РАЗДЕЛ 2
СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНЫХ ДСП КАК ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ
2.1 ОБЩИЕ СИСТЕМНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДСП
Выше отмечено, что особо значительными потенциальными возможностями плодотворного решения задач энергосбережения в металлургии располагает электрометаллургический комплекс. Основным источником ресурсо- и энергосбережения на локальном уровне иерархической структуры управления энерготехнологическими процессами плавления металлов является ДСП или ДСППТ. В данном разделе проводится обоснование структуры и количественных параметров алгоритма оптимизации теплоэнергетических процессов преобразования потоков электрической и др. источников технологической энергии как функции Fэ(q) и Fт(q). Целевая функция по оптимизации теплоэнергетических процессов равна F1(q)=f[Fэ(q),FT(q)] (рис.1.11). Составляющая алгоритма Fэ(q) является алгоритмом D-оптимизации энерготехнологических процессов ДСП (ДСППТ), она представляется видом отклика основных компонентов режимов плавления стали на локальном уровне Fт(q). Составляющая Fт(q) является, в свою очередь, функцией вектора (рис.1.10). Аргументами функции энергетической эффективности теплоэнергетических процессов ДСП (ДСППТ) являются синтезированные модели динамического КПД и его составляющих, полученные автором на основе анализа организационно-технологических и технико-экономических характеристик ДСП как объекта регулирования координат электросталеплавления [75,96,106]. Ниже рассматриваются вопросы обоснования оптимальных по энергосбережению значений параметров системы регулирования режимов мощных ДСП. В ЭПТ малой и средней мощности регулирование напряжения производится устройством ПБВ. ЭПТ мощностью (25 МВ?А и более) регулируется устройством РПН [30,101]. ДСППТ 6-25 т для работы в литейных цехах питаются от выпрямительных агрегатов мощностью 6-16 МВ?А. Для мощных и сверхмощных печей используются трансформаторы 63-160 МВ?А напряжением 110-330/35 кВ [78,107]. Электрооборудование ДСППТ стран СНГсредней емкости выполняется на напряжение 10 кВ [28], зарубежных - 35кВ. Анализ организационно-технологических и технико-экономических характеристик дуговых печей проводится применительно к условиям печей емкостью 50 и 100 т [108,109].
Анализ электроэнергетических и теплотехнических параметров ДСП как объектов регулирования проводится на основании фактора энергетической эффективности (удельный расход электроэнергии на 1 т выплавленного продукта [71,78,108-113]). Например, при выплавке в ДСП емкостью 100 т нержавеющей стали, удельный расход электроэнергии составляет 430 - 440 кВт?ч/т , а легированной стали 590-600 кВт?ч/т. Нами [70] предложено учитывать удельный расход электроэнергии на выплавку 1 т стали по выражению:
?min, (2.1)
где Pп - потребляемая печью мощность ; Wуд.т - теоретически необходимый расход электроэнергии на расплавление 1 т металла; ?P1, ?P2, ?P3 - соответственно мощности тепловых потерь в период соответственно расплавления, кипения и рафинирования и простоя; Т1,T2, T3 - соответственно периоды расплавления , кипения, рафинирования и период простоя (слив металла , очистка печи , подварка пода и стен, загрузка металла); q - масса садки; ?ЭЛ- электрический КПД. На начальном этапе автоматизации дуговых печей рациональность подхода заключалась в получении максимальной производительности при неучете расходов на электроэнергию [114]. На современном этапе энергетической ситуации за счет этого достичь экономических преимуществ не удается ввиду возросших цен на электро- и энергетические материалы и собственно электроэнергию. Нами предлагается концепция экстремальных соотношений между стоимостью энергоресурсов и доходами от производства металла на современном уровне развития практики электросталеплавления [60,109]. Величина удельного расхода электроэнергии на 1 т. производимой продукции вычисляется на основе НЭБ и ФЭБ [110]. НЭБ вычисляется при номинальных технологических и организационных условиях эксплуатации ДСП. В условиях реальной эксплуатации строятся ФЭБ. Суммарная величина количества электроэнергии, которую потребляет ДСП в период расплавления, определяется из выражения [97]:
, (2.2)
где Wт.п.- полезная энергия, идущая на нагрев и расплавление металла шлака, а также легирующих элементов и присадок; Wэкз- энергия экзотермических реакций периода расплавления;- сумма тепловых потерь; - сумма электрических потерь.
Полезная энергия, потребляемая печью, определится как
, (2.3)
где С1,С2 - средняя удельная теплоемкость металла соответственно в твердой и жидкой фазе; ?пл- температура плавления; ?о- начальная температура; ?пер- температура перегрева металла; gпл- теплота плавления. В тепловые потери входят потери теплопроводностью через футеровку, излучением через рабочее окно в период расплавления , с газами , с охлаждающей водой.
В состав электрических потерь входят потери в трансформаторе, электродах и "короткой сети" .
Потери теплопроводностью через футеровку [90,110]
, (2.4)
, (2.5)
здесь q - удельный тепловой поток [110]; H - высота цилиндрической стенки; - потери на излучение, равные
, (2.6)
здесь - коэффициент диафрагмирования; - температура металла; - температура окружающей среды.
- потери энергии через стенки и днище, равные
, (2.7)
здесь q - удельный тепловой поток через стены и днище; FP- расчетная площадь соответственно стен и днища; ?n- время потерь [90]; - потери энергии с охлаждающей водой ,
, (2.8)
здесь q - расход воды; С - теплоёмкость воды; ?1,?2- температура воды соответственно на входе и выходе.
Потери в трансформаторе:
, (2.9)