Газоснабжение

Види нагрівальних пристроїв, що використовуються у прокатних цехах, залежать від  номенклатури їх продукції. У обтискних  цехах, тобто на блюмінгах та слябінгах, використовують нагрівальні рекуперативні  та регенеративні колодязі. У сортових цехах для нагрівання заготовок  під прокатку труб, рейок, балок, проволоки, стрічки і т.д. використовують методичні  печі з проштовхуванням заготовок, з крокуючою подом та крокуючими балками, з обертовим подом, тобто  кільцеві та карусельні, інші нагрівальні  пристрої. Практично усі вони використовують у якості основного палива газ  і перебої у його постачанні призводять до порушень технології нагрівання.

До допоміжних споживачів газового палива відносять таких, що посередньо не приймають участь у виробництві  металу – ТЕЦ, опалювальні котельні, ковальські, термічні, ливарні та інші цехі. Вони працюють по перервному графіку, мають резервні агрегати, можуть перейти  з одного виду палива на другий. Наприклад, ТЕЦ замість газу може споживати  мазут або тверде паливо.

Витрата газу на підприємстві у окремі періоди змінюється. Це пояснюється  зміною навантажень агрегатів, їх технічним  станом, змінами у технології, підключенням додаткових споживачів, наприклад, узимку опалювальних котельних. Коливання  витрати газу призводять до коливань тиску у мережі газопроводів. Поглинання цих коливань виконується буферними  споживачами. На деяких підприємствах  використовують газгольдери об’ємом 50 та 100 тис. м³. Однак у металургії вони не знайшли розповсюдження з-за своєї малої ємності. На металургійних підприємствах газо споживання можна гнучко регулювати за рахунок допоміжних споживачів.  Наприклад, котлоагрегати ТЕЦ виконують роль буферних споживачів коксового та доменного газу, а за необхідності можуть відмовитися від газового палива та перейти на тверде або рідке. Окрім того, невеликі небаланси у приході та витраті газу компенсуються за рахунок великої акумуляторної здатності розвиненої мережі заводських газопроводів.     

Газовий баланс є частиною паливно – енергетичного балансу (ПЕБ) промислового підприємства, що враховує споживання та отримання різних видів  палива. За допомогою ПЕБ встановлюється режим раціонального використання енергетичних ресурсів підприємства та виявляються резерви їх економії.

Основою ПЕБ є матеріальний баланс, який складається з урахуванням  питомих норм споживання енергії  та палива на проведення технологічного процесу усього підприємства. Звичайно норми витрати палива відносять  до одиниці основної продукції, наприклад, до 1 тони прокату, сталі, чавуну.

Для кількісної оцінки взаємозв’язку  між виробничими та енергетичними  цехами, для узагальнення часткових  матеріальних та енергетичних балансів усередині підприємства використовують метод матричної моделі. За цім  методом для кожного виду енергоносія  складають рівняння:

,

де Х_і – об’єм енергії, що споживається, у одиницях умовного палива або у Дж;

а_іj – норма витрати і – того виду енергії на виробництво j – тої продукції;

х_j – об’єм виробництва j – тої продукції;

у_і – кількість і – тої енергії, що відпускається стороннім споживачам; і = 1, 2, ..., n.

Система подібних рівнянь складає  матричну модель балансу. Для визначення повних витрат енергії вирішують  цю систему і знаходять n значень Х_і. При цьому для кожної продукції можна передбачити різні види енергії та вибрати оптимальний варіант ПЕБ.

Усі промислові підприємства за структурою газового балансу поділяються на 4 групи:

1.Підприємства, які тільки споживають  горючий газ. Паливом для них  слугує звичайно природний або  генераторний газ.

2.Підприємства, які споживають  та виробляють горючий газ,  але виробництво не забезпечує  повну потребу у газі. Дефіцит  газового палива у них покривається  за рахунок твердого або рідкого  палива, природного або генераторного  газу. На металургійних підприємствах  дефіцит газового палива може  складати до 50%.

3.Підприємства, які повністю забезпечують  себе горючими газами. Це заводи  з повним металургійним циклом.

4.Підприємства, які повністю забезпечують  себе та постачають стороннім  споживачам горючі гази. Це, наприклад  металургійний комбінат без прокатних  цехів.

Газовий баланс металургійного підприємства складають з урахуванням виходу газу з усіх джерел, нерівномірності  споживання його, можливих змін виходу газу при зупинках обладнання на ремонт. Газовий баланс повинен забезпечувати  безперебійну роботу підприємства у  цілому.

Розрізняють три види газового балансу: фактичний, плановий та перспективний.

Фактичний складають за результатами роботи за даний період часу. Він  може бути надлишковий та дефіцитний. За допомогою фактичного балансу  визначають забезпеченість горючим  газом підприємства;

Надлишковий баланс газу виникає, наприклад, при зупинці споживачів газу на ремонт. Надлишковий газ споживається або  буферними споживачами, або сусідніми  підприємствами.

Дефіцитний баланс показує нестачу  газу. Для усунення дефіциту газу можна  провести наступні заходи:

а)перевід обладнання на більш калорійний газ;

б)зниження питомих витрат палива за рахунок удосконалення технології та обладнання;

в)упровадження інтенсифікаторів процесу, наприклад, кисню;

г)підключення до газової мережі підприємств, що розташовані поблизу.

Плановий та перспективний баланси  складають на визначений час наперед (на місяць, на квартал, рік) та з урахуванням  перспектив розвитку підприємства (на 3 ¸ 5 і більше років наперед).

Газовий баланс складається з прибуткової  та витратної частин. При складанні  балансу об’єми газу перераховують до нормальних умов (0⁰С та 760 мм рт. ст..). Теплоту згоряння стандартизують:

-доменний газ 4187 кДж/м³ (1000 ккал/м³);

-коксовий газ 16,75 МДж/м³ (4000 ккал/м³);

-природний газ 33,5 МДж/м³ (8000 ккал/м³);

-феросплавний газ 8,374 МДж/м³ (2000 ккал/м³).

Окрім того, враховують можливі витоки газу через нещільності. При доброму  стані агрегатів та мереж неминучі втрати газу повинні не більше 4% доменного  газу від його виходу, 0,5% коксового, 0,1% природного та 15% феросплавного газу.

До прибуткової частини балансу  входить вихід газу з генераторів  та надходження його із зовнішніх  джерел:

SQ_П = Q_д + Q_к + Q_ф + Q_ПР + Q_кн,

де  Q_д , Q_к , Q_ф , Q_ПР , Q_кн – прибуток тепла від доменного, коксового, феросплавного, природного та конвертерного газів.

Вихід доменного газу розраховують за балансом вуглецю доменної плавки. У загальному вигляді цей баланс має вигляд:

С_с + С_а + С_и + С_п + С_м = С_ч + С_ш + С_г + С_к + П_с ,

де С_с , С_а , С_и , С_п , С_м – кількість вуглецю, що вноситься коксом, агломератом, вапняком, природним газом, мазутом або пилом, який вдувається до фурменної зони;

С_ч , С_ш , С_г , С_к – кількість вуглецю, що виноситься чавуном, шлаком, доменним газом, колошниковим пилом;

П_с – втрати вуглецю у доменному виробництві.

Звичайно величини  С_ш , С_а , С_к з огляду на їх малу величину у розрахунках не враховують.

Вихід доменного газу на 1 тону чавуну, що виплавляється:

, м³/т,

де Q_Г, 4187 – фактична та стандартизована теплота згоряння доменного газу, кДж/м³;

К – коефіцієнт, що враховує втрати вуглецю у доменному процесі  та вплив неврахованих компонентів  доменної плавки, які утримують вуглець;

G_c, G_и, G_м – питома витрата коксу, вапняку, мазуту (пилу) на 1 тону чавуну, кг/т;

G_п – питома витрата природного газу, м³/т;

А_с,  А_и,  А_м,  А_ч – вміст вуглецю у коксі, вапняку, мазуті (пилу) та у чавуні, % мас.;

А_п – вміст вуглецю у природному газі, кг/м³;

0,985 – коефіцієнт втрат чавуну  у процесі його виробництва  (1,5%);

0,536 – коефіцієнт перерахунку  вмісту вуглецю з % об. у % мас.;   

 СО₂, СО, СН₄ - % об. цих сполук у доменному газі;

1000 та 100 - коефіцієнти, що узгоджують  одиниці виміру.

Витрату коксового газу визначають також за балансом вуглецю:

, м³/тону сухої шихти,

де К = 0,97 ¸ 0,99 - коефіцієнт, що враховує втрати вуглецю при завантаженні шихти;

А_ш,  А_к,  А_с,  А_б – вміст вуглецю у шихті, коксі, смолі та бензолі, кг/тону шихти;

СО₂, СО, СН₄ - % об. цих сполук у коксовому газі.

Для визначення виходу коксового газу можна також користуватися емпіричною формулою:

,

де Q_Г; 16,75 – фактична та стандартизована теплота згоряння коксового газу, МДж/м³;

r_Г – густина коксового газу, кг/м³;

G_ш - вихід летючих речовин, %.

Вихід феросплавного газу:

, м³/т шихти,

де К = 0,96 ¸ 0,99 - коефіцієнт, що враховує втрати вуглецю при виробництві феросплаву;

G_к, G_е, G_ш, G_шл - питома витрата коксу, електродів, шихти та вихід шлаку, кг/т шихти;

А_к,  А_е,  А_ш,  А_шл,  А_ф  – вміст вуглецю у коксі, електродах, шихті, шлаку та феросплаві, %;

СО₂, СО, СН₄ - вміст цих сполук у феросплавному газі, % об.

Спрощений розрахунок виходу феросплавного  газу виконують за формулою:

,

де  Q_Г; 8,374 – фактична та стандартизована теплота згоряння феросплавного газу, МДж/м³;

Р  - коефіцієнт, що враховує ступень  поновлювання кремнію з кварциту; для 45% - ного FeSi     P = 44,8;  для 75% - ного FeSi     P = 43,9;

SiO₂ – вміст   SiO₂ у кварциті, %.

Вихід конвертерних газів у процесі  кисневої продувки металу розраховують за формулою:

V_Г = 0,01L(G_ч А_ч +  G_с А_с - 1000 А_ст), м³/т,

де L – кількість газу, що виділяється на 1 кг вуглецю, який вигоряє; це значення можна прийняти біля 1,866 м³/кг при складі конвертерного газу 90% СО та 10% СО₂;

G_ч , G_с  - питома витрата чавуну та скрапу, кг/т;

А_ч, А_с, А_ст – вміст вуглецю у чавуні, скрапі та сталі, %.

Витратна частина балансу  газу – це сумарна витрата його споживачами:

SQ_P = q₁V₁ + q₂V₂ + ….+ q_nV_n,

де q₁, q₂, …., q_n – питомі норми витрати газу;

V₁, V₂ ,…., V_n – кількість продукції, що випускається за даний період часу.

Кількість природного газу, що треба отримати з магістральних  газопроводів, визначається дефіцитом  власних паливних ресурсів:

V_ПГ = (SQ_P - SQ_ПС)/Q_Н^Р ,

де SQ_P та SQ_ПС – загальна потреба у теплі споживачів та прибуток тепла з горючими газами власного виробництва.

Газовий баланс є узгодженим, якщо статті прибутку з урахуванням втрат дорівнюють статтям витрат.

Тема 8. Системи  газопостачання підприємств.

Системи газопостачання промислових  підприємств з внутрішніми джерелами  газу. Системи газопостачання промислових  підприємств без внутрішніх джерел газу. Мережі газопроводів усередині  цеху. Системи газопроводів технологічних  агрегатів.

 

Системи газопостачання промислових  підприємств поділяються на два  види: з внутрішніми джерелами  газу та без них.

Вибір схеми газопостачання підприємства, що має внутрішні джерела газу, залежить від виду газу, технології виробництва продукції, способів подавання  газу, взаємного розташування джерел газу та споживачів. Система газопостачання повинна мати мінімальну довжину  газопроводів; відповідати вимогам  до їх прокладання; мати можливість відключення  окремих споживачів газу, а також  переводу їх на резервне паливо; використовувати  максимально однотипне обладнання та споруди; передбачати можливість розширення виробництва; бути надійною, безпечною у експлуатації, простою  та зручною у обслуговуванні, економічно обґрунтованою.

На рис. 19 наведена схема газопостачання металургійного підприємства доменним та коксовим газом, а на рис. 20 – природним  газом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Після доменних печей газ  через уловлювачі пилу та газоочисні споруди подається у основні  магістралі системи газопостачання і через них – у коксові  батареї. Після цехів уловлювання  коксовий газ надходить на газо підвищувальну  станцію (ГПС), де його тиск підвищується до заданого рівня. Доменний та коксовий газ подається також у повітродувні станції, у цех агломерату через  газозмішувальну станцію (ГЗС), у  мартенівський цех, на блюмінги, у  прокатні цеха через ГПС, у ремонтно - механічний цех через змішувальну  станцію.

Природний газ надходить з міської  мережі з тиском 1,2 МПа і знижує свій тиск у ГРП першого ступеня  до 0,3 МПа. Через ГРП другого ступеня  природний газ надходить у  прокатні та ремонтні цеха. По другому  газопроводу від ГРП першого  ступеня газ з тиском 0,9 МПа  подається у мартенівський цех. На другому ГРП першого ступеня  тиск газу знижується до 0,6 МПа, 0,8 МПа, 15 кПа і він надходить через  ГРП другого ступеня на аглофабрику, у доменний цех і на ТЕЦ.

Схеми газопостачання промислових  підприємств без внутрішніх джерел газу складаються з вводів газопроводів на територію; міжцехових газопроводів; газопроводів усередині цехів; регуляторних пунктів та установок; пунктів виміру витрати газу; обв’язувальних газопроводів агрегатів.