водооборота, теплопунктов, а также зданий и сооружений входящих в состав цеха.

1.1. Регулирование нагрузки по теплогазо и водоснабжению цехов и производств, а также сторонних потребителей в соответствии с установленными технологическими нормами и лимитами. Осуществление контроля за рациональным использованием энергоресурсов ОАО «Сода».

1.2. Обеспечение энергоресурсами цехов и производства ОАО «Сода» и сторонних потребителей обусловлено соблюдением обязательных норм по параметрам (расход, давление, температура).

1.3. В случаях, когда нормативные параметры газа, пара, хозпитьевой воды не выдерживается по вине поставщиков ФОАО «Газ-сервис», Стерлитамакская ТЭЦ и ТЭЦ ОАО «Сода», «Межрайводоканал» - цех ПВС совместно с отделом главного энергетика принимает необходимые меры для обеспечения договорных параметров.

2. Оперативно-производственное планирование.

3. Выполнение всех работ в строгом соответствии с чертежами, техническими условиями, инструкциями.

4. Обеспечение необходимого технического уровня производства.

5. Повышение эффективности производства и производительности труда.

6. Создание безопасных условий труда и повышение технической культуры

производства.

7. Рациональное использование производственных ресурсов.

8. Сокращение издержек (материальных, финансовых, трудовых)

9. Расчет производственных мощностей.

10. Составление отчета о загруженности производственных мощностей.

11. Участие в разработке и проведении мероприятий по реконструкции и модернизации

производства.

12. Обеспечение эффективности производства.

13 Контроль за соблюдением технологической дисциплины, правил и норм по охране труда, технике безопасности, производственной санитарии и пожарной безопасности, санитарных норм.

14. Составление отчетов о деятельности цеха.

15 Проведение инвентаризаций.

16. Экономическое обоснование необходимости обновления оборудования цеха.

17. Составление заявок соответствующим структурным подразделениям предприятия на расходные материалы, хозяйственный инвентарь и оборудование.

18. Координация деятельности между структурными подразделениями цеха.

19. Согласование планов размещения оборудования.

20. Организация взаимодействия с научно-исследовательскими институтами, организациями.

V. Права.

1. Цех имеет право:

1.1. Участвовать в общем планировании деятельности предприятия.

1.2. Заключать договоры на производство продукции по чертежам контрагентов.

2. Начальник цеха также вправе:

2.1. Представлять руководству предприятия предложения о поощрениях отличившихся работников, и о наложении взысканий на работников, нарушающих производственную и трудовую дисциплину.

2.2. Санкционировать или отменять технологические или производсвенно-технические решения подчиненных работников.

1 | | | | | |

Про некоторых людей говорят: талантливый руководитель, хороший организатор. А что заключено в этих словах, мало кто понимает. Даже психологи разработали на этот счет не меньше десятка очень разных теорий, которые, впрочем, сходятся в главном. В талантливом руководителе они выделяют качество, которое называется харизмой, иными словами это особая воля, позволяющая объединять вокруг себя людей. Второе – способность принимать правильные решения в трудных ситуациях. Третье – высокий профессионализм, а без него, понятное дело, к руководителю не возникло бы доверия. И, пожалуй, самое важное – умение взваливать на себя ответственность, которая обычному человеку не приснится даже в ночном кошмаре. «Тулачермету» в этом отношении повезло – среди наших руководителей по преимуществу люди, вполне соответствующие таким характеристикам. Отрадно, что одно из важнейших производств завода – ТЭЦ-ПВС – возглавляет именно такой человек – Владимир Иванович Кваченко. Сегодня он в гостях у нашей газеты.- Владимир Иванович, я знаю, что под вашим руководством ТЭЦ-ПВС была выведена из упадочного состояния. Расскажите о том периоде.
- Я не склонен приписывать себе все лавры. Заслуга в той работе, которая была проделана на ТЭЦ-ПВС в минувшее десятилетие, принадлежит как руководству завода и акционерам, так и самому коллективу ТЭЦ. От меня требовалось сплотить коллектив подразделения, дисциплинировать, поставить задачи и требовать их выполнения. На ТЭЦ-ПВС я пришел не новичком. До этого 24 года работал в Сибири, сначала на Западно-Сибирском металлургическом комбинате в Новокузнецке, потом в Кемерово в ОАО «Кокс». Все годы в энергетическом секторе, прошел этапы от бригадира до замначальника цеха и технолога. В Тулу приехал в 2001 году, был назначен заместителем начальника ТЭЦ, а вскоре начальником.
- Фактически вы с первых дней участвовали в восстановлении производства с приходом на «Тулачермет» нового руководства?
- На те времена выпали наибольшие трудности. Таить нечего, к началу 2000-х годов производство было доведено, что называется, до ручки. И не только на ТЭЦ, но практически во всех подразделениях завода. Что такое дисциплина, никто не знал, процветали несуны, разгильдяйство, спиртное едва ли не открыто продавали на территории завода. Производственные мощности находились в упадке. Территория была захламлена, дороги разрушены – канава на канаве, понастроена была масса каких-то теплушек. Износ оборудования на ТЭЦ превышал 80 процентов.
Потребовалось много сил, чтобы переломить ситуацию. Стали налаживать дисциплину, взялись за переоснащение и в итоге добились неплохих результатов. Например, до меня на ТЭЦ в течение одиннадцати лет строили котел №8. Было мнение, что строительство вообще надо прекратить, котел демонтировать. Но потом все-таки, посоветовавшись со специалистами, с Ростехнадзором, мы решили его восстановить. Построили за 4 месяца. Его пуск хочется отметить особо, поскольку котел обеспечивает не только собственные нужды завода, но и подает тепло в Пролетарский район. А ведь именно в Пролетарском живет очень много металлургов.
Сегодня процент изношенного оборудования на ТЭЦ-ПВС снизили до 64, что уже приемлемо. Хотя цифра эта – не последняя, показатель будем и впредь улучшать. Да и весь завод за эти годы совершенно преобразился. Мне приходилось бывать на металлургических производствах в Германии. Так вот сегодня «Тулачермет» не уступает лучшим европейским металлургическим заводам не только в производственных и экологических показателях, но и в эстетике производства. Все заасфальтировано, везде брусчатка, газоны, здания в приличном виде. Похоже, скорее, на городские улицы.
Только в последние годы на ТЭЦ было очень много сделано по устранению замечаний экспертизы промышленной безопасности. Продлили ресурс на 4 года после капремонта турбогенератора №5. Заменили отработавшие свой срок пароперепускные паропроводы того же ТГ-5, трансфертный и питательный трубопроводы, быстродействующую редукционно-охладительную установку. Закончили перевод технологического оборудования с напряжения 3,15 на 6 киловольт. А это уменьшение потерь в электрических цепях и упрощение ремонтов. В 2009 году был запущен в эксплуатацию турбогенератор № 3 с современными средствами управления. Недавно начали демонтаж с последующим капитальным ремонтом турбокомпрессора-1700.
- Вас направляли и на другие участки завода, и там вы тоже добивались успехов.
- За 10 лет мне довелось пройти едва не все основные производства. Был начальником доменного цеха, начальником аглодоменного производства, начальником производственного отдела, заместителем управляющего по капитальному строительству, директором по производству. Но в итоге вновь был назначен начальником ТЭЦ-ПВС.
- ТЭЦ-ПВС по объемам производства сама как приличный завод. Недаром ее считают сердцем «Тулачермета». Расскажите, что представляет собой структура вашего производства сегодня?
- За минувшее десятилетие ТЭЦ-ПВС претерпела некоторые изменения в организационной структуре и кадровой политике. Ротация и оптимизация производства позволили снизить количество работающих до 253 человек. Существенно повысилась производительность труда. Сегодня коллектив обеспечивает завод и сторонних потребителей энергоресурсами в полном объеме. Организовано, так сказать, производство по потребности. В настоящее время ТЭЦ имеет четыре основных участка, которые раньше по праву назывались цехами. Первый в технологической цепи – химический. Там производится фильтрование, осветление, умягчение, обессоливание воды. Возглавляет его очень опытный специалист – Галина Васильевна Бодрова. В структуре участка лаборатория химического анализа, лаборатория масел и экспресс-лаборатория. Командует этим хозяйством Елена Владимировна Спиридонова. Далее котельный участок. Здесь установлены энергетические котлы: водогрейные, котлы среднего давления и высокого давления. Начальник участка – Михаил Александрович Румянцев, старший мастер – Александр Евгеньевич Романов. Оба высокопрофессиональные работники. Не менее важен турбинный участок. Здесь и происходит выработка электроэнергии, в машинном зале работают воздуходувки, компрессоры и генераторы. Начальник там Валерий Александрович Терехов, в прошлом офицер-подводник. И, наконец, электроучасток, где происходит распределение и учет электроэнергии, синхронизация тока с внешними сетями, контроль и управление работой генераторов и трансформаторов. Возглавляет его один из опытнейших электриков «Тулачермета» – Николай Иванович Сашилин.
- Говорят, что вы строгий руководитель. Если рассуждать образно, для того, чтобы железо хорошо работало, люди тоже должны быть железными?
- Металлургия есть металлургия. Она сродни военному производству. Дисциплина должна быть железной. От этого выигрывают все – в том числе добросовестный рабочий. Но в тоже время нельзя завинчивать гайки до упора. Должно быть и поощрение, а здесь важно не только доброе слово, но, прежде всего, хорошая зарплата.
- Вероятно, уже просматриваются перспективы развития ТЭЦ-ПВС на ближайшие годы?
- В этом году мы намерены завершить капремонт турбокомпрессора ТК-1700, уже приступили к демонтажу фундамента, новое оборудование дожидается на складе. Кроме того, приступили к экспертизе фундамента генератора №2. Намечается проектирование фундамента и монтаж. Можно еще сказать о предстоящем серьезном ремонте главного здания ТЭЦ. Для этих целей руководство завода выделило 11 млн рублей. Более дальние планы: замена двух котлов среднего давления, которые исчерпали свои ресурсы – экспертизу на продление приходится делать ежегодно. Это очень важный сектор производства, обеспечивающий энергией воздуходувные машины.
- Удачи вам и вашему коллективу.

Александр КУЗНЕЦОВ.

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛЛВЛ 1. Аналитический обзор и иосіаиовка задачи 10

Современное состояние вопроса построения, исследования и 10 оптимизации топливно-энергобаланса металлургического комбинат

Современное сосюяние вопроса математического 15 моделирования и оптимизации источника энерюснабжения промышленного предприятия

Парогазовые технологии на современном этапе развития 21 энергетики

1.4. Постановка задачи 30
ГЛЛВЛ 2. Построение математических моделей ПГУ-ВГЭР, ТЭЦ- 32
ПВС и математической модели усредненного металлургического
комбината

2.1. Описание математической модели ПГУ-ВГЭР 32

Описание математической модели ГТУ 32

Описание математической модели котла-утилизатора 41

Моделирование геплофизических свойств воды и 44 водяного пара

Математическое описание рабоїьі іепловой схемы 48 паровой турбины ПГУ-ВГЭР

Методика упрощенных расчетов показателей 50 ушлизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР

2.2. Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР в 55
расчет энергобаланса металлургического комбината

Постановка задачи схемно-параметрической оптимизации 60 ТЭЦ-ПВС в рамках рассмотрения полною энергобаланса металлурі ического комбината

Критерии оптимизации энеркмехнологической системы, 63 включающей ТЭЦ-ПВС, в рамках полного энергобаланса металлу pi ического комбината

Особенности применения меюдов ошимизации в задачах 64 оптимизации меіаллургических и теплоэнергетических процессов

Краткое описание применяемого метода оптимизации DSFD 65 (Метод прямого поиска возможных направлений)

Поиск глобальною оптимума на базе мноюкрагного поиска 67 локальных оптимумов

ГЛАВА 3. Расчетно-теоретичсское исследование характеристик ГТУ 70
и ПГУ, работающих на ВГЭР меіаллурі ическоіо комбината

Особенности применения парогазовых технологий в условиях 70 металлургического комбинат

Характеристики доменною і аза 71

Характеристики коксового газа 73

Харак і еристики конвертерною і am 74

Характеристики простого цикла ГТУ при работе на различных 77 топливах

Характеристики ПГУ с ко і лом - утилизатором (ІІГУ-КУ) при 100 работе на различных іазовьіх топливах

Выводы 103

ГЛАВА 4. Опіимизация схемно-парамеїрических решений ТЭЦ-ПВС 105
металлургическої о комбината
4.1. Структура топливно-энергетическою баланса 105

металлурі ического комбинаїа

Топливно-знеріегические балансы зарубежных 111 металлургических заводов

Топливно-энергетический и материальный балансы 115 усредненного металлургическою комбинат

Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 126 усредненного металлургическою комбината на базе традиционных паротурбинных установок по критерию минимума потребления топливно-знеріеіических ресурсов

Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 131 усредненною металлурі ического комбината на базе традиционных паротурбинных усіановок по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы

Схемно-параметрическая оніимизация энергоснабжения 136 усредненного металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР

по криіерию минимума иоіребления топливно-энергетических ресурсов.

4.7 Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 141
усредненного металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР

по критерию минимума затрат на топливно-знеріетические ресурсы.

4.8 Схемно-параметрическая оптимизация эиерюспабжспия 147
усредненною металлурі ическою комбината на базе ПГУ-ВГЭР

по критерию минимума шраг на гопливноонеріетические
ресурсы в условиях увеличения стоимости природної о газа.
4.9. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 149
усредненною металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР
по критерию минимума суммарных (интегральных) затрат.
Выводы 151

Выводы по работе 152

Литература 154

Введение к работе

Одной из наиболее акіуальньїх проблем в черной металлургии является повышение энерюэффективности и ЭКОЛ01ИЧНОСГИ производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энергетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла можеі имеїь производительность около 10 млн. т. стали в год и поіреблять колоссальное количеспю топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране иредприяіия черной металлургии потребляют около 15% всею производимого природного юплива и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной меіаллуріии в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, потенциал энергосбережения российских металлургических нредприяіий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии - в сірукіуре себестоимости проката составляет 30-50%, что говори і о высокой энергоемкости производства. Значительного эперюсбережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлургического комбината, а также оптимизации энерюиснользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно обеспечивая утилизацию ВГЭР, отпускает заданные объемы сжатого воздуха и электроэнергию. "Го есть является важнейшим звеном, замыкающим юпливно-знеріеіический баланс меткомбината по этим энергоносителям, поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться совместно не только между собой, но и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение сие і ємного анализа для энерготехнологическою комплекса металлургического комбината,

6 являющеюся сложной системой.

На мноіих меткомбинаїах оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально усгарело, в связи с чем назрела необходимосіь проводить ее техническое перевооружение, используя современное или даже разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбината, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ИГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината являеіся весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью рабоїьі является разработка и выбор оптимальных схемно-параметрических решений "1ЭЦ-ПВС на базе ПГУ в увязке топливно-энергетического баланса металлургического комбината Для достижения указанной цели требуеіся

разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПГУ (ГТУ) на ВГЭР, модель пароіурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров 1ЭЦ-ПВС с учетом полною топливно-энергетического баланса ме і комбината;

разработать метод оценки оптимальных обласіей применения ПГУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, рабоїающих на ВГЭР меіаллурі ического комбината;

разработать инструмент выбора оптимальной страгеїии развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-знеріеі ического баланса меткомбинаїа.

Научная новизна рабопл заключается в следующем:

Впервые разрабоїана единая матемаїическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПГУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и ошимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетическою баланса меткомбината.

Получены характернеіики ПГУ-КУ на гопливах ВГЭР меткомбината, установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их

7 характеристики оказьіваеі влияние объемное содержание в топливе ССЬ, СН 4 , ЬЬО, СО, Иг, СЬ, N 2 (по степени убывания влияния).

Получены условия взаимозаменяемости топлив ВГЭР для ПГУ-КУ, показано, что в зависимости от состава юплива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна бьпь различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м) на основе доменного, конвертерною и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м 3) на основе коксового и природною газов - топливный компрессор ГТУ объемного действия.

Установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощное і и и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината, которое зависит от структуры производства меткомбината.

Усыновлено, что сущее і вую г оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургическою комбината ИГУ-ТЭЦ и ГТУ-ТЭЦ, работающих на топливах ВГЭР, в зависимости от нарамеїров отпуска тепла.

Пракіическан ценность рабоїьі сосюит в том, что разработанные в ней меюды и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлуріических производств. Разработанная методика рекомендуется к использованию при техническом перевооружении и модернизации 1ЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверное и» и обоснованное! ь резулыатов работы обусловлены применением современных меюдов термодинамическою анализа, апробированных методов маїематического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных результатов с данными друїих авторов и данными, полученными

8 при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

разработанную методику и оптимизационную математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интефированную в оптимизационную математическую модель металлургическою комбината;

результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлурі ическою комбината

резулыагы оптимизационных исследований и поиска структуры ТЭЦ-ПВС, включающей Г ГУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энергетического баланса металлурі ическою комбинат.

Личный вклад автра заключается:

в разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, ишетрированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

в проведении расчешых исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината

в проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургическою комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазовою оборудования с учетом полного топливно-энергетическою баланса металлургическою комбината.

Апробация и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях сіудентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ; 2002-2006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и пракшка" (МЭИ; 2004 г и 2006 г.), III Международной научно-пракіической конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (МИСиС, 2006 г.).

Авгор выражает свою глубокую признаїельность за консультации, поддержку и творческое участие при выполнении работы проф. д.т.н. Султангузину И.А., к.т.н. Ситасу В. И., Яшину АЛ I.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных исгочников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состой і из 136 наименований.