Расчет энергетических параметров дуговой сталеплавильной печи

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1862

Цикл плавки в ДСІІ включает период плавки и период межплавильного простоя. Чем меньше время межплавильного простоя, тем меньше тепловые потери и, следовательно, больше эффективность работы ДСП. Удельная мощность тепловых потерь определяется садкой печи, ее геометрическими параметрами. С увеличением емкости печи величина ее удельной поверхностной теплоотдачи уменьшается по гиперболе, и, соответственно, уменьшаются тепловые потери.

5.3.1 Расчет тепловых потерь

Удельные расходы электроэнергии на расплавление или перегрев металла и шлака ( ) обычно изменяются в нешироких пределах. Если принять температуру плавления стали равным 1500 , а величину ее перегрева 100 , кратность и температуру шлака, соответственно, 0,04 и 1650 , то

Для приблизительной оценки удельной мощности тепловых потерь в период плавки можно воспользоваться соотношением, полученным В.Н.Соколовым (обработка фактических данных по печам):

5.23

гдеС = 225 кВт/т для малых печей;

С=360 для средних и крупных печей.

Удельную мощность тепловых потерь во время межплавильного простоя в первом приближении можно принять в 1,5 раза большей удельной мощности тепловых потерь в период расплавления

5,24

5.3.2 Расчет мощности печного трансформатора

Для уменьшения расхода меди, потерь энергии и падения напряжения в проводах электрическая энергия, вырабатываемая электростанциями, трансформируется до потребителей током сравнительно небольшой силы (порядка сотен ампер) и высокого напряжения – десятков, а в последние годы и сотен кВ.

Дуговые сталеплавильные печи питаются током сравнительно низкого напряжения 100…850 В, но силой в десятки тысяч А (до 80…100 кА). Электропечная установка (ЭПУ) состоит из двух частей: самой печи и электрической подстанции, основным элементом которой является трансформатор, обеспечивающий питание печи электрической энергией.

Кроме этого, в помещении подстанции содержится пусковая, распределительная, сигнальная, защитная, контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура.

Одной из основных тенденций развития ЭПУ является повышение удельной мощности (кВА/т). При этом сокращается время расплавления, растет производительность, снижаются удельные капитальные затраты, расход энергии, электродов и стоимость переработки, увеличивается производитель­ность труда. Большая мощность имеет не только технико-экономические, но и технологические преимущества: с уменьшением времени плавления снижаются потери металла и легирующих элементов, газопроницаемость, увеличивается температура и влияние рафинирования окислительного периода (это особенно важно при одношлаковом процессе).

При рациональном электрическом режиме увеличивается стойкость футеровки, улучшаются качество шлака, условия проведения периода восстановления.

Полная мощность трансформатора используется только в периоде плавления. В окислительном периоде используется 60…70 %, в периоде восстановления – 40…50 % полной мощности трансформатора. Поэтому большая мощность тем более эффективна, чем меньше время межплавильного простоя и длительность технологических периодов. Продолжительность этих периодов плавки сокращается с 2,5…3,0 часов до 1,5…2,0 часов за счет механизации, внедрения разнообразных средств интенсификации плавки, и т.д.

Мощность трансформатора определяется из уравнения энергетического баланса периода плавления шихты. Это уравнение, которое дает аналитическое выражение связи между продолжительностью и введенной в печь электрической мощностью, с некоторыми упрощениями может быть представлено в виде:

5.25

где – номинальная емкость печи, т;

– электрическая мощность, которая вводится в печь, кВт;

, – продолжительность, соответственно, межплавильного простоя и технологическихпериодов, ч.;

– удельная тепловая энергия окисления примесей и железа шихты, ;

– удельный расход электроэнергии на расплавление и перегрев металла и шлака, ;

, – удельная мощность тепловых потерь в периоды межплавильногопростоя и расплавления, кВт/т.

Анализ фактических данных показал, что доля тепла экзотермических реакций ( ) в части прихода в энергобалансе практически не зависит от емкости печи. Ее величина при обычной практике применения О₂ для интенсификации заключительной стадии периода плавления меняется в сравнительно нешироких пределах и может быть принята равной 0,2 от общего поступления энергии, т.е.

5.26

Подставив значения , найденное в (5.25), в левую часть уравнения (5.26), получим, МВт:

5.27

Получив из (5.27) электрическую мощность, которую необходимо ввести в печь, можно определить номинальную мощность печного трансформатора, которая с учетом степени ее использования и реактивных потерь мощности в ЭПУ равно, кВА:

5.28

где К – коэффициент использования номинальной мощности трансформа­тора в период плавления;

– коэффициент мощности;

– электрический КПД.

Коэффициент К учитывает неустойчивость горения дуг в начале расплавления, неполное использование номинальной мощности в начале и, особенно, в конце плавки (когда для сохранения футеровки работают на пониженном напряжении), а также отклонение фактических параметров работы печи от заданных. Его величина для ДСП, работающих на твердой завалке, равна 0,8.

При определении во всем диапазоне емкостей печей можно воспользоваться корреляционным уравнением

5.29

Подставив значения в (5.28), получим

5.30

Для печей емкостью до 6 т =0,9.

Для мощных большегрузных ДСП емкостью 100…200 т, которые оборудуются трансформаторами на 60 и 125 МВА, создана рациональная конструкция токопроводов, что позволяет снизить реактивную мощность и несимметричность распределения нагрузки между электродами.

Кроме этого, совершенствуется система автоматического регулирования мощности и оптимизации электрических режимов. В этой связи трансформатор мощностью 50…60 МВА будет иметь =0,82, а трансформатор мощностью 100…125 МВА – 0,68. Поэтому в расчетах для печей вместимостью от 50 до 200 т значение можно принимать в пределах 0,8…0,75, а для печей емкостью 200 т и более – равным 0,7.

С увеличением емкости и мощности ДСП ЭПУ уменьшается. В последние годы с целью его повышения, особенно для мощных большегрузных ДСП, уменьшают реактивную мощность печного контура, находят оптимум в электрическом режиме, увеличивают вторичное напряжение трансформатора, применяют устройства для искусственной компенсации реактивной мощности (конденсаторные батареи). Поэтому в расчетах для печей от 50 до 200 т, оборудованных трансформаторами по ГОСТ 7207-70, значение можно брать 0,8, а для печей емкостью более 200 т – 0,7.

Таблица 5.4 – трансформаторов для мощных большегрузных ДСП

Тип печи	ДСП-100	ДСП-200
Номинальная мощность, МВА
(предварительная оценка)	0,82	0,68

Поэтому в расчетах при в пределах 25…60 МВА – =0,8; 60…125 МВА – =0,8…0,7; больше – 125 МВА =0,7.