Помощь студентам в учебе
Модернизация трехзонной методической печи ПАО «ЧМК» с целью ресурсосбережения
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ ТРЕХЗОННОЙ
МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ 8
2 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
РАЗРАБОТОК И РЕШЕНИЙ ПО ТЕМЕ ВКР 10
2.1 Выбор варианта модернизации методической печи 12
3 РАЗРАБОТКА ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ
ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 14
3.1 Расчет трехзонной методической печи с подогревом воздуха 15
3.1.1 Расчет горения топлива, воздуха и продуктов сгорания 16
3.1.2 Температурный режим нагрева металла 19
3.1.3 Методическая зона 19
3.1.4 Сварочная зона 26
3.1.5 Томильная зона 30
3.1.6 Длина печи и напряжение пода 30
3.1.7 Тепловой баланс печи 32
3.2 Выбор вспомогательного оборудования 44
4 РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПЕТЛЕВОГО РЕКУПЕРАТОРА 49
5 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО
АГРЕГАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 56
5.1 Определение режимов работы детандер-генераторного агрегата на
газорегуляторных пунктах 56
5.2 Расчет детандер-генераторного агрегата 65
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 71
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 74
8 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА 79
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 84
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 87
10.1 Смета капитальных затрат реализации проекта 87
10.2 Смета текущих затрат реализации проекта 88
10.3 Обоснование экономической эффективности проекта 92
10.4 Качественный анализ проектных решений 93
10.5 Оценка движущих и сдерживающих сил реализации проекта 94
10.6 Модель пирамиды целеполагания ПАО «ЧМК» 96
10.7 Планирование проекта в дереве целей 97
10.8 Планирование мероприятий по реализации проекта 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 102
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АКТУАЛЬНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ ТРЕХЗОННОЙ
МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ 8
2 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ПЕРЕДОВЫХ
РАЗРАБОТОК И РЕШЕНИЙ ПО ТЕМЕ ВКР 10
2.1 Выбор варианта модернизации методической печи 12
3 РАЗРАБОТКА ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ
ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 14
3.1 Расчет трехзонной методической печи с подогревом воздуха 15
3.1.1 Расчет горения топлива, воздуха и продуктов сгорания 16
3.1.2 Температурный режим нагрева металла 19
3.1.3 Методическая зона 19
3.1.4 Сварочная зона 26
3.1.5 Томильная зона 30
3.1.6 Длина печи и напряжение пода 30
3.1.7 Тепловой баланс печи 32
3.2 Выбор вспомогательного оборудования 44
4 РАСЧЕТ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПЕТЛЕВОГО РЕКУПЕРАТОРА 49
5 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНОГО
АГРЕГАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ 56
5.1 Определение режимов работы детандер-генераторного агрегата на
газорегуляторных пунктах 56
5.2 Расчет детандер-генераторного агрегата 65
6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 71
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 74
8 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА 79
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 84
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 87
10.1 Смета капитальных затрат реализации проекта 87
10.2 Смета текущих затрат реализации проекта 88
10.3 Обоснование экономической эффективности проекта 92
10.4 Качественный анализ проектных решений 93
10.5 Оценка движущих и сдерживающих сил реализации проекта 94
10.6 Модель пирамиды целеполагания ПАО «ЧМК» 96
10.7 Планирование проекта в дереве целей 97
10.8 Планирование мероприятий по реализации проекта 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 102
В настоящее время в металлургической промышленности широко используются нагревательные печи, которые предварительно прогревают прокатный материал перед его обработкой. Обработка металла происходит в прокатных цехах металлургического комбината.
На прокатных станах получают широкий сортамент продукции металлургического производства, который используется в атомной энергетике, в тяжелом, химическом, энергетическом и автомобильном машиностроении, а также в строительстве. В связи с этим к качеству продукции предъявляются высокие требования, которые можно достичь только тогда, когда технологические процессы будут построены на безотказной, безопасной и автоматизированной работе оборудования.
Прокатные цеха являются важным звеном в металлургии, а значит и подготовка металла перед подачей на прокатный стан играет большую роль.
Прокатываемый материал должен соответствовать определенным требованиям, которые достигаются в нагревательных печах. Большое распространение получили методические нагревательные печи.
Методическая печь - проходная печь, предназначенная для нагрева заготовок из металла перед их прокаткой на прокатном стане. В таких печах степень использования тепла, которое подается в печь, высока, поскольку в печи создается противоточное движение нагреваемого металла и продуктов сгорания топлива. Данные нагревательные печи относят к проходным печам, поскольку нагреваемые заготовки движутся вдоль пода за счет движений толкателя. Заготовки располагают в один или два ряда, заполняя весь под.
Не изменяется во времени температурный, а также тепловой режимы данных печей. Однако температура в промышленной печи по длине ее изменяется. В зависимости от того, какое назначение у зон, каково их количество, будет зависеть направленность изменения температуры по длине методической печи. По количеству зон печи разделяют на двухзонные, трехзонные и т.д.
Преимущества методической печи:
- методическая печь является агрегатом непрерывного действия, благодаря чему облегчается достижение ритмичности питания агрегата (стана или пресса) нагретым металлом;
- методические печи позволяют наиболее просто организовать подачу в печь нагреваемых изделий и выдачу их из печи;
- при сгорании топлива, тепло продуктов сгорания в рабочем пространстве печи используется намного полнее, чем в печах других конструкций. Это позволяет работать на методических печах (при прочих равных обстоятельствах) с более низким удельным расходом топлива.
Указанные преимущества обеспечили широкое внедрение методических печей в прокатное производство, где они наиболее распространены, также печи применяются в кузнечно-прессовом производстве. Иногда потребность в методическом нагреве диктуется качеством металла.
Поэтому мероприятие требует осторожного и замедленного ведения процесса в начальный период нагрева.
Поскольку температура отходящих газов после трехзонной методической печи довольно высока, ее необходимо понизить, чтобы устранить негативное воздействие на окружающую среду, а также в полной мере использовать всю теплоту в рабочем пространстве, т.е. экономить сжигаемое топливо. Это достигается путем установки утилизирующего теплообменника - рекуператора. Как правило, рекуператоры устанавливаются над печью либо в борове печи. При нагреве заготовок в методических печах устанавливают керамические и металлические рекуператоры.
Все чаще работа нагревательных методических печей протекает без использования рекуператора, поскольку устаревшие рекуператоры не заменяют, а лишь демонтируют, а значит, неиспользованное тепло дымовых газов будет влиять на ресурсосбережение нагревательной печи. Именно поэтому, в выпускной квалификационной работе предлагается модернизация трехзонной методической печи прокатного цеха №1 ПАО «ЧМК» с установкой металлического петлевого рекуператора. Определив из расчета методической трехзонной печи необходимые параметры, можно подобрать и рассчитать тот рекуператор, который будет иметь необходимую площадь теплообмена для утилизации теплоты дымовых газов, а рассчитав срок окупаемости, определить экономический эффект мероприятия.
Целью работы является модернизация трехзонной методической печи прокатного цеха №1 на ПАО «ЧМК» для ресурсосбережения предприятия. Для достижения данной цели необходимо выполнить такие задачи, как: изучение существующего металлургического оборудования, предназначенного для нагрева и утилизации тепла; выполнение тепловых расчетов основного оборудования до и после модернизации; определение экономической эффективности модернизированной методической печи; выявление негативного экологического воздействия тепловых установок, а также выявление и устранение режимов и параметров их неэффективной работы [10, 19, 49].
На прокатных станах получают широкий сортамент продукции металлургического производства, который используется в атомной энергетике, в тяжелом, химическом, энергетическом и автомобильном машиностроении, а также в строительстве. В связи с этим к качеству продукции предъявляются высокие требования, которые можно достичь только тогда, когда технологические процессы будут построены на безотказной, безопасной и автоматизированной работе оборудования.
Прокатные цеха являются важным звеном в металлургии, а значит и подготовка металла перед подачей на прокатный стан играет большую роль.
Прокатываемый материал должен соответствовать определенным требованиям, которые достигаются в нагревательных печах. Большое распространение получили методические нагревательные печи.
Методическая печь - проходная печь, предназначенная для нагрева заготовок из металла перед их прокаткой на прокатном стане. В таких печах степень использования тепла, которое подается в печь, высока, поскольку в печи создается противоточное движение нагреваемого металла и продуктов сгорания топлива. Данные нагревательные печи относят к проходным печам, поскольку нагреваемые заготовки движутся вдоль пода за счет движений толкателя. Заготовки располагают в один или два ряда, заполняя весь под.
Не изменяется во времени температурный, а также тепловой режимы данных печей. Однако температура в промышленной печи по длине ее изменяется. В зависимости от того, какое назначение у зон, каково их количество, будет зависеть направленность изменения температуры по длине методической печи. По количеству зон печи разделяют на двухзонные, трехзонные и т.д.
Преимущества методической печи:
- методическая печь является агрегатом непрерывного действия, благодаря чему облегчается достижение ритмичности питания агрегата (стана или пресса) нагретым металлом;
- методические печи позволяют наиболее просто организовать подачу в печь нагреваемых изделий и выдачу их из печи;
- при сгорании топлива, тепло продуктов сгорания в рабочем пространстве печи используется намного полнее, чем в печах других конструкций. Это позволяет работать на методических печах (при прочих равных обстоятельствах) с более низким удельным расходом топлива.
Указанные преимущества обеспечили широкое внедрение методических печей в прокатное производство, где они наиболее распространены, также печи применяются в кузнечно-прессовом производстве. Иногда потребность в методическом нагреве диктуется качеством металла.
Поэтому мероприятие требует осторожного и замедленного ведения процесса в начальный период нагрева.
Поскольку температура отходящих газов после трехзонной методической печи довольно высока, ее необходимо понизить, чтобы устранить негативное воздействие на окружающую среду, а также в полной мере использовать всю теплоту в рабочем пространстве, т.е. экономить сжигаемое топливо. Это достигается путем установки утилизирующего теплообменника - рекуператора. Как правило, рекуператоры устанавливаются над печью либо в борове печи. При нагреве заготовок в методических печах устанавливают керамические и металлические рекуператоры.
Все чаще работа нагревательных методических печей протекает без использования рекуператора, поскольку устаревшие рекуператоры не заменяют, а лишь демонтируют, а значит, неиспользованное тепло дымовых газов будет влиять на ресурсосбережение нагревательной печи. Именно поэтому, в выпускной квалификационной работе предлагается модернизация трехзонной методической печи прокатного цеха №1 ПАО «ЧМК» с установкой металлического петлевого рекуператора. Определив из расчета методической трехзонной печи необходимые параметры, можно подобрать и рассчитать тот рекуператор, который будет иметь необходимую площадь теплообмена для утилизации теплоты дымовых газов, а рассчитав срок окупаемости, определить экономический эффект мероприятия.
Целью работы является модернизация трехзонной методической печи прокатного цеха №1 на ПАО «ЧМК» для ресурсосбережения предприятия. Для достижения данной цели необходимо выполнить такие задачи, как: изучение существующего металлургического оборудования, предназначенного для нагрева и утилизации тепла; выполнение тепловых расчетов основного оборудования до и после модернизации; определение экономической эффективности модернизированной методической печи; выявление негативного экологического воздействия тепловых установок, а также выявление и устранение режимов и параметров их неэффективной работы [10, 19, 49].
Утилизация теплоты отходящих газов является обязательной составляющей повышения эффективности использования топлива в методических трехзонных печах. Значимость и возможности утилизации теплоты с точки зрения экономии топлива возрастают по мере роста технологических температур в агрегате и снижения разности между теоретической температурой горения рассматриваемой топливо-окислительной смеси. Эффективность использования топлива в печах достигается путем утилизации теплоты в рекуператорах. За счет теплоты дымовых газов происходит нагрев воздуха, который поступает на горение топлива.
Так, в выпускной квалификационной работе был выполнен расчет трехзонной методической печи прокатного цеха №1 ПАО «ЧМК» с подогревом воздуха до 400 °С за счет использования теплоты отходящих газов в борове печи и подогревом до 20 °С. В результате расчета был сделан вывод, что с увеличением энтальпии воздуха, т.е. температуры, увеличивается коэффициент использования топлива, следовательно, при установке металлического петлевого рекуператора происходит экономия топливных ресурсов.
Исходя из параметров печи, был выполнен расчет петлевого металлического рекуператора и определена площадь поверхности нагрева - 177,4 м2, количество, длины и диаметр трубок в каждом ряду, которые обеспечат качественный нагрев воздуха для горения.
Помимо использования металлического рекуператора в борове печи в научной части выпускной квалификационной работы предлагается использовать детандер- генераторный агрегат для утилизации тепла после рекуператора. Подогревая газ перед ДГА, мы утилизируем тепло и обеспечиваем нормальный режим работы агрегата и газопроводов. Также агрегат вырабатывает электричество, которое затрачивается на обслуживание самой установки, ГРП и дымососа.
С точки зрения энергосбережения вышеупомянутые мероприятия считаются актуальными, поскольку направлены на снижение себестоимости продукции, снижение энергетических затрат, т.е. повышение эффективности работы методической трехзонной печи для нагрева заготовок.
Использовать утилизирующие устройства для работы печи недостаточно, ведь для достижения экологических требований, которые предполагают определенную температуру и концентрацию загрязняющих веществ на выходе из дымовой трубы, необходимо достичь нужных ее параметров. Так, была рассчитана дымовая труба высотой 55 м, обеспечивающая такой отвод уходящих газов, который не нарушит экологическую обстановку территории.
Для более эффективной, безопасной работы методической печи необходимо управлять ее тепловым режимом. Управление тепловым режимом осуществляется благодаря системам автоматизации печи. Так, при работе автоматики можно контролировать температуру рабочего пространства печи по трем зонам, расходы газа и окислителя-воздуха, давление отработанных газов в каждой зоне, а также регулировать температуру зон за счет уменьшения или увеличения расхода топлива,
поддерживать заданные параметры соотношения топливо-воздух и стабилизировать давление газов.
Немаловажным мероприятием на производстве является обеспечение безопасности. При работе с методическими нагревательными печами, необходимо следовать требованиям техники безопасности при эксплуатации, которые предусматривают как виды вредных факторов, которые могут возникнуть на производстве, так и особенности данного промышленного хозяйства, а именно: вредные газы, влияющие на организм человека, которые также могут быть причиной взрывов, пожаров и т.д., соединяясь с окислителем.
Таким образом, модернизация оборудования позволяет повысить надежность и работоспособность агрегатов металлургического производства, также сэкономить топливные ресурсы. Модернизация подразумевает такие мероприятия, которые будут осуществлять поставленные задачи предприятием. Для решения поставленных задач предприятие будет использовать такие факторы производства, как трудовые ресурсы, технику, технологии, природные ресурсы, капитал и т.д.
Модернизация трехзонной методической печи с целью ресурсосбережения на ПАО «ЧМК» предусматривает установку металлического петлевого рекуператора для подогрева воздуха отходящими газами, поступающего в горелку. Для достижения необходимого результата были проведены экономико-управленческие мероприятия: рассчитан экономический эффект и экономическая эффективность от внедрения мероприятий, планирование, организация мероприятий и др. В результате расчета, имея текущие и капитальные затраты на установку рекуператора, был получен срок окупаемости, который составил 6 месяцев.
Так, в выпускной квалификационной работе был выполнен расчет трехзонной методической печи прокатного цеха №1 ПАО «ЧМК» с подогревом воздуха до 400 °С за счет использования теплоты отходящих газов в борове печи и подогревом до 20 °С. В результате расчета был сделан вывод, что с увеличением энтальпии воздуха, т.е. температуры, увеличивается коэффициент использования топлива, следовательно, при установке металлического петлевого рекуператора происходит экономия топливных ресурсов.
Исходя из параметров печи, был выполнен расчет петлевого металлического рекуператора и определена площадь поверхности нагрева - 177,4 м2, количество, длины и диаметр трубок в каждом ряду, которые обеспечат качественный нагрев воздуха для горения.
Помимо использования металлического рекуператора в борове печи в научной части выпускной квалификационной работы предлагается использовать детандер- генераторный агрегат для утилизации тепла после рекуператора. Подогревая газ перед ДГА, мы утилизируем тепло и обеспечиваем нормальный режим работы агрегата и газопроводов. Также агрегат вырабатывает электричество, которое затрачивается на обслуживание самой установки, ГРП и дымососа.
С точки зрения энергосбережения вышеупомянутые мероприятия считаются актуальными, поскольку направлены на снижение себестоимости продукции, снижение энергетических затрат, т.е. повышение эффективности работы методической трехзонной печи для нагрева заготовок.
Использовать утилизирующие устройства для работы печи недостаточно, ведь для достижения экологических требований, которые предполагают определенную температуру и концентрацию загрязняющих веществ на выходе из дымовой трубы, необходимо достичь нужных ее параметров. Так, была рассчитана дымовая труба высотой 55 м, обеспечивающая такой отвод уходящих газов, который не нарушит экологическую обстановку территории.
Для более эффективной, безопасной работы методической печи необходимо управлять ее тепловым режимом. Управление тепловым режимом осуществляется благодаря системам автоматизации печи. Так, при работе автоматики можно контролировать температуру рабочего пространства печи по трем зонам, расходы газа и окислителя-воздуха, давление отработанных газов в каждой зоне, а также регулировать температуру зон за счет уменьшения или увеличения расхода топлива,
поддерживать заданные параметры соотношения топливо-воздух и стабилизировать давление газов.
Немаловажным мероприятием на производстве является обеспечение безопасности. При работе с методическими нагревательными печами, необходимо следовать требованиям техники безопасности при эксплуатации, которые предусматривают как виды вредных факторов, которые могут возникнуть на производстве, так и особенности данного промышленного хозяйства, а именно: вредные газы, влияющие на организм человека, которые также могут быть причиной взрывов, пожаров и т.д., соединяясь с окислителем.
Таким образом, модернизация оборудования позволяет повысить надежность и работоспособность агрегатов металлургического производства, также сэкономить топливные ресурсы. Модернизация подразумевает такие мероприятия, которые будут осуществлять поставленные задачи предприятием. Для решения поставленных задач предприятие будет использовать такие факторы производства, как трудовые ресурсы, технику, технологии, природные ресурсы, капитал и т.д.
Модернизация трехзонной методической печи с целью ресурсосбережения на ПАО «ЧМК» предусматривает установку металлического петлевого рекуператора для подогрева воздуха отходящими газами, поступающего в горелку. Для достижения необходимого результата были проведены экономико-управленческие мероприятия: рассчитан экономический эффект и экономическая эффективность от внедрения мероприятий, планирование, организация мероприятий и др. В результате расчета, имея текущие и капитальные затраты на установку рекуператора, был получен срок окупаемости, который составил 6 месяцев.
