Эффективность использования энергии

8.7 Эффективность использования энергии

8.7.1 Введение

На многих литейных заводах на поддержание металла в расплавленном состоянии тратиться больше энергии, чем на реальную плавку. Кроме того, значительная часть энергии расходуется в местах, непосредственно не относящихся к работе с металлом. Например, литейные заводы обычно являются большими потребителями сжатого воздуха.

Очевидно, что других потребителей энергии можно рассматривать как отдельных потребителей, например, установки для литья в кокиль под давлением, чьи гидравлические системы также питаются от электроэнергии. Литейные заводы, использующие свободное литье и литье в песчаные формы могут применять процессы горячего изготовления стрежней, например, с покрытием или с горячим стержневым ящиком, использующие газ или электричество для подогрева. Нагрев кокилей, ковша и футеровки печи может составить заметную часть используемой полной энергии. Типичное относительное распределение энергетических затрат для двух типов заводов представлено в таблице 8.58. [64, ETSU, 1997]
Таблица 8.58 - Типичное распределение энергозатрат на литейном заводе по производству цветных металлов и сталелитейном заводе EAF [64, ETSU, 1997], [7]

Вид деятельности	Литейный завод по производству цветных металлов (%)	Сталелитейный завод EAF (10000 т/год годных отливок) (%)
Плавление	30	44
Поддержание в расплавее	30
Запуск завода	15
Сжатый воздух	14	10
Нагрев инструмента	3
Термообработка (газ)		7
Другие *	8	39
(*) Включает все виды деятельности, для которых не представлено никаких значений в той же колонке и не указанные виды деятельности

Эти данные показывают, что подразделения литейного завода (то есть все, кроме плавки и поддержания в расплавленном состоянии) ответственны за половину всего расхода электроэнергии литейного завода. Сюда включены виды деятельности, использующие отдельные потребители, например, двигатели и приводы, сжатый воздух, освещение, нагрев помещений и котельная установка. Меры по экономии электроэнергии должны касаться и плавки и сферу обслуживания. [46, ETSU, 1995]

Меры по энергосбережению касаются применения хороших практических мер по снижению энергопотребления на всех указанных стадиях. Улучшенная эффективность использования энергии является одним из главных экологических преимуществ, упоминаемых при обсуждении технологий в этой главе. В следующих разделах обсуждаются конкретные технологии, имеющие своей целью рекуперацию тепловой энергии и передачу тепла другим участкам литейного завода.

8.7.2 Индукционная электропечь: использование вторичного тепла

Существенное количество электроэнергии, потребляемое индукционной плавильной печью, преобразовывается в отработанное тепло. Приблизительно 20 - 30 % от полной подводимой на заводе мощности рассеиваются с помощью системы охлаждения. Контур охлаждения печи не только способствует потерям электроэнергии в индукторе, но также и предохраняет от перегрева, обусловленного теплом, подводимым через футеровку печи от горячего металла в тигле. Теплота, регенерируемая в системе охлаждения печи, используется на некоторых заводах для нагрева помещений, подогрева душевой воды и сушки сырья.

- Сушка сырья: Когда металлическая шихта добавляется к ванне расплавленного металла в индукционной плавильной печи, наличие воды в ломе потенциально может быть очень опасным. Хотя лом может храниться на литейном заводе под крышей, возможно, что он был влажным уже при его поставке. Тепловая энергия, переданная контуру охлаждения печи, может быть регенерирована с помощью водного - воздушно теплообменника, а вентилятор может нагнетать нагретый воздух в зону хранения металлического лома. Схема размещения такой установки показана на рисунке 8.22.




Рисунок 8.22 - Использование вторичного тепла для сушки отходов [16]
- Нагрев помещения и горячее водоснабжение: Система, подобная обсуждаемой выше, может использоваться для подачи горячего воздуха в цех для нагрева помещения. Кроме того, водно-водный теплообмен используется для подогрева воды, циркулирующей в радиаторах отопления, или для горячего водоснабжения.

Так как температура охлаждающей воды в негерметичной системе вряд ли будет превышать 60 – 70 ºC, радиаторы должны иметь очень большие поверхности теплообмена, чтобы эффективно передавать тепло. Кроме того, температура воды может регулироваться с помощью других источников тепла, например, дополнительные газовые или масляные горелки или электрический нагреватель. Некоторые дополнительные система подогрева могут понадобиться для работы в период, когда печи не работают; например, рано утром, чтобы повысить температуру на рабочих местах до приемлемого уровня.

Обычные системы охлаждения печи должны поддерживаться в рабочем состоянии и в летнее и в другое время года, когда системы подогрева помещений не отбирают соответствующее количество теплоты из системы охлаждения печи. Это является основным аргументом, определяющим необходимость встроенной системы охлаждения печи. Вся установка должна проектироваться как надежная система, предохраняющая печь от перегрева. Кроме того, вода, подающаяся к печам, не должна быть слишком холодной (то есть не ниже 30 ºC). Должны быть установлены аварийные датчики температуры и запасная система байпасных трубопроводов с легкодоступными ручными клапанами, гарантирующими, что система рекуперации тепла может быть быстро отключена от основного контура охлаждения в случае возникновения любых проблем.

Экологические эффекты от внедрения метода

Увеличенный энергетический КПД.

Воздействие на различные среды не наблюдаются.

Система рекуперации тепловой энергии, использующая в качестве теплоносителя масло индукционных электропечей, была установлена на Бельгийский литейном заводе. Литейный завод имеет две индукционных раздаточных печей в совокупности с вагранкой.

Индукторы электрических печей охлаждаются с помощью масла. Масло поступает подогретым до 200 – 300 ºC и охлаждается во внешнем теплообменнике масло-воздух. Перед установкой системы рекуперации тепла, 1 мВт тепловой энергии рассеивался в воздухе. Была установлена дополнительная система, использующая вторичное тепло для подогрева помещений. Горячий воздух подается в цех по изготовлению стержней. Это позволяет осуществлять рекуперацию 1/3 рассеянной тепловой энергии, и заменят первоначально установленную отапливаемую газом систему подогрева. Реализация оказалась возможной при низких затратах, так как теплообменник масло-воздух установлен рядом с цехом по изготовлению стержней. Подогрев помещений в других цехах литейного завода, можно рассматривать позже, но он потребует большего количества трубопроводов и будет таким образом включать дальнейшие потери энергии.

Применимость

Прежде чем может быть применена система рекуперации тепловой энергии, необходимо выполнить целый ряд требований:

- соответствующее применение вторичной тепловой энергии должно осуществляться на соседних участках завода, а время его использования должно совпадать с временем работы печей. Однако обычно получаемая тепловая энергия является энергией довольно низкого сорта. Температура охлаждающей воды не должна превышать 70 ºC

- относительно низкие температуры означают, что теплообменники должны быть намного больше тех, которые используются обычно

- вода из контура охлаждения печи не должна повторно возвращаться в печь при температуре ниже, приблизительно, 30 ºC, в противном случае, могут возникнуть проблемы, связанные с образованием конденсата

- поддержание целостности охлаждающего контура является наиболее важной задачей. Охлаждающий контур предназначен для защиты индукционных катушек от перегрева - если он перестанет выполнять свои функции, то результаты этого могут быть весьма плачевными.

Литейный завод, на котором осуществляется попытка использования тепловой энергии охлаждающего контура, должен полностью оценить прибыль от этого мероприятия, а затем сравнить е с затратами на приобретение дополнительного оборудования и безопасностью печи и персонала.

Увеличение эффективности использования энергии на литейном заводе.

Подогрев помещений с использованием горячего воздуха: Proferro, Oudenaarde (B). Metso Paper Jyväskylä Foundry (F).

8.7.3 Вагранка: использование вторичной тепловой энергии

Описание

Необходимость охлаждения отходящих газов вагранки перед их попаданием в рукавный фильтр, дает возможность использования вторичной тепловой энергии. Вторичным потребителем может быть, например:

- паровой бойлер

- тепловой масляный контур

- контур подогрева

- контур горячего водоснабжения.

Экологические эффекты от внедрения метода

Восстановление вторичной тепловой энергии, которая в противном случае будет рассеяна в окружающей среде, позволяет снизить расход топлива (или уменьшить потребление от других источников энергии).

Воздействие на различные среды

Воздействие на различные среды не наблюдается.

Эксплуатационные данные

Два завода, приведенные в качестве примера в разделе 8.5.2.2, оборудованы системой использования вторичной тепловой энергии. Данные по заводам представлены в таблице 8.37.

Завод G использует отработанное тепло вагранки для производства электроэнергии. Часть потока отходящих газов подается в паровой котел, который питает турбину, соединенную с генератором или компрессором. Схема установки представлена на рисунке 8.23. В результате, 29 % тепловой энергии, полученной при сгорании кокса, рекуперируется для дальнейшего использования. Производится, приблизительно 2,9 мВт электроэнергии. Это означает, что завод генерирует электроэнергию в количестве 75 кВтч/тонну жидкого железа.



Рисунок 8.23 - Схема вагранки с горячим дутьем, использующей паровой котел, турбину и генератор [55]

Завод H использует отработанное тепло вагранки в тепловом контуре подогрева масла. После теплообмена в системе предварительного подогрева воздуха для дутья, отходящие газы попадают в масляный теплообменник. Горячее масло используется для сушки стержней. Может быть достигнута максимальная рекуперация тепловой энергии в 21 мВт. Технологическая схема процесса представлена на рисунке 8.24.

Рисунок 8.24 - Технологическая схема процесса вагранки с горячим дутьем с рекуперацией тепловой энергии [89]
Применимость

Эта технология используется на новых установкам и должна приниматься во внимание при проектировании процесса. На существующих заводах эта технология может быть внедрена в период большой реконструкции завода, однако небольшие дополнительные блоки могут быть установлены и на действующих заводах.

Экономические показатели

В приведенных примерах внедрение осуществлялось как часть большой реконструкции действующей установки. Поэтому, получить отдельную информацию по затратам на внедрение не представляется возможным.

Движущая сила внедрения

Увеличение эффективности потребления энергии производственных процессов.

Примеры заводов

Два указанных завода расположены в Германии.

Справочная литература

[89], [55], [7]

8.7.4 Уменьшение потерь энергии и улучшение предварительного подогрева ковшей

Описание

Энергия будет растрачиваться впустую, если система транспортировки расплавленного металла допускает большое падение температуры металла в период между выпуском плавки из печи и заливкой его в литейные формы. Потери могут быть предотвращены при помощи соответствующих практических мероприятий. Имеется в виду следующее:

- использование чистых ковшей, подогреваемых до ярко красного цвета;

- использование распределительных и разливочных ковшей, имеющих максимально большой размер, и оснащенных теплозащитными покрытиями;

- теплоизоляция (укрытие) пустых ковшей или хранение ковшей в перевернутом состоянии, если они не используются;

- сокращение случаев переливания металла из одного ковша в другой;

- транспортировка металла с максимально возможной скоростью, не забывая о требованиях безопасности.

Экологические эффекты от внедрения метода

Снижение энергетических потерь.

Воздействие на различные среды

Воздействие на различные среды не наблюдаются.

Применимость

Так как эта технология содержит меры, связанные с хорошей эксплуатационной практикой, она может использоваться на всех новых и существующих литейных заводах.

Экономические показатели

Никакие экономические показатели не предоставлены.

Движущая сила внедрения

Эффективный контроль использования энергии на заводе.

Примеры заводов

Эти технологии широко используются на литейных заводах Европы.

Справочная литература [11]

жүктеу/скачать 9.9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: