Економія електричної енергії в дугових сталеплавильних печах

Основне призначення дугової сталеплавильної печі (ДСП) прямої дії - виплавка сталі з металевого брухту (скрапу).

Схема ввімкнення та основні елементи ДСП.

1 – роз’єднувач; 2 - високовольтний автоматичний вимикач; 3 – дросель; 4 – високовольтний вимикач для шунтування дроселя; 5 – пічний трансформатор; 6 – шини низької напруги; 7 – гнучкі кабелі; 8 – трубчасті шини з водяним охолодженням; 9 – електроди; 10 – електродо-тримачі; 11 – дугова піч.

 

Питомі витрати електроенергії на виплавку 1 т сталі в ДСП:

, де Р – підведена до трансформатора потужність зі сторони високої напруги, кВт; - простій: злив металу, очищення печі, завантаження печі, г; - період розплавлення металу, г; - період кипіння та рафінування, г; q – маса садки, т; - потужність теплових втрат в період простоїв, кВт; - потужність теплових втрат в період кипіння та рафінування, кВт;

, - потужність дуги, кВт; - втрати електричної потужності в дроселі, трансформаторі, проводах, електродах.

Загальні напрями енергозбереження в ДСП: зниження електричних та теплових втрат печі; підвищення маси садки та вдосконалення підготовки шихти; скорочення простоїв печі; оптимізація електричних та теплових режимів роботи печі.

 

Зниження електричних втрат

Величина електричних втрат залежить від правильного вибору та доцільності розміщення елементів установки, а саме:

· Скорочення довжини шин та кабелів низької напруги (розміщення пічних трансформаторів поблизу печей);

· Вибір по економічній щільності струму площі поперечного перерізу шин та кабелів;

· Зменшення числа контактів в шинах низької напруги та зменшення їх опору;

· Застосування електродів з низькими питомими опорами, а також ретельне з’єднання окремих кусків електродів;

· Встановлення автоматичного керування пересуванням електродів, здатного значно зменшити величину та тривалість кидків струму, особливо в період плавки;

· Мінімізація втрат в трансформаторах;

· Зменшення реактивного опору пічної установки.

Оптимальна щільність струму. При збільшенні щільності струму від економічної збільшуються втрати електроенергії на виплавку сталі [5]. Економічна щільність струму для поперечних перерізів ряду електродів:

Діаметр, мм²	Вугільні електроди	Графітові електроди
Щільність струму, А/мм²	Струм, кА	Щільність струму, А/мм²	Струм, кА
	0,10	7,0	0,18	11,3-16,9
	0,09	11,3	0,16	18,8-23,8
	0,09	17,7	0,14	27,5-33,3

 

Економічна щільність струмів для вторинних струмопроводів:

- мідні шини з перерізом до 5000 мм² - 1,5-2 А / мм², більше 5000 мм² - 1-1,5 А / мм²;

- мідні гнучкі кабелі перерізом до 5000 мм² - 1,5-2 А / мм², більше 5000 мм² - 1-1,5 А / мм²;

- мідні труби з водяним охолодженням – 4-6 А / мм².

Втрати електроенергії визначаються при цьому:

, кВтг/т; де - коефіцієнт збільшення втрат (від 25 до 45 [ ]); - фактична щільність струму, А / мм²; - економічна щільність струму А/мм².

Зменшення опору електричних контактів. Необхідно періодично перевіряти стан контактів. Опір контактів не повинен перевищувати опір цільного провідника більше ніж на 20%.

Збільшення опору контакту веде до додаткових втрат потужності, які визначаються за формулою: , кВт; де I – струм, що проходить через контакт, А; - опір, що відповідає цільному провіднику, Ом; - фактичний опір контактів, Ом.

Зниження теплових втрат

Приблизно 42% підведеної до ДСП теплоти йде на виконання корисної роботи (випускається з сталлю), решта – 58% - втрати, тепло яке виходить з пічними газами, з охолоджуючою водою, випромінювання через відкриті вікна, втрати з виступаючими кінцями електродів, втрати через днище, кожух та покрівлю, втрати під час завалки шихти, на випаровування та нагрів вологи та інше.

Підвищення якості футерівки. Для теплоізоляції стін та днища необхідно застосовувати діатомітові засипки товщиною приблизно в 50 мм. Для запобігання висипання засипки через щілини та для додаткової теплоізоляції внутрішню поверхню кожуха викладають листовим азбестом товщиною 10-20 мм.

Для попередньої оцінки ефективності застосовується наступна методика: зниження потужності теплових втрат в кВт для печей до 5 т ; для печей більше 5 т де т - потужність теплових втрат, яка залежить від ємності печі та стану футерівки [5]. Економія електроенергії при цьому визначається шляхом множення зниження потужності теплових втрат на час роботи печі.

Зниження теплових втрат з охолоджуючою водою. Втрати тепла з охолоджуючою водою визначаються за формулою: кВтг, де Q –кількість води (звичайно 800 - 1800 літрів на 1т виплавленої сталі), л; - температура води, що поступає для охолодження та води, що відводиться. Для зменшення витрат охолоджуючої води необхідно встановлення регуляторів температури.

Зменшення втрат тепла на випромінювання через вікна та отвори. Втрати тепла можна визначити по формулі: , кВтг, де С=4,95 – коефіцієнт випромінювання футерівки, кал/(м·г); - температура повітря навколо печі, К; - температура повітря в пічному просторі, К; F – площа відкритого вікна, м²; T – тривалість відкривання, г.

Втрати визначаються по рекомендованим температурам: для періоду завантаження ( =1000-1200°С), розплавлення твердої шихти до появлення рідкого металу ( =1500°С),підігрів розплавленого металу ( =1780°С), очищення печі від шламу ( =1700°С).

Потужність теплових втрат через вікна в період плавлення складає 450 кВт/м², а в період кипіння та витримки – 600-800 кВт/м² [5].

Скорочення простоїв печі. В нормальних умовах період простою печі визначається часом, необхідним на злив металу, очищення печі, завантаження шихти. Простій печі залежить від ступеня механізації процесів завантаження та зливу металу, а також від рівня експлуатації. В період простоїв електрична енергія не споживається, проте накопичена енергія розсіюється, в результаті чого при ввімкнені печі в мережу частина енергії йде на нагрів футерівки. Втрати енергії на нагрів футерівка при нормальному режимі складають приблизно 15 – 20 % від всієї підведеної енергії.

Втрати енергії під час простоїв та затримок віднесені до 1 т металу можна визначити в залежності від тривалості наступним чином:

, кВтг/т, де - номінальна потужність печі, кВт; - потужність холостого ходу печі, кВт; t – кількість годин простою печі на добу; - питомі витрати електроенергії, кВтг/т.

Найкращий заходом зменшення питомих витрат електроенергії в цьому випадку є механізоване завантаження зверху, яке дає економію 7 – 8 %.

Для підрахунку кількості зекономленої енергії можна використовувати дані про залежність питомих витрат електроенергії від тривалості простоїв, які приведені в таблиці:

	Тривалість простоїв, г
При	1,000	1,007	1,015	1,030	1,035	1,050	1,065	1,080	1,100
При	1,000	1,010	1,025	1,042	1,065	1,090	1,110	-	-

Щоб обчислити економію енергії, віднесену до 1 т металу, при зміні тривалості простоїв необхідно знаючи фактичну витрату енергії та фактичну тривалість простоїв знайти номінальну витрату енергії (питому витрату енергії при відсутності простоїв). Визначити питому витрату енергії після реалізації заходу, знаючи номінальну витрату енергії та нову тривалість простоїв. Різниця між фактичною та новою питомою витратою електроенергії і буде економія енергії в кВтг/т.