Дипломная работа: Реконструкция котла - утилизатора КСТ-80

1.5 Баланс энергоносителей на участке УСТК

Все данные в энергетическом балансе приведены за 2006 год.

1)  Химически очищенная вода, полученная с ТЭЦ-ПВС ОАО «Урал Сталь» и выработанный перегретый пар (по месяцам).

Таблица 15 - Баланс энергоносителей

Таким образом, участком УСТК расходуется на собственные нужды, или теряется в виде утечек и продувок, 29 669 тонн химически очищенной воды в год, что составляет 6,89% от общего потребления химически очищенной воды участком.

2)  Получаемый азот из ККЦ ОАО «Урал Сталь» используется полностью.

3)  Кислород и сжатый воздух - используются полностью.

4)  Техническая вода возвращается в оборотную систему комбината в том же количестве, за исключением незначительных утечек.

1.6 Анализ современного развития аналогичных производств в России и за рубежом

В настоящее время в России и за рубежом используется как сухое тушение кокса, так и мокрое (примерное соотношение 1:1). В Японии, например, весь получаемый кокс тушат в УСТК. В России распространению УСТК, прежде всего, препятствует тяжелое финансовое положение металлургических предприятий (все УСТК в России уже выработали свой ресурс, и дальнейшая их реконструкция не проводится).

Вместе с тем в мировой науке выработано несколько направлений по использованию тепла раскаленного кокса.

1.6.1 Котлы-утилизаторы в схеме УСТК

Развитие данного направления производства в России ограничивается модернизацией (усовершенствованием) котла-утилизатора, а не всей УСТК. Как альтернатива устаревшему КСТ-80 разработан более совершенный котел КСТК 25/39-С-1 который вырабатывает пар энергетических параметров /5, 113/, который затем направляется в паровой турбогенератор.

В Германии и Японии также имеются свои котлы-утилизаторы, вырабатывающие пар иных параметров, но принцип действия всех этих котлов одинаков.

1.6.2 Газовая турбина в схеме УСТК

Представляет интерес схема УСТК в сочетании с газовой турбиной /6, 99/. В схемах с газовой турбиной тепло раскаленного кокса, уловленное в установке сухого тушения, может быть использовано для нагрева компонентов горения при поступлении их в камеру сгорания турбины.

В зависимости от того, какое топливо применено для сжигания в турбине, в цикле УСТК может нагреваться воздух и топливо, или только воздух или воздух и рабочая смесь.

На рисунке 4 приведена схема комбинированной установки сухого тушения кокса с газовой турбиной. Горячие циркулирующие газы после бункера тушения поступают в воздухонагреватель, в котором нагревается воздух, поступающий в камеру сгорания. Затем газы проходят паровой котел и вентилятором вновь нагнетаются в бункер тушения. Воздух, сжатый в воздушном компрессоре газотурбинной установки, нагнетается в камеру сгорания, предварительно он последовательно проходит теплообменник, нагреваемый выхлопными газами турбины, и воздухонагреватель. Газовый компрессор нагнетает горючий газ в камеру смешения, расположенную перед камерой сгорания. Смесь нагретого воздуха и газа сгорает в камере сгорания турбины, продукты сгорания поступают в газовую турбину, где, расширяясь, совершают работу. Выхлопные газы перед выбросом в атмосферу пропускают через газовоздушный теплообменник и через специальный отсек парового котла для нагрева питательной воды.

1.6.3 Коксо-энергетический комплекс в США /6, 102/

Промышленный коксо-энергетический комплекс, включающий 4 коксовые батареи (268 печей) без улавливания химических продуктов коксования мощностью 1,107 млн. тонн в год сортированного кокса и энергоутилизационную установку с электрогенератором мощностью 94 МВт, работает на полную мощность с июня 1998 года на заводе Индиана Харбор в Ист Чикаго фирмы «Indiana Harbor Coke Co».

Энергетическое оборудование комплекса получает от коксовых печей дымовые газы с температурой 870-1200 ºС. Эти газы проходят через 16 котлов-утилизаторов отходящего тепла (по 4 на каждую батарею), где температура газов снижается до 175-180 ºС. Генерируемый пар с параметрами: T=400 ºС, P=5,3 МПа собирается в общем коллекторе и направляется в паровую турбину, где энергия пара превращается в электроэнергию. Использованные газы отводят из котла-утилизатора в коллектор холодного газа, а затем в безнасадочные циклонные мокрые скрубберы для десульфурации. Через вращающийся распылитель в верхней части скруббера внутрь подается гашеная известь, эффективность десульфурации газа 68-98%. Затем двумя вентиляторами газ отсасывается в батарею тканевых фильтров и сбрасывается в дымовую трубу. Таким образом, на энергоутилизационной установке теплота сгорания летучих процессов коксования угля превращается в электроэнергию и технологический пар, который поступает в доменный цех фирмы-потребителя.

Пар из котлов-утилизаторов со средним расходом 2 050 тонн в час поступает в паровую конденсационную турбину мощностью 94 МВт с автоматическим отбором пара. Технологический пар для использования потребителем отбирается из турбины с расходом 45-227 тонн в час. Паровая турбина снабжена байпасной линией. Конденсатор турбины способен принять весь объем сброшенного пара в случае нарушения нормальной работы оборудования. Электрогенератор имеет установленную мощность 94 МВт при напряжении 13,8 кВ.

Основная задача энергосистемы комплекса состоит в переработке всего объема дымовых газов из коксовых печей и поддержании величин атмосферного выброса в пределах, установленных экологическими нормативами.

Процесс производства кокса без улавливания газообразных продуктов в сочетании с энергетическим оборудованием не только представляет конкурентную альтернативу традиционному коксохимическому производству, но и предлагает путь к решению экологических проблем.

1.7 Постановка задачи дипломного проектирования

Проведя анализ результатов энергоаудита ОАО «Урал Сталь» можно сделать следующие выводы:

1)  На ОАО «Урал Сталь» низкий уровень использования вторичных энергетических ресурсов.

2)  Нет потребности в перегретом паре 16-ти атмосфер.

3)  На ОАО «Урал Сталь» недостаточна выработка электрической энергии собственными генераторами. Выработка электрической энергии генераторами ТЭЦ составляет 60-62% от потребления электрической энергии комбинатом. Недостающие 38-40% электрической энергии покупается у ОАО «Межрайонные электрические сети».

4)  На ОАО «Урал Сталь» нет дополнительных генераторов электрической энергии кроме комбинатовской ТЭЦ-ПВС.

5)  В котельной УСТК на котлах утилизаторах имеются проблемы с работой котлов, в части быстрого износа предвключенных испарительных поверхностей.

На сегодняшний день, в эпоху жестких тарифов на топливо и энергоносители, необходимым условием для нормального функционирования промышленного предприятия и его рентабельности является развитие собственных энергетических мощностей, а также рациональное использование и грамотная утилизация вторичных энергоресурсов.

Задачей дипломного проектирования является установка турбогенератора за котлами-утилизаторами КСТ-80 участка УСТК цеха теплогазоснабжения, с целью выработки дополнительной электрической энергии за счет вторичных энергоресурсов (в частности физической теплоты раскаленного кокса). Выработанная за счет ВЭР электрическая энергия более дешевая, так как в ее себестоимости отсутствует топливная составляющая, которая составляет порядка 75-85% себестоимости электрической энергии получаемой на ТЭС или КЭС.

В дипломном проекте предлагается установить конденсационную паровую турбину для привода синхронного электрического генератора. Для этого потребуется реконструировать котлы-утилизаторы: исключить из работы третью предвключенную испарительную секцию; заменить поверхностный пароохладитель на впрыскивающий с подачей питательной воды, рассмотреть вопросы по установке турбогенераторов, расчету трубопроводов, изменению схемы электронсабжения.

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

2.1. Краткое описание мероприятий предлагаемых в дипломном проекте

В данном дипломном проекте предлагаются следующие мероприятия:

1) В связи с высоким абразивным износом третьей предвключенной испарительной поверхности нагрева предлагается произвести ее демонтаж;

2) В связи с неэффективной работой поверхностного пароохладителя, предлагается заменить его на впрыскивающий, с подачей питательной воды;

После проведения данных мероприятий котлы-утилизаторы КСТ-80 станут вырабатывать перегретый пар с параметрами: Р=1,1 МПа и Т=280 ºС, который предлагается использовать в 2-х конденсационных турбогенераторах ТГ-3/6,3-С-1, с суммарной электрической мощностью 6 МВт, их установка позволит поднять выработку электрической энергии на собственных мощностях до 188 МВт, т.е. повысить выработку на 2%.

2.2 Тепловой расчет реконструированного котла КСТ-80

Исходные данные:

1 Температура инертных газов поступающих в котел:  ºС.

2 Состав инертных газов (в % по объему):

Таблица 16.

3 Давление в барабане котла Pб=1,1 МПа.

4 Температура перегретого пара Тпп=380 ºС.

5 Температура питательной воды Тпв=100 ºС.

6 Расход газов Vг=82 100 нм3/час.

7 Присосы воздуха - отсутствуют.

Теплосодержание инертных газов.

Объем газов

1  нм3/нм3.

2  нм3/нм3.

3  нм3/нм3.

Таблица 17 - Сводная таблица зависимости теплосодержания газов от температуры

3) Просчитать трубопровод охлаждающей воды конденсаторов турбин от градирен КХП, которые в настоящее время загружены на 50%. Это позволит наиболее полно задействовать потенциал градирен на нужды ОАО «Урал Сталь».

4) Произвести электрический, тепловой, гидравлический расчеты.

Тепловой расчет выполнен для котла-утилизатора с демонтированной предвключенной испарительной поверхностью. Конечные и исходные данные приняты на основе данных полученных в разделе 1.6 общей части пояснительной записки, технической характеристики котлов-утилизаторов КСТ-80, а также исходя из параметров пара необходимых для выбранного турбогенератора. Температура перегретого пара принята 380 ºС, дальнейшее снижение температуры перегретого пара нецелесообразно, так как это как следствие повышает температуру уходящих газов и снижает коэффициент полезного действия котельного агрегата (понижает эффективность тушения кокса). Снижение температуры перегретого пара с 380 ºС до необходимых 280 ºС осуществляется во впрыскивающем пароохладителе, который вынесен за пределы котельного агрегата

В настоящее время, установленная мощность электрического оборудования Общества составляет порядка 280 МВт, мощность ТЭЦ - 182 МВт, таким образом, установка турбогенераторов позволит поднять выработку электрической энергии на собственных мощностях до 188 МВт, т.е. повысить выработку на 2%.

Таблица 18 - Тепловой баланс котельного агрегата и паропроизводительности

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