2. Расчет выхода вэр предприятия черной металлургии

2.1. Расчет выхода ВЭР доменного производства

Выплавка чугуна очень энергоемкое производство. Установлено, что на производство 1 т. чугуна затрачивается около 25 ГДж тепла, при этом только около 40% используется полезно.

В общем выходе ВЭР доменного производства отдельные виды ВЭР составляют:

• химическая энергия доменного газа – 30-50 %;

• физическое тепло доменного газа – 5 – 8 %;

• физическое тепло жидкого чугуна 7 – 13 %;

• физическое тепло шлака 6 – 9 %;

• тепло охлаждения доменной печи 2 - 4 %;

• избыточное давление доменного газа – 2 %;

• тепло уходящих газов воздухонагревателей – 4 – 6 %.

2.1.1. Химическая энергия доменного газа.

Химическая энергия доменного газа определяется его количеством и теплотой сгорания. Удельный выход доменного газа v_д.г. на 1 т чугуна определяется по балансу углерода в шихте, топливе, чугуне и доменном газе.

, (10)

где к – коэффициент, учитывающий потери углерода в домен- ном процессе (см. приложение);

G_к, G_и, В_тв.т., В_т – расход сухого скипового кокса, известняка,

твердого и газообразного топлива (кг/ч, м³/ч);

с_к, с_и, с_тв.т., с_ч – содержание углерода в коксе, известняке, то-

пливе, чугуне (%);

СО, СО₂, СН₄ - содержание углеродистых соединений в до-

менном газе, % по объему.

Содержание углерода в газообразном топливе определяется в зависимости от его состава

, кг/м³

Годовой выход доменного газа равен

V_д.г = v_д.г G_чуг , м³/год

Выход стандартного доменного газа можно определить по формуле

, ст/м³ (11)

После очистки доменный газ направляется к потребителям. Обычно потери газа составляют  5%. Поэтому возможное использование химической энергии доменного газа равно 95 % от его выхода.

2.1.2. Физическое тепло доменного газа.

Температура доменного газа на выходе из печи (на колошнике) обычно составляет 400 – 300 ^оС. Физическое тепло доменного газа может быть использовано для выработки пара, подогрева воды, а в комплексе с избыточным давлением для выработки электроэнергии в ГУБТ

Выход физического тепла доменного газа равен произведению количества газа на его средние теплоемкость и температуру (1) Возможная его утилизация равна разности энтальпии газа на выходе в утилизационную установку и на выходе из нее ( 2).

Возможная выработка тепла в утилизационной установке и возможная экономия топлива при тепловом направлении использования ВЭР определяется по формулам (1.3; 1.7)

2.1.3. Тепло охлаждения доменной печи

Потери тепла с охлаждаемой водой определяются по формуле

, ГДж/ч (12)

а возможная выработка пара в системе испарительного охлаждения определяется из выражения

, ГДж/год (13)

где v- объем доменной печи, м³;

п – число воздушных фурм, которое зависит от объема печи

объем печи	до 1050	1050- 1250	1250- 1500	свыше 1500
число фурм	12	14	18	24

к – коэффициент, учитывающий сорт выплавляемого чугуна:

• для передельного чугуна к = 1;

• для литейного чугуна к = 1,1

• для специального чугуна к = 1,2 ÷ 1,4

х – коэффициент, учитывающий долю холодильников, пере-

веденных на испарительное охлаждение;

 - число часов работы СИО в год.

2.1.4. Физическое тепло уходящих газов воздухонагрева-

телей доменной печи

Температура уходящих газов воздухонагревателей составляет 250– 450 ^оС. Тепло может быть использовано для горячей воды, холода в абсорбционных установках, для подогрева очищенного доменного газа в системе ГУБТ.

Выход и возможное использование тепла уходящих газов воздухонагревателей определяется по формулам (1.1; 1,2). Температура газов на выходе из утилизационной установки выбирается в зависимости от типа установки. Следует обратить внимание, что при определении энтальпии продуктов сгорания на выходе из утилизационной установки необходимо учитывать увеличение коэффициента избытка воздуха  за счет подсосов воздуха по газовому тракту.

2.1.5 Физическое тепло жидкого чугуна

Выход тепла жидкого чугуна определяется его количеством и энтальпией (1). Энтальпия чугуна (h) в зависимости от температуры (t) определяется по формулам М.А. Павлова:

- для передельного чугуна

, кДж/кг;

- для литейного чугуна

, кДж/кг.

2.1.6 Физическое тепло жидкого шлака

Выход тепла жидкого шлака определяется его количеством и энтальпией (1). Энтальпия жидкого шлака определяется по формулам:

- при температуре шлака 1300-1450 ^оС

, кДж/кг;

- при температуре шлака больше 1450 ^оС

, кДж/кг.

2.1.7 Избыточное давление доменного газа

Следует обратить внимание, что при наличии сухой газоочистки доменного газа наиболее оптимальной является схема использования его физического тепла и избыточного давления в ГУБТ.

Полезная работа 1 м³ в турбине определяется по формуле:

, кДж/м³ (14)

где с_р – объемная теплоемкость при постоянном давлении и

температуре, кДж/м³К;

Т₁ – абсолютная температура доменного газа перед турби-

ной, К;

_оі – относительный внутренний КПД турбины (0,85-0,9);

_м – механический КПД турбины (0,96-0,99);

- степень расширения газа в турбине:

Р₁ – давление газа на входе в турбину, ат (мн/м²);

Р₂ – давление газа на выходе из турбины, ат (мн/м²).

Часовой расход газа через турбину определяется по формуле:

, м³/ч., (15)

где  - доля доменного газа проходящего через ГУБТ.

По величине удельной работы и расходу газа определяется необходимая мощность турбины

, кВт (16)

Возможная выработка электроэнергии

W = N ^.  ^. _ген, кВт.ч/год (17)

Годовая экономия топлива

 В = в_зам ^. W , т.у.т./год (9)

Для упрощения расчетов на основе формул (14,16) построена номограмма (см. приложение 8) по которой при заданных температуре и давлении газа перед турбиной можно определить удельную работу газа и при известном часовом расходе газа через турбину – мощность турбины.

2.2. Расчет выхода ВЭР сталеплавильного производства

На производство 1 т. мартеновской стали расходуется примерно 4 ГДж тепла топлива, при этом более 50 % расходуемой части теплового баланса представляют ВЭР. К ним относятся: физическое тепло уходящих дымовых газов (25 %); физическое тепло стали (20 %), шлака (6 %), тепло охлаждения элементов печи (8 %).

При кислородно-конвертерном производстве стали (безтопливный процесс) так же образуются ВЭР в виде химической энергии и физического тепла конвертерного газа, тепла стали и шлака.