Дипломная работа: Реконструкция котла - утилизатора КСТ-80

Дипломная работа: Реконструкция котла - утилизатора КСТ-80

Аннотация

Морозов А.М. «Реконструкция котла-утилизатора КСТ-80 с целью установки конденсационной турбины на ОАО «Урал Сталь». Дипломный проект. – Орск: ОГУ - 2007 г. - 118 стр., 13 рис., 40 табл., 22 источника литературы, 7 форматов А1.

В проекте рассмотрена возможность увеличения производства электрической энергии за счет использования тепла газов отходящих от УСТК.

Анализ энергетической системы ОАО «Урал Сталь» показал, что отходящие от УСТК газы используются в котлах-утилизаторах неэффективно.

Высокий абразивный износ предвключенных испарительных поверхностей приводит к снижению надежности работы котлоагрегата, а неэффективная работа поверхностного пароохладителя приводит к уменьшению КПД котлоагрегата.

Кроме того, на ОАО «Урал Сталь» в летний период нет потребности в перегретом паре.

В данном проекте предлагается реконструкция котлов утилизаторов КСТ-80 и преобразование котельной УСТК в энергоутилизационную мини-ТЭЦ, с установкой 2-х конденсационных паровых турбин суммарной электрической мощностью 6 МВт.

Приведены тепловой, гидравлический, конструктивный расчеты оборудования.

Кроме того, рассмотрены вопросы автоматизации, защиты окружающей среды, численности рабочих.

Проведена оценка ожидаемых технического и экономического эффектов.

Ожидаемый срок окупаемости мероприятия менее 4 лет.

Полученные результаты могут быть использованы для реконструкции существующих и вновь проектируемых УСТК.

Содержание

Введение

1 Анализ энергетического хозяйства цеха теплогазоснабжения ОАО «Урал Сталь»

1.1 Общая характеристика ЦТГС

1.2 Описание энергетического оборудования участка УСТК

1.3 Описание подсистем энергоносителей участка УСТК

1.4 Тепловой расчет котла КСТ-80 №1 УСТК

1.5 Баланс энергоносителей на участке 

1.6 Анализ современного развития аналогичных производств в России и за рубежом

1.7 Постановка задачи дипломного проектирования       

2 Реконструкция котла-утилизатора КСТ-80 с целью установки конденсационной турбины

2.1 Краткое описание мероприятий предлагаемых в дипломном проекте

2.2 Тепловой расчет реконструированного котла КСТ-80       

2.3 Расчет впрыскивающего пароохладителя

2.4 Гидравлический расчет

2.5 Тепловой расчет паропровода

2.6 Расчет схемы электроснабжения

2.7 Энергоутилизационная мини-ТЭЦ

3 Автоматизация и механизация производственных процессов

4 Безопасность и экологичность

4.1 Анализ опасностей и вредностей на проектируемом объекте       

4.2 Обеспечение безопасности труда

4.3 Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций

5 Анализ технико-экономических показателей и обоснование экономической целесообразности принятых в проекте решений     

5.1 Расчет себестоимости

5.2 Расчет объема инвестиций

5.3 Исходные данные для расчета экономических показателей

5.4 Расчет основных технико-экономических показателей        

5.5 Сводный отчет об ожидаемых технико-экономических показателях проекта

Список используемой литературы

Введение

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов - важнейшая задача, значимость которой все возрастает. Основными направлениями экономического развития России предусмотрена программа развития топливно-энергетического комплекса и экономии энергоресурсов. В частности, планируется переход на энергосберегающие технологии производств, сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергоресурсов (ВЭР).

Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута при более широком вовлечении в топливно-энергетический баланс страны вторичных энергоресурсов, имеющихся практически во всех отраслях промышленности, где применяются теплотехнические процессы, в первую очередь высокотемпературные. Коэффициент полезного теплоиспользования для многих процессов не превышает 15-35%.

Использованию ВЭР в последние годы уделяется значительное внимание.

В соответствии с принятыми методическими положениями по выявлению и направлениям использования ВЭР на промышленных предприятиях под вторичными энергоресурсами подразумевают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов. Под энергетическим потенциалом понимается наличие в указанных продуктах определенного запаса энергии (химически связанной теплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления).

ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы в утилизационных установках.

ВЭР разделяют на три основные группы:

1) горючие - побочные газы плавильных печей (доменный, колошниковый, газ шахтных печей и вагранок, конверторный и др.);

2) тепловые - физическое тепло отходящих газов технологических агрегатов; физическое тепло основной и побочной продукции; тепло рабочих тел систем принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок; тепло шлаков, золы; тепло горячей воды и пара отработавших технологических силовых установок;

3) избыточного давления - потенциальная энергия газов, жидкостей покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей или при выбросе их в атмосферу, водоемы, емкости и другие приемники.

Использование горючих ВЭР особых затруднений не вызывает, и они используются на промышленных предприятиях с достаточной полнотой (90-95%) и эффективностью. Использование тепловых ВЭР еще недостаточно и составляет в среднем 30-40%. Основное значение в структуре тепловых ВЭР имеет физическая теплота отходящих газов теплотехнических установок, доля которой в общем балансе возможного использования тепловых ВЭР составляет 75%.

Вторичными энергоресурсами располагают практически все отрасли промышленности, в которых имеются теплотехнические установки.

Таблица 1 - Использование ВЭР в промышленности /1, 43/

Таким образом, из таблицы 1 видно, что в черной металлургии доля использования тепловых ВЭР чрезвычайно мала.

Из графика на рисунке 1, видно, что черная металлургия является крупнейшим потребителем ВЭР. Основным оборудованием для использования тепловых ВЭР, а также избыточного давления являются: котлы-утилизаторы (КУ), системы испарительного охлаждения (СИО), охладители конвертерных газов (ОКГ), установки сухого тушения кокса (УСТК), газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), адсорбционные холодильные машины.

Котлы-утилизаторы в установках сухого тушения кокса

Котлы-утилизаторы в коксохимическом производстве в комплексе с тушильным устройством предназначены для использования физической теплоты раскаленного кокса и его сухого тушения. В тепловом балансе коксовой батареи теплота, уносимая раскаленным коксом, достигает 45-50% количества теплоты, поступающей на обогрев печи.

На каждый миллион тонн произведенного кокса при мокром тушении теряется примерно 50 тыс. тонн условного топлива. Поэтому использование физической теплоты раскаленного кокса имеет большое значение. Одним из таких способов является сухое тушение кокса, которое дает возможность не только использовать физическую теплоту раскаленного кокса для получения пара энергетических параметров, значительно повысить качество кокса, технико-экономические показатели доменного процесса, но также улучшить условия труда в коксовых цехах, уменьшить загрязнение окружающего воздушного бассейна.

Опыт эксплуатации доменных печей показывает, что при использовании кокса сухого тушения удельный расход его снижается примерно на 10% по сравнению с удельным расходом при применении кокса мокрого тушения. Таким образом, общая экономия условного топлива от использования физической теплоты раскаленного кокса и улучшении эффективности доменного процесса (в результате использования кокса сухого тушения) составляет 110×103 тонн на каждый миллион тонн произведенного чугуна.

На больших газовых заводах и коксохимических производствах металлургических заводов, выпускающих тысячи тонн кокса в сутки, вопрос о наиболее выгодном способе использования тепла раскаленного кокса зависит от потребности в том или ином виде энергии и от стоимости энергии, получаемой со стороны. От правильного выбора способа использования уловленного тепла кокса зависят прежде всего сроки окупаемости капитальных затрат на сооружение установок сухого тушения и рентабельность последних.

Тепло УСТК используется для получения пара, расходуемого на технологические нужды производства. Это объясняется тем, что производительность большинства установок небольшая, а пар, вырабатываемый в таких УСТК, может быть полностью использован на месте.

При крупных бункерных установках целесообразно комбинировать выработку электрической энергии и тепловой в виде пара для технологических нужд. В таких комбинированных установках водяной пар энергетических параметров, получаемой в котлах УСТК, можно направлять в конденсационные турбины с промышленными и теплофикационными отборами или в турбины с противодавлением (в зависимости от энергетического баланса данного предприятия). В обоих случаях паровые турбины служат приводами электрических генераторов /1, 56/.

Разработка мер по использованию пара за счет ВЭР на технологические нужды, производство электроэнергии, теплоснабжение в комбинированных схемах требует детального изучения тепловых балансов производства и создания типовых решений с учетом технико-экономического обоснования по использованию пара от котлов. Параметры пара также зависят от стабильности работы (технологического режима) основного теплотехнического устройства. Технико-экономическое обоснование должно производиться при выборе типа котла для каждого конкретного случая.

Установка сухого тушения кокса состоит из двух основных частей (рисунок 2) - тушильной камеры (1) и парового котла (2). Раскаленный кокс скиповым подъемником загружается в тушильную камеру. Через щели в конической нижней части тушильной камеры, заполненной коксом, в нее поступают инертные газы, двигаясь навстречу коксу, охлаждают его от 1300 до 500 К, и сами нагреваются от 425-440 до 1000-1100 К. Нагретые инертные газы выходят через окна, расположенные в верхней части камеры, проходят через пылеуловительный бункер и поступают в котел, после котла газы проходят пылеуловительные циклоны (4) и поступают на всас мельничного вентилятора (3). В котле газы последовательно омывают пароперегреватель, секции испарительных поверхностей нагрева и экономайзер.

1 Анализ энергетического хозяйства цеха теплогазоснабжения (ЦТГС) ОАО «Уральская Сталь»

1.1 Общая характеристика ЦТГС

1.1.1 Общая характеристика энергохозяйства

Высокий температурный уровень основных технологических процессов металлургического производства и низкий коэффициент использования тепла топлива технологическим агрегатом предопределяет большой выход вторичных энергоресурсов. При большом объеме металлургического производства рациональное использование вторичного тепла является важной производственной задачей, так как экономия топлива идентична увеличению на ту же величину его добычи, а капитальные вложения на сооружение соответствующих теплоутилизационных установок намного меньше, чем на добычу топлива и теплогенераторные установки на топливе.

Перспективным является комплексное использование тепла отходящих газов и тепла испарительного охлаждения печи. При этом котел-утилизатор и охлаждаемые элементы печи объединяются общей циркуляционной системой.

Получение пара за счет тепла отходящих газов мартеновских, методических печей, установок сухого тушения кокса в общем случае экономичнее, т.к. обычно пар используется круглогодично для технологических нужд и при теплофикации ценность его тепла выше, чем тепла сетевой воды.

Цех теплогазоснабжения включает в себя:

1) Участок котлов-утилизаторов (КУ) проката.

За группой нагревательных методических печей стана 950/800 и стана 2800 применены комплексные утилизационные установки, представляющие собой для каждой печи котлы-утилизаторы КУ-100 и КУ-80 соответственно, с многократной принудительной циркуляцией, и систему испарительного охлаждения печи, совмещенные в единую установку, в которой охлаждаемые элементы печи включены в циркуляционную систему котла параллельно его испарительной системе. В здании первого листопрокатного цеха (ЛПЦ-1) расположена питательная установка, являющаяся общей для всего комплекса утилизационных установок прокатного цеха. Каждый из котлов КУ-100 при среднем режиме работы нагревательных печей вырабатывает с учетом испарительного охлаждения печи 33,9 т/ч перегретого пара с параметрами Р=1,2 МПа и температурой Т=360 ºС. Пар, вырабатываемый котлами-утилизаторами, направляется в общезаводскую сеть паропроводов, а часть пара редуцируется и используется на нужды питательной установки.

2) Установка сухого тушения кокса совместно с котлами КСТ-80.

Котельная установка сухого тушения кокса батарей №№5, 6 предназначена для выработки пара за счет использования тепла инертных газов сухого тушения кокса. Соответственно количеству кокса поступающего на тушение, в котельной вырабатывается 63 т/ч перегретого пара следующих параметров: давление Р=1,8 МПа и температура перегрева до 450 ºС. Полученный пар используется на технологические нужды Общества.

3) Котельные за мартеновскими печами.

Котлы-утилизаторы КУ-80/120 предназначены для охлаждения уходящих дымовых газов мартеновских печей и получения перегретого пара с давлением Р=1,6-1,8 МПа, с температурой до 375 ºС. Температура уходящих газов после котлов-утилизаторов 180-250 ºС. Для удаления плавильной пыли с конвективных поверхностей нагрева предусмотрена импульсная очистка.

4) Газоочистка за мартеновскими печами.

За мартеновскими печами №№3, 4, 6, 7 установлены электрофильтры. Перед электрофильтром установлена эжекционная система кондиционирования. За двухванными сталеплавильными агрегатами ДСПА-1 и ДСПА-9 установлены газоочистки с регулируемой трубой Вентури.

5) Мазутное хозяйство (снабжение мартеновских печей мазутом, хранение мазута).

6) Участок тепловых сетей (обслуживание магистральных трубопроводов пара и горячей воды).

7) Электрослужба (обслуживание и ремонт электрооборудования ЦТГС).

8) Участок подготовки ремонтов.

9) Газовый участок.

1.1.2 Этапы развития ЦТГС

Ниже приводится таблица, показывающая этапы развития ЦТГС по годам, начиная с 1960 года.

Таблица 2 - Этапы развития ЦТГС

Цех теплогазоснабжения является крупным структурным подразделением ОАО «Урал Сталь», обеспечивающим паром энергетических параметров другие структурные подразделения комбината. Кроме того, на балансе цеха теплогазоснабжения находятся тепловые сети, обеспечивающие сетевой водой на нужды отопления и вентиляции не только комбинат, но и город Новотроицк.

1.2 Описание энергетического оборудования участка УСТК

1.2.1 Устройство, техническая характеристика и принцип работы котла- утилизатора КСТ-80

Котел-утилизатор КСТ-80 конструкции «Укрэнергочермета» установки сухого тушения кокса - однобарабанный, змеевикового типа с многократной принудительной циркуляцией. Поверхности нагрева расположены в вертикальной шахте. Направление потока греющих газов сверху вниз (нисходящий поток). Скорость газового потока не должна быть выше 7 м/сек, во избежание истирания металла трубок поверхностей нагрева котла мелкой фракцией кокса, уносимой потоком циркуляционного газа из тушильной камеры. Газоход котла выполнен из металлических листов, сваренных между собой для создания газоплотности, во избежание присосов воздуха, повышения содержания кислорода в газах, влекущего за собой усиление горения кокса в камере тушения. В зонах высоких температур (пылеосадительный бункер, газоход котла в районе пароперегревателя и испарительной поверхности) металлический кожух газохода изнутри выложен огнеупорным кирпичом.

Котел состоит из следующих частей:

1) барабана (диаметр 1 600 мм, длина 5 500 мм), в барабане расположены устройства: для ввода реагентов для внутрикотловой обработки воды, отвода воды непрерывной и периодической продувок, испарительные устройства, состоящие из двух приемных отсеков, в которых установлены отбойные щиты, паросборного коллектора, защитного устройства водоотводящих труб.

2) двух блоков (четырех пакетов), последовательно соединенных, водяного экономайзера. Входной блок экономайзера состоит из пакетов, над которыми расположены два пакета выходного блока экономайзера, блоки расположены последовательно по ходу газов. Каждый пакет состоит из 26 параллельно включенных змеевиков из трубы диаметром 25×3 мм. Входные и выходные коллектора экономайзера расположены в газоходе котла, входные камеры в зоне температур около 160°С, а выходные в зоне температур порядка 300 °С.

3) двух блоков (четырех пакетов), последовательно соединенных, испарительной поверхности. Входные коллектора испарительной секции расположены в газоходе котла, в зоне температур газов около 300 °С.

4) двух последовательно соединенных пакетов пароперегревателя, со встроенным пароохладителем. Пакеты расположены первыми по ходу газов горизонтально в вертикальной шахте, за поворотной камерой.

5) котлы №№1, 2, 3 имеют экранные испарительные пучки труб (солому). Верхняя часть экранной поверхности образует двухтрубный шахматный пучок труб над пароперегревателем, который переходит затем в настенные, двухсветные экраны в области поворотного газохода. Экранные поверхности состоят из труб диаметром 166×2, параллельно включенных змеевиков из трубы диаметром 25×3 мм. Выходные участки труб проходят через обмуровку потолочного перекрытия и привариваются непосредственно к штуцерам барабана котла. На котле №4 произведена реконструкция испарительной поверхности, и экранная часть отсутствует, котловая вода после верхней испарительной секции собирается в коллекторах и по восьми трубам подается в барабан котла.

6) трубопроводы в пределах котла:

а) подводящие трубопроводы питательной воды;

б) отводящие трубопроводы испарительного контура;

в) трубопроводы насыщенного и перегретого пара;

г) трубы периодической и непрерывной продувок, линия фосфатирования

7) запорная, регулирующая, предохранительная и защитная арматура.

К вспомогательному оборудованию котла относятся:

а) циркуляционные насосы типа НКУ-250 (по два на каждом котле);

б) мельничный дутьевой вентилятор типа ВМ-160/850;

в) резервный дымосос типа ДН-12 (работает только при аварийном отключении мельничного вентилятора).

Специальная щитовая обмуровка и металлическая обшивка котла отвечают требованиям повышенной плотности. В зоне высоких температур (выше 450 °С) обмуровка трехслойная (огнеупорный бетон, термоизоляционный бетон, совелитовые плиты). В ходе проведения ремонтов огнеупорные бетоны в районе коллекторов пароперегревателя и стен, вдоль испарительных поверхностей нагрева, обращенных внутрь котельной, заменены на огнеупорный кирпич - шамотный и динасовый. Металлические щиты обшивки котла имеют наружную тепловую изоляцию в виде минераловатных прошивных матов покрытых сверху металлическим (алюминиевым) покровным слоем.

1.2.2 Тепловая характеристика котла-утилизатора КСТ-80

Ниже приводится таблица, отражающая краткие тепловые характеристики котлов-утилизаторов КСТ-80 №№1, 2, 3, 4. Таблица составлена на основе технологической инструкции.

Таблица 3 - Тепловая характеристика котлов-утилизаторов КСТ-80

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13