Энергетика

Энергоснабжение в чёрной металлургии

В этой статье:

Назначение теплоэнергетического хозяйства

Черная металлургия включает в себя три основных вида производств, так называемые металлургические переделы, и ряд производств, обеспечивающих эти переделы.

К металлургическим переделам относятся:

  • доменное производство (получение чугуна из железной руды и железосодержащих материалов путём восстановления окислов железа);
  • сталеплавильное производство (получение стали из чугуна и металлолома);
  • прокатное производство (получение проката из стальных слитков).

К обеспечивающим производствам относятся:

  • горнорудное и агломерационное производство (добыча руды, её обогащение, окомкование (производство окатышей) или спекание (производство агломерата);
  • коксохимическое производство (получение кокса из углей с улавливанием и использованием побочных химических продуктов);
  • огнеупорное производство;
  • ферросплавное производство (производство ферросплавов для выплавки специальных марок сталей и сплавов);
  • энергетическое хозяйство;
  • вспомогательные службы (транспорт, ремонтно-механические цехи и т.д.).

Назначение энергетического хозяйства промышленного предприятия, в том числе и металлургического завода, состоит в обеспечении различными видами энергии технологических процессов, вспомогательных цехов и бытовых нужд предприятия, а, в ряде случаев, и прилегающего к заводу жилого массива.

Основными энергоносителями в черной металлургии являются топливо, электроэнергия, вода, тепловая энергия в виде пара и горячей воды, сжатый воздух, кислород, инертные газы.

Всеми вопросами, связанными с энергетическим хозяйством и энергоносителями, ведает на предприятии служба главного энергетика. Во главе службы стоит главный энергетик, являющийся одним из заместителей главного инженера предприятия. На металлургических предприятиях главный энергетик обычно имеет двух заместителей: один из них отвечает за электроэнергетику, другой – за теплоэнергетику.

Энергозатраты в металлургическом производстве

С точки зрения энергетики важной особенностью металлургического производства является его большая энергоёмкость и разнообразие используемых энергетических ресурсов.

К примеру, для производства одной тонны проката с учетом предшествующих переделов расходуется до 1,5 тонны топлива, до 500 кВт⋅ч электроэнергии, свыше 12000 МДж тепловой энергии, до 300 тонн воды, до 2000 м3 сжатого воздуха, до 90 м3 кислорода. В себестоимости металлургической продукции энергозатраты составляют от 25 до 60%.

Доменное производство является основным потребителем энергоресурсов — до 50% всего топлива, потребляемого предприятием. Кроме того, в доменном производстве потребляется сжатый воздух (от 5 до 15% всего производства, без учета воздуха доменного дутья), электроэнергия, кислород, вода, тепловая энергия, инертные газы.

Сталеплавильное производство потребляет 6-7% всего топлива, электроэнергию, сжатый воздух (от 25 до 70% всего производства), кислород, воду.

Прокатное производство потребляет 10% всего топлива, электроэнергию, сжатый воздух (от 15 до 35% всего производства).

Агломерационное производство потребляет 6-7% всего топлива, электроэнергию, воду.

Коксохимическое производство потребляет 6-7% всего топлива, электроэнергию, воду.

Энергетическое хозяйство потребляет 15% всего топлива, электроэнергию, воду.

Черная металлургия не только потребляет значительное количество энергии, но также и производит её в виде вторичных энергоресурсов.

Энергоснабжение металлургического завода

Схема энергоснабжения металлургического завода

Как уже отмечалось, основными энергоносителями в черной металлургии являются топливо, электроэнергия, вода, тепловая энергия в виде пара и горячей воды, сжатый воздух, кислород, инертные газы.

Рассмотрим схему энергоснабжения металлургического завода (рис. 6.1).

Схема энергоснабжения металлургического завода
Рис. 6.1. Схема энергоснабжения металлургического завода

Видно, что на завод извне поступают только топливо и электроэнергия. Тепловая энергия производится на заводе. За счёт приобретаемого топлива покрывается около 35% потребности металлургического завода в топливе. Из внешней сети металлургический завод потребляет до 80% необходимой ему электроэнергии. 65% топлива и 20% электроэнергии производится на предприятии, в том числе за счёт использования ВЭР.

Топливо расходуется на технологические нужды, на производство электроэнергии и тепловой энергии. Электроэнергия, поступающая на завод из внешней сети и производимая на заводе за счет топлива и ВЭР, используется в технологических процессах, а также для производства теплоты, сжатого воздуха, кислорода, подачи воды.

Пар и горячая вода, получаемые за счёт использования топлива и ВЭР, расходуются в технологических процессах и для бытовых нужд (БН).

Сжатый воздух и кислород, полученные за счёт электроэнергии, используются на технологические нужды завода. Для технологических, энергетических и бытовых нужд завода используется вода, подача которой осуществляется за счёт электроэнергии, расходуемой на привод насосов.

Топливо

Топливо обеспечивает около 80% потребности металлургии в энергии. Больше всего топлива необходимо для доменного производства.

Энергетическое топливо используется для получения физического тепла продуктов сгорания, технологическое топливо ещё и как восстановитель в технологических процессах. Из потребляемого топлива 45% составляет твёрдое топливо, 50% — газообразное и 5% — жидкое.

Основные виды топлива:

  • кокс — основное технологическое топливо, теплота сгорания 29 МДж/кг (около 7000 ккал/кг);
  • энергетический уголь — используется в агломерационном производстве и для получения пара в котлах (в основном, применяют уголь АШ – штыб антрацитовый);
  • мазут — жидкое топливо, продукт переработки нефти, теплота сгорания 40 МДж/кг (в основном, применяют мазут марок М40 и М100). Используется в технологических процессах с целью экономии кокса и природного газа, а в энергетическом хозяйстве — как резервное топливо;
  • доменный газ — образуется при выплавке чугуна, имеет низкую теплоту сгорания (3-5 МДж/м3), но является важной составляющей теплового баланса завода. Основные потребители — доменные воздухонагреватели (35%), энергетические котлы (30%), коксовые батареи, нагревательные печи;
  • коксовый газ — побочный продукт при производстве кокса. Имеет теплоту сгорания 17-18 МДж/м3. Используется для отопления нагревательных печей прокатных цехов, коксовых батарей (30%),сжигается в топках котлоагрегатов (20%);
  • природный газ – покупное топливо, на 95-99% состоит из метана (СН4). Высококалорийное топливо (теплота сгорания 35 МДж/м3). Основные потребители: доменные печи (30%), энергетические установки (15%), мартеновские печи и печи прокатных цехов (по 15%).

Электроэнергия

Чёрная металлургия расходует около 15% производимой в стране электроэнергии. Из внешней сети металлургические заводы потребляют до 80% необходимой электроэнергии, остальное вырабатывается на заводских ТЭЦ-ПВС. Около 60% электроэнергии потребляется электроприводом, 25% расходуется на технологические нужды (электрофильтры, электропечи и т. д.), остальное — освещение, потери.

Тепловая энергия

Теплота потребляется в виде водяного пара на технологические нужды (размораживание сыпучих грузов в зимний период, подогрев мазута при поступлении и расходовании, паровые прессы, молоты) и горячей воды для вентиляции, отопления и горячего водоснабжения. Пар производится в энергетических котлах (45%), котлах-утилизаторах (35%), поступает от теплофикационных турбин (20%). 40% теплоты потребляют технологические потребители, 60% идет на отопление, вентиляцию, коммунально-бытовые нужды.

Сжатый воздух

Сжатый воздух используется в качестве дутья для доменных печей (производится на ТЭЦ-ПВС с помощью турбовоздуходувок с приводом от паровых турбин), а также для технологических нужд (производится на воздушных компрессорных станциях). Сжатый воздух, производимый на компрессорных станциях, используется для привода пневмомашин и пневмоинструмента, а также на технологические нужды в мартеновских (25-70%), прокатных (15-35%) и доменных цехах (5-15%).

Кислород

Применяется для интенсификации металлургических процессов. Вырабатывается из атмосферного воздуха на кислородных станциях (в кислородных цехах). Основные потребители — доменное и сталеплавильное производство. Удельный расход электроэнергии на производство кислорода велик и, в зависимости от типа воздухоразделительной установки, колеблется в пределах 0,5-2,0 кВт ч на 1 м3 кислорода.

Вода

Металлургия потребляет значительное количество воды на охлаждение, очистку газов, выработку пара, транспортировку сыпучих материалов, хозяйственно-бытовые нужды. Качество и количество воды определяются, прежде всего, требованиями технологического процесса.

Тепловые электростанции и теплоснабжение металлургических заводов

Конденсационные электростанции и теплоэлектроцентрали

Тепловые электростанции различают по виду отпускаемой энергии. Так, конденсационные электростанции (КЭС) отпускают электрическую энергию, а теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — электрическую энергию и тепловую энергию в виде пара и горячей воды. Тепловые электростанции металлургических заводов включают в себя установки по производству электрической и тепловой энергии, т.е. являются теплоэлектроцентралями, а также установки по производству сжатого воздуха для доменного дутья, т.е. являются одновременно и паровоздуходувными станциями (ПВС). Поэтому их называют ТЭЦ-ПВС. Тепловая энергия отпускается потребителю в виде пара из парогенератора или из отбора турбины, либо в виде горячей воды из бойлерных установок. Из всего топлива, поступающего на ТЭЦ-ПВС, 15-30% расходуется на выработку электроэнергии, 25-45% — на выработку теплоты и 40-50% — на выработку сжатого воздуха. Источниками теплоснабжения, помимо ТЭЦ, являются также паровые и водогрейные котельные.

Работает ТЭЦ следующим образом (рис. 7.1).

Принципиальная тепловая схема ТЭЦ-ПВС
Рис. 7.1. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ-ПВС
1-парогенератор; 2-турбина (привод электрогенератора); 3-электрогенератор; 4-турбина (привод нагнетателя
воздуха); 5-нагнетатель воздуха; 6-конденсатор; 7-бойлер; 8-технологический потребитель пара; 9-конденсатный
насос; 10-деаэратор; 11-питательный насос.

В парогенераторе (паровом котле) 1 за счёт горения топлива получают пар под давлением 4,5-10,0 МПа и температурой 400-500 0 С. Полученный пар поступает в турбины 2 и 4, приводящие во вращение, соответственно, электрогенератор 3 и нагнетатель воздуха 5. Из промежуточных отборов турбины 2 пар направляется в бойлерные установки 7 и к технологическим потребителям пара 8. Пар после последних ступеней турбин 2 и 4 поступает в конденсатор 6, где конденсируется и затем закачивается конденсатным насосом 9 в деаэратор 10. В деаэратор также поступает конденсат из бойлерной установи 7 и от технологических потребителей пара 8. В деаэраторе поддерживается температура, равная температуре кипения воды. Это необходимо для удаления из воды, питающей паровой котел, растворенных в ней газов, которые образуют в соединении с водой слабо концентрированные кислоты и приводят к интенсивной коррозии металла труб котла. Вода подается в котел питательным насосом 11.

Помимо показанного на схеме оборудования, на ТЭЦ имеются механизированные склады твёрдого топлива, пылеприготовительная система, мазутное и газовое хозяйство, оборудование золоулавливания и золошлакоудаления, оборудование для подготовки питательной воды и очистки конденсата, поступающего от технологических установок, маслохозяйство, тягодутьевые установки.

Показатели работы ТЭЦ

Основным показателем работы ТЭЦ является термический коэффициент полезного действия (к.п.д.), представляющий собой отношение полезно используемой теплоты (превращённой в механическую работу) к затраченной. На практике качество работы ТЭЦ оценивают отдельно по выработке электроэнергии и по выработке тепловой энергии. Экономичность работы ТЭЦ можно оценивать по расходу условного топлива на единицу выработанной энергии или теплоты (порядка 0,3кг/квт·ч).

Топливо, используемое на ТЭЦ

В качестве топлива на ТЭЦ используют доменный, коксовый и природный газ, антрацитовый штыб (АШ). Твёрдое топливо поступает к котлу через систему пылеприготовления, а газообразное топливо всех видов подводится по трубопроводам раздельными потоками. Образующиеся зола и шлак улавливаются и подаются на золоотвалы с помощью пневматических, гидравлических или пневмогидравлических систем золоудаления.

Водоподготовка

На ТЭЦ используется большое количество воды для конденсации отработавшего пара, выработки пара в котлах, транспортирования золы и шлака, очистки дымовых газов, охлаждения масла, воздуха, подшипников, на хозяйственно-бытовые нужды.

Природная вода без специальной обработки не может быть использована для водоснабжения теплоэнергетического оборудования из-за растворенных в ней солей и газов. Соли, попавшие в котёл, образуют отложения в виде накипи на внутренней поверхности труб и в проточной части турбины, что ухудшает теплообмен и снижает показатели работы котла, а иногда приводит к прогару труб, газы вызывают коррозию металла.

Для удаления из воды вредных примесей используют специальные методы водоподготовки:

  • метод осветления воды (отстаивание, фильтрация, коагуляция);
  • метод осаждения (образование труднорастворимых соединений, выпадающих в осадок);
  • магнитный метод (магнитная обработка воды с целью извлечения магнитных включений и ускорения отстаивания);
  • метод ионного обмена (перевод солей в вещества, не образующие накипь).

Для удаления растворённых газов используют термическую деаэрацию воды (нагрев воды до кипения при пониженном давлении).

ТЭЦ как источник теплоснабжения

Теплота в виде горячей воды потребляется устройствами отопления и вентиляции, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. Теплота в виде пара потребляется подогревателями газообразных, жидких и твёрдых веществ, выпарными и сушильными аппаратами, паровыми молотами и прессами, ковочными машинами. Они используют пар давлением 0,3-1,0 МПа и температурой 200-250 °С.

Воду для систем теплоснабжения подогревают в пароводяных теплообменных аппаратах, именуемых бойлерами. Это, как правило, теплообменные аппараты поверхностного типа (теплообмен через разделительную поверхность), в которых по трубам проходит нагреваемая вода, а между трубами — греющий пар.

Системы парового теплоснабжения получают пар из отборов паровых турбин либо из редукционно-охладительных установок (РОУ). В РОУ давление пара снижается в результате его дросселирования, а температура — за счёт впрыскивания в пар воды.

Котельные и турбинные установки

Схема котельного агрегата

Котельная установка (парогенератор) служит для получения пара в широком диапазоне параметров и состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования, связанных единой технологической схемой. К вспомогательному оборудованию котельной установки относятся устройства топливоподачи, дымососы, вентиляторы, золоуловители, паропроводы, водопроводы и др.

Схема парового котла П-образной компоновки с естественной циркуляцией представлена на рис. 8.1.

Принципиальная схема парового котла П-образной компоновки с ес- тественной циркуляцией
Рис. 8.1. Принципиальная схема парового котла П-образной компоновки с естественной циркуляцией
1-подъемный газоход; 2-опускной газоход; 3-испарительные поверхности нагрева; 4-водяной экономайзер; 5-воздухоподогреватель; 6-фестон; 7-пароперегреватель; 8-барабан котла; 9-опускные трубы; 10-нижние коллекторы экранов; 11-горелки

Паровой котел состоит из подъёмного 1 и опускного 2 газоходов. В нижней части подъёмного газохода 1 расположена топка для сжигания топлива, на стенках газохода установлены испарительные поверхности нагрева 3 в виде плоских трубчатых панелей, называемых экранами. В опускном газоходе размещены водяной экономайзер 4 для подогрева питательной воды и воздухоподогреватель 5 для подогрева воздуха, идущего на горение в топку. На выходе из подъёмного газохода находится фестон 6, представляющий собой разреженный пучок труб — продолжение заднего экрана. В горизонтальной части газохода расположен пароперегреватель 7, обеспечивающий перегрев пара до заданной температуры. Испарительные поверхности 3 соединены с барабаном 8 котла и вместе с опускными трубами 9, связывающими барабан с нижними коллекторами 10 экранов, составляют циркуляционные контуры. Пароводяная смесь в барабане разделяется на насыщенный пар и воду, пар направляется в пароперегреватель, вода — снова в циркуляционные контуры. Одновременно в барабане для снижения общего солесодержания происходит отделение и удаление (продувка) части воды с высокой концентрацией солей. Циркуляция воды и пароводяной смеси в контурах происходит за счёт разности плотностей столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъёмных трубах — экранах (естественная циркуляция).

Топливо вместе с нагретым воздухом через горелки 11 подается в топку, где сжигается. Продукты сгорания из топки направляются в пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель и через газоочистку удаляются в атмосферу. Температура продуктов сгорания по ходу газового тракта снижается, ориентировочные значения температур приведены на рисунке.

Существуют различные конструктивные варианты оформления котельных агрегатов. Так, сжигание топлива может осуществляться не в факеле, а в слое. Циркуляция воды и пароводяной смеси в испарительной системе котла может быть принудительной с помощью насосов. Водяной экономайзер и воздухоподогреватель могут располагаться в несколько ступеней и т.д.

Тепловой баланс котельного агрегата

Тепловой баланс котельного агрегата составляют на 1 кг твёрдого или жидкого топлива или на 1 м3 газообразного топлива.

Расходная часть теплового баланса котла содержит теплоту выработанного пара и различные потери.

Qрасх = Qпол + Qух(1) + Qх.н.(2) + Qм.н.(3) + Qн.о.(4) + Qф.ш.(5),

где Qпол — теплота (полезная), затраченная на выработку пара;

Qух(1) — потери теплоты с уходящими газами. Это основные потери, составляющие 5-12% при температуре уходящих газов 120-180 °С;

Qх.н.(2) — потери теплоты от химического недожога — 0-2%. Их снижение возможно при повышении температуры горения и улучшении перемешивания компонентов горения;

Qм.н.(3) — потери теплоты от механической неполноты сгорания — 2-3% при хорошей организации процесса, 9-10% при сжигании твердого топлива и плохой организации процесса сжигания;

Qн.о.(4) — потери теплоты от наружного охлаждения (во внешнюю среду) — 1-2%;

Qф.ш.(5) — потери с физическим теплом шлаков. Для топок с жидким шлакоудалением – 1-2%, с сухим шлакоудалением 0,2-0,3%.

Топочные устройства котлов

Топочные устройства котлов могут быть слоевые — для сжигания крупнокускового топлива и камерные — для сжигания газообразного, жидкого и твёрдого пылевидного топлива.

Некоторые из вариантов организации топочных процессов представлены на рис. 8.2.

Схемы организации топочных процессов
Рис. 8.2. Схемы организации топочных процессов

Слоевые топки бывают с плотным и кипящим слоем, камерные подразделяются на факельные и циклонные.

При сжигании в плотном слое воздух для горения проходит через слой, не нарушая его устойчивости, т.е. сила тяжести частиц топлива больше динамического напора воздуха.

При сжигании в кипящем слое из-за повышенной скорости воздуха нарушается устойчивость частиц в слое, они переходят в состояние «кипения», т.е. переходят во взвешенное состояние. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива и окислителя, что способствует интенсификации процесса горения.

При факельном сжигании топливо сгорает в объёме топочной камеры, для чего частицы твердого топлива должны иметь размер до 100 мкм.

При циклонном сжигании частицы топлива под влиянием центробежных сил отбрасываются на стенки топочной камеры и, находясь в закрученном потоке в зоне высоких температур, полностью выгорают. Допускается размер частиц больший, чем при факельном сжигании. Минеральная составляющая топлива в виде жидкого шлака удаляется из
циклонной топки непрерывно.

Организация движения воды и пароводяной смеси

В зависимости от организации движения воды и пароводяной смеси по испарительной системе котлы бывают с естественной и принудительной циркуляцией.

Принципиальные схемы движения рабочего тела в котлах представлены на рис.8.3. В котлах с естественной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси осуществляется по замкнутому контуру: барабан 3 котла — опускные трубы 2 — коллектор 4 — подъёмные трубы 1 — барабан 3 котла. Это происходит за счёт разности плотности воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъёмных трубах. При этом за один ход воды по циркуляционному контуру она только частично превращается в пар. Отношение массы воды, циркулирующей в системе за единицу времени, к массе вырабатываемого пара за то же время называется кратностью циркуляции. Для котлов с естественной циркуляцией она равна 15-100.

Принципиальные схемы движения рабочего тела в котлах
Рис. 8.3. Принципиальные схемы движения рабочего тела в котлах
1-подъёмные трубы; 2-опускные трубы; 3-барабан; 4-коллектор; 5-испарительная система; 6-циркуляционный насос; 7-водяной экономайзер; 8-пароперегреватель; 9-питательный насос

Котельные агрегаты с многократной принудительной циркуляцией имеют специальный насос 6, обеспечивающий циркуляцию воды и пароводяной смеси в испарительной системе 5 котла. Кратность циркуляции 6-10. Прямоточные котельные агрегаты, имеющие кратность циркуляции, равную 1, оборудованы параллельно соединёнными трубами, составляющими поверхности нагрева котла. За счёт энергии питательного насоса 9 вода проходит отдельные участки труб, исполняющие роль водяного экономайзера 7, испарительных поверхностей нагрева 5 и пароперегревателя 8. В этих котлах к качеству питательной воды предъявляются более высокие требования, чем в других типах котлов, так как удаление солей из воды в котле невозможно.

Турбинные установки

Турбинные установки предназначены для преобразования энергии рабочего тела (пара, газа), имеющего высокое давление и температуру, в механическую энергию вращения ротора турбины. Турбины используют в качестве привода электрогенераторов, турбокомпрессоров, воздуходувок, крупных насосов.

В паровой турбине рабочий процесс осуществляется следующим образом (рис. 8.4). Водяной пар с высоким давлением и температурой поступает в сопло 1, при истечении из которого его давление снижается, а кинетическая энергия увеличивается. Струя пара направляется на закреплённые на диске 3 ротора турбины лопатки 2, отдавая им часть своей кинетической энергии, которая через лопатки передаётся вращающемуся ротору.

Схема одноступенчатой турбины активного типа
Рис. 8.4. Схема одноступенчатой турбины активного типа
1-сопло; 2-лопатки; 3-диск ротора; 4-вал ротора

Обычно турбина имеет несколько сопел, составляющих сопловой аппарат. Рабочие лопатки расположены по всей окружности диска и образуют рабочую решётку. Сопловой аппарат и рабочая решётка составляют ступень турбины, а каналы для прохода газа — проточную часть турбины.

Турбины бывают одноступенчатые и многоступенчатые, активного и реактивного типов, конденсационные, теплофикационные и противодавленческие.

В активных турбинах процесс расширения пара происходит только в соплах, а в реактивных — в соплах и в каналах рабочих лопаток. В основном производят комбинированные турбины.

Конденсационная и противодавленческая турбины используются в качестве привода к электрогенераторам, турбовоздуходувкам и другим машинам. Отработавший в противодавленческой турбине пар поступает в конденсационную турбину, отработавший в конденсационной турбине пар поступает в конденсатор, где превращается в воду (конденсат).

Теплофикационная турбина отдает весь отработавший в турбине пар потребителю теплоты.

В теплофикационной турбине с отборами пара часть пара, не доработавшая до давления в конденсаторе, отбирается из промежуточных ступеней турбины потребителю; при этом остальная часть пара проходит через все ступени турбины в конденсатор.

Производство сжатого воздуха

Использование, получение и транспортирование сжатого воздуха

Сжатый воздух используют для дутья в доменные печи, для работы пневматических машин и пневмоинструмента, для сжигания топлива в обжиговых, нагревательных и термических печах.

Для дутья в доменные печи необходим воздух давлением 0,3-0,4 МПа, он вырабатывается на паровоздуходувных станциях ПВС, совмещенных с ТЭЦ (ТЭЦ-ПВС). Воздуходувные станции оборудованы многоступенчатыми центробежными воздуходувными машинами. Количество ступеней определяется величиной требуемого давления. Основной тип привода доменных воздуходувок — паровая турбина. Турбины, используемые для этих целей, работают на паре давлением 3,5 МПа или 9 МПа с температурой, соответственно, 435 °С или 535 °С. Иногда применяют приводы других типов. Перед подачей в доменную печь воздух после сжатия нагревают до температуры около 1000 °С в доменных воздухонагревателях (кауперах).

Для привода пневмомашин и пневмоинструмента используют воздух давлением 0,6-1,0 МПа. Сжатый воздух таких давлений получают централизованно на компрессорных станциях с помощью поршневых и центробежных компрессоров. Центробежные компрессоры предпочтительней, так как обеспечивают непрерывную подачу газа, надёжны и просты в обслуживании, не загрязняют сжатый воздух маслом.

Поршневые компрессоры обеспечивают большую степень сжатия газа при одинаковых габаритах с центробежными компрессорами, но имеют меньшую производительность и менее надежны.

Для сжигания топлива в обжиговых, нагревательных и термических печах используют сжатый воздух давлением 0,003-0,01 МПа, подаваемый центробежными нагнетателями (вентиляторами), устанавливаемыми в непосредственной близости от потребителя.

Сжатый воздух к потребителям транспортируют с помощью развитой сети воздухопроводов, с воздуходувной и компрессорной станций раздельно. Воздухопроводы к доменной печи теплоизолированы, так как температура воздуха после сжатия повышается до 200 °С. Эти воздухопроводы имеют диаметры, достигающие 1500 мм.

Общее требование для сжатого воздуха — отсутствие механических примесей, влаги, паров масла. Очистка от механических примесей осуществляется с помощью фильтров, а от влаги и паров масла — путём охлаждения сжатого воздуха. Однако при этом не вся влага конденсируется, и её наличие в трубопроводах может привести к образованию ледяных пробок.

Получение сжатого воздуха требует значительных затрат. Так, например, стоимость доменного дутья составляет около 30% стоимости чугуна.

Компрессорные машины

Применяемые для получения сжатого воздуха компрессорные машины можно подразделить

  • по степени повышения давления на:
    • — вентиляторы (степень повышения давления 1,15);
    • — компрессоры (степень повышения давления превышает 1,15) ;
  • по принципу действия на:
    • — объёмные (поршневые и роторные);
    • — лопастные (центробежные и осевые);
    • — струйные.

На металлургических заводах находят применение, в основном, центробежные и поршневые компрессорные машины.

Компрессорная установка состоит из компрессора с двигателем, маслоотделителя, газосборника (ресивера), охладителя, предохранительного клапана и контрольно-измерительной аппаратуры.

Поршневые компрессорные машины классифицируют

  • по давлению:
    • — низкого (до 0,25 МПа);
    • — среднего (0,25-10 МПа);
    • — высокого (более 10 МПа) давления;
  • по производительности:
    • — малой производительности (менее 160 м3/ч);
    • — средней производительности (160 — 4000 м3/ч);
    • — высокой производительности (более 4000 м3/ч);
  • по способу действия: простого и двойного действия;
  • по положению цилиндров: с горизонтальным и вертикальным положением цилиндров;
  • по числу ступеней: одно- и многоступенчатые;
  • по способу охлаждения: с воздушным и водяным охлаждением;
  • по назначению: для сжатия воздуха, кислорода, других газов.

Центробежные компрессорные машины работают в широком диапазоне давлений. Для получения давлений, больших 15 кПа, применяют многоступенчатые компрессоры.

В центробежных компрессорных машинах сжимаемый воздух движется по направлению от оси к периферии колеса, а у осевого компрессора — вдоль оси.

Водоснабжение предприятий и очистка сточных вод

Водоснабжение металлургических заводов

Система водоснабжения включает комплекс сооружений и устройств для забора воды из источника водоснабжения, её очистки, хранения, подачи и распределения между потребителями. На металлургических заводах применяют прямоточное, последовательное и оборотное водоснабжение. Поэтому имеются водоводы свежей технической воды, оборотной или повторно используемой воды, производственного (технического) водоснабжения, снабжения питьевой водой и пожарного водоснабжения (объединенного с производственным или питьевым водоснабжением).

При прямоточном водоснабжении отработанная вода после очистки и охлаждения сбрасывается в водоём, из которого была взята.

Последовательное водоснабжение предусматривает повторное использование воды рядом потребителей с учетом их требований к качеству воды.

В оборотных циклах водоснабжения вода подвергается очистке от взвешенных в ней веществ и охлаждению и снова используется. Свежая вода потребляется только для компенсации потерь, составляющих порядка 5% от количества воды, находящейся в обороте. Очистка воды производится в отстойниках или гидроциклонах, а также аппаратах тонкой очистки (фильтрах), охлаждение — в прудах охладителях, брызгальных бассейнах, в башенных и вентиляторных градирнях.

Охлаждение воды в системах оборотного водоснабжения

Тип и размеры охладителей воды принимают в зависимости от требуемого расхода воды, расчётной температуры охлаждения, требований технологического процесса и ряда других факторов.

Пруды охладители и брызгальные бассейны применяют при невысоких требованиях к охлаждению воды: разница температур охлаждаемой и охлаждённой воды не более 5-10 °С.

В системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого охлаждения воды, применяют башенные градирни с капельными или плёночными оросителями. Движение охлаждающего воздуха навстречу охлаждаемой воде из оросителей в градирнях башенного типа происходит за счёт естественной тяги, разница температур охлаждаемой и охлаждённой воды не более 5-12 °С.

Вентиляторные градирни применяют при необходимости устойчивого и глубокого охлаждения воды. Отличаются вентиляторные градирни от башенных отсутствием вытяжных башен. Движение охлаждающего воздуха навстречу охлаждаемой воде организуется с помощью вентиляторов. В градирнях этого типа разница температур охлаждаемой и охлаждённой воды составляет 10-15 °С. В вентиляторных градирнях осуществляется автоматическое поддержание температуры охлаждённой воды на заданном уровне путём изменения производительности вентиляторов.

Подача воды потребителям

Свободный напор воды у абонента, складывающийся из геометрической высоты подачи воды, потерь напора в сети водопровода и остаточного напора на излив воды, колеблется от 0,13-0,2 МПа на ТЭЦ-ПВС до 2 МПа на охлаждении кислородных фурм.

Количество подаваемой на металлургический завод свежей технической воды складывается из суммы всех безвозвратных потерь воды и количества сбрасываемых в водоёмы сточных вод. Безвозвратные потери воды имеют место в процессе производства, в охладительных устройствах, за счёт фильтрации через грунт, а также со шламом.

Подача воды потребителям осуществляется насосными станциями, которые на металлургических заводах делят на три категории.

К первой категории относятся насосные станции (или группы насосов), подающие свежую воду, воду для нужд пожаротушения и основным потребителям: на охлаждение высокотемпературных агрегатов (доменные и сталеплавильные печи), на ТЭЦ-ПВС, газоочисткам доменных и сталеплавильных цехов, к вращающимся печам огнеупорного производства. Ко второй категории — подающие воду прокатным цехам, кислородным и компрессорным станциям, аглофабрикам, огнеупорным и метизным производствам. К третьей группе — подающие воду ремонтным цехам и другим абонентам, имеющим вспомогательное значение.

Очистка сточных вод

Сточные воды металлургических заводов содержат окислы железа, оксиды кальция и магния, углерод, сульфаты, масла, хлориды и другие вещества. Для механической очистки сточных вод в составе очистных сооружений используют различные решетки. При производительности станции для очистки сточных вод, превышающей 100 м3/сутки, устанавливают специальные песколовки, представляющие собой песчаные фильтры, улавливающие твердые частицы. Отстаивание сточных вод производится в отстойниках. Так как скорость движения воды мала из-за большого поперечного сечения отстойника, твёрдые частицы под действием гравитационных сил выпадают в осадок и удаляются в виде шламов (обводненный осадок). Биологическую очистку сточных вод осуществляют при помощи биологических фильтров,в которых сточные воды фильтруются через крупнозернистый материал, покрытый биологической плёнкой, образованной колониями аэробных микроорганизмов, при этом происходит окисление находящихся в очищаемой воде органических веществ.

Сточные воды с повышенной кислотностью или щёлочностью перед отводом в канализацию населённого пункта или в водоём подлежат нейтрализации. Для нейтрализации допускается смешение кислых и щелочных вод, введение реагентов или фильтрование сточных вод через нейтрализующие материалы. Обеззараживание сточных вод производится жидким хлором или гипохлоридом натрия. Концентрация активного хлора в обеззараживаемой воде поддерживается на уровне от 3 до 10 г/м3.