Для определения расхода воздуха через башенную градирню, необходимого для теплового расчета, проводится расчет аэродинамического сопротивления градирни. действующая с точки зрения тяги высота башни градирни, м

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Большинство процессов промышленного производства для обеспечения нормальной работы нуждаются в охлаждающей воде. Нефтеперерабатывающие заводы, нефтехимическое производство и заводы по химической переработке, металлургические заводы, коммунальные службы для обеспечения электроэнергий - все они для своей работы должны использовать охлаждающую воду. Системы водяного охлаждения управляют температурами и давлениями путем передачи тепла от горячих технологических процессов к охлаждающей воде, которая отводит тепло. При этом охлаждающая вода нагревается и перед ее повторным использованием должна быть либо охлаждена, либо заменена свежей подпиточной водой.

Большинство водооборотных систем для промышленного охлаждения построены 30-50 лет назад и к настоящему времени существенно изношены. На ТЭЦ преимущественное применение получила оборотная система технического водоснабжения с градирнями, в частности на ТЭЦ-ПВС в ОАО «Северсталь» применяют башенные градирни. Башенные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках. От эффективности работы башенных градирен на электростанциях в значительной мере зависят технико-экономические показатели их работы - выработка электроэнергии и расход топлива.

Целью дипломного проекта является разработка технических решений по реконструкции технического водоснабжения ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь». Будет произведен анализ фактического состояния системы и ее элементов и произведен аэродинамический, тепловой и гидравлический расчет башенной градирни.

1. Теоретическая часть

1.1 Общая характеристика ТЭЦ-ПВС

Назначение теплоэлектроцентрали - паровоздушной станции ТЭЦ-ПВС-1 ОАО «Северсталь»:

Сжигание отходов металлургического производства: доменного и коксового газов и промпродукта (отходов углеобогатительной фабрики ОАО «Северсталь» после переработки углей: Печорского бассейна марок 1 ЖР, ГЖО, 2ЖР, Кузнецкого бассейна марок КСР, ГЖО, КР, К, ЖР),

Выработка электроэнергии для ОАО «Северсталь»,

Отпуск тепла с паром для металлургического производства,

Отпуск тепла с горячей водой для теплофикации ОАО «Северсталь» и города Череповца,

Дутьё для доменных печей от паровоздушной станции,

Выработка химочищенной воды для технологических нужд.

Установленные мощности ТЭЦ-ПВС-1 составляют: электрическая 286 МВт, тепловая паровых котлов - 1232 Гкал/ч, в том числе тепловая мощность турбоагрегатов 574 Гкал/ч. Тепловая мощность водогрейных котлов - 540 Гкал/ч.

Число часов использования среднегодовой установленной электрической мощности достигает 5560 часов в год.

В котельном цехе ТЭЦ-ПВС-1 установлены три энергетических котла ТП-170-1 ст. №№ 1,2,3, два энергетических котла ТП-21 ст. №№ 4,5, пять энергетических котлов БКЗ-210-140ФД ст. №№ 6,7,8,9,10 и три пиковых водогрейных котла ПТВМ-180 ст. №№ 1,2,3. Установленная тепловая мощность десяти энергетических котлов - 1232 Гкал/ч и трех пиковых водогрейных котлов - 540 Гкал/ч, нормальная паропроизводительность энергетических котлов 1900 т/ч. Число часов использования среднегодовой установленной тепловой мощности энергетических котлов в рассматриваемый период не превышает 6000 ч/год.

Тепловая схема ТЭЦ-ПВС выполнена с поперечными связями и по рабочим параметрам установленного основного оборудования делится на две очереди.

На первой очереди установлено: пять энергетических котлов, и пять паровых турбин (ВР-6-2 УТМЗ ст. №1; ВПТ-25-4 ЛМЗ ст. №2; ПТ-30-8.8 ЛМЗ ст. №3; ВТ-25-4 БМЗ ст. №4; ВПТ-50-2 ЛМЗ ст. №5).На второй очереди ТЭЦ установлено: пять энергетических котлов, и три паровые турбины: ВТ-50-2 ЛМЗ ст. №5; ВТ-50-1 УТМЗ ст. №6; Т-100-130 УТМЗ ст. №7.

Пар от котлов 1-ой и 2-ой очереди поступает в соответствующие общестанционные коллекторы, откуда распределяется по соответствующим турбогенераторам. Между собой паровые коллекторы связаны через РОУ.

Оборудование турбинного цеха имеет также поперечные технологические связи по основному конденсату, питательной воде, пару собственных нужд, добавочной воде, циркуляционной и технической воде.

Основные потребители пара ТЭЦ-ПВС и внешние потребители питаются паром от общестанционных магистралей давления: 3,2; 0,8-1,3 и 0,12 МПа.

На ТЭЦ-ПВС имеется пятнадцать деаэрационных установок, семь деаэраторов атмосферного типа (0,12 МПа) и 8 деаэраторов повышенного давления (0,6 МПа). Деаэраторы атмосферного типа ст. №№ 1, 4, 10, 11 предназначены для деаэрации конденсата турбин доменных компрессоров, возвратного конденсата производственного пара, обессоленной воды, идущей на питание котлов. Вторая группа деаэраторов атмосферного типа ст. №№ 12, 13 обеспечивает деаэрацию химически очищенной воды для вторичных энергоресурсов, и в деаэраторе ст. №7 деаэрируется химически очищенная вода для подпитки тепловых сетей. Деаэраторы повышенного давления ст. №№ 2, 3, 5, 6, 8, 9, 16, 17 используются для деаэрации питательной воды паровых котлов.

Для покрытия максимумов теплофикационной нагрузки на ТЭЦ-ПВС установлены три пиковых водогрейных котла типа ПТВМ-180.

Энергетические котлы приспособлены для раздельного или совместного сжигания доменного, коксового и природного газов, и пыли промпродукта Воркутинского каменного угля. Водогрейные котлы эксплуатируются только на природном газе. На ТЭЦ-ПВС имеется три водоподготовительные установки: обессоливающая установка для подпитки энергетических котлов производительностью 340 м3/ч; химводоочистка для вторичных энергоресурсов производительностью 450 м3/ч; химводоочистка для подпитки теплосети производительностью 180 м3/ч.

В состав ТЭЦ-ПВС входит паровоздуходувная станция (ПВС), обеспечивающая дутьем доменные печи. На ПВС установлено восемь компрессоров различного типа, шесть из которых ст. №№ 1-6, приводятся во вращение от конденсационных паровых турбин, и два компрессора ст. №№ 7, 8 имеют электрический привод. Пар на турбокомпрессоры ст. №№ 1, 5, 6 подается от котлов первой очереди из общестанционного коллектора свежего пара давлением 100 кг/см2 и температурой 510°С.

Паровые конденсационные турбины компрессоров ст. №№ 2, 3, 4 работают на паре средних параметров, подаваемом от противодавления турбогенератора ст. №1 (ВР-6-2 УТМЗ) и от двух РОУ 100/33. Конденсат из конденсаторов приводных турбин перекачивается в деаэраторы атмосферного типа ст. №№ 4, 10, 11.

ТЭЦ-ПВС имеет оборотную систему технического водоснабжения. В качестве водоохладителей используется семь башенных градирен противоточного типа.

1.2 Системы оборотного водоснабжения ТЭЦ ПВС

Существуют три основных типа систем водяного охлаждения. Конструкция охлаждающей системы зависит от использующей ее установки, а эффективность и производительность установки зависит от типа охлаждаемого процесса, характеристик воды и экологических соображений. Вода является наиболее широко используемым теплоносителем, потому что обычно она имеется в изобилии, без труда может быть использована и дешева, вода способна переносить большие количества теплоты в единице объема, в условиях обычно встречающихся диапазонов температур расширение и сжатие воды незначительны, вода не разлагается.

Хотя двух одинаковых систем водяного охлаждения не существует, фактически существует три базовые конструкции.

Открытая рециркуляционная система является наиболее распространенной конструкцией промышленной системы охлаждения. Она состоит из насосов, теплообменников и градирни. Вследствие наличия испарения, основной химический состав воды в открытых рециркуляционных системах подвергается изменениям.

В прямоточных системах охлаждающая вода проходит через теплообменник только один раз.

Замкнутые рециркуляционные системы используют одну и ту же охлаждающую воду повторно в непрерывном цикле. Сначала вода отбирает тепло у технологической жидкости и затем отдает его в другом теплообменнике. В таких системах градирня не используется.

В цехе ТЭЦ-ПВС открытая рециркуляционная система, а для такого типа характерны такие проблемы как коррозия, загрязнение, накипь, микробиологические загрязнения и разложение древесины.

В настоящее время обеспечение водой, требуемой для охлаждения конденсаторов, масло и воздухоохладителей турбокомпрессоров ПВС и турбогенераторов ТЭЦ осуществляется по двум оборотным циклам.

Оборотная система циркуляционного водоснабжения ТЭЦ-ПВС включает следующие сооружения и оборудование:

1. Охладители циркуляционной воды - градирни, семь шт.

2. Два подземных железобетонных самотечных канала охлажденной воды (1600х2000 мм) разделенных между турбогенераторами ст. № 4, 5 заглушками и входящими, соответственно, в циркуляционный контур № 1 и 2.

3. Четыре стальных подземных коллектора охлажденной воды на ПВС, Ду 1200 мм.

4. Два стальных подземных трубопровода нагретой воды Ду 1200 мм, и Ду 1400 мм, разделенных между генераторами ст. № 4 и 5 заглушками и входящими, соответственно, в циркуляционный контур № 1 и 2.

5. Четыре подземных трубопровода нагретой воды от ПВС, Ду 1200 мм.

6. Циркуляционные насосы турбогенераторов и турбовоздуходувок, по два на каждой турбине.

7. Водяной тракт конденсаторов турбины.

8. Насосы технической и сырой воды для собственных нужд станции.

9. Теплообменники поверхностного типа: маслоохладители турбогенераторов и механизмов; газоохладители генераторов, возбудители, электродвигатели напряжением 6000 В.

10. Общестанционный коллектор технической воды Ду З00 мм. Подпитка коллектора может осуществляться с напора циркуляционных насосов; через соответствующие перемычки, от главного водовода Ду 1400 мм и от насосов сырой воды.

Первый контур циркуляционного водоснабжения включает четыре башенных градирни №№ 1, 2, 3 и 7 и обеспечивает работу турбогенераторов №№ 2, 3, 4 и оборудования ПВС.

Второй контур циркуляционного водоснабжения включает башенные градирни №№ 4, 5, 6 и обеспечивает работу турбогенераторов ст. № 5, 6, 7.

Продувка оборотной системы циркуляционного водоснабжения не регулируется и практически не организована.

Источником технического водоснабжения ТЭЦ-ПВС является: река Шексна (единая фильтровальная станция (ЕФС) ОАО «Северсталь» и заводской водопровод).

Подпитка оборотной системы технического водоснабжения ТЭЦ-ПВС, а также подача исходной воды для химического цеха, осуществляются из реки Шексны непосредственно цехом водоснабжения, по главному водоводу Ду 1400 мм.

Подпитка оборотной системы от фильтровальной станции цеха водоснабжения осуществляется по главному водоводу Ду 1000 мм. Максимальный суммарный расчетный расход воды для химотделения и подпиточной воды для системы оборотного водоснабжения ТЭЦ-ПВС от цеха водоснабжения ОАО «Северсталь» составляет 3400 м3/ч, в том числе, расчетный расход сырой воды для нужд химического отделения составляет 800 м3/ч.

Питьевое и противопожарное водоснабжение всех объектов ТЭЦ-ПВС осуществляется от общезаводской водопроводной сети. Для нужд системы гидрозолоудаления используется осветленная вода в количестве до 680 м3/ч.

Все башенные градирни выполнены в виде многоугольников с металлическим наружным каркасом и обшиты к настоящему времени оцинкованными профлистами.

Водосборный бассейн и нижнее опорное кольцо выполнены из сборного железобетона. Поступление воздуха в градирню регулируется шторами, установленными по, периметру противооблединительного тамбура градирен. Шторы образованы горизонтальными поворотными щитами, управляемыми вручную, возможно одновременное изменение положения трех щитов.

В дипломном проекте будет рассмотрено совершенствование системы оборотного водоснабжения второй очереди.

1.3 Классификация градирен

Охлаждающей водой, нагретой в тепловыделяющем оборудовании, можно распорядиться по-разному, но вариантов фактически три и все они известны. По первому, вода сбрасывается в канализацию, т.е. используется на проток. Очевидно, что в настоящее время не только по экологическим, но и по экономическим соображениям это неприемлемо. По второму варианту, нагретая (условно чистая) вода используется в технологии предприятия. Такое решение самое привлекательное, так как одновременно утилизируется и полученное ею от оборудования тепло. Однако возможность даже частичного использования нагретой охлаждающей воды встречается крайне редко и составляет тысячные доли процента от общей массы ее потребления. Остается последнее -- нагретую воду охладить и повторно использовать, то есть организовать водооборотную систему. Этот вариант является преимущественным в общемировой практике, а усилия специалистов направлены на совершенствование техники и технологии таких систем.

Градирни - основной вид искусственного охладителя, широко распространенный на теплоэлектроцентралях и в настоящее время получивший наибольшее применение.

Градирня представляет собой сложное высотное сооружение и одновременно сложное теплообменное устройство, являющееся связующим звеном между турбиной и атмосферой. Основная рабочая часть градирни - оросительное устройство, в котором вода, подлежащая охлаждению после конденсаторов турбин, разделяется на струи и капли или стекает вниз по щитам в виде пленок. Вода в виде капель или пленок охлаждается вследствие испарения и соприкосновения с воздухом, входящим через оросительное устройство через окна. Нагретый, насыщенный водяными парами воздух отводится вверх под действием естественной тяги через вытяжную башню.

По способу передачи тепла атмосферному воздуху можно классифицировать градирни на:

Испарительные, в которых передача тепла от воды воздуху осуществляется в основном за счет испарения;

Радиаторные, или сухие, в которых передача тепла от воды воздуху осуществляется через стенку радиаторов за счет теплопроводности и конвекции;

Смешанные, в которых используется передача тепла за счет испарения, теплопроводности и конвекции.

Теоретическим пределом охлаждения воды в испарительных градирнях является температура атмосферного воздуха по смоченному термометру, которая может быть ниже температуры по сухому термометру на несколько градусов.

Теоретическим пределом охлаждения воды в радиаторных градирнях является температура атмосферного воздуха по сухому термометру.

В комбинированных радиаторно - испарительных градирнях, так же как и в сухих, охлаждение воды происходит через стенки радиаторов, орошаемые снаружи водой. Отдача тепла водой, протекающей через радиаторы к воздуху, осуществляется за счет теплопроводности через стенки и испарения орошающей воды. Указанные градирни получили меньшее распространение, чем испарительные и радиаторные из-за неудобств при эксплуатации.

По способу создания тяги воздуха градирни разделяются на:

Вентиляторные, через которые воздух прокачивается нагнетательными или отсасывающими вентиляторами;

Башенные, в которых тяга воздуха создается высокой вытяжной башней;

Открытые, или атмосферные, в которых для протока воздуха через них используются естественные токи воздуха - ветер и отчасти естественная конвекция.

В зависимости от конструкции оросительного устройства и способа, которым достигается увеличение поверхности соприкосновения воды с воздухом, градирни подразделяются на пленочные, капельные и брызгальные.

Каждый из указанных видов градирен может иметь разнообразные конструкции отдельных элементов оросительного устройства, отличаться их размерами, расстояниями между ними и может быть выполнен из различных материалов.

Выбор типа градирен следует производить по технологическим расчетам с учетом заданных в проекте расходов воды и количества тепла, отнимаемого от продуктов, аппаратов и охлаждаемого оборудования, температур охлаждаемой воды и требований к устойчивости охладительного эффекта, метеорологических параметров, инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства градирни, условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории и транспортных путей, химического состава добавочной и оборотной воды и санитарно-гигиенических требований к нему, технико-экономических показателей процесса строительства этих сооружений.

На ТЭЦ-ПВС применяются только башенные градирни, поэтому остановимся на них поподробнее.

1.4 Башенные градирни

Общие положения.

Башенные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках. Башенные градирни применяются, главным образом, на атомных и тепловых электростанциях.

Башенные градирни могут быть испарительными, радиаторными, или сухими и смешанными - испарительно-сухими. К испарительно-сухим относятся сухие градирни, в которых для увеличения глубины охлаждения осуществляется набрызг воды (как правило, обессоленной) на радиаторы.

На рисунке 1.1 изображена башенная противоточная градирня.

Рисунок 1.1 - Башенная противоточная градирня: 1 -вытяжная башня; 2 - водоуловитель; 3 - водораспределительная система; 4 - оросительное устройство; 5 - воздухорегулирующее устройство; 6 - водосборный бассейн

Башенные градирни разрабатываются, как правило, испарительные и с противоточной схемой движения воды и воздуха.

Конструктивная характеристика градирни №4.

В дипломном проекте будет произведен расчет башенной градирни №4, относящейся ко второй очереди, с целью замены оросительного устройства и системы водораспределения.

Градирня №4 введена в эксплуатацию в 1963г. Градирня №4 предназначена для охлаждения воды в оборотной системе водоснабжения ТЭЦ-ПВС, в которой вода является средством отведения больших количеств тепла от энергетических агрегатов. По способу охлаждения обследуемая градирня относится к башенной, где благодаря наличию вытяжной башни, создается естественная тяга атмосферного воздуха. По способу создания развитой поверхности соприкосновения охлаждения воды, градирня относится к пленочной. Принцип охлаждения заключается в том, что, проходя сквозь градирню, вода разделяется на тонкие пленки, благодаря чему увеличивается поверхность охлаждения, и продувается потоком воздуха.

Основными элементами градирни №4 являются:

Вытяжная башня, создающая циркуляцию воздуха, а также отводящая насыщенные пары на достаточную высоту для их рассеивания в атмосфере;

Водораспределительное устройство, распределяющее по рабочим лоткам поступающую по центральному стояку воду с последующим разбрызгиванием ее через сопла;

Оросительное устройство, обеспечивающее создание необходимой поверхности охлаждения;

Водосборный бассейн, служащий для сбора охлажденной воды в циркуляционной системе.

Водоуловитель в градирне отсутствует.

В плане железобетонный каркас оросительного и водораспределительного устройств градирни №4 имеет форму многоугольника и разбит десятью лучевыми осями на десять секторов с углом 360 каждый и четырьмя кольцевыми рядами «А», «Б», «В» и «Г» по ортогональной схеме. Диаметр наружного ряда 40, 240 м, высота каркаса 8,61 м. Строительный объем составляет 11000 м3.

Щиты оросителя уложены в два яруса на опорную железобетонную конструкцию. Опорная конструкция состоит из радиальных балок, установленных на отметке 3,55 м и 5,60 м.

Водораспределительное устройство градирни запроектировано лотковым. Лотки железобетонные: магистральные - лучевые и рабочие - кольцевые. На рабочих лотках предусмотрены сопла с разбрызгивающими тарелочками. Лотки водораспределительного устройства опираются на радиальные и промежуточные балки, установленные на отметке 8,30 м.

Щиты оросителя при проектировании предусмотрены деревянными.

При эксплуатации градирни №4 были выполнены следующие ремонтные работы, имеющие отношение к каркасу оросительного и водораспределительного устройств:

Монтаж нижнего яруса оросителя, установка разбрызгивающих тарелочек, чистка чаши бассейна градирни (1979 г.);

Реконструкция системы водораспределения с заменой деревянного оросителя на полиэтиленовые блоки, чистка чаши бассейна градирни (1994 -1995 гг.);

Чистка лотков, частичная замена разбрызгивающих устройств (1997 г.).

В ходе обследования строительных конструкций было выявлено, что они находятся в работоспособном состоянии и замены не требуется. Следовательно, снижаются затраты на реконструкцию градирни №4.

Оросительное устройство.

Оросители являются основным конструктивным элементом градирни, определяющим ее охлаждающую способность. Конструкция оросителя должна обеспечивать получение достаточной площади поверхности охлаждения при оптимальном аэродинамическом сопротивлении.

В зависимости от характера преобладающей поверхности охлаждения оросители могут быть:

Пленочные;

Капельно-пленочные;

Капельные;

Брызгальные;

Комбинированные.

В пленочных оросителях вода обтекает поверхность охлаждения в виде тонкой пленки. Эти оросители обеспечивают самое эффективное охлаждение, которое может быть интенсифицировано в 1,5-2 раза или более путем увеличения шероховатости, пористости или волнистости поверхности оросителя. К сожалению, пористые оросители быстро выходят из строя при наличии в воде нерастворимых примесей. Поэтому, если концентрация нефтепродуктов в оборотной воде превышает 25 мг/л, а взвешенных веществ - 50 мг/л, рекомендуется использовать капельные или сетчатые капельно-пленочные оросители. Брызгальные оросители применяют, если общая концентрация нефтепродуктов, жиров, взвешенных веществ и других превышает 120 мг/л.

В настоящее время большинство оросителей изготавливаются из различных полимеров: полиэтилена низкого давления, поливинилхлорида, полиэфирных смол и т. д. Эти материалы практически не подвержены коррозии, прочны и обладают небольшой плотностью. Кроме того, из них достаточно легко можно получать трубы, решетки или сетки сложной конфигурации. В то же время необходимо помнить, что некоторые полимеры (например, полистирол) разрушаются при контакте с различными углеводородами.

Для удобства установки оросительных устройств в градирню отдельные элементы их монтируются в блоки. Размеры блоков в плане не должны превышать 1?1,5 м2, а высота их принимается по конструктивным соображениям с учетом общей высоты оросительного устройства. Блоки могут быть закреплены на подвесках или установлены на опорных балках.

При наличии в оборотной воде большого количества агрессивных химических веществ для продления срока службы оросителя рекомендуется организовывать предварительную водоподготовку. Ороситель работающей градирни постоянно омывается водой, и вероятность его возгорания равна нулю. Однако при длительных остановках охлаждающих установок и проведении ремонтных работ оросители, изготовленные из полиэтилена или другого легкогорючего пластика, могут загореться и устойчиво гореть с выделением большого количества тепла и дыма. Поэтому их рекомендуется изготовлять из полимеров, не поддерживающих горение. Также при выборе материала для оросителя необходимо учитывать, что при низких температурах механические свойства некоторых видов полимеров ухудшаются.

Усовершенствование существующих оросителей и разработка новых конструкций является одной из главных задач, направленных на повышение эффективности градирен за счет создания развитой поверхности теплосъема, увеличение удельного расхода воздуха, улучшения процесса тепломассообмена и, как следствие, - повышение охлаждающей способности.

Полимерные оросители, в отличие от природных материалов, таких как дерево и асбошифер, не обладают высокими показателями смачиваемости поверхности конструкций, способствующей развертыванию пленки воды, т.е. увеличению площади контакта воды с воздухом. В полимерных оросителях необходимая интенсивность тепломассообмена может быть обеспечена увеличением поверхности теплосъема за счет многократного дробления капель разбрызгиваемой воды и увеличения расхода воздуха за счет коэффициента аэродинамического сопротивления.

Мировой практикой установлено, что по экономическим, тепловым и аэродинамическим показателям максимальный эффект достигается в оросителях, имеющих развитую сетчатую структуру.

Тепло, отводимое водой от конденсаторов и других теплообмеников, в охладителях оборотных систем отдается окружающей среде. Охлаждение воды происходит как вследствие частичного ее испарения, так и конвекцией, т.е. посредством теплоотдачи соприкосновением. В теплое время года преобладает теплоотдача испарением.

Таким образом, на работу систем охлаждения, т.е. на температуру охлаждающей воды на выходе из градирни влияют два основных фактора:

Работа элементов градирни;

Метеорологические параметры окружающей среды.

Система охлаждения, построенная на основе испарительной градирни обладает рядом недостатков:

1. Низкое качество воды, её загрязненность, вследствие контакта с пылью окружающего градирню воздуха;

2. Загрязнение системы солями, которые постоянно накапливаются из-за непрерывного испарения воды. От каждого кубического метра водопроводной испарившейся воды в системе происходит накопление как минимум 100 гр. солевых отложений. Это приводит к резкому уменьшению коэффициента теплопередачи на теплообменных поверхностях и следовательно эффективности теплообмена;

3. Развитие в системе водорослей и микроорганизмов, включая опасных бактерии за счет активной аэрации;

4. Непрерывное окисление и коррозия металла;

5. Обледенение градирен в зимний сезон;

6. Отсутствие гибкости и точности регулировки температуры;

7. Постоянные затраты на воду и химические реагенты для чистки;

8. Большие потери давления в системе.

Касательно охраны окружающей среды, основными вредными факторами, производимыми градирнями являются шум и воздействие аэрозолей, выбрасываемых из градирен в окружающую среду

Вредное воздействие происходит в результате выброса капель оборотной воды в атмосферу, осаждения капель на почву и на поверхность окружающих объектов.

В каплях могут содержаться ингибиторы коррозии, накипеобразования и химические реагенты для предотвращения биологических обрастаний, добавляемые в оборотную воду.

Кроме этого, в каплях могут быть патогенные микроорганизмы, бактерии, вирусы, грибы. Некоторые микроорганизмы в градирнях при благоприятных условиях для их жизнедеятельности могут размножаться.

Капли воды распространяются в атмосфере в районе градирен и увлажняют поверхность земли и близ расположенные сооружения, а в зимний период вызывают их обледенение, поэтому в СНиП II-89-80 приведены допустимые минимальные расстояния от градирен до ближайших сооружений.

Зона выпадения капельной влаги на поверхности земли имеет форму эллипса с большой осью, проходящей через центр градирни в направлении ветра. Наибольшая интенсивность выпадения капель на поверхность земли в этой зоне находится на большой оси эллипса на расстоянии примерно двух высот градирни. Размер зоны зависит от высоты градирни, скорости ветра, степени турбулентности воздуха в приземном слое, концентрации и крупности капель, а также от температуры и влажности атмосферного воздуха.

При наличии в атмосферном воздухе газообразных примесей, выходящая из градирен влага может с ними взаимодействовать и образовывать вредные для окружающей среды соединения. Например, при взаимодействии влаги с окислами серы происходит окисление сернистого ангидрида в более вредные для человека сульфаты.

Водоуловитель.

Работающая градирня выбрасывает в атмосферу воздух, насыщенный водяными парами и содержащий капельки воды размером 100-500 мкм

Все известные конструкции водоуловителей работают по одному принципу - осаждение летящих вверх капелек воды на препятствии за счет инерции при отклонении воздушного потока для огибания препятствия. В качестве препятствия используются водоуловители, отличающиеся друг от друга не только материалом, но и формой указанных элементов.

К водоуловителям предъявляются требования максимально возможного снижения выноса капель из градирни с потоком воздуха при минимальном аэродинамическом сопротивлении. Этим требованиям удовлетворяют конструкции водоуловителей, схемы которых изображены на рисунке 1.2.

Водоуловители рекомендуется устанавливать на расстоянии около 2 м над водораспределительными системами, обеспечивающем доступ к водоразбрызгивающим соплам. При необходимости снижения общей высоты градирни этого условия можно не придерживаться, однако расстояние от водоуловителей до водораспределительных систем в этом случае должно быть не менее 0,5 м.

Скорость движения воздуха в створе перед водоуловителем не следует принимать более 3 м/с во избежание значительного повышения уноса капель.

На рисунке 1.2 изображены схемы водоуловителей

Рисунок 1.2 - Схемы водоуловителей

В градирне №4 водоуловитель на данный момент не установлен. При выборе водоуловителя необходимо учитывать, что каждому из них присущи свои достоинства и недостатки. Они различаются материалом, схемой сборки блоков и механической прочностью, а также значением аэродинамического сопротивления проходу воздуха.

Водораспределительное устройство.

Водораспределительное устройство является технологическим элементом градирни, во многом определяющим ее эффективную и надежную работу. Оно должно обеспечивать равномерное распределение воды по оросителю при небольших энергозатратах, не создавая ощутимых препятствий проходу и распределению потока воздуха.

Водораспределительные устройства градирен можно разделить на три основные группы: разбрызгивающие, без разбрызгивания и подвижные. Разбрызгивающие водорасределительные устройства, в свою очередь, подразделяются на безнапорные, представляющие собой системы открытых желобов и лотков, и напорные, выполняемые из закрытых желобов или труб с соплами или разбрызгиватели, к которым вода подводится с большим или меньшим напором.

Сопла при проектировании и привязке градирен необходимо подбирать с учетом их пропускной способности, размеров факела разбрызгивания, незасоряемости примесями оборотной воды и диаметра капель.

На экспериментальном стенде ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева для испытаний разбрызгивающих устройств был смоделирован фрагмент водораспределительной системы башенной градирни. По результатам гидравлических испытаний разбрызгивающих сопел различных конструкций были определены типы сопел, обеспечивающих наиболее больший радиус факела разбрызгивания воды.

В дипломном проекте предусмотрена замена лоткового водораспределения на трубное с заменой форсунок и выбором оптимального их количества.

1.5 Конденсаторы паровых турбин

Тепловая энергетика производит 85% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии и развивается за счет ввода в действие мощных электростанций с крупными энергоблоками, работающими на высоких и сверхвысоких параметрах пара.

Коэффициент полезного действия турбины можно увеличить, повысив температуру и давление пара, поступающего в турбину, или снизив температуру и давление насыщенного пара на выходе из турбины. Последнее достигается путем конденсации выходящего из турбины пара, которая происходит в установленном для этой цели конденсаторе при подаче в него охлаждающей воды.

Поверхностный конденсатор состоит из пучков трубок диаметром 17--25 мм, длиной в несколько метров, которые выполняются из металлов, хорошо проводящих тепло (латунь, мельхиор). Концы трубок ввальцованы в металлические трубные доски, помещенные в корпусе конденсатора, который представляет собой металлическую емкость. Пространства между трубными досками и торцами корпуса образуют водяные камеры. В одноходовых конденсаторах вода поступает в переднюю водяную камеру, проходит через трубки и выходит в заднюю камеру, из которой отводится сливными трубами. В двухходовых конденсаторах вода дважды проходит по длине корпуса и отводится из передней камеры. В трехходовых конденсаторах вода проходит корпус три раза.

Выходящий из турбины пар поступает в паровое пространство конденсатора, заключенное между трубными досками, и конденсируется на внешней поверхности трубок, внутри которых проходит охлаждающая вода. Сконденсировавшийся пар (конденсат) собирается в нижней части корпуса конденсатора и отводится конденсатным насосом для повторного использования.

Известно, что температура охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор, непосредственно влияет на температуру конденсации отработавшего в турбине пара и, следовательно, на глубину вакуума в конденсаторе и к. п. д. турбины. Кроме того, при повышении температуры охлаждающей воды сверх определенного значения снижается мощность, отдаваемая турбиной. Предельная температура охлаждающей воды, при которой турбина может работать на минимальную мощность, принимается обычно равной 33° С, а для турбин, изготовляемых для районов с тропическим климатом, --36--40° С.

Величина температурного напора конденсатора зависит от коэффициента теплопередачи его трубок, на который огромное влияние оказывает состояние поверхности трубок -- их чистота. На стенках трубок могут образовываться отложения механического, биологического и химического происхождения, что связано с качеством охлаждающей воды. В результате образования таких отложений коэффициент теплопередачи трубок резко падает, а температурный напор конденсатора возрастает. Например, наличие органических отложений толщиной всего 0,1 мм может привести к повышению температурного напора конденсатора на 10° С. Кроме того, отложения в трубках конденсаторов и циркуляционных трубопроводах увеличивают гидравлическое сопротивление системы.

Из сказанного следует, что хотя для охлаждения конденсаторов используется техническая вода, качество которой не нормируется, необходимо принимать все возможные меры по снижению ее температуры и улучшению качества.

1.6 Выводы по главе и постановка задачи

Таким образом, комплексная программа мероприятий по усовершенствованию градирни, а именно замена оросителя, водораспределительного устройства и установка водоуловителя, позволит увеличить охлаждающую способность градирни, что в свою очередь приведет к увеличению вырабатываемой мощности.

Перед выполнением мероприятий по усовершенствованию градирни необходимо выбрать тип оборудования с оптимальными характеристиками, для чего требуется провести ряд инженерных расчетов, а именно аэродинамический, тепловой расчеты для обоснования выбранного типа оросителя и водоуловителя.

Для определения количества добавочной воды необходимо произвести расчет потерь воды в градирне.

Так же следует произвести гидравлический расчет системы водораспределения с целью подбора диаметра магистральных труб и количества и типа форсунок.

В ходе дальнейшей работы будут произведены все вышеперечисленные типы расчетов, по результатам которых был определен объем мероприятий по усовершенствованию градирни. Так же определен экономический эффект от данного проекта.

2. Расчет башенной градирни

2.1 Методика расчета башенной градирни

Выбор исходных данных.

Технологический - тепловой и аэродинамический - расчет необходим при проектировании новых, модернизации и привязке существующих проектов градирен к местным метеорологическим условиям с учетом требований к температуре охлажденной воды и гидравлическим нагрузкам.

Конечной целью расчета башенных градирен обычно является определение температуры охлажденной воды t2 при заданных значениях площади оросителя fор, удельной гидравлической нагрузке qж, температуре и относительной влажности ц1 воздуха.

В пособии к СНиП по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения») аэродинамеческие расчеты башенных градирен рекомендуется производить по прилагаемым к ним графикам. Эти графики были составлены на основании лабораторных исследований, выполненных на клиновых моделях башенных градирен площадью орошения 500-3000 м2. По графикам определяется общий коэффициент аэродинамического сопротивления градирни жобщ и его зависимость от площади (высоты) воздуходувных окон. а также коэффициент сопротивления оросительного устройства. Анализ условий, при которых были разработаны эти графики, показал, что использование их: во-первых, затруднительно, во-вторых, не корректно, т.к. они были составлены для лоткового водораспределения и не учитывают сопротивления водоуловителя. Поэтому возникает необходимость в разработке математической модели для расчета требуемых режимов.

В журнале «Холодильная техника и технология» №1 за 2011 год приводится усовершенствованная методика технологического расчета башенной градирни, отличительной особенностью которой является учет соотношения количества теплоты, отведенного от воды испарением и конвекцией с теплопроводностью.

В расчетные зависимости, отражающие или определяющие работу градирни, входят следующие величины:

Расходы воды и воздуха;

Температуры входящей и выходящей воды;

Расчетные атмосферные параметры (климатические условия), определяющие энтальпию и плотность входящего воздуха, а также предел охлаждения воды в градирне;

Технологические характеристики оросителя;

Площадь орошения градирни.

В зависимости от задачи расчета одна из указанных величин может быть искомой, а остальные заданы. При этом климатические условия (расчетные атмосферные параметры) должны быть всегда заданы.

Расход воды (гидравлическая нагрузка Gж) обычно задается технологами производства исходя из теплотехнических расчетов охлаждаемого водой оборудования - конденсаторов, холодильников, компрессоров, различных технологических аппаратов, металлургических агрегатов и др. Расход воздуха через вентиляторную градирню определяется точкой пересечения зависимости сопротивления градирни от расхода и характеристики используемого вентилятора. Для определения расхода через башенную градирню, необходимого для теплового расчета, проводится расчет аэродинамического сопротивления градирни. Скорость воздуха определяется по величине самотяги, расходуемой на преодоление сопротивления.

Температура входящей воды t1 и выходящей t2 воды устанавливаются технологами производства на основании теплотехнических расчетов с учетом характеристик охлаждаемого оборудования. Следует иметь ввиду, что температуры оборотной воды, особенно t2, могут иметь весьма существенное влияние на параметры технологического процесса, размеры градирни, диаметры труб, подачу насосов и производительность другого оборудования, а также на потребление электроэнергии. Поэтому целесообразно определять t2, а также расход охлаждаемой воды Gж путем технико-экономических расчетов совместной работы всех сооружений водооборотного цикла. Однако эти расчеты не всегда выполнимы. В этом случае при проектировании рекомендуется принимать расчетное значение t2, исходя из условия, чтобы разность t2-ф была не менее 5°С, самые низкие значения могут быть приняты лишь в том случае, когда это диктуется жесткими требованиями производства.

Определение расчетных параметров атмосферного воздуха.

Тепловой расчет градирен производится на неблагоприятные для работы этих сооружений атмосферные условия в летние месяцы года. Однако выполнять расчет на более высокие температуру и влажность атмосферного воздуха нецелесообразно, так как они могут наблюдаться в течение года лишь кратковременно, и чем выше расчетные температуры и влажность, тем больших размеров будет градирня и соответственно выше затраты на ее сооружение. С другой стороны, слишком низкие расчетные температура и влажность воздуха могут привести к тому, что фактическая температура воды на выходе из градирни в течение длительного периода в летнее (жаркое) время года не будет обеспечивать охлаждение технологических продуктов до требуемой температуры tпр.

Следовательно, при выборе расчетных параметров атмосферного воздуха необходимо учитывать допустимость повышения температуры воды t2 сверх расчетной из условий технологического производства, но ограничивать период этого повышения.

Расчет градирен согласно СНиП 2.04.02-84 надлежит выполнять исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха по сухому и влажному термометрам (или относительной влажности воздуха) по многолетним наблюдениям при обеспеченности 1 - 10 % за летний период года (июнь, июль, август). Выбор обеспеченности можно производить в зависимости от категории водопотребителя по таблице 2.1, в которой все водопотребители условно разделены на три категории по уровню требований к температурам охлаждаемой воды.

Таблица 2.1 - Обеспеченность метеорологических параметров в зависимости от категории потребителей воды

Указанной в табл. 2.1 обеспеченности 1 % за три летних месяца соответствует обеспеченность примерно 0,25 % в разрезе года. Аналогично обеспеченности 5 % соответствует обеспеченность 1,25 % и обеспеченности 10 % - обеспеченность 2,5 %.

При выборе обеспеченности метеорологических параметров для расчетов градирен следует учитывать влияние превышения температуры охлажденной воды над расчетной на работу технологического оборудования. Рассматриваемая градирня относится к категории II.

Способы расчета.

Технологический (тепловой и аэродинамический) расчет необходимо производить при разработке новых сооружений, подборе и переработке проектов (типовых или других готовых), для привязки к условиям конкретного предприятия, при оценке работы действующей градирни в процессе эксплуатации и реконструкции.

Наиболее часто выполняются три вида расчетов: определение температуры охлажденной на градирне воды t2, плотности орошения qж и площади орошения градирни F. В зависимости от назначения расчета изменяются состав исходных данных и применяемые формулы расчета.

В первом случае задаются: климатические условия (х,ф,ц,Pб), технологические и конструктивные характеристики оросителя (A, m,жор,Кор, h,qж), площадь орошения секции или градирни. Искомая температура t2 находится по формуле:

.(2.1)

Во втором случае задаются: климатические условия (х,ф,ц,Pб), технологические и конструктивные характеристики оросителя (A, m,жор,Кор, h,qж), температуры воды (t1, t2). Плотность орошения находится по формуле:

.(2.2)

В третьем случае задаются: климатические условия (х,ф,ц,Pб), технологические и конструктивные характеристики оросителя (A, m,жор,Кор, h,qж), температуры воды (t1, t2), расход охлаждаемой воды (Gж). Площадь орошения секции или градирни равна:

. (2.3)

Значительный вклад в разработку методов расчета градирен внесен Ф. Меркелем, Б.В. Проскуряковым, Л.Д. Берманом, И. Лихтенштейном и другими авторами. Наибольшее распространение в практике расчета градирен получил метод расчета по закономерностям процессов испарительного охлаждения, разработанный Меркелем.

2.2 Расчет проектируемой градирни

Исходные данные.

1. Расчетные параметры атмосферного воздуха.

В качестве расчетных климатических данных выбраны параметры 5% обеспеченности атмосферного воздуха по г. Вологде:

Таблица 2.2 - Расчетные параметры атмосферного воздуха

2. Технические данные градирни.

Градирня №4 предназначена для охлаждения воды в оборотной системе водоснабжения ТЭЦ-ПВС, в которой вода является средством отведения больших количеств тепла от энергетических агрегатов. По способу охлаждения обследуемая градирня относится к башенной, где благодаря наличию вытяжной башни, создается естественная тяга атмосферного воздуха. По способу создания развитой поверхности соприкосновения охлаждения воды, градирня относится к пленочной. Принцип охлаждения заключается в том, что, проходя сквозь градирню, вода разделяется на тонкие пленки, благодаря чему увеличивается поверхность охлаждения, и продувается потоком воздуха.

Технические характеристики градирни №4:

тип - пленочная;

площадь орошения - 1280м2;

расчетная производительность - 7000ч9000м3;

фактическая производительность - 6000ч8000м3;

расчетный перепад температур циркуляционной воды - Дt = 8ч10єС;

фактический перепад температуры циркуляционной воды - Дt = 6єС;

фактическое недоохлаждение - 2ч4єС;

количество добавочной воды - 270ч360 м3/ч;

тип противообмерзающего устройства - навесные щиты, противообледенительный тамбур;

результат контроля качества охлаждающей воды - pH 7,1 ч 7,6.

Общий вид градирни представлен на рисунке 2.3.

Расход воды на градирню Gж = 7150 мі/ч

На рисунке 2.4 изображен общий вид башенной градирни

Рисунок 2.4 - Общий вид башенной градирни

На градирне №4 установлен ороситель типа Брикс 63, рекомендуется ороситель типа ПР50, характеристики приведены в таблице 2.3. Характеристики охлаждающей способности оросителя А и m, которые не зависят от гидравлической нагрузки и температурных условий его работы, а также климатических факторов.

Таблица 2.3 - Характеристики охлаждающей способности оросителя

Водоуловитель не установлен, рекомендуется при модернизации установить водоуловитель решетчатый из элементов ПР50 (5 слоев), из ПНД, сопротивление принимается равным.

Аэродинамический расчет.

Для определения расхода воздуха через башенную градирню, необходимого для теплового расчета, проводится расчет аэродинамического сопротивления градирни.

В журнале «Холодильная техника и технология» №1 за 2011 год приводится усовершенствованная методика технологического расчета башенной градирни. Для определения расхода через башенную градирню, необходимого для теплового расчета, проводится расчет аэродинамического сопротивления градирни. Скорость воздуха определяется по величине самотяги, расходуемой на преодоление сопротивления.

Материалы натурных и лабораторных исследований позволяют общее сопротивление градирни определить по формуле:

(2.4)

где с - плотность воздуха, кг/м3; щ - скорость движения воздуха в свободном сечении градирни, м/с;

- общий коэффициент сопротивления градирни:

(2.5)

- коэффициент сопротивления входа в градирню, - коэффициент сопротивления оросителя, м-1, - коэффициент сопротивления водораспределителя, - коэффициент сопротивления водоуловителя, - коэффициент сопротивления дождя, - коэффициент трения поверхности башни градирни, H - высота оросителя, м.

Значения зависят от типа оросителя и водораспределителя. Значение =0,4 для обычных трубных конструкций. Значения:

определены на основании исследований на моделях с учетом натурных измерений.

Значение определяется:

где 0,2- это коэффициент удельного сопротивления дождя под оросителем, отнесенный к скорости воздуха в свободном горизонтальном сечении градирни так же, как и все остальные коэффициенты сопротивления в формулах; l - половина длины воздухораспределителя, равная половине радиуса оросителя, м; - коэффициент распределения дождя в водораспределительном устройстве, принятый для обычного трубного водораспределителя с тангенциальными пластмассовыми соплами ВОДГЕО, по данным натурных исследований равный 0,1; - высота дождя в водораспределителе, при соплах факелами вниз равная 0,2…0,6; 0,8 м - при направлении факела вверх; - коэффициент сопротивления дождя в оросителе, принимаемый в соответствии с данными таблицы 2.4; - удельная гидравлическая нагрузка градирни, м3/(м2·ч).

Таблица 2.4 - Характеристики оросителя

Диаметр градирни в оросительной части:

Половина длины воздухораспределителя:

Для ПР50:

м

Коэффициент сопротивления башни определяется по формуле:

где - гидравлический размер (диаметр градирни):

- число Рейнольдса:

- коэффициент кинематической вязкости воздуха, который может определяться по выражению:

м2/с.

- шероховатость поверхности (для железобетона принято 0,5 мм).

Анализ проведенных расчетов показал, что малая величина и оказывает незначительное влияние на общий коэффициент сопротивления градирни. При определении силы тяги столб воздуха в градирне разбивается на две части, соответствующие оросителю и вытяжной башне, и определятся так:

(2.6)

где - условная высота оросителя, м;

(2.7)

и - средняя плотность воздуха на выходе;

- высота оросителя, м;

- действующая с точки зрения тяги высота башни градирни, м:

- высота башни над оросителем, м;

После соответствующей замены находим самотягу градирни:

где - начальная и конечная плотности воздуха, кг/м3 ;

- барометрическое давление, кПа; относительная влажность воздуха; - 0,28828 КДж/(кг·К) - газовая постоянная для воздуха; - плотность насыщенных водяных паров, кг/м3, кПа; - температура воздуха на входе и на выходе градирни.

Из равенства самотяги и сопротивления находится скорость воздуха в свободном сечении градирни:

Расход воздуха определяется по уравнению неразрывности:

кг/ч

Удельный расход воздуха:

В результате аэродинамического расчета определили удельный расход воздуха, который необходим для определения температурного перепада воды при ее различных температурах на входе в градирню. Следовательно, можем приступить к выполнению теплового расчета.

Тепловой расчет.

Основные расчетные зависимости.

Градирни относятся к категории теплообменных аппаратов, в которых теплоноситель - вода - отдает тепло охлаждающему агенту - воздуху путем непосредственного контакта. Для обеспечения необходимой площади поверхности контакта градирня оборудуется специальным элементом - оросительным устройством.

В виду сложности процессов тепломассообмена в градирнях тепловой расчет их долгое время основывался на так называемых эмпирических «графиках охлаждения». За последнее время все более широкое применение находят методы теплового расчета градирен по формулам теории испарительного охлаждения.

Количество тепла, отдаваемое теплоносителем охлаждающему агенту в градирнях, так же как и в обычных теплообменных аппаратах, пропорционально поверхности теплообмена. Под поверхностью теплообмена в градирне понимают общую поверхность всех капель и пленок воды, вступающих в соприкосновение с воздухом. Для пленочных градирен допускается некоторая условность: в качестве поверхности теплообмена принимается боковая поверхность щитов оросителя, предполагая, что эта часть поверхности теплообмена составляет наибольшую долю.

Для получения основных закономерностей испарительного охлаждения рассматривается стационарный процесс тепломассообмена в простейшей пленочной градирне, в которой вода и воздух приводятся в непосредственный контакт друг с другом по схеме противотока.

Подобные документы

Теоретические основы и конструкция металлургических печей, закладных кессонов и системы охлаждения закладных кессонов печи взвешенной плавки. Характеристика водоснабжения промышленного предприятия. Анализ роли и значения охлаждения металлургических печей.

курсовая работа , добавлен 20.11.2010


Сравнительный анализ технических характеристик типовых конструкций градирен. Элементы систем водоснабжения и их классификация. Математическая модель процесса оборотного водоснабжения, выбор и описание средств автоматизации и элементов управления.

дипломная работа , добавлен 04.09.2013


Классификация и область применения градирен. Показатели водяного охлаждения оборудования турбинного цеха. Анализ технического состояния градирни и решения по реконструкции. Аэродинамический расчет, определение теплового и материального баланса градирни.

дипломная работа , добавлен 15.07.2015


Факторы, влияющие на жизнедеятельность человека в полёте. Работоспособность авиационных систем охлаждения по высоте и скорости полета. Конструкция и принцип работы турбохолодильника. Система охлаждения аппаратуры средних и заднего технических отсеков.

дипломная работа , добавлен 14.11.2017


Характеристика деятельности СПП ПАО "Северсталь". Назначение сортопрокатного цеха, описание основного оборудования. Устройство и принцип работы летучих ножниц. Описание реконструкции привода путем замены зубчатой муфты на упругую втулочно-пальцевую.

дипломная работа , добавлен 13.07.2015


Характеристика сортамента цеха. Определение производительности стана 1700 ПХЛ ОАО "Северсталь". Основные транспортные потоки. Конструкция листоправильной машины. Уборочное устройство обрези. Реконструкция петлевого устройства и привода канатных барабанов.

дипломная работа , добавлен 16.05.2017


Составные части транспортно-грузового комплекса для навалочных и насыпных грузов, их взаимодействие между собой. Разработка графиков работы погрузочно-складского комплекса. Определение технического оснащение склада. Расчет погрузочно-разгрузочного фронта.

курсовая работа , добавлен 11.12.2014


Использование холодильников в промышленной и в бытовой сфер. Назначение, применение, типы и устройство компрессоров. Система охлаждения холодильных компрессоров: описание функций, диапазон применения, схема холодильного цикла, фитинги для компонентов.

курсовая работа , добавлен 02.11.2009


Разработка и обоснование основных технических решений по реконструкции стана. Энергокинематический расчет привода. Расчет и конструирование промежуточного вала. Составление принципиальной схемы гидропривода. Анализ технологичности конструкции детали.

дипломная работа , добавлен 22.03.2018


Характеристика технического творчества как важной сферы интеллектуальной деятельности человека. Классификация методов поиска новых технических решений. Анализ списка вопросов по А. Осборну для изобретателя. Сущность идеального технического решения.

Коксохимическое производство

В состав КХП также входят:
- Цеха химического улавливания
- Коксовый цех
При коксовании образуется основной продукт - кокс и сопутствующие - газ и смола, которые поступают в цех химулавливания, ректификации, смолоперегонный цехи, где получают сопутствующие химические продукты.

Аглодоменное производство

Доменный цех выплавляет передельный и литейный чугуны для конверторного и фасонно- литейного цехов. В состав доменного цеха входят четыре печи объемом ДП1 - 1719м3, ДП2 – 2291м3, ДП3 – 3200м3, ДП4 - 3200м3.
ДП-2 представляет собой агрегат нового поколения по уровню технической оснащенности, надежности и влиянию на окружающую среду. Реконструкция доменной печи явилась одним из самых масштабных и дорогостоящих инвестиционных проектов «АрселорМиттал Темиртау». Проектная мощность печи составляет 1,3 млн. тонн чугуна в год.
В результате реконструкции объем печи увеличен на 300 кубических метров, а ее производительность – на 15%. Кроме того, сама печь после капремонта соответствует европейскому уровню.
Уникальность проекта - в установке современного оборудования на всех участках печи, использовании комплектующих в основном западного производства. Проектная документация разработана фирмой «PAUL WURTH», являющейся частью компании «АрселорМиттал», совместно с проектно-конструкторским отделом металлургического комбината. Установлен новый бесконусный засыпной аппарат, от которого зависит как долговечность работы доменной печи, так и ее производительность, а также расход кокса. Кроме того, в ходе реконструкции были построены новые воздухонагреватели системы Калугина. Они позволяют удерживать температуру дутья на уровне 1230 градусов. Аналогичные воздухонагреватели уже установлены на лучших металлургических предприятиях мира, в том числе и на заводах компании «АрселорМиттал». В общей сложности это примерно 230 устройств.
Были смонтированы два электрофильтра нового поколения, предназначенные для очистки отходящих газов от бункерной эстакады и литейного двора. Два каупера конструкции Калугина обеспечивают температуру дутья 1250 градусов. Плоский литейный двор позволяет обеспечить безопасность и улучшить условия труда горновых на рабочей площадке. Для вскрытия и забивки чугунных леток установлены малогабаритные машины новой конструкции. Желоба, по которым идут чугун и шлак, укрыты, а отходящие газы улавливаются, очищаются и только потом выбрасываются в атмосферу. Избыточный доменный газ теперь будет служить для выработки пара на новой котельной.
Для получения чугуна используются современные технологии доменной плавки.

Сталеплавильное производство

Прокатное производство

Горячий прокат:

Холодной прокат:

Белая жесть

Цех горячего цинкования и алюминирования (ЦГЦА)

Прокат с полимерным покрытием

Сортовой прокат

Единое ремонтно-монтажное управление

Отдел главного энергетика

ТЭЦ-2 - обеспечение цехов электрической и тепловой энергией, химически очищенной и обессоленной водой. Кроме этого ТЭЦ-2 обеспечивает теплом и электроэнергией город Темиртау. Установленная мощность ТЭЦ-2 - 435 МВт/ч.

Паросиловой цех предназначен для обеспечения цехов и производств комбината энергоносителями (пар, сжатый воздух, химочищенная вода) различных параметров.

Кислородный цех обеспечивает производство продуктами разделения воздуха (кислородом, азотом, аргоном), а также вырабатывает цехам-потребителям сырой и осушенный сжатый воздух. Возможность по производству кислорода составляет 144 тысячи кубических метров в час.

Транспортное управление

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛЛВЛ 1. Аналитический обзор и иосіаиовка задачи 10

Современное состояние вопроса построения, исследования и 10 оптимизации топливно-энергобаланса металлургического комбинат

Современное сосюяние вопроса математического 15 моделирования и оптимизации источника энерюснабжения промышленного предприятия

Парогазовые технологии на современном этапе развития 21 энергетики

1.4. Постановка задачи 30
ГЛЛВЛ 2. Построение математических моделей ПГУ-ВГЭР, ТЭЦ- 32
ПВС и математической модели усредненного металлургического
комбината

2.1. Описание математической модели ПГУ-ВГЭР 32

Описание математической модели ГТУ 32

Описание математической модели котла-утилизатора 41

Моделирование геплофизических свойств воды и 44 водяного пара

Математическое описание рабоїьі іепловой схемы 48 паровой турбины ПГУ-ВГЭР

Методика упрощенных расчетов показателей 50 ушлизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР

2.2. Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР в 55
расчет энергобаланса металлургического комбината

Постановка задачи схемно-параметрической оптимизации 60 ТЭЦ-ПВС в рамках рассмотрения полною энергобаланса металлурі ического комбината

Критерии оптимизации энеркмехнологической системы, 63 включающей ТЭЦ-ПВС, в рамках полного энергобаланса металлу pi ического комбината

Особенности применения меюдов ошимизации в задачах 64 оптимизации меіаллургических и теплоэнергетических процессов

Краткое описание применяемого метода оптимизации DSFD 65 (Метод прямого поиска возможных направлений)

Поиск глобальною оптимума на базе мноюкрагного поиска 67 локальных оптимумов

ГЛАВА 3. Расчетно-теоретичсское исследование характеристик ГТУ 70
и ПГУ, работающих на ВГЭР меіаллурі ическоіо комбината

Особенности применения парогазовых технологий в условиях 70 металлургического комбинат

Характеристики доменною і аза 71

Характеристики коксового газа 73

Харак і еристики конвертерною і am 74

Характеристики простого цикла ГТУ при работе на различных 77 топливах

Характеристики ПГУ с ко і лом - утилизатором (ІІГУ-КУ) при 100 работе на различных іазовьіх топливах

Выводы 103

ГЛАВА 4. Опіимизация схемно-парамеїрических решений ТЭЦ-ПВС 105
металлургическої о комбината
4.1. Структура топливно-энергетическою баланса 105

металлурі ического комбинаїа

Топливно-знеріегические балансы зарубежных 111 металлургических заводов

Топливно-энергетический и материальный балансы 115 усредненного металлургическою комбинат

Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 126 усредненного металлургическою комбината на базе традиционных паротурбинных установок по критерию минимума потребления топливно-знеріеіических ресурсов

Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 131 усредненною металлурі ического комбината на базе традиционных паротурбинных усіановок по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы

Схемно-параметрическая оніимизация энергоснабжения 136 усредненного металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР

по криіерию минимума иоіребления топливно-энергетических ресурсов.

4.7 Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 141
усредненного металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР

по критерию минимума затрат на топливно-знеріетические ресурсы.

4.8 Схемно-параметрическая оптимизация эиерюспабжспия 147
усредненною металлурі ическою комбината на базе ПГУ-ВГЭР

по критерию минимума шраг на гопливноонеріетические
ресурсы в условиях увеличения стоимости природної о газа.
4.9. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 149
усредненною металлургическою комбинаїа на базе ПГУ-ВГЭР
по критерию минимума суммарных (интегральных) затрат.
Выводы 151

Выводы по работе 152

Литература 154

Введение к работе

Одной из наиболее акіуальньїх проблем в черной металлургии является повышение энерюэффективности и ЭКОЛ01ИЧНОСГИ производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энергетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла можеі имеїь производительность около 10 млн. т. стали в год и поіреблять колоссальное количеспю топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране иредприяіия черной металлургии потребляют около 15% всею производимого природного юплива и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной меіаллуріии в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, потенциал энергосбережения российских металлургических нредприяіий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии - в сірукіуре себестоимости проката составляет 30-50%, что говори і о высокой энергоемкости производства. Значительного эперюсбережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлургического комбината, а также оптимизации энерюиснользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно обеспечивая утилизацию ВГЭР, отпускает заданные объемы сжатого воздуха и электроэнергию. "Го есть является важнейшим звеном, замыкающим юпливно-знеріеіический баланс меткомбината по этим энергоносителям, поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться совместно не только между собой, но и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение сие і ємного анализа для энерготехнологическою комплекса металлургического комбината,

6 являющеюся сложной системой.

На мноіих меткомбинаїах оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально усгарело, в связи с чем назрела необходимосіь проводить ее техническое перевооружение, используя современное или даже разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбината, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ИГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината являеіся весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью рабоїьі является разработка и выбор оптимальных схемно-параметрических решений "1ЭЦ-ПВС на базе ПГУ в увязке топливно-энергетического баланса металлургического комбината Для достижения указанной цели требуеіся

разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПГУ (ГТУ) на ВГЭР, модель пароіурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров 1ЭЦ-ПВС с учетом полною топливно-энергетического баланса ме і комбината;

разработать метод оценки оптимальных обласіей применения ПГУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, рабоїающих на ВГЭР меіаллурі ического комбината;

разработать инструмент выбора оптимальной страгеїии развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-знеріеі ического баланса меткомбинаїа.

Научная новизна рабопл заключается в следующем:

Впервые разрабоїана единая матемаїическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПГУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и ошимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетическою баланса меткомбината.

Получены характернеіики ПГУ-КУ на гопливах ВГЭР меткомбината, установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их

7 характеристики оказьіваеі влияние объемное содержание в топливе ССЬ, СН 4 , ЬЬО, СО, Иг, СЬ, N 2 (по степени убывания влияния).

Получены условия взаимозаменяемости топлив ВГЭР для ПГУ-КУ, показано, что в зависимости от состава юплива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна бьпь различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м) на основе доменного, конвертерною и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м 3) на основе коксового и природною газов - топливный компрессор ГТУ объемного действия.

Установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощное і и и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината, которое зависит от структуры производства меткомбината.

Усыновлено, что сущее і вую г оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургическою комбината ИГУ-ТЭЦ и ГТУ-ТЭЦ, работающих на топливах ВГЭР, в зависимости от нарамеїров отпуска тепла.

Пракіическан ценность рабоїьі сосюит в том, что разработанные в ней меюды и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлуріических производств. Разработанная методика рекомендуется к использованию при техническом перевооружении и модернизации 1ЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверное и» и обоснованное! ь резулыатов работы обусловлены применением современных меюдов термодинамическою анализа, апробированных методов маїематического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных результатов с данными друїих авторов и данными, полученными

8 при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

разработанную методику и оптимизационную математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интефированную в оптимизационную математическую модель металлургическою комбината;

результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлурі ическою комбината

резулыагы оптимизационных исследований и поиска структуры ТЭЦ-ПВС, включающей Г ГУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энергетического баланса металлурі ическою комбинат.

Личный вклад автра заключается:

в разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, ишетрированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

в проведении расчешых исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината

в проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургическою комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазовою оборудования с учетом полного топливно-энергетическою баланса металлургическою комбината.

Апробация и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях сіудентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ; 2002-2006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и пракшка" (МЭИ; 2004 г и 2006 г.), III Международной научно-пракіической конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (МИСиС, 2006 г.).

Авгор выражает свою глубокую признаїельность за консультации, поддержку и творческое участие при выполнении работы проф. д.т.н. Султангузину И.А., к.т.н. Ситасу В. И., Яшину АЛ I.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных исгочников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состой і из 136 наименований.

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок"

На правах рукописи

ЯВОРОВСКИЙ ЮРИЙ ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ-ПВС МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.14.04. - Промышленная теплоэнергетика

Москва - 2007 г.

Работа выполнена на кафедре Промышленных теплоэнергетических систем (ПТС) Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Галактионов Валерий Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сергиевский Эдуард Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Охотин Александр Сергеевич

Ведущая организация

ОАО "Объединение ВНИПИэнергопром"

Защита состоится « 16 » марта 2007 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д.17, ауд. Г-406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.10 ---

к.т.н., доцент Попов С.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из наиболее актуальных проблем в черной металлургии является повышение энергоэффективности и экологичности производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энергетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла может иметь производительность около 10 млн. т. стали в год и потреблять колоссальное количество топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране предприятия черной металлургии потребляют около 15% всего производимого природного топлива и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной металлургии в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, имеющимся в литературе, потенциал энергосбережения российских металлургических предприятий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии -в структуре себестоимости проката составляет 30-50%, что говорит о высокой энергоемкости производства. Значительного энергосбережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлургического комбината, а также оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно осуществляя утилизацию внутренних горючих энергогесурсов (ВГЭР), и обеспечивает производство заданных объемов сжатого воздуха, тепла и электроэнергии, то есть является важнейшим звеном, замыкающим топливно-энергетический баланс меткомбината по этим энергоносителям. Поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться в совокупности и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение системного анализа энерготехнологического комплекса металлургического комбината, являющегося сложной системой.

На многих меткомбинатах оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально устарело, в связи с чем назрела необходимость проводить ее техническое перевооружение, используя современное или разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбината, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ПГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности ТЭЦ-ПВС на основе разработки и выбора оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ПТУ в совокупности с топливно-энергетическим балансом всего металлургического комбината.

Для достижения указанной цели требуется:

Разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПТУ (ГТУ) на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетического баланса всего меткомбината;

Разработать метод оценки оптимальных областей применения ПТУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, работающих на ВГЭР металлургического комбината;

Разработать инструмент выбора оптимальной стратегии развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-энергетического баланса меткомбината.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана единая математическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПТУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетического баланса меткомбината.

2. Получены характеристики ПГУ с котлом утилизатором (ПГУ-КУ), работающих на ВГЭР меткомбината, и установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их характеристики оказывает влияние объемное содержание в топливе СО, Н2, СОг, СН4, Н20, 02, N2 (по степени убывания влияния).

3. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющими параметры и схемные решения ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР.

4. Получены условия взаимозаменяемости ВГЭР для ПГУ-КУ и показано, что в зависимости от состава топлива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна быть различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м3) на основе доменного, конвертерного и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м3) на основе коксового и природного газов -топливный компрессор ГТУ объемного действия.

5. Теоретически установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ГТУ (ИГУ) на ВГЭР металлургического комбината, зависящее от структуры производства меткомбината.

6. Установлено, что в зависимости от параметров отпуска тепла существуют различные оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургического комбината ПТУ-ТЭЦ (при небольших тепловых нагрузках) и ГТУ-ТЭЦ (при большой паровой нагрузке), работающих на топливах ВГЭР.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные в ней методы и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлургических производств. Разработанная методика может быть использована при техническом перевооружении и модернизации ТЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверность и обоснованность результатов работы обусловлены применением современных методов термодинамического анализа, апробированных методов математического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных теоретических результатов с данными других авторов и данными, полученными при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

Разработанную методик)" и оптимизационную математическую модель расчета параметров и схемных решений ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированную в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

Результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината, отражающие их особенности по сравнению с установками, работающими на природном газе;

Результаты оптимизационных исследований структуры ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энергетического баланса металлургического комбината.

В разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

В проведении расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и

газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината;

В проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургического комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазового оборудования с учетом полного топливно-энергетического баланса металлургического комбината.

Апробация и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, 20022006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (Москва, 2004 г. и 2006 г.), III Международной научно-практической конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (Москва, МИСиС, 2006 г.), на технических совещаниях ОАО "Косогорский металлургический завод" (август, 2003 г.) и ОАО "Северсталь" (март, 2004 г. и октябрь, 2006 г).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первой главе выполнен обзор и анализ научно-технической литературы. Дается описание известных работ в области системного анализа металлургических производств. Показано, что исследование таких систем возможно на основе использования нелинейных математических моделей и дает хорошие результаты. Основой исследования функционирования таких систем и их элементов во взаимосвязи друг с другом является построение полного топливно-энергетического баланса всего металлургического комбината. Показано, что направленность математической модели на решение оптимизационных задач является важным условием для успешного проведения таких исследований. Проводится анализ публикаций, посвященных математическому описанию характеристик оборудования промышленных ТЭЦ и построению ее математической модели. Приводится

обзор работ, посвященных методам определения оптимальной структуры и профиля оборудования, тепловой и электрической мощности паротурбиной промышленной ТЭЦ. Проводится анализ различных типов схем парогазовых установок, сравнение энергетических и экономических показателей паротурбинного и парогазового (газотурбинного) оборудования, а также отмечаются особенности методов расчета показателей ПТУ. Делается вывод о необходимости проведения комплексного исследования вопроса о целесообразности применения ПГУ и ГТУ в качестве энергогенерирующего оборудования на ТЭЦ-ПВС металлургического комбината.

Завершается первая глава формулировкой цели исследования и задач, которые должны быть решены для достижения поставленной цели.

Ввод исходных данных Состав гаю в Параметры для расчета номинального режима ГТУ Ввод тетофизических свойств газов

Расчет теллофизических свойств топливной смеси Начальное

приближение аы _ и газов

Расхода топлива)

Расчет воздушного компрессора Расчет топливного компрессора

Расчет материального баланса 1 горения Расчет работы турбины) без учета охлаждения [

Определение расхода газов в камеру сгорания, расхода топлива, КПД ГТУ, а

проход расчета 1-1

Расчет системы охлаждения па номинальном рея.име

проход расчета 1=2

Расчет изменения сопротивления" котла-утнлнчатора на расчетном режиме

Запомнить результаты расчета номинального режима, 1=1+1

"Расчет системы охлаждения ГТУ на расчетном режиме, пересчет характеристик ГТУ с учетом системы охлаждения Опредетенис состава, расхода, температуры газов на выходе охпаждаемой ГТУ

Ввод исходных данных Состав газов Расход, температура газов Определение теплофизических свойств газов Начальное приближение расходов генерируемого пара

Расчет тентовой схемы ГТУ Определение доли расхода газов на выработку

"энергетического" пара __♦______

Тепловой расчет котла-утилизатора |

Определение расхода I

"энергетического " пара с;

заданными параметрами:

Расход пара равен начальному приближению

Уточнение расхода пара

Расчет тепловой схемы парозой турбины ПГУ

Определение термодинамических ~] свойств воды и водяного пара ■

Тепловой расчет чотла-утилизатора, Определение расхода I

тетофикационного(техиологического) I пара с заданными параметрами "

Рис 1. Укрупненная блок-схема математической модели ПГУ-ВГЭР. Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке

оптимизационных нелинейных математических моделей расчета показателей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, ориентированных на расчет установок, работающих на внутренних горючих энергоресурсах (ВГЭР) металлургического комбината. Подчеркивается оптимизационная идеология таких моделей.

Приводится описание универсальной математической модели ТЭЦ-ПВС-ЭВС на базе паротурбинного, газотурбинного и парогазового оборудования. Приводится описание метода и структуры ее интеграции в общую оптимизационную нелинейную математическую модель металлургического комбината, реализованную в программно-информационной системе "ОптиМет".

Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС, имеющей в своем составе ПГУ-ВГЭР, ГТУ и паротурбинное оборудование, в математическую модель металлургического комбината осуществлено по следующей схеме:

дЕ^/Гя*"7 ,Кда,Пккп,Л

виг ^ уг ^ Ш1ат }

г>технология _ пКХП, пЛгДП, гзСтПл + рПрок т> прочие

ВГЭР ~ ВГЭР ВГЭР ВГЭР ВГЭР ВГЭР т>ТЭС _ пЕ т>технология ° ВГЭР ~ п ВГЭР 13 ВГЭР

QI /■[ УСТ К гтККП гт прокат т-гпрочие |

ВТЭР " J [^кокс >11 ОКГ >11СИО+КУ"11СИО+КУ)

(ЛТЭС _П1 ПЭ)_С)ЛТУ-ТЭЦ,ППГУ(ГТУУТЭЦ

Vотп ~ V МК У< ВТЭР ^ВТЭР 1~к<отп + Ус

Т.ТЭС _ Г(рТЭС П2 13 ПГ ~ J V3 ВГЭР ""с

^"ГЭС _ цТЭС + дТЭС =%ПТУ - ТЭЦ + дПГУ(ГТУ)-ТЭЦ ВГЭР " пг

т>Ъ _ т> технология, р ГЭС ПГ ~ ПГ ПГ

■^ТЭС _ ^¡фТЭС рГЭС Г^ПТУ-ТЭЦ + ^ПГУ{ГТУ)-ТЭЦ

ЭВЭР _ А0Э Пдп) ~J К<ВТЭР>11 ГУБТ I

2оэс _ -Эвэр

Вмк = В уг _ шихм + ^ПГ + ■ Э0ЭС ->шт

у! =уП1У[вПТУ-ТЭЦ^+уЛтГТУ)(рПП"(ПУуТЭЦ}+ уг,

31„=ЦШ"В +ЦПГ-В* +Цээ.Эоэс

МК ^уш у? щихт ^ ПГ м МК

где В1Вгэр - выход ВГЭР (доменного, коксового, конвертерного газов), являющийся функцией режимных, структурных и технологических параметров металлургических производств; вкхп расход угольной

шихты; Кдп - расход кокса в доменную печь; Пккп - производительность

кислородно-конвертерного производства; В^рюгия - расход ВГЭР на технологию; Вт^р - потребление ВГЭР теплоэнергетической системой; О^^"Ц - отпуск теплоты теплоэнергетической системой меткомбината; -

потребность металлургического комбината в теплоте; 0~втэр ~ внутренние тепловые энергоресурсы (ВТЭР) меткомбината; 0_ошп~ТЭЦ - отпуск теплоты от паротурбинных установок ТЭЦ меткомбината; - отпуск

теплоты от парогазовых (газотурбинных) установок ТЭЦ меткомбината; В™с- потребление природного газа теплоэнергетической системой (ТЭС); Blf.jp - ресурс ВГЭР для ТЭС; Втэс - потребление топлива теплоэнергетической системой; В";!Г - расход природного газа на меткомбинате; дмяткгш. расход природного газа на технологические

производства; Этэс - выработка электроэнергии теплоэнергетической системой; Эоэс - величина потребления электроэнергии извне; суммарная потребность меткомбината в электроэнергии; Эпэр - электроэнергия, вырабатываемая теплоутилизационной электростанцией (ТУЭС) и ГУБТ. Обозначения производств: КХГ1 - коксохимическое, АгДП - аглодоменное, СтПл -сталеплавильное, Прок- прокатное, УСТК - установки сухого тушения кокса, ККП - кислородно-конвертерное производство. Другие обозначения: В - расход условного топлива, V - выбросы вредных веществ, Ц - цена энергоресурса, П - производительность, 0 - теплота, Э -электроэнергия, Ь - удельный расход условного топлива.

Дано обоснование выбора и применения метода оптимизации, а также краткое описание применяемого комбинированного метода оптимизации ОБИ}. Приводится описание целевых функций, используемых в оптимизационных расчетах: минимум приведенных топливно-энергетических ресурсов на металлургическом комбинате, минимум

стоимостных затрат на приобретаемые топливно-энергетические ресурсы

плюс ущерб от вредных выбросов 3£ , а также экономический критерий,

включающий з£ и учитывающий различия капитальных затрат в различные

типы энергетического оборудования.

В третьей главе на основе предложенной математической модели проведено расчетно-теоретическое исследование характеристик газотурбинных и парогазовых установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината.

Рассматривается работа на доменном, коксовом, конвертерном газах и их смесях, проводится сравнение с показателями ГТУ при работе на природном газе, показывается существенное отличие их характеристик от характеристик ГТУ, работающих на природном газе.

В случае использования ВГЭР с относительно невысокой теплотой сгорания (доменный и конвертерный газ) переход к более высоким начальным температурам перед турбиной (свыше 1200°С) не приводит к существенному повышению КПД ГТУ, а начиная с температур в районе 1300°С наблюдается даже его уменьшение.

Коэффициент полезного действия ГТУ, нетто

природным газ коксовый газ

конвертерный газ

Рис.2. Коэффициент полезного действия ГТУ простого цикла при работе на различных газах ВГЭР и одинаковой температуре перед

газовой турбиной.

1000 град С -1200 град С -1400 град С -1600 град С

Степень повышения давления в компрессоре ГТУ

Рис.3. Зависимость электрического КПД нетто ГТУ от начальных параметров цикла при работе на доменном газе.

Основные причины отличия характеристик ГТУ, работающих на различных топливах, заключаются в следующем:

Различие в теплофизических и термодинамических свойствах газов, составляющих топливную смесь для ГТУ. Энтальпия, газовая постоянная, показатель адиабаты у газов, составляющих топливную смесь, могут

существенно отличаться друг от друга. Это, а также различная динамика зависимости этих величин от температуры, приводит к отличию работ сжатия газа в компрессоре и температур газа на выходе из компрессора. Таким образом, оказывается влияние на тепловой баланс камеры сгорания ГТУ (необходимый подвод тепла топлива), а, значит, на расход топлива в ГТУ.

Различный состав продуктов сгорания, поступающих в турбину ГТУ при сжигании топлив разного состава, оказывает влияние на работу газовой турбины. Однако, как показывают расчеты, это влияние относительно невелико, поскольку вне зависимости от состава топлива и параметров ГТУ преобладающим компонентом продуктов сгорания является азот (72-75%). У ГТУ с большими температурами перед турбиной содержание азота ниже. Суммарное содержание кислорода, двуокиси углерода и кислорода в продуктах сгорания изменяется в пределах оставшихся (25-28%).

В зависимости от вида используемого топлива в ГТУ, а также ее параметров отношение объемного расхода топлива к объемному расходу воздуха изменяется в широких пределах: от 0,03 для природного газа до 0,40,5 для доменного газа.

В зависимости от состава топливной смеси ГТУ будут иметь различные соотношения внутренних мощностей и расходов газа у воздушного и топливного компрессоров при одной и той же электрической мощности ГТУ.

В связи с этим, традиционное включение мощности дожимающего топливного компрессора в величину собственных нужд, задаваемую в %, в данном случае неприменимо. Поскольку мощность топливного и воздушного компрессоров Г"ТУ-ВГЭР сильно зависит от состава топливной смеси, полезная работа Лпо„ определяется по следующему выражению (в случае одновальной компоновки).

^пол = ^Т ~ >

где 1.т - внутренняя работа газовой турбины ГТУ; 2Хк - суммарная внутренняя работа воздушного и топливного (-ых) компрессоров ГТУ.

Работа на различных по составу топливных смесях из газов ВГЭР может приводить к существенным различиям в агрегатной реализации ГТУ. Универсальную ГТУ, работающую на топливной смеси любого состава при сохранении стабильно высоких энергетических и экологических показателей и возможности регулирования мощности, создать технически трудно. Соотношение воздуха и топлива для различных топливных смесей отличается до 20 раз. Поэтому газотурбинные и парогазовые установки, использующие ВГЭР, могут быть спроектированы только под определенные топливные смеси.

В ГТУ, работающих на топливах ВГЭР, часто требуется использовать топливные компрессоры динамического действия (турбокомпрессоры). Это объясняется тем, что объемный расход топлива в таких ГТУ может быть в

десятки раз выше, чем в ГТУ, использующих природный газ, при их одинаковой электрической мощности.

¿500 £ 400 «300 200 100 0

33% 32% 31% 30%

природный газ

конвертерный газ

У доменный газ

Рис.4. Газовая

постоянная топливных смесей ВГЭР Я, кДж/(кг К).

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

природным гаа /

^ \ конвертерный газ ^доменный газ

Рис.5. Коэффициент полезного действия ГТУ при работе на различных топливных смесях газов ВГЭР.

0 6000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

Для смесей топлив с малой теплотой сгорания 5000-10000 кДж/м3 (исключая смеси доменного и коксового газов) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси ГТУ из газов ВГЭР и природного газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целью их взаимного резервирования. При этом влияние на характеристики топливного компрессора будет минимально.

Объемное содержание кислорода в отходящих газах ГТУ при одних и тех же начальных параметрах, работающих на разных топливных смесях, будет изменяться в широких пределах (на 3-4%). Поскольку содержание кислорода при работе ГТУ на доменном газе резко снижается, возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

Рис.6. Объемное

сгорания топлива Д -доменный газ, К -коксовый газ, КН -конвертерный газ, Пр -природный газ.

10000 15000 20000 25000 30000 35000 Теплота сгорания топлива низшая, кДж/нмЗ

Расчеты показали, что имеется объективная зависимость электрического КПД парогазовой установки с утилизационной схемой от состава топливной смеси, на которой работает ГТУ в составе ПГУ-КУ. Причем соотношение паротурбинной и газотурбинной мощности ПГУ в зависимости от состава топливной смеси изменяется. При работе на ВГЭР с низкой теплотой сгорания доля паротурбинной мощности ПГУ больше.

Рис.7. Коэффициент полезного действия ПГУ при работе на различных топливных смесях газов ВГЭР.

О 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Теплота сгорания, кДж/нмЗ

В зависимости от начальных параметров газа перед турбиной ГТУ величина электрического КПД ПГУ-КУ отличается на 1-3 % (абс.) при работе на различных смесях ВГЭР. Большая разница - для более высоких параметров ГТУ. КПД ПГУ-КУ, работающих на смеси низкокалорийных газов - доменного и конвертерного - практически не изменяется при смешении этих газов в любых соотношениях.

В четвертой главе проведен анализ структуры топливно-энергетического баланса российских и зарубежных металлургических комбинатов и заводов.

На базе информационно-аналитической системы "Оптимет" совместно с И.А. Султангузиным и А.П. Яшиным разработана математическая модель усредненного металлургического комбината с характерной для большинства российских металлургических комбинатов технологической структурой и

энергобалансом, в которую интегрирована разработанная автором математическая модель универсальной ТЭЦ-ПВС на базе паротурбинного, газотурбинного и парогазового оборудования. Приводится краткое описание математической модели усредненного металлургического комбината, в разработке которой автор принимал активное участие. По структуре производства проката на усредненном металлургическом комбинате (УМК) за основу взят эталонный завод полного цикла Международного института черной металлургии. Структура потребления покупных ТЭР на УМК с большой долей природного газа (28% от всего потребления ТЭР) и электроэнергии (50% от потребности в электроэнергии) характерна для большинства российских металлургических комбинатов.

На математической модели усредненного меткомбината проведены расчеты по следующим вариантам расширения ТЭЦ-ПВС:

1. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 220 МВт. Топливо - природный газ. Данный вариант ПТУ может быть построен на базе лицензионной российской ГТЭ-160 (JIM3 - Siemens V94.2).

2. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 160 МВт. Топливо - доменный газ.

3. Отечественный паротурбинный блок К-160 конденсационного типа электрической мощностью 160 МВт. Топливо - природный газ.

4. ГТУ-ТЭЦ электрической мощностью 52 МВт. Топливо - природный газ. Установка может быть построена на базе отработанной и надежной ГТУ фирмы Alstom GT-8C.

5. ПТУ-ТЭЦ электрической мощностью 140 МВт. Топливо - природный газ. ПТУ может быть построена на базе российской ГТУ-110.

6. ПТУ конденсационного типа электрической мощностью 53 МВт. Топливо - конвертерный газ.

7. ГТУ-ТЭЦ электрической мощностью 35 МВт. Топливо -конвертерный газ.

Рис. 8. Экономия денежных средств на покупные энергоресурсы (природный газ и электроэнергию) для различных вариантов развития системы энергоснабжения.

Рис. 9 Сокращение энергопотребления меткомбината для различных вариантов развития системы энергоснабжения

8. Паротурбинная установка конденсационного типа электрической мощностью 30 МВт. Топлиео - конвертерный газ.

С помощью приведенного расчетно-опеночного метода возможно рассмотреть гчавные варианты, но лишь ограниченное их количество. Формулировка, математическое описание и решение оптимизационной задачи на порядок сложнее. Но только оно позволяет найти действительно оптимальную структуру энергетических мощностей металлургического комбината в соответствии с выбранной целевой функцией и имеющимися техническими ограничениями.

Далее формулируется задача схемно-параметрической оптимизации энергоисточника меткомбината по критериям минимума потребления приведенных ТЭР и затрат на покупные ТЭР. Проводится схемно-параметрическая оптимизация паротурбинной ТЭЦ-ПВС, показываются противоречия при решении задачи оптимизации по этим целевым функциям.

Исходя из критерия минимума потребления приведенных ТЭР оптимальным решением будет выработка электроэнергии на собственной ТЭЦ с большой долей теплофикационной выработки. Остальная электроэнергия будет покупаться из энергосистемы. Для критерия затрат на покупные ТЭР, наоборот, - оптимальным решением будет максимально возможная собственная выработка электроэнергии.

Как показал анализ, при существующем соотношении цен на природный газ и электроэнергию это будет экономически оправдано даже для самых термодинамически неэффективных способов производства электроэнергии.

Проведен анализ устойчивости решения при прогнозируемом изменении цен на покупные энергоносители - электроэнергию и природный газ. Анализ показал, что предельное соотношение цен на газ и электроэнергию, при котором еще происходит уменьшение затрат на ТЭР при увеличении выработки электроэнергии, для паротурбинной ТЭЦ УМК средних параметров находится около 2.

имеющей в своем составе ГТУ и ПГУ-ВГЭР. Степень влияния различных оптимизируемых переменных на результат решения может существенно различаться, что показано на рис.10.

> Доля электрической мощности ГТУ " Зима;

Я Доля электрической мощности ГТУ | Лето I

Л-Доля тепловой мощности котлов >

ТЭЦ-ПВС Зима -X "Доля тепловой мощности котлов | ТЭЦ-ПВС Лето I

Ж Доля теплоты газов ГТУ в КУ | энергетических параметров Зима -♦-Доля теплоты газов ГТУ в КУ!

энергетических параметров Лето \ -I-Доля конвертерного газа на ГТУ

Доля конвертерного газа на ГТУ! Лето

Степень использования (

конвертерные газов в ККЦ -О-Доля доменного газа на [ТУ Зима "

О-Доля доменного газа на ГТУ Лето

Рис. 10. Влияние оптимизируемых переменных на целевую функцию

Установлено, что при наличии ограничений типа неравенств (например, на отпуск электроэнергии от собственной ТЭЦ меткомбината в энергосистему) целевая функция затрат на покупные ТЭР имеет несколько локальных оптимумов. Для уменьшения объема вычислений предлагается выделять сильно влияющие переменные с монотонным влиянием на целевую функцию, и на первом этапе поиска проводить оптимизацию по этому ограниченному количеству переменных. На втором этапе поиска дополнительно включаются в оптимизационную задачу и менее значимые оптимизируемые переменные. Поиск глобального оптимального решения основан на многократном локальном поиске оптимумов из множества начальных точек в допустимой области решений. При большом количестве равномерно распределенных начальных точек поиска с большой вероятностью можно утверждать, что глобальный оптимум будет найден.

Для ТЭЦ-ПВС, имеющей в своем составе ПГУ-ВГЭР, результат оптимизации по критериям: "минимум потребления приведенных ТЭР" и "затраты на покупные ТЭР" оказывается практически идентичен. То есть применение ПГУ-ВГЭР фактически "примиряет" эти критерии.

Результаты анализа устойчивости решения при прогнозируемом изменении цен на покупные энергоносители - электроэнергию и природный газ - показывают, что решение оптимизационной задачи имеет большой запас устойчивости. Предельное соотношение цен на газ и электроэнергию, при котором еще происходит уменьшение затрат на ТЭР при увеличении выработки электроэнергии, для ТЭЦ УМК с парогазовым оборудованием находится около 3.

Изменение параметров из средней точки к границам

покупные угли

|природный газ|

¡доменные печи 17«

1005 1 кауперы

ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА, ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЭР - 7 473.8 ТЫС. Т УЛ.

ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ПГУ ВМИН->ЗМИН {ОПТИМАЛЬНЫЙ БАЛАНС)

ПОКУПНЫЕ ЭНЕРГОРЕС УРСЫ; УГОЛЬ 6 006.6 тыс. т ПРИРОДНЫЙ ГАЗ 1 929.5 МЛН- МЗ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ 52.1 МЛН. КВТ*Ч

УГЛЕПОДГОТОВКА

НОВ ТЕХН.

коксовые батареи 4097

БЛОКИ разделения

17.в у кислород

коксовые газ

доменный газ

ДОМЕННОЙ ГАЗ

город-20.8 город-133 || 1

Рис. 1!. Оптимальный топливно-энергетический баланс (критерий - минимум затрат на ТЭР).

Таблица 1. Результаты оптимизации ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР.

Параметр Исходный вариант Паротурбинная ТЭЦ Оптимизация по критерию минимум затрат на покупные ТЭР Оптимизация по критерию минимум потребления ТЭР Оптимизация по критерию минимум затрат на покупные ТЭР

Потребление приведенных ТЭР, тыс. тут. 8362 8502 7464 7474

Экономия приведенных ТЭР по сравнению с исходным вариантом, тыс. тут. -141 898 888

Экономия затрат на покупку ТЭР, млн руб. - 1124 2071 2073

Потребление природного газа, млн м3 1986 2838 - 1923 1929

Затраты на покупку природного газа, млн. руб. 2200 3143 2130 2137

Доля собственной выработки электроэнергии,% 51% 100% 99% 99%

Затраты на покупку электроэнергии, млн. руб. 2019 0 54,3 49,5

1. Разработана методика расчета ПГУ-ВГЭР, интегрированная в математическую модель теплоэнергетической системы металлургического комбината.

2. С помощью разработанной математической модели ТЭЦ-ПВС-ПГУ и разработанного программного комплекса показано, что применение ПГУ на ТЭЦ-ПВС для условий усредненного металлургического комбината производительностью 8 млн. т. стали в год дает расчетную экономию ТЭР свыше 800 тыс. т у.т./год.

3. Установлено, что ВГЭР являются полноценным топливом для ПГУ и ГТУ, снижение электрического КПД ПГУ по сравнению с установками на природном газе составляет 2-3% . Высокая энергетическая эффективность, а также существенно меньшие капитальные затраты по сравнению с ПТУ позволяют успешно конкурировать таким установкам с паротурбинным оборудованием ТЭЦ-ПВС.

4. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющие параметры и схемные решения ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР.

5. Показано, что для смесей топлив с малой теплотой сгорания 500010000 кДж/м3 (на основе доменного, конвертерного и природного газа) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси ГТУ из газов ВГЭР и природного

газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целью их взаимного резервирования. При этом влияние состава топлива на характеристики топливного компрессора будет минимально.

6. Выявлено, что для коксового газа и смесей коксового и природного газа наиболее эффективно использовать компрессоры объемного действия. В этом случае могут использоваться ГТУ, спроектированные для работы на природном газе, без существенных конструктивных изменений камеры сгорания и воздушного компрессора.

7. Выявлено, что содержание кислорода в отходящих газах ГТУ при работе на доменном газе резко снижается (до 10-11 %), при этом возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

9. Показано, что для задач наращивания электрической мощности ТЭЦ меткомбината оптимально использование ПГУ, для замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината.

10. Выявлено, что при сочетании ПТУ и ПГУ повышается общая эффективность ТЭЦ за счет того, что ПГУ вытесняет конденсационную выработку ТЭЦ, при этом на ПТУ резко возрастает комбинированная выработка электроэнергии.

1. Яворовский Ю.В., Хромченков В.Г. Оптимизация распределения нагрузок котельных агрегатов на основе математического моделирования.// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. -М., 2002. -Т.З.-С.180-181.

2. Ситас В.И., Султангузин И.А., Яворовский Ю.В., Евсеенко И.В. Расчет-энергетических показателей и оценка эффективности промышленной ТЭЦ // Вестник МЭИ. - 2003. - №6. -С. 123-127.

3. Яворовский Ю.В., Иванов Г.В., Хромченков В.Г. Оптимизация нагрузки промышленной ТЭЦ. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 4-5 марта 2003 г. - М., 2003. - Т.2. - С. 344-345.

4. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Галактионов В.В.,

Баранов B.B. Математическое моделирование и оптимизация энергоснабжения металлургического комбината на базе топливно-энергетического баланса и в рамках системного подхода. И Энергосбережение - теория и практика: Тр. 2-й Всероссиийской школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М., 2004. - С.79-81.

5. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината на основе использования математической модели. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - М., 2005. - Т.2. - С.446-447.

6. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Яшин А.П. Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок. // Энергосбережение и водоподготовка. - 2006. - №6. - С. 51-53.

7. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Яшин А.П. Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината за счет применения парогазовых установок. // Энергосбережение - теория и практика: Тр. 3-й Всероссийской школы-семинара молодых ученых и специалистов. - М„ 2006. - С.137-142.

8. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината за счет оптимизации энергобаланса предприятия при совершенствовании его энергоисточника. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 2-3 марта 2006. - М., 2006. - Т.2. - С.490-491.

9. Яворовский Ю.В., Султангузин И.А., Ситас В.И., Галактионов В.В. Повышение эффективности энергоснабжения металлургического комбината за счет использования горючих газов в парогазовых установках. // Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее: Тр. III Международной науч-практ. конф. - М.: МИСиС, 2006. - С.659-662.

10. Курганов С.Ю., Яворовский Ю.В., Хромченков В.Г. Совершенствование использования конвертерных газов в схеме с аккумуляторами тепла. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. 2-3 марта 2006. - М., 2006. - Т.2. - С.469-470.

Подписано в печать Зак. к Тир. №0 п.л.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор и посишовка задачи

1.1. Современное состояние вопроса построения, исследования и 10 оптимизации топливно-энергобаланса металлургического комбинаш

1.2. Современное сосюяние вопроса математического 15 моделирования и оптимизации исгочника энерюснабжения промышленного предприятия

1.3. Парогазовые технологи на современном этапе развития 21 энергетики

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. Построение математических моделей ПГУ-ВГЭР, ТЭЦ- 32 ПВС и математической модели усредненного металлургического комбината

2.1. Описание математической модели ПГУ-ВГЭР

2.1.1. Описание математической модели ГТУ

2.1.2. Описание математической модели котла-утилизатора

2.1.3. Моделирование 1еплофизических свойств воды и 44 водяного пара

2.1.4. Математическое описание рабош гепловой схемы 48 паровой турбины ПГУ-ВГЭР

2.1.5. Методика упрощенных расчетов показателей 50 ушлизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР

2.2. Интеграция математической модели ТЭЦ-ПВС с ПГУ-ВГЭР в 55 расчет энергобаланса металлургического комбината

2.3. Постановка задачи схемно-параметрической оптимизации 60 ТЭЦ-ПВС в рамках рассмотрения полною энергобаланса металлур1 ического комбината

2.4. Критерии оптимизации энерю1ехнологической системы, 63 включающей ТЭЦ-ПВС, в рамках полного энергобаланса мегаллур1 ического комбината

2.5. Особенности применения меюдои оптимизации в задачах 64 оптимизации металлургических и теплоэнергетических процессов

2.6. Краткое описание применяемого метода оптимизации DSFD 65 (Метод прямого поиска возможных направлений)

2.7. Поиск глобального оптимума на базе мноюкрагного поиска 67 локальных оптимумов

ГЛАВА 3. Расчетно-теоретическое исследование характеристик ГТУ и ПГУ, работающих на ВГЭР \ieiajuiypi ического комбината

3.1. Особенности применения парогазовых технологий в условиях металлургического комбината

3.2. Характеристики доменного газа

3.3. Характеристики коксового газа

3.4. Характеристики конвертерного таза

3.5. Характеристики простого цикла ГТУ при работе на различных 77 топливах

3.6. Характеристики ПГУ с коiлом - утилизатором (ПГУ-КУ) при 100 работе на различных тазовых топливах

ГЛАВА 4. Оптимизация схемно-парамегрических решений ТЭЦ-ПВС 105 металлургическою комбината

4.1. Структура топливно-энергетическою баланса мегаллурт ического комбината

4.2. Топливно-энерютические балансы зарубежных 111 металлургических заводов

4.3. Топливно-энергетический и материальный балансы 115 усредненного металлургическою комбинат

4.4. Схемно-параметрическая оптимизация энерюснабжения 126 усредненного металлургическою комбината на базе традиционных паротурбинных установок по критерию минимума потребления топливно-энерюжческих ресурсов

4.5. Схемно-параметрическая оптимизация энергоснабжения 131 усредненною металлур1 ического комбината на базе традиционных паротурбинных устновок по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы

4.6. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 136 усредненного металлургическою комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по кршерию минимума пофебления топливно-энергетических ресурсов.

4.7 Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 141 усредненного металлургического комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума затрат на топливно-энергетические ресурсы.

4.8 Схемно-параметрическая оптимизация энерюснабжения 147 усредненною мегаллур1 ическою комбината на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума jaipar на топливно-энергетические ресурсы в условиях увеличения стоимости природною газа.

4.9. Схемно-параметрическая ошимизация энергоснабжения 149 усредненною металлургическою комбинат на базе ПГУ-ВГЭР по критерию минимума суммарных (интегральных) затрат. Выводы

Введение 2006 год, диссертация по энергетике, Яворовский, Юрий Викторович

Одной из наиболее актуальных проблем в черной металлургии является повышение энерюэффективности и эколо1 ичносги производства на металлургических предприятиях. В условиях постепенного роста цен на топливно-энертетические ресурсы, энергопотребление при производстве стали становится всё более и более значимым фактором. Крупный металлургический комбинат полного цикла може1 име1ь производительность около 10 млн. т. стали в год и пофеблять колоссальное количеешо топлива - более 10 млн. т у.т. в год. В целом по стране предприятия черной металлургии пофебляют около 15% всею производимого природного юнлииа и более 12% электроэнергии. Доля предприятий черной металлурги в общем объеме промышленной продукции Российской Федерации составляет весомую величину - более 12%.

По оценкам, потенциал энергосбережения российских металлургических предприятий составляет 20-30%. Доля покупных энергоресурсов - угля, кокса, природного газа и электроэнергии - в eipyKiype себестоимости проката составляет 30-50%, что говориi о высокой энергоемкости производства. Значительного энерюебережения можно добиться, в первую очередь, за счет рационального построения и оптимизации топливно-энергетического баланса металлур1 ического комбината, а также оптимизации энерюиспользования в отдельных технологических процессах.

ТЭЦ-ПВС меткомбината компенсирует небаланс производственного пара, одновременно обеспечивая утилизацию ВГЭР, отпускает заданные объемы сжатого воздуха и электроэнергию. "Го есть является важнейшим звеном, замыкающим юиливно-энерт омический баланс меткомбината по этим энергоносителям, поэтому вопросы оптимизации энергоиспользования в отдельных технологических процессах должны рассматриваться совместно не только между собой, но и включать вопросы, касающиеся энергетики предприятия.

Для решения этих задач необходимо применение системного анализа для энерготехнологическою комплекса металлургического комбината, являющем ося сложной системой.

На мно1их меткомбинашх оборудование ТЭЦ-ПВС физически и морально устарело, в связи с чем назрела необходимоеп> проводить ее техническое перевооружение, используя современное или даже разрабатывая новое энергетическое оборудование.

Повышение экономии ТЭР, снижение выбросов вредных веществ и парниковых газов, а, следовательно, повышение экономической эффективности меткомбипата, за счет разработки оптимальных схемно-параметрических решений ТЭЦ-ПВС на базе ИГУ и с увязкой топливно-энергетического баланса металлургического комбината является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Целью работ является разработка и выбор оптимальных схемно-параметрических решений 1ЭЦ-ПВС на базе ПГУ в увязке топливно-энергетического баланса металлургического комбината Для достижения указанной цели требуется разработать математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую модель ПГУ (ГТУ) на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ-ПВС, позволяющую проводить расчет и оптимизацию схем и параметров "1ЭЦ-ПВС с учетом полною топливно-энергетического баланса Mei комбината; разработать метод оценки оптимальных областей применения ПГУ и ГТУ, ПТУ-ТЭЦ, работающих на ВГЭР металлуртического комбината; разработать инструмент выбора оптимальной стратеги развития ТЭЦ-ПВС на основе математических моделей и методов с учетом полного топливно-энертежческого баланса меткомбипата.

Паучпаи новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые разработана единая математическая модель ТЭЦ-ПВС, включающая модель ПГУ на ВГЭР, модель паротурбинной ТЭЦ и ПВС, позволяющая проводить расчет и оптимизацию схем и параметров ТЭЦ-ПВС с учетом полного топливно-энергетическою баланса меткомбината.

2. Получены характеристики ПГУ-КУ на гопливах ВГЭР меткомбината, установлено, что при одинаковых начальных параметрах ГТУ на их характеристики оказываем влияние объемное содержание в топливе ССЬ, СН4, HiO, СО, ЬЬ, О2, N2 (по степени убывания влияния).

3. Получены условия взаимозаменяемости томлив ВГЭР для ПГУ-КУ, показано, что в зависимости от состава юмлива ВГЭР ГТУ (ПГУ) ее агрегатная и схемная реализация должна бьпь различна. Для группы низкокалорийных смесей (до 12 МДж/м3) на основе доменного, конвертерною и природного газов должен использоваться топливный компрессор ГТУ динамического действия; для группы высококалорийных смесей (более 17 МДж/м3) на основе коксового и природпою газов - топливный компрессор ГТУ объемного действия.

4. Установлено, что для задач наращивания только электрической мощности оптимально использование ПГУ, для задач замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для задач замены оборудования с наращиванием электрической мощное ж и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината, которое зависит от структуры производства меткомбината.

5. Усыновлено, что сущесшуюг оптимальные области применения на ТЭЦ-ПВС металлургическою комбината ПГУ-ТЭЦ и ГТУ-ТЭЦ, работающих на топливах ВГЭР, в зависимости от парамефов отпуска тепла.

Практическая ценность рабош сосюит в том, что разработанные в ней меюды и ее результаты позволяют решить сложную задачу формирования энергетической стратегии металлур1ических производств. Разработанная методика рекомендуется к использованию при техническом перевооружении и модернизации 1ЭЦ-ПВС металлургических комбинатов России и стран СНГ.

Достоверное!!» и обоснованное!ь резулыатов работы обусловлены применением современных меюдов термодинамическою анализа, апробированных методов магматического моделирования, надежных и отработанных методов системных исследований в промышленной теплоэнергетике, применением широко используемых методик расчетов теплоэнергетических агрегатов и достоверных справочных данных, сравнением полученных результатов с данными дру! их авторов и данными, полученными при проведении энергоаудита теплоэнергетических систем металлургических производств.

Разработанную методику и оптимизационную математическую модель ТЭЦ-ПВС, включающую ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, интегрированную в оптимизационную математическую модель металлургическою комбината;

Результаты расчетных исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлурт ическою комбинат а

Резулыагы оптимизационных исследований и поиска структуры ТЭЦ-ПВС, включающей Г ГУ- и ПГУ-ВГЭР, с учетом полного топливно-энерютического баланса металлур1 ическою комбината.

Личный вклад а»юра заключается:

В разработке методики и оптимизационной математической модели ТЭЦ-ПВС, включающей ГТУ- и ПГУ-ВГЭР, итерированной в оптимизационную математическую модель металлургического комбината;

В проведении расчешых исследований характеристик и энергетических показателей эффективности парогазовых и газотурбинных установок, работающих на ВГЭР металлургического комбината

В проведении оптимизационных исследований структуры энергоисточника металлургическою комбината, построенного на базе традиционного паротурбинного, а также газотурбинного и парогазовою оборудования с учетом полного топливно-энергетическою баланса металлургическою комбината.

Апробации и публикации. Результаты работы были представлены на VIII-XII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (МЭИ; 2002-2006 г.г.), II и III Всероссийских школах-семинарах молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (МЭИ; 2004 г и 2006 г.), III Международной научно-пракптческой конференции "Металлургическая теплотехника: история, современное состояние, будущее" (МИСиС, 2006 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников. Работа изложена на 167 стр. машинописного текста, содержит 70 рисунков, 9 таблиц. Список использованных источников состоит из 136 наименований.

Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности ТЭЦ-ПВС металлургического комбината при использовании парогазовых установок"

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлено, что ВГЭР являются полноценным топливом для ПГУ и ГТУ, снижение электрического КПД ПГУ по сравнению с установками на природном газе составляет 2-3% . Высокая энергетическая эффективность, а также существенно меньшие капитальные затраты по сравнению с ГГГУ, позволит успешно конкурировать таким установкам с паротурбинным оборудованием ТЭЦ-ПВС.

2. С помощью разработанной магматической модели ТЭЦ-ПВС-ПГУ и разработанного программною комплекса показано, что применение ПГУ на ТЭЦ-ПВС для условий усредненною металлургического комбината производительностью 8 млн. т. стали в год дает расчетную экономию ТЭР свыше 800 I ыс. ту.т./год.

3. Выявлены группы низкокалорийных и высококалорийных смесей ВГЭР с характерными свойствами, определяющие параметры и схемные решения работающих на ВГЭР ГТУ и ПГУ,

4. Для смесей топлив с малой теплотой сгорания 5000-10000 кДж/мЗ (на основе доменного, конвертерного и природного газа) газовая постоянная изменяется в небольших пределах 270-310 Дж/(кг К). Это позволяет формировать топливные смеси Г ГУ из газов ВГЭР и природного газа (исключая коксовый) с заданной теплотой сгорания с целыо их взаимного резервирования. При этом влияние на характеристики топливного компрессора будет минимально.

5. Смеси на основе коксового газа имеют существенно большую газовую постоянную 600-800 Дж/(кг К). Для коксового газа и смесей коксового и природного газа наиболее эффективно использовать компрессоры объемного действия. В этом случае может быть использоваться ГТУ, разработанная на природный газ, без существенных конструктивных изменений камеры сгорания и воздушною компрессора.

6. Поскольку содержание кислорода при работе ГТУ на доменном газе резко снижается (до 10-11 %), возникают технические ограничения для функционирования сбросных схем ПГУ и утилизационных схем ПГУ с дожиганием. При работе на доменном газе их эффективность сильно снижается.

7. Разработана методика расчет ПГУ-ВГЭР, интегрированная в математическую модель теплоэнергетической системы металлургического комбината.

8. Разработана методика упрощенных расчетов показателей утилизационных и сбросных схем ПГУ-ВГЭР.

9. Для задач наращивания элекфической мощности ТЭЦ МК оптимально использование ПГУ, для замены оборудования с высокой долей отопительной нагрузки - ПТУ, для замены оборудования с наращиванием электрической мощности и с высокой долей производственной тепловой нагрузки - сочетание ПТУ и ПГУ (ГТУ) на ВГЭР металлургического комбината.

Ю.При сочетании ПТУ и ПГУ повышается общая эффективность ТЭЦ за счет тою, что ПГУ вытесняет конденсационную выработку ТЭЦ, при этом на 11ТУ резко возрастает комбинированная выработка электроэнергии.

Библиография Яворовский, Юрий Викторович, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Никифоров Г.В., Заславец Б.И. Энергосбережение на металлургических предприятиях: Монография. - Маг ниюгорск: МГТУ, 2000. -283 с.2. www.nlmk.ru.

2. Сазанов Б.В. Решение основных вопросов энергохозяйства заводов черной металлургии. // Сталь 1978.- №1. - С.3-8.

3. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1990. 297 с.

4. Зайцев А.И., Митновицкая Е.А., Левин Л.А., Книгин А.Е. Математическое моделирование источников энергоснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1991. 152 с.

5. Демченко Ф.Н., Горностаев Л.С., Баклагг О.В., Драченин Е.А., Корнфельд В.Н. Системный анализ энерготехнологического комплекса как основа выбора путей снижения энергоемкости металлургической продукции. // Сталь -1984. №3. - С.83-87.

6. Ситас В.И., Султангузин И.А, Шомов А.П. и др. Программно-информационная система «ОптиМет» управления энергетическими и сырьевыми ресурсами металлургического комбината // Вестник МЭИ. -2003.-№5.-С. 114-119.

7. Вишневский Б.Н., Хейфец Р.Г., Цуканов А.А. Энерготехнологическое моделирование прокатного счана // Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. Днепропетровск. 1999. -Том 2. - С. 123-126.

8. Ситас В.И., Султангузин И.А., Яворовский Ю.В., Евсеенко И.В. Расчет энергетических показателей и оценка эффективности промышленной ТЭЦ. // Вестник МЭИ. 2003.- №6.- С. 123-127.

9. Н.Сазонов С.И. Снижение топливопотребления металлургического комбината на основе совершенствования энерготехнологических режимов доменных печей. Авторсф. дис. . канд. техн. наук -Днепропетровск, 2006. -20 с.

10. Ситас В.И., Султангузин И. А. Математическое моделирование теплоэнергетической системы металлургического комбината на ЭВМ // Научн. тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т. 1989. - Сб. № 198. - С. 13-19.

11. Ситас В.И., Султангузин И.А., Анохин А.Б. Системный подход к решению задач энергосбережения и экологии для металлургических комбинатов // Новые процессы в черной металлургии: Тез. докл. засед. Науч. совета ГКНТ СССР М., 1990. - С.34-35.

12. Анохин А.Б., Ситас В.И., Сул1ашузин И.А., Хромченков В.Г. Структура программного обеспечения задачи оптимизации энерготехнологической системы металлургическою комбината // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1992. - № 4. - С. 91-94.

13. Анохин А.Б., Ситас В.И., Султашузин И.А. и др. Математическое моделирование и оптимизация как метод решения проблем энергосбережения и экологии промышленных районов // Теплоэнергетика. 1994. - №6. - С.38-41.

14. Бородулин А.В., Гизатуллин Х.Н., Обухов А.Д., Советкин B.JI., Шкляр Ф.Р., Ярошенко Ю.Г. Математические модели оптимального использования ресурсов в доменном производстве. Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1986.- 148 с.

15. Демченко Н.Ф., Корнфельд В.И., Шашкова М.Н., Полунина И.

16. Использование экономико-математических моделей для оптимизации энерготехнологических комплексов металлургических комбинатов // Сталь. 1991.-№6. -С. 87-91.

17. Методы оптимизации режимов энергосистем / В.М. Горнштейп, Б.П. Мирошниченко, А.В. Пономарев и др.; Под ред. В.М. Горнштейна. М.: Энергоиздат, 1981.-336 с.

18. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. - 416 с.

19. Попырин Л.С., Самусев В.Н., Эпельштейн В.В. Автоматизация математического моделирования теплоэнергетических установок. М.: Наука, 1981.-236 с.

20. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития. М.: Наука, 1983. - 456 с.

21. Степанова Т.Б. Разработка методов комплексного энергетического анализа технических систем. Автореф. дисс. . докт. техн. наук -Новосибирск, 2001. 40 с.

22. Клер A.M. Методы математического моделирования и технико-экономических исследований сложных теплоэнергетических установок. Авюреф. дисс. д-ра техн. наук Иркутск, 1992. - 40 с.

23. Баженов М.И., Иванов Г.В., Романов В.И., Баженова Н.М. Энергетические характеристики теплофикационных паровых турбин. М.: МЭИ, 1996.

24. Палагин А.А. Автоматизация проектирования тепловых схем турбоустановок. Киев: Наук, думка, 1983. - 159 с.

25. Фридман М.О. Выбор оптимальной структуры и мощности промышленно-отопительных пар01урбинных ТЭЦ. Автореф. дисс. . д-ра. техн. наук М., 1970 - 20 с.

26. Хлебалин Ю.М. Оптимизация схем, параметров и режимов работы промышленных ТЭЦ. Автореф. дис. . д-ра техн. наук-, Саратов, 1984. -40 с.

27. Клер A.M. Оптимизация состава основною оборудования и тепловой схемы при техническом проектировании ТЭЦ. Автореф. дис. . канд. техн. наук Иркутск, 1978. - 20 с.

28. Андрющенко А.И., Аминов Р.З. Оптимизация режимов работы и параметров тепловых электростанций. М.: 1983. 255 с.

29. Андрющенко А.И., Аминов Р.З., Хлебалин Ю.М. Теплофикационные установки и их использование. М.: Высшая школа, 1989. -256 с.

30. Сазанов Б.В., Иванов Г.В. Выбор турбинного оборудования промышленных ТЭЦ. М.: МЭИ, 1980.-101 с.

31. Соколов Е.Я., Корнеичев А.И. Выбор оптимальной электрической и тепловой мощности ТЭЦ. // Теплоэпер1етика. 1965. - №5. - С.54-59.

32. Соколов Е.Я., Корнеичев А.И., Скловская Е.Г., Фридман М.О. Выбор оптимального состава оборудования промышленно-отопительных ТЭЦ. // Теплоэнерг етика. 1970. - № 10 - С.5-8.

33. Хрилев JI.C., Смирнов И.А. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения / Под ред. Е.Я. Соколова. М.: Энергия, 1978.-264 с.

34. Деканова П.П. Математические меюды оптимизации режимов функционирования ТЭС. Автореф. дис. . д-ра техн. наук -Иркутск, 1997. -40 с.

35. Аминов Р.З. Векторная оптимизация режимов работы электростанций. -М.: Энергоатомиздат, 1994.-303 с.

36. Промышленные тепловые электростанции. / Баженов М.И., Богородский А.С., Сазанов Б.В. и др. М.: Энергия, 1979. - 296 с.

37. Назмеев 10.Г., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий. М.: Изд-во МЭИ, 2002. -407 с.

38. Рубинштейн Я.М., Щепетильников М.И. Исследование реальных тепловых схем ТЭС и АЭС. М.: Энергоиздат, 1982.-271 с.

39. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник. / Под ред. Григорьева В.А. и Зорина В.М. М.: Энергоиздат, 1982. - 624 с.

40. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987. -328 с.

41. Рыжкин В.Я., Кузнецов A.M. Анализ тепловых схем мощных конденсационных блоков. М.: Энергия, 1972.-271 с.

42. Соколов Е.Я., Мартынов В.А. Методы расчёта основных энергетических показателей паротурбиниых, газотурбинных и парогазовых теплофикационных установок. М.: МЭИ, 1997.

43. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов A.1I. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002. -584 с.

44. Безлепкин В.П. Парогазовые и паротурбинные установки электростанций. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1997. - 295 с.

45. Керцелли Л.И., Рыжкин В Л. Тепловые электрические станции. М.: Госэнергоиздат, 1956. 556 с.

46. Тепловые и атомные элекгрические станции: Учебник для вузов по направлению "Теплоэнергетика"/ JI.C. Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г. Тишин. М.: Энергоатомиздат, 1982.-456 с.

47. Турбины тепловых и атомных электрических станций. / Под. ред. А.Г. Коетюка, В.В. Фролова. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с.

48. Трухний А.Д., Пегрунин С.В. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного тина. М.:Издательство МЭИ, 2001.

49. Дудко A.II. Разработка методических основ определения энергетических показателей парогазовых ТЭЦ с котлами-утилизаторами и исследованиережимов их работы. Автореф. дис. . канд. техн. наук Москва, 2000. -20 с.

50. Дорофеев С.Н. Исследование и ошимизация применения газотурбинных ТЭЦ в энергетике. Автореф. дис. канд. техн. наук Москва, 1997.-20 с.

51. Андреев Д.А. Эффективность газотурбинных и парогазовых ТЭЦ малой мощности. Автореф. дис. канд. техн. наук Саратов, 1999.-20 с.

52. Конакотин Б.В. Разработка, исследование и оптимизация тепловых схем парогазовых установок сбросного типа с пылеугольными паровыми котлами. Автореф. дис. канд. техн. наук-Москва, 1999.-20 с.

53. Качан С.А. Структурно-парамефическая оптимизация теплофикационных ПГУ. Автореф. дис. . канд. техн. наук Минск, 2000.-20 с.

54. Осипов В.Н. Термодинамическая оптимизация схем и параметров бинарных парогазовых установок. Автореф. дис. . канд. техн. наук -Саратов, 2001.-20 с.

55. Левшии Н.В. Разрабо1ка методов анализа технико-экономических характеристик и сравнительной системной эффективности схем парогазовых установок. Автореф. дис. . канд. техн. наук Минск, 2002. -20 с.

56. Новичков С.В. Выбор эффективных типов конденсационных парогазовых установок в условиях топливного ограничения. Автореф. дис. . канд. техн. наук Саратов, 2002. - 20 с.

57. Щеголева Т.П. Математическое моделирование и технико-экономическая оптимизация парогазовых уешновок на угле и газе. Автореф. дис. канд. 1ехн. наук Иркутск, 1995.-20 с.

58. Щеголева Т.П. Математическое моделирование и технико-экономические исследования ИГУ-ТЭЦ // Материалы конференции молодых ученых Сибирского энергетического института СО АН СССР. -Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1990.

59. Старостенко Н.В. Выбор структуры и оптимизация характеристик производственно-отопительных ГТУ-ТЭЦ малой и средней мощности. Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1996. - 20 с.

60. Цанев С.В., Буров В.Д., Дорофеев С.II. Расчет показателей тепловых схем и элементов газогурбинных и парогазовых установок электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2000. - 72 с.

61. Ходак Е.А., Ромахова Г.А. Газотурбинные установки тепловых электростанций. СПб.: Издательство СПбГТУ, 2000.

62. Шинников П.А., Ноздренко Г.В., Ловцов А. А. Эффективность реконструкции пылеугольпых паротурбинных "1ЭЦ в парогазовые путем газотурбинной надстройки и исследование показателей их функционирования. -11овосибирск: 11аука, 2002.

63. Зыков В.В. Оптимизация параметров и схем пылеугольпых газотурбинных мини-ТЭЦ с технологией внешнего сжигания. Автореф. дис. . канд. техн. наук Новосибирск, 1999. - 20 с.

64. Кавалеров Б.В. Математическое моделирование миниэнергосистем с газотурбинными установками. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Пермь, 2000. 20 с.

65. Патрикеев М.Ю. Оптимальное использование малых промышленных ТЭЦ на базе авиационных ГТД. Автореф. дис. . канд. техн. наук -Саратов, 2000.-20 с.

66. Математическая модель парогазовой установки с котлом- утилизатором. / Комиссарчик Т.Н., Грибов В.Б., Гольдштейн А.Д.// Теплоэнергетика, 1991. №12. С.63-66.

67. Деканова Н.П., Клер A.M., Щеголева Т.П. Оптимизация парогазовых установок на стадии техническою проектирования. // Комплексные исследования энергетических установок и систем. М.: ЭПИН, 1989. С. 81-91.

68. Торжков В.Е. Исследование и оптимизация характеристик парогазовых КЭС малой и средней мощности с одноконтурными котлами-утилизаторами. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 2002. 20 с.

69. Оптимальные режимы парогазовых установок с впрыском пара / Степанов И.P. //Теплоэнергегика. 1994. №9. с.25-29.

70. Голуб А.Ф. 11родлепие срока эксплуатации и повышение экономичности стареющих "ГЭС с поперечными связями (методика принятия решений и их реализация на примере Новгородской ТЭЦ). Автореф. дис. . канд. техн. наук Москва, 2002. - 20 с.

71. Веревкин С.И., Корчагин В.А. Газгольдеры. Москва, Издательство литературы по строительству, 1966. - 240 с.

72. Сафарян М.К. Металлические резервуары и газгольдеры. Москва, "Недра", 1987. -200 с.

73. Meherwan P. Воусе. Gas Turbine Engineerig 1 landbook. Gulf Professional Publishing, 2002.-816 p.

74. Gas Turbine World. 2003 1 landbook. A Pequot Publication.

75. Щуровский B.A. Энерютехнологические системы для компрессорных станций: перспективы применения.// Газотурбинные технологии. 2005. - №7. - С.12-14.

76. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок.// П.Д. Грязнов, В.М. Епифанов, ВЛ. Иванов и др. М: Машиностроение, 1985. - 360 с.

77. Мелентьев JI.A. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развигия. М.: Наука, 1983. - 456 с.

78. Месарович М.Д., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1973.-344 с.

79. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

80. Паппас М., Моради Дж. Усовершенствованный алгоритм прямого поиска для задач математическою программирования // Труды Американскогообщества инж.-мех.: Сер. В, Конструирование и технология машиностроения. 1975. - № 4. - С. 158-165.

81. Разработка предпроектных предложений но модернизации теплоэнергетического хозяйства Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК): Отчет о НИР / Моск. энерг. ин-т. № ГР 01910053466.-М., 1992.-164 с.

82. Разработка программно-информационной системы управления сырьевыми ресурсами ОАО «Северсталь»: Отчет о НИР / НТЦ «ЛАГ Инжиниринг». Том I. М., 2001. 95 е.; Описание программы. - Том П. М., 2001.- 75 с.

83. Разработка программно-информационной системы управления энергетическими ресурсами ОАО «Северсталь» «ОптиМет-Энергия»: Отчет о НИР /1 ГГЦ «ЛАГ Инжинириш ». М., 2001. - 114 с.

84. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдэл К. Оптимизация в технике: В 2 кн.: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - Кн. 1. - 349 е.; - Кн.2. - 320 с.

85. Стационарные газотурбинные установки. / Под ред. Л.В. Арсеньева, В.Г. Тырышкина. Л.: Машинос1 роение. Ленингр. отд-ние, 1989. - 543 с.

86. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98 М.: Издательство МЭИ. 1999.

87. IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. International Association for the Properties of Water and Steam / Executive Secretary R.B. Dooley. Electric Power Research/

88. Сазанов Б.В., Палобин Л.В. Расчет тепловой схемы газотурбинных установок. М.: МЭИ, 1974. - 90 с.

89. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. М.:Энергоиздат, 1982. - 494 с.

90. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкция турбин: Учебник для вузов. В 2-х кн. М.: Энергоатомиздат, 1993.

91. Шляхин ГШ., Бершадский M.J1. Краткий справочник по паротурбинным установкам. М.: Энергия, 1970.-215 с.

92. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод). / Под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

93. Бенснсон Е.И., Иоффе JI.C. Теплофикационные паровые турбины./ Под ред. Д.П. Бузина. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 с.

94. Корнеичев А.И. Расчет и оптимизация теплоснабжающих систем с помощью ЭВМ. М.: МЭИ, 1979. -40 с.

95. Корнеичев А.И. Расчет коэффициент теплофикации с помощью ЭВМ.- М.: МЭИ, 1980. -40 с.

96. Работа ТЭЦ в объединенных энерюсисгемах / Под ред. В.Г1. Корытникова. М.: Энер1 ия, 1976.

97. Гилл Ф., Мюррей У., Рай г М. Практическая оптимизация: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.-509 с.

98. Гросманн И., Ситас В.И., Султашузин И.А. Оптимизация энергоснабжения металлургическою комбината по энергетическому и экологическому критериям // Промышленная энергетика. 1989. - № 8. -С. 49-51.

99. Разработка предпроектных предложений по модернизации теплоэнергетического хозяйства Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК): Огчег о НИР / Моск. энерг. ин-т. № ГР 01910053466.-М., 1992.-164 с.

100. Разработка программно-информационной системы управления сырьевыми ресурсами ОАО «Северсталь»: Отчет о НИР / НТЦ «ЛАГ Инжиниринг». Том I. М., 2001. 95 е.; Описание программы. - Том II. М., 2001.- 75 с.

101. Разработка программно-информационной системы управления энергетическими ресурсами ОАО «Северсталь» «ОптиМет-Энергия»: Отчет о 11ИР /1ГП \ «ЛАГ Инжиниринг». М., 2001. - 114 с.

102. Ситас В.И., Султангузин И.А. Математическое моделирование теплоэнергетической системы металлургического комбината на ЭВМ //Научн. ip. ин-та/Моск. энерг. ин-т.- 1989. Сб.№ 198.-С. 13- 19.

103. Ситас В.И., Султангузин И.А, Шомов A.II. и др. Программно-информационная сиаема «ОптиМет» управления энергетическими и сырьевыми ресурсами металлургического комбината // Вестник МЭИ. -2003.-№5.-С. 114-119.

104. Ситас В.И., Султангузин И.А., Анохин А.Б. Системный подход к решению задач энерюсбережения и экологии для металлургических комбинатов //11овые процессы в черной металлургии: Тез. докл. засед. Науч. совета ГКНТ СССР М, 1990. - С.34-35.

105. Pappas М. An Improved Direct Search Numerical Optimization Procedure: Report / New Jersey Institute of Technology. No. AD-A037019. - USA, 1977.-55 p.

106. Шень Ют инь. Математическое моделирование в теплоэнергетике. -Пекин: Изд-во Циньхуа Ун-та, 1988. 393 с. (на китайском языке).

107. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 583 с.

108. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1982.-237 с.

109. Паппас М., Моради Дж. Усовершенствованный алгоритм прямого поиска для задач математическою программирования // Труды Американскою общества инж.-мех.: Сер. В, Конструирование и технология машиностроения. 1975. - № 4. С. 158-165.

110. Зойтендейк Г. Методы возможных направлений: Пер. с англ. М.: ИЛ, 1963.- 176 с.

111. Теплотехника металлургического производства. / Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. М.: МИСИС, 2001.-736 с.

112. Бережинский А.И., Циммерман А.Ф. Охлаждение и очистка газов кислородных конвертеров. М.: Металлургия, 1983. - 272 с.

113. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

114. Черкасский В.М., Калинин II.В., Кузнецов Ю.В., Субботин В.И. Нагнетатели и тепловые двш агели. М.: Dnepi оатомиздат, 1997. - 384 с.

115. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981.-351 с.

116. Рис В.Ф. Получение характеристик компрессорных машин, работающих на газе, методом испытания на воздухе. // Энергомашиностроение. 1970. - №6. - С.4-9.

117. Бухарин Н.Н., Ден Г.Н., Евстафьев В.А., Каиелькин Д.А., Фирюлин A.M. О влиянии отношения удельных геплоемкостей к на характеристики дозвуковой центробежной компрессорной ступени. // Энергомашиностроение. 1978. - №6. - С. 16-18.

118. Зысин В.А., Рекстин Ф.С. и др. Работа ступени центробежного компрессора на газах с различными физическими свойствами. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1971. -№1. - С.23-25.

119. Баренбойм А.Б., Левит В.М., Гернер Г.А. Влияние критериев М, Re и к на характеристики ступени ЦКМ. // Энергомашиностроение. 1973. -№2. - С.20-22.

120. Рис В.Ф. Об учете абразивною пылевого износа колес при проектировании ЦКМ. // Энергомашиностроение. 1978. - №1. - С. 1921.

121. Доброхотов В.Д., Чарный Ю.С., Кравцова Л.Ф. Эрозионный износ газоперекачивающих агрегаюв. М.: ВНИИЭгазпром, 1973.-33 с.132. www.worIdsteel.org133. www.severstal.ru134. www.mechel.ru135. www.mmk.ru