Disertatie PDF

8/16/2019 Disertatie PDF

1/55

Universitatea „Dunarea de Jos” Galați

Facultatea de Automatică, Calculatoare Inginerie Electrică și Electronică

Program de măsuri pentru reducereaconsumurilor la un agent economic din

categoria marilor consumatori de energie

Coordonator Științific: Student:

Profesor Dr. Ing. Toader MUNTEANU Marius MATEI

2015


2/55

REZUMAT

La ora actuală datorită creșterii prețului energiei electrice și a gazelor naturale dar șidatorită competitivității pe piața oțelului, există un interes major pentru reducereaconsumurilor de energie în conturul energetic al furnalelor.

Lucrarea de față își propune să scoată în evidență trei din subcontururile mariconsumatoare de energie ale furnalului 5, ultimul furnal în funcțiune de pe platformasiderurgică.

Capitolul 1 cuprinde informații generale despre componența furnalului de la Galați.Aici sunt prezentate principalele agregate anexe, precum și modul lor de funcționare.

În capitolul 2 s-au prezentat pe larg cele trei subcontururi mari consumatoare deenergie. Aceste subcontururi sunt: sistemul de desprăfuire al halei de turnare, cauperele șisubconturul turbosuflantelor.

Transformările energetice din contur şi posibilităţile de reducere a consumurilor deenergie au fost prezentate în capitolul 3.

În capitolul 4 s-au prezentat soluţiile alese pentru reducerea consumurilor de energie specifice fiecărui subcontur. Soluțiile au fost prezentate pe larg, s-au aratăt înregistrări aleunor situații actuale și simulări ale unor consumuri în situațiile în care soluțiile propuse vor fiimplementate.

Capitolul 5 cuprinde evaluarea tehnico economică a soluţiilor propuse. Aici s-aufăcut calcule în care s-au arătat ce economii aduc ideile propuse intr-un an calendaristic.


3/55

SUMMARY

Nowadays, due to rising of the prices of electricity and natural gas and also due to

competitive steel markets, there is a major interest in reducing energy consumption for the

energy contour of furnaces.

This paper aims to highlight three of the greatest energy consumers of furnace no. 5,

the last operational furnace on the steel platform.

Chapter 1 provides general information about the structure of the furnace in Galati.

Here are introduced the main aggregates and their way of operation.

In Chapter 2 are extensively presented the three intensive energy consumers. These

consumers are: the dusting system of the casting hall, the hot stoves and the turboblowers.Energy transformations in contour and ways of reducing energy consumption are

presented in Chapter 3.

Chapter 4 presents chosen solutions to reduce specific energy consumption for each

consumer. The solutions are broadly presented, recordings of the actual situations and

simulations of consumption if the solutions will be implemented are also shown here.

Chapter 5 covers economical and technical assessment for the suggested solutions.

Here, calculations were done to show what savings bring the proposed ideas in a one year

period.


4/55

CUPRINS

1. Prezentarea conturului energetic .......................................................................... 1

1.1 Componență ..................................................................................................... 1

1.1.1 Instalaţia de r ăcire a Furnalului .................................................................. 1 1.1.2 Estacada buncărelor.................................................................................... 1 1.1.3 Schipurile ................................................................................................... 2

1.1.4 Aparatul de ȋncărcare ................................................................................. 3 1.1.5 Cauperele .................................................................................................... 4

1.1.6 Instalaţia de epurare a gazului de furnal ....................................................... 4 1.1.7 Maşinile de astupat şi perforat ...................................................................... 5 1.1.8 Instalaţia de desprăfuire a halei de turnare ................................................. 5

1.2 Proces tehnologic ............................................................................................. 6

2. Descriere contur ......................................................................................................... 9

2.1 Instalaţia de desprăfuire a halei de turnare ........................................................ 10 2.2 Turbosuflantele .................................................................................................. 14

2.3 Cauperele ........................................................................................................... 16

3. Transformările energetice din contur şi posibilităţile de reducere a consumurilor deenergie. Soluţii adoptate........................................................................................................... 20

3.1 Instalaţia de despr ăfuire a halei de turnare ........................................................ 20

3.1.1 Necesitatea şi oportunitatea acestei investiţii ............................................. 21

3.2 Turbosuflanta ..................................................................................................... 24

3.3 Cauperele ........................................................................................................... 26

4. Soluţiile alese pentru reducerea consumurilor de energie ....................................... 31

4.1 Soluţia aleasă pentru reducerea consumului de energie electrică la instalaţia dedespr ăfuire a halei de turnare ............................................................................................... 31

4.2 Soluţia aleasă pentru reducerea consumului de abur de catre turbosuflante şi deaer comprimat insuflat în furnal ........................................................................................... 33

4.3 Soluţia aleasă pentru minimizarea consumului de gaz metan şi maximizareaconsumului de gaz furnal folosite la încălzirea cauperelor .................................................. 35

5. Evaluarea tehnico economică a soluţiilor propuse ................................................... 39

5.1 Evaluarea tehnico-economică a metodei de reducere a consumului de energieelectrică prin alimentarea motorului de medie tensiune printr -un convertizor de frecvenţă39

5.1 Utilizarea aplicaţiei SinaSave pentru determinarea consumului de energie dupăinstalarea convertizorului de frecvență ................................................................................ 40

5.2 Evaluarea tehnico-economică a metodei de reducere a consumului de abur şi deaer comprimat din instalaţia turbosuflantelor ...................................................................... 45

5.3 Evaluarea tehnico-economică a metodei de reducere a consumului de gaznatural la caupere ................................................................................................................. 49

BIBLIOGRAFIE .......................................................................................................... 51


5/55

1

1. Prezentarea conturului energetic

În 1856 a fost descoperit procesul de elaborare a oţelului la scară industrială fiind punctul de pornire al revoluţiei industriale.

Oţelul ne face viaţa mai uşoară, mai sigură, mai bună. Este un component de bazăutilizat la construcţia de clădiri, poduri, autostrăzi, utilaje, este utilizat la realizarea produseloralbe, maşini de spălat, frigidere, aragazuri, face mijloacele de transport mai uşoare, mairezistente şi mai sigure.

Oţelul poate fi reciclat la infinit, astfel, oţelul este un material mai reciclat decâtîntreaga cantitate de aluminiu, hârtie, plastic şi sticlă la un loc.

Astăzi industria producătoare de oţel foloseşte cele mai noi tehnologii şi echipamentecontrolate prin programe de calculator pentru a produce oţel înalt calitativ.

Pentru elaborarea oţelului în convertizor materia primă de bază este fonta lichidă.Fonta este produsă în furnal. Până în prezent, furnalul este cel mai mare şi economic reactor

pentru producerea fontei.

Procesul de elaborare a fontei în furnal începe cu aprovizionarea materiilor prime.

Departamentul Furnale foloseşte o diversitate de materii prime (cocs, aglomerat, pelete,minereuri, materiale de adaos, cărbune) pentru a produce o anumită cantitate de fontă lacalitatea cerută de oţelărie.

1.1 Componență

Profilul furnalului reprezintă conturul spaţiului de lucru în secţiune verticală.Geometria interioară este diferită pe înălţimea furnalului, asigurând prin profilul realizatcurgerea cât mai uşoară a materialor încărcate în contracurent cu gazele calde ascendente.

Furnalul, pentru a putea să funcţioneze, include şi instalaţii auxiliare cu rol binedefinit ȋn procesul de obţinere a fontei, ȋn condiţii de siguranţă şi costuri cât mai mici. Ȋncontinuare se vor prezenta pe scurt marile instalaţii anexe ale Furnalului.

1.1.1 Instalaţia de răcire a Furnalului

Cor pul Furnalului cuprinde instalaţia de răcire cu rol vital ȋn buna funcţionare aacestuia. Ţinând cont ca ȋn interiorul acestuia temperaturile sunt de ordinul miilor de gradeCelsius, o defecţiune de doar câteva minute la instalaţia de răcire duce la “topireaFurnalului”. Altfel s pus, materialul topit, ajunge să perforeze elemenţii de răcire, apa intr ă ȋninterior si se poate produce o explozie cu repercursiuni grave.

De aceea, circuitul de r ăcire a Furnalului este alcătuit din mai multe circuite de r ăcire, pe fiecare circuit apa fiind pompată cu o pompă electrică, iar o a doua pompă este conectată

ȋn paralel la acelaşi circuit asigurându-se astfel funcţionarea continuă a instalaţiei de răcire.Ȋn cazul ȋn care există o pană de curent, sau ambele pompe se defectează, o a III-a

pompă, de data aceasta diesel, asigur ă r ăcirea Furnalului.

1.1.2 Estacada buncărelor

Estacada buncărelor face parte din asamblul instalaţiilor de alimentare ale Furnalului5 cu materii prime: minereu de fier, aglomerat, pelete, cocs, materiale de adaos. Ea permite

stocarea, pe sorturi a necesarului de materii prime pentru circa o zi de funcţionare afurnalului. În Estacada buncărelor sunt amplasate utilajele pentru sortarea granulometrică a materialelor ce urmează a fi încărcate în furnal, dozarea lor în conformitate cu reţeta de

încărcare şi alimentarea directă a benelor schipurilor.


6/55

2

Estacada buncărelor are rol de a asigura un stoc tampon pentru fiecare sort dematerial, formând o rezervă în funcţionarea furnalului. Materiile prime pentru alimentareafurnalului sunt transportate din depozitele de materii prime sau fabrica de aglomerare pe

transportoare cu bandă prin staţia de derivaţie Procesul de dozare al materiilor prime constă în extragerea materiilor prime din

buncăr ele de zi în conformitate cu reţeta de încărcare stabilită (matricea activă), ciuruirea şitransportul spre pâlniile cântar, dozarea, descărcarea din pâlniile cântar în skipuri şitransportul materiilor prime cu skipurile la pâlniile de primire ale aparatului de încărcare.

1.1.3 Schipurile

Bena skipurilor este destinată transportului materiilor prime de la Estacada buncărelordin groapa skipurilor la aparatul de încărcare.

Bena skipului este o cutie-vagonet din construcţie metalică sudată care circulă pecalea de rulare şi se descarcă prin basculare. Parţi componente:

- trenurile de rulare faţă şi spate;

- corpul benei căptuşit pe zonele de uzur ă intensă cu plăci de uzur ă ceramice;- jugul benei skipurilor cu sistemul de tracţiune cu balansieri pentru echilibrareatensiunii în cabluri.

Bena schipului se încarca cu materiile prime necesare furnalului în groapa skipurilordupă care este ridicată cu ajutorul troliului skipurilor până deasupra pâlniilor de primire undese r ăstoarnă prin intermediul celor două roţi exterioare ale trenului de rulare spate.

Troliul skipurilor face parte din categoria utilajelor de ridicat şi serveşte la acţionareasimultană a schipurilor. Cablul unuia din schipuri este legat la unul din capete tobei troliuluiiar cablul celuilalt schip este legat de celălalt capăt al tobei troliului. Prin acest sistem, cândtoba se roteşte într -un sens sau altul, unul din skipuri urcă iar celălalt coboar ă. Cablul skipuluicare urcă se înfăşoară pe toba şi ocupă locul cablului care se desf ăşoară de la skipul ce

coboar ă.Troliul este alcătuit din următoarele ansambluri principale:- toba pentru cele două cabluri ale skipurilor, montată pe batiu prin intermediul a două lagăre;- reductorul de turaţie cu două capete de cuplare de turaţie mare şi un capăt decuplare de turaţie mică;- două motoare electrice pentru acţionarea troliului;- două frâne de lucru cu saboţi, echipate cu câte un ridicător electrohidraulic,

acţionând pe cuplajele dinţate, care fac legătura dintre motoarele electrice şi reductorul deturaţie;

- o frână de siguranţă cu saboţi, montată pe capătul tobei opus reductorului de turaţie;- două dispozitive de siguranţă contra slă birii cablurilor montate de o parte şi alta a

tobei;

- echipamentul electric pentru comandă şi control montat pe troliu.Cele două schipuri sunt acţionate simultan de către troliu şi sunt legate la toba prin

câte un cablu astfel încât când un skip se află în groapa skipurilor pentru încărcare celălalt seaflă în pâlnia de primire în poziţia răsturnat. Când toba troliului începe să se rotească, schipuldin groapa schipurilor începe să urce, iar cel de la gâtul furnalului din poziţia basculată începe să coboare revenind în poziţia normală, datorită greutăţii proprii.

Din diagrama vitezelor, rezultă că funcţionarea troliului satisface următoarele condiţii:- schipul încărcat se deplasează în curbele de răsturnare cu o viteză mai mică de la

1.545 m/sec la zero asigurându-se stabilitatea lui în curbe, o golire lentă şi treptată, precum şio precizie crescută de oprire;


7/55

3

- schipul descărcat iese din curbele de r ăsturnare cu o viteză destul de mică, pentru aavea timp suficient să revină în poziţia normală;

- deplasarea schipurilor pe partea rectilinie a căii de rulare se face cu o viteză suficientde mare care asigur ă un timp de deplasare cât mai mic precum şi securitatea deplină a rulăriiskipurilor pe cale.

După o cursă completă skipurile îşi inversează poziţia astfel că skipul care a urcat seaflă în poziţie de descărcare în curbele de răsturnare, iar schipul care a coborât se găseste îngroapa schipurilor sub jgheaburile de deversare a materiilor prime. După încărcarea skipuluidin groapa schipurilor se dă comandă pentru reluarea funcţionării, de data aceasta însă sensulde rotire al tobei se inversează, realizându-se urcarea schipului încărcat care mai înaintecoborâse.

1.1.4 Aparatul de ȋncărcare

Aparatul de ȋncărcare al Furnalului este un ansamblu de echipamente prin intermediulcărora se realizează ȋncărcarea cu materii prime a Furnalului, ȋn condiţii de precizie maximă.

Aparatul de ȋncărcare a fost ȋnlocuit ȋn anul 2014 cu unul de tip Paul Wurth, acesta având ofiabilitate şi o precizie a ȋncărcării foarte bune, ceea ce duce la o prelungire a duratei de viaţă a Furnalului, cu costuri mai mici de ȋntreţinere, la o calitate a fontei superioar ă şi la o

productivitate crescută.

Fig. 1.1 – Aparatul de incarcare a furnalului

Materiile prime sunt aduse de schipuri şi descărcate în buncărele de alimentare, deunde curg în buncărul de materiale.

Buncărul de materiale este prevăzut în partea superioară cu două clape superioare deetanşare (clape taler).

După descărcarea materiilor prime din schip în buncărul de materiale, clapasuperioar ă de etanşare (clapă taler) corespunzătoare schipului care a transportat materiile

prime se închide iar buncărul de materiale este presurizat cu gaz de furnal semiepurat, prindeschiderea clapei de egalizare.

Dacă furnalul este gata de încărcare (condiţia de furnal gol este îndeplinită), va începesecvenţa de reglare a debitului de material descărcat în furnal, pentru acesta, se deszăvor ăşte

şi se deschide clapa inferioară de etanşare urmată de clapa de material care se deschide până într -o anumită poziţie dată care controlează debitul de curgere a diferitelor materiale.


8/55

4

Materiile prime încărcate în buncărul de materiale curg din buncăr prin clapa dematerial, clapa de etanşare inferioară şi mecanismul de acţionare al jgheabului basculant(cutia mecanismelor de rotire şi înclinare a jgheabului de distribuţie) care este protejată ȋmpotriva uzurii de un tub de alimentare central pe jgheabul de distribuţie aflat în rotire.

Jgheabul de distribuţie poate efectua simultan şi în mod complet independent o

mişcare de rotire în jurul axei centrale a furnalului precum şi o miscare de înclinare, astfelmateriile prime pot fi încărcate în orice punct se doreşte, pe suprafaţa coloanei de materiale.

Când buncărul de materiale este gol, clapa de material se închide după o deschiderecompletă urmată de clapa inferioar ă de etanşare care se zăvor ăşte.

1.1.5 Cauperele

Cauperele sau preȋncălzitoarele de aer, sunt echipamente destinate preȋncălzirii aeruluiintrodus ȋn furnal. Acestea au două regimuri de funcţionare: regimul de ȋncălzire (acumularede energie ȋn căr ămizile refractare din care este compus) şi regimul de vânt (cedare deenergie pentru ȋncălzirea aerului trimis către furnal).

Ȋn regimul de ȋncălzire cauperul este ȋncălzit folosind un amestec de energie compusdin gaz furnal (obţinut ȋn urma proceselor din interiorul furnalului) şi gaz natural (gaz metan).Gazul de furnal, deşi are o putere calorifică scăzută, reprezintă aproximativ 70-80%

din totalul de energie necesar ȋncălzirii cauperelor , ȋn timp ce metanul este folosit doar pentrua creşte temperatura gazelor rezultate ȋn urma combustiei. Cauperul este ȋncălzit până la otemperatur ă suficientă pentru a putea furniza pe regimul de vânt debitul de aer necesarfurnalului la temperatura de proces.

Ȋn regimul de vânt, aerul provenit de la turbosuflante intr ă ȋn cauper la o temperatură de aproximativ 130oC şi la ieşire, acesta are 1250oC. Pentru a asigura furnalului otemperatur ă de regim constantă de aproximativ 1100 oC, temperatura aerului este reglată cuajutorul unei camere de amestec.

1.1.6 Instalaţia de epurare a gazului de furnal

Gazul rezultat prin arderea combustibililor în faţa gurilor de vânt îşi schimbăcompoziţia chimică în urma procesului de elaborare a fontei în furnal la ieşirea din coloanade materiale pe care le prelucrează termic şi, din punct de vedere chimic, conţine anumite

procente de CO (19-21%) şi H2 (3-5%) deci, este un gaz combustibil ce pentru a putea fiutilizat trebuie separat de praful şi particulele de materiale antrenate din încărcătura furnalului

pe care o străbate sub presiune. Gazul produs în furnal este condus prin conducta pantalon îninstalaţia de epurare brută unde pătrunde în sacul de praf prin partea superioară, printr-un tub

central. Epurarea brută a gazului are loc în stare uscată, procedeul de separare a prafului bazându-se pe micşorarea bruscă a vitezei gazului ca urmare a măririi secţiunii, a schimbăriidirecţiei de mişcare a gazului încărcat cu particule grosiere de praf.

Instalaţia de epurare a gazului de furnal este compusă din sac de praf şi din instalaţiade epurare fină cu tuburi Venturi cu secţiune reglabilă, prin aceasta realizându-se şi reglarea

presiunii la gura de încărcare a furnalului. Instalaţia este formată dintr -un recipient peverticală pentru spălarea gazului având în interior 12 duze (în treapta I – pentru răcireagazului şi reducerea parţiala a conţinutului de praf) şi 3 tuburi Venturi (în treapta a-II-a), cusectiune variabilă (în funcţie de presiunea şi debitul de gaz furnal). Conurile tuburilor Venturisunt comandate hidraulic în vederea menţinerii presiunii constante la gâtul furnalului. Reglarea elementelor Venturi se face în ciclu automat, realizându-se astfel o epurare

constantă, indiferent de variaţiile de debit şi menţinerea unei presiuni constante la gâtulfurnalului. În spălătorul hidraulic se răceşte gazul de la 250 ºC la 36 ºC şi se face epurarea de


9/55

5

la 20-25 g/Nm3 la 2-3 mg/Nm3, şlamul rezultat din spălarea gazului fiind evacuat prin două puncte, cuvă superioară si cuvă inferioară – prin sistem Bischoff la decantor. Gazul epurateste evacuat către separatorul de picături.

1.1.7 Maşinile de astupat şi perforat

După o perioadă ȋn care furnalul este ȋncărcat cu materii prime, ȋn urma proceselortermice din interior acestea se topesc rezultând fontă şi zgură lichidă. Pentru ca acestea să

poată fi evacuate, furnalul este perforat cu ajutorul Maşinii de perforat.Maşina de perforat este un braţ robotic acţionat hidraulic, la capătul căruia se afla o

freză. Aceasta realizează perforarea furnalului, iar după retragere, prin orificiul creat, fonta şizgura sunt evacuate.

Densităţile celor două lichide sunt diferite: fonta- 7.2 t/m3, de trei ori mai mare decât azgurii -2.4 t/m3. Această diferenţă a densităţii conduce la o bună separare între fontă şi zgurăatât în interiorul furnalului cât şi în timpul evacuării, cu ajutorul unor jgheabur i de ghidarefiind direcţionate ȋn vase diferite.

După ce tot materialul topit a curs din furnal, acesta trebuie astupat. Astupareafurnalului este realizată cu a jutorul Maşinii de astupat.Maşina de astupat este un alt braţ robotic acţionat hidraulic, la capătul căruia se află

un dozator care introduce ȋn orificiul de evacuare un material care se solidifică şi careȋmpiedică materialul topit să iasă din furnal.

Acest proces este ciclic şi decurge ȋn funcţie de performanţa furnalului şi de cantitateade material topit formată ȋn interior.

Furnalul are două platforme de turnare, nord şi sud, pe fiecare platformă existând câteo Maşina de perforat şi câte o Maşina de astupat. Acest lucru permite realizarea mentenanţeiȋn mod alternativ, pe cele două hale de turnare, atât la Maşinile de astupat şi perforat cât şi la

jgheaburile care direcţioneaza fonta şi zgura ȋn vasele dedicate transportului.

Fig. 1.2 – Etape ale procesului de perforare

1.1.8 Instalaţia de desprăfuire a halei de turnare

Sistemul de despr ăfuire a halei de turnare se compune în principal din:

- reţeaua de aspiraţie din hala de turnare; - filtrul cu saci cu camer ă de stingere scântei;


10/55

6

- exhaustorul (ventilator de tip axial), antrenat cu motor 6kV;

- instalaţiile de evacuare a prafului colectat;- instalaţiile de aer comprimat cu staţie de compresoare şi rezervor tampon.Reţeaua de aspiraţie amplasată în hala de turnare asigură aspiraţia degajărilor de praf

şi gaze datorate evacuării fontei şi a zgurii prin 7 hote în partea de sud şi 7 în partea de nord a

halei.Fiecare hotă de aspiraţie este prevăzută cu clapă de închidere/deschidere, inclusiv

poziţii intermediare, prin care se asigură funcţionarea instalaţiei de desprăfuire în corelare cudesfăşurarea procesului de elaborare a fontei din furnal.

Clapele sunt de tip „fluture” acţionate electromecanic cu mecanisme de tip AUMA. Filtrul cu saci este o unitate de tip „jet- pulse”, cu şase camere, fiecare cameră fiind

echipată cu câte 516 saci (3096 saci cu dimensiunile 7m x130mm ȋn total).Colectarea prafului din aerul aspirat se face în buncărele de la partea inferioară a

filtrului de unde este evacuat prin intermediul transportoarelor la un buncăr colector. Exhaustorul asigură depresiunea necesară în camerele filtrului pentru ca aerul aspirat

din hală să parcurgă circuitul de curăţire, dupa ce a trecut prin camera de scântei.Exhaustorul, un ventilator de tip axial este antrenat de motor asincron trifazat,

alimentat la tensiunea de 6 kV, fără reglaj de turaţie. Cerinţele aspiraţiei sunt variate ȋn timp, corelat cu fazele procesului de lucru la furnal.Ȋn acest scop, ȋntre filtru şi exhaustor este amplasată o clapă de reglare a debitului de

aer aspirat.

Instalaţia de evacuare a prafului se compune din 6 transportoare care realizeazătransportul prafului de la filtru la buncărul colector de unde este evacuat periodic cu uncamion specializat acestui scop.

Instalaţia de aer comprimat se compune dintr -o staţie de compresoare, echipată cu 2compresoare (1 ȋn funcţiune + 1 rezervă), uscătoare de aer, rezervor tampon şi reţeaua deracord aferentă.

Regimul de lucru al instalaţiei de desprăfuire este un regim intermitent, raportat lagraficul de descărcare al furnalului.

Instalaţia de desprăfuire asigura captarea degajăr ilor de pulberi şi gaze din hala deturnare la evacuarea materiilor topite din furnal, respectiv fontă şi zgură.

Hala de turnare reprezintă o construcţie unitară sub formă de platforme amplasate ȋn jurul furnalului, ȋn partea de sud şi ȋn partea de nord, sub nivelul gurilor de vânt, pe care suntamplasate jgheaburi de fontă şi de zgură aferente fiecărui orificiu de evacuare din furnal.

Evacuările de praf şi gaze rezultate la descărcările de fonta şi zgură sunt preluate prinhote amplasate deasupra jgheaburilor şi apoi aspirate pe circuitul filtrului cu saci.

Evacuarea fontei şi a zgurei are loc ȋn conformitate cu graficele de descărcare

stabilite, a căror număr şi durată depinde de regimul de funcţionare a furnalului.Fiecare descărcare de fonta este precedată de o evacuare a zgurii superioare.Evacuarea se face alternativ pe cele 2 orificii de evacuare, respectiv nord sau sud. La capătulde curgere din jgheabul fix ȋn oale a fontei sau a zgurii se află câte 2 jgheaburi basculante cucare se dirijează ȋncărcarea oalelor (pentru zgur ă) respectiv vagon TORPEDO de pe linia 1sau 2.

1.2 Proces tehnologic

Toate materiile prime necesare Furnalului sunt transportate cu 6 transportoare cu

bandă prin staţia de derivaţie în buncărele de zi din Dozarea Furnalului. Buncărele de zi asigură o rezervă pentru fiecare sort de material necesară pentru funcţionarea continuă a


11/55

7

furnalului. Fiecare sort de material este extras din buncărul de zi şi transportat (încărcat) în pâlnia cântar. Pâlniile cântar permit celor două skipuri să fie încărcate alternativ conformmatricei active.

Procesul de dozare al materiilor prime constă în extragerea materiilor prime din buncăre în conformitate cu reţeta de încărcare stabilită (matricea activă), ciuruirea şi

transportul spre pâlniile cântar, dozarea (cântărirea), descărcarea din pâlniile cântar în skipurişi transportul materiilor prime cu skipurile la pâlniile de primire ale aparatului de încărcare. Furnalul este echipat cu două skipuri având un volum de 17.5 m3 fiecare, care asigură

încărcarea ritmică a furnalului cu materiale ciuruite şi dozate de pâlniile cântar.Furnalul (blast furnace – cuptorul cu aer insuflat) (fig1.3) este denumit după

ingredientul indispensa bil care îl face să funcţioneze, aerul insuflat. Aerul cald este insuflat prin intermediul gurilor de vânt la temeraturi de până la 1200 °C. Cu ajutorul aerului caldinsuflat combustibilul aflat în faţa gurilor de vânt (cocs şi PCI) arde producând o flacărăfoarte fierbinte. În timpul procesului de ardere oxigenul conţinut în aerul insuflat estetransformat în monoxid de carbon. Monoxidul de carbon format are temperatura flăcăriicuprinsă ȋntre 2000-2200 °C. Pe măsură ce cocsul care coboară din partea superioară a

furnalului în faţa gurilor de vânt este ars, se creează un spaţiu. La ieşirea din gurile de vântviteza aerului insuflat este cuprinsă între 200 şi 250 m/sec. Această viteză scade rapid cândaerul insuf lat pătrunde în zona oxidantă.

Fig.1.3 Corpul Furnalului

Gazul foate cald traversează volumul de lucru al furnalului încălzind cocsul din zonaetalajului şi sacului de cocs, determină topirea încărcăturii metalice, încălzirea materiilor prime aflate în cuva furnalului şi îndepărtarea oxigenului din încărcătura metalică prinintermediul reacţiilor chimice.

Încărcătura metalică se topeşte treptat. Când materialul topit curge peste straturilecalde de cocs se produce fonta şi zgura care vor picura prin zona cocsului activ în vatrafurnalului. De aici produsele topirii sunt evacuate prin orificul de evacuare al fontei şi zguriiîn timpul descărcării. Densităţile celor două lichide sunt diferite: fonta 7.2 t/m3 de trei ori maimare decât a zgurii 2.4 t/m3. Această diferenţă a densităţii conduce la o bună separare întrefontă şi zgură atât în interiorul furnalului cât şi în timpul evacuăr ii.

Procesele din furnal constau în încălzirea încărcăturii metalice; reducerea oxizilor de

fier din materiile prime ce formează încărcătura metalică cu ajutorul gazelor reducătoare ceiau naştere în urma arderii cocsului şi a combustibililor auxiliari în faţa gurilor de vânt


12/55

8

(transferul oxigenului din încărcătura metalică în gaz); înmuierea şi topirea încărcăturiimetalice; separarea fontei şi zgurii prin decantare în creuzet. Fuxul de gaze fierbinţi , carestrăbate în contracurent încărcătura ce coboară către gurile de vânt, prelucrează termic şichimic materia primă pe parcursul a câteva secunde. Circulaţia gazelor prin coloana dematerial se face preferenţial pe la periferia şi la centrul furnalului.

În interiorul coloanei de materiale, golurile sunt create prin arderea cocsului şi topireaîncărcăturii metalice, materialul de deasupra coboară pentru a umple golurile formate.Mişcarea de coborâre este transmisă pe înălţimea întregii coloane de materiale până când şiultimul strat de materiale încărcate coboară, fenomen numit „coborârea coloanei demateriale” sau „scăderea nivelului de încărcare”.


13/55

9

2. Descriere contur

Ţinând cont de cantităţile uriaşe de fluide energetice pe care le consumă zilnic,Furnalul este ȋncadrat ȋn categoria marilor consumatori de energie. Principalele fluideenergetice pe care furnalul, ȋmpreună cu agregatele adiacente le consumă sunt: energieelectrică, gaz natural, gaz de furnal, aer comprimat, abur.

Ȋn prezent sunt locuri cu consumuri mari de energie unde, dacă s-ar interveni, s-arface economii mari de energie, iar investiţia ar fi recuperată ȋntre şase luni şi doi ani, ȋnfuncţie de caz.

Furnalul poate fi asemănat cu o “oală sub presiune” ȋn care se introduc materiile prime (minereu de fier, cocs, praf cărbune) pentru a se obţine produsul finit, fonta. Pe lângă fontă, ȋn urma proceselor din furnal rezultă şi produse secundare precum zgura şi gazul defurnal.

Pentru ca procesele din furnal să aibă loc şi pentru ca aceste procese să se desf ăşoarecu o viteză mare, ȋn furnal se insuflă aer cald, aer ce a fost ȋncălzit cu ajutorul cauperelor.Acest aer cald, ȋn contact cu cocsul, are rolul de a topi minereul de fier introdus ȋn furnal.

Aerul este preȋncălzit ȋnainte de a fi insuflat ȋn furnal cu ajutorul cauperelor.Cauperele, trei la număr, au două regimuri de funcţionare: regimul de ȋncălzire şi regimul devânt. Cel puţin unul din caupere trebuie să fie pe regimul de vânt, celelalte două suntȋncălzite. Ȋn momentul ȋn care temperatura din interiorul cauper -ului care funcţionează peregimul de vânt atinge o valoare minimă cerută de proces, un al II-lea cauper care este peregimul de ȋncălzire este comutat ȋn paralel pe regimul de vânt, iar cel care s-a r ăcit va ficomutat pe ȋncălzire.

Acest proces este ciclic si se desf ăşoar ă ȋn mod automat, operatorii din camera decontrol a furnalului doar supraveghează buna funcţionare a procesului şi intervin doar dacă sunt defecţiuni iar secvenţa nu mai poate funţiona ȋn mod automat.

Fluidele energetice pe care cauperele le consumă pentru a putea asigura la intrarea ȋn

furnal o temperatur ă a aerului la valoarea de 1250o

C sunt: gaz metan, gaz furnal şi aercomprimat rece.Aerul rece este produs de Turbosuflante şi este trimis către caupere printr-o conductă.

Turbosuflantele, pentru a putea furniza la ieşire aerul necesar procesului de la furnal, laintrare trebuie să li se asigure o cantitate de abur, cu parametri (temperatur ă, presiune, debit)

bine definiţi. Aburul la r ândul său pentru a putea fi produs se folosesc: gaz natural şi gaz defurnal.

După ce toate procesele din interiorul furnalului au loc, furnalul poate fi perforat pentru ca fonta şi zgura lichidă să curgă din interiorul acestuia.

Ȋn timpul descărcărilor, ȋmpreună cu fonta şi zgura, ȋn halele de turnare se degajă ocantitate importantă de praf, fum şi siliciu. Pentru ca oamenii care ȋşi desfăşoar ă activitatea ȋn

halele de turnare să poată să lucreze ȋn condiţii decente, dar şi pentru ca aceste mari cantitătide impurităţi să nu ajungă ȋn atmosferă, se utilizează un Filtru cu saci.

Degajările de praf și alte impurități din halele de turnare sunt aspirate prin hote, prinsacii filtrului, de către un exhaustor acționat cu un motor de medie tensiune, cu o putere de 2MW, alimentat la tensiunea de 6kV.

Furnalul are două stări în funcție de procesul de descărcare: prima stare în momentulîn care furnalul este astupat, iar materialul topit se formează în interiorul acestuia în urma

proceselor termice și chimice din interior, iar a II-a stare este cea în care furnalul este perforatși din interiorul acestuia, materialul topit care s-a format în starea precedentă când furnalul afost oprit, va curge fontă lichidă și zgură lichidă.

Astfel, funcție de starea procesului de descărcare a furnalului, debitul de aer încărcatcu impurități pe care filtrul trebuie să ȋl aspire din halele de turnare, este diferit. Ȋn primă fază este necesar să se aspire 30% din cantitatea maximă de aer pe care o poate aspira sistemul de


14/55

10

desprăfuire, iar ȋn faza a II-a , sistemul de desprăfuire trebuie să funcționeze la capacitatemaximă, asigurând astfel un aer curat ȋn halele de turnare.

Pe toată durata funcţionării, motorul filtrului se ȋnvârte cu viteza nominală de 1500rpm, volumul de aer aspirat de instalaţie, 30% sau 100% din volumul maxim pe care ȋl poateaspira instalaţia, este reglat prin ȋnchiderea şi deschiderea unor clape poziţionate pe fiecare

din hotele de aspiraţie. Ȋn continuare se vor prezenta cele trei agregate adiacente furnalului, mariconsumatoare de energie: instalaţia de desprăfuire a halei de turnare, turbosuflantele şicauperele.

2.1 Instalaţia de desprăfuire a halei de turnare

Hala de turnare reprezintă o construcție unitară sub formă de platforme amplasate în jurul furnalului, în partea de sud și în partea de nord, sub nivelul gurilor de vânt, pe care suntamplasate jgheaburi de fontă și de zgură aferente fiecărui orificiu de evacuare din furnal.

Evacuările de praf și gaze rezultate la descărcările de fontă și zgură sunt preluate prin

hote amplasate deasupra jgheaburilor și apoi aspirate pe circuitul filtrului cu saci.Evacuările de praf și gaze rezultate la descărcările de fontă și zgură sunt aspirate princamera de stingere a scânteilor și prin filtru de către ventilator. Ventilatorul are o singurăviteză și funcționează în mod continuu. Acesta este pus în mișcare de un motor de 6 kv,

pornirea motorului făcându-se direct prin alimentarea la rețea.Rețeaua de aspirație amplasată în hala de turnare asigură aspirația degajărilor de praf

și gaze datorate evacuării fontei și a zgurei, prin 7 hote în partea de sud și 7 hote în partea denord a halei de turnare. (Fig. 2.1)

Fiecare hotă de aspirație este prevăzută cu clapă de închidere/deschidere, inclusiv poziții intermediare, prin care se asigură funcționarea instalației de desprăfuire în corelare cudesfășurarea procesului de elaborare a fontei din furnal. Clapele de reglare sunt de tip

“fluture”, poziționarea lor în funcție de fazele descărcării f ăcându-se prin semnale analogice,4-20mA, prin intermediul ieșirilor analogice de la PLC-ul instalației de despr ăfuire.

Filtrul cu saci este o unitate cu șase camere, fiecare cameră este echipată cu 516 saci,în total filtrul fiind echipat cu 3096 saci. (Fig. 2.2)

Colectarea prafului aspirat și reținut de saci se face în buncărele din partea inferioară afiltrului, de unde este evacuat prin intermediul transportoarelor la un buncăr colector. De la

buncărul colector, praful este evacuat periodic cu un camion destinat acestui scop. (Fig. 2.3)Clapele se vor ajusta la un unghi de deschidere specificat în sistemul de reglare,

fiecare clapă are propria valoare de deshidere afișată în procente pentru diferitele faze ale proceselor. Aceste faze pot fi modificate din camera de comandă principală prin intermediuldisplay-ului sistemului de comandă.

Următoarele tabele afișate pe display-ul sistemului de comandă sunt folosite pentruindicarea unghiului de deschidere a cla pelor ventilației. Valorile următoare sunt celerecomandate de producător ca fiind optime pentru buna funcționare a sistemului înconformitate cu stadiul în care se află procesul.


15/55

11

Fig. 2.1 – Reteaua de aspiratie

Fig. 2.2 – Camere de desprafuire


16/55

12

Fig. 2.3 – Zona de evacuare a prafului colectat

Fazele procesului şi gradul de deschidere a clapelor pentru partea sud a halei:

Tabelul 2.1 – Fazele si procentul de deschidere al clapelor pe hala sudDeschiderea clapelor

[%]

DA11 DA12 DA13 DA14 DA15 DA16 DA17 DA51

Faza 1-Găurire 0 0 100 100 0 0 0 40Faza 2-Evacuare

fontă 100 100 100 50 40 0 0 75

Faza 3-Evacuare

fontă + zgur ă 100 100 100 50 40 70 70 75

Faza 4-Astupare 70 70 100 100 0 50 50 75

Faza 5-Aşteptare 15 15 15 15 0 15 15 20

Fazele procesului şi gradul de deschidere a clapelor pentru partea nord a halei:

Tabelul 2.2 – Fazele si procentul de deschidere al clapelor pe hala nordDeschiderea clapelor

[%]

DA21 DA22 DA23 DA24 DA25 DA26 DA27 DA51

Faza 1-Găurire 0 0 100 100 0 0 0 40Faza 2-Evacuare fontă 100 100 100 50 40 0 0 75Faza 3-Evacuare fontă + zgur ă

100 100 100 50 40 70 70 75

Faza 4-Astupare 70 70 100 100 0 50 50 75Faza 5-Aşteptare 15 15 15 15 0 15 15 20


17/55

13

Clapa de aspirație a exhaustorului, DA51, este cla pa cu care se reglează volumul deaer ce va fi aspirat din hala de turnare. Poziția acesteia este foarte importantă, atât pe perioadade desfășurare a fazelor procesului pentru a regla volumul de aer aspirat în funcție denumărul de clape folosite și în funcție de gradul lor de deschidere, cât și în momentul porniriiexhaustorului. Ȋn acel moment clapa DA51 trebuie să fie închisă, motorul pornind practic fără

sarcină. Astfel se elimină suprasolicitarea motorului la pornire, curentul la pornire fiind mairedus decât în cazul pornirii motorului cu clapa deschisă, acest lucru ducând la eliminareasupraîncălzirii motorului și a distrugerii lui.

Actualul motor asincron cu rotorul ȋn scurtcircuit, are o putere nominală de 2 MW şi este alimentat direct la rețea la tensiunea de 6kV. Datorită condițiilor grele de lucru,exploatării defectuoase, dar şi a subdimensionarii ȋn momentul ȋn care a fost ales , lungile

perioade de exploatare au dus la defectarea lui şi implicit la rebobinareÎn momentul de față clapa de aspirație a exhaustorului, DA51, nu poate fi deschisă

mai mult de 70% deoarece temperatura în interiorul motorului crește și acesta este deconectat prin protecții.

Ținând cont că pornirea este directă, motorul absoarbe un curent de până la 6IN, iar

temperatura acestuia crește foarte mult. Din acest motiv, dacă motorul este oprit prin protecția la temperatură ridicată, acesta trebuie lăsat aproximativ o oră în repaos pentru catemperatura acumulată în timpul funcționării să scadă, putându-se apoi reporni fără riscuri.

Ca urmare a celor prezentate mai sus, un nou motor fabricat de firma Siemens a fost

comandat, urmând să fie montat în locul vechiului motor în august 2015. Noul motor a fostcomandat ținându-se seama de actualele solicitări ale procesului la care va fi supus.

Noul motor este nu este un produs de serie, acesta a fost conceput pentru a putea

satisface cerințele cele mai grele de exploatare din cadrul procesului, fără să se încălzească șimai apoi să se oprească din funcționare datorită protecțiilor termice.

Motorul este alimentat la aceeași tensiune de 6000V, având o putere nominală PN de2400 kw și finctioneaza la frecvență nominală fN de 50 Hz.

Curentul nominal I N este de 290 A. Ținând cont că exhaustorul a fost creat pentru afuncționa în parametri optimi la o turație a ventilatorului de 750 rotații pe minut, fabricantuluii s-a cerut să respecte acest aspect, turația nominală a motorului nn fiind de 743 1/min.

Cuplul nominal M N al motorului, ales și el pentru a face față cerințelor procesului,este de 30848 Nm.

Pentru ca motorul să nu mai fie solicitat peste limitele maxime în momentul porniriicând trebuie să pună în mișcare exhaustorul, acesta a fost conceput să aibe un moment deinerție de 285 kgm².

Exhaustorul instalației de desprăfuire a halei de turnare a furnalului lucrează înmomentul de față în regim de turație constantă. Modificarea debitului de aspirație, corelat cu

cerințele tehnologice, se realizează prin reglarea poziției clapei de pe aspirația exhaustorului,DA51.Funcționarea exhaustorului la turație constantă în domeniul unor debite micșorate

determină o creștere de presiune care nu este necesară, deci o funcționare neeconomică din punct de vedere al consumurilor de energie electrică.

Necesarul de debit cerut este dependent de fazele tehnologice ale funcționăriifurnalului, valoarea maximă fiind în perioada de evacuare a fontei și a zgurei, iar valoareaminima în perioada dintre două operații de evacuare, atunci când furnalul este astupat.

Energia electrică consumată de motorul de antrenare a exhaustorului este direct proporțională cu debitul de aer cerut exhaustorului. Din aceste considerente, este necesar căvehicularea debitului vehiculat în funcție de cerințele de aspirație să se facă pe criterii

economice, urmărind consumul redus de energie pe unitatea de debit cerut.


18/55

14

În momentul de față, ținând cont că reglarea debitului de aer ce se cere exhaustoruluieste realizată cu ajutorul unei clape, în cazul de față DA51, iar turația motorului rămâneconstantă pe toată durata procesului de aspirație, putem spune că energia consumată de motorîn perioada de elaborare a fontei și a zgurei nu este diferită mult față de perioada dintre douăelaborări, perioadă în care furnalul este astupat, iar în hala de turnare nu sunt degajări de praf

și fum. Ținând con de cele prezentate mai sus și de faptul că două treimi din timp exhaustorulfuncționează în faza de elaborare fontă și zgură și o treime este în faza de așteptare cândnecesarul de aer aspirat este redus la 20% din totalul pe care instalația îl poate aspira, putemspune că în perioada de așteptare motorul consumă o cantitate aproape la fel de mare deenergie ca în perioada în care se elaborează fontă și zgură, consum de energie ce nu este

justificat. Putem spune astfel că în o treime din perioada totală de timp, un procent ridicat dintotalul de energie consumat de motor reprezintă pierderi de energie electrică.

2.2 Turbosuflantele

Funcționarea turbosuflantei are loc cu ajutorul “Aburului viu” (abur uscat latemperatur ă de aproximativ 435oC). Acest abur este produs în cadrul aceleeași secții, CTS2(centrală turbosuflante 2). Aburul este produs în cazane tip IP-01 care pot produce un debit deabur de 50 tone/oră.

Pentru obținerea aburului viu, este folosit un bigaz format din gaz furnal și gazmetan. Prin arderea acestui bigaz cazanele pot produce cantitatea de abur dorită, latemperatura și presiunea cerute de procesul tehnologic.

După ce a fost produs în cazane, aburul, cu parametrii indicați de proces, este captatîn două magistrale de abur din care sunt alimentați diferiți consumatori precum:turbosuflante, turbogeneratoare, consumatori auxiliari.

Aburul produs are la ieșirea din cazan presiunea de aproximativ 37 bari. Această

presiune a aburului este este folosită pentru a pune în mișcare turbina.Pentru o funcționare normală, aburul care pune în mișcare turbina trebuie să aibe un

debit de 60 tone/oră, o temperatură de 435oC și o presiune de 35 bar. Ținând cont că dincazane aburul are o presiune de 37 bar, acesta trebuie să treacă printr -un reductor de presiuneînainte de a fi băgat în turbină.

În cazul de față, pentru alimentarea furnalului cu aer comprimat, sunt utilizate douăturbosuflante, Turbosuflanta 4 și Turbosuflanta 8. Se funcționează cu două turbosuflantedeoarece necesarul de aer al furnalului este de 240.000 Nm3/oră. Acest debit este necesaratunci când furnalul produce la capacitate maximă. Ținând cont că o singură turbosuflantă

produce un debit cuprins între 120.000 și 140.000 Nm3/oră de aer comprimat, s-a recurs lavarianta cu două turbosuflante în funcțiune care au un debit de aer reglabil și care asigurănecesarul de aer la furnal.


19/55

15

Fig. 2.4 – Traseul aerului de la turbosuflante la furnal

Turbosuflanta este formată din două mari părți componente: turbina și compresorul.

Legătura între aceste două componente se realizează printr -un cuplaj care are rolul de atransmite mișcarea de la turbină la compresor.

Cu alte cuvinte, aburul cu parametri ceruți de procesul tehnologic, este introdus înturbina care se pune în mișcare. În același timp cu turbina este antrenat în mișcare șicompresorul care are rolul de a aspira aer din atmosferă. Aerul, înainte de a ajunge încompresor și de a fi insuflat către furnal, este mai întâi filtrat, fiind trecut prin camerafiltrelor pentru reducerea impurităților de praf care duc la uzura prematură a compresorului.După filtrare, aerul ajunge în compresor care îl injectează în conducta de aer. În conductă,aerul are o presiune de aproximativ 3,1 bar înainte de clapa snorth, iar după, presiunea scadela aproximativ 3 bar.

Datorită frecărilor la care este supus în interiorul compresorului, aerul ajunge la clapasnorth cu o temperatură de aproximativ 130 oC.

Reglarea debitului de aer care vine de la turbosuflante în funcție de necesarul de lafurnal se realizează cu ajutorul clapei snorth. Aceasta este comandată de operatorii dincamera de control a furnalului și are rolul de a refula către atmosferă debitul în exces de aer

primit de la turbosuflante.


20/55

16

Fig. 2.5 – Traseul de aer provenit de la turbosuflante

2.3 Cauperele

Cauperul este un agregat energofag care înmagazinează energia rezultată în urmaarderii combustibililor pentru a o ceda apoi în cadrul procesului de la fur nal. Acesta esteformat din camera de combustie și camera grătarelor. Camera de combustie este compusădintr-un arzător ceramic în care se produce amestecul bigazului cu aerul de combustie.

Pentru ca arderea să aibe loc trebuie să se îndeplinească trei condiții de bază:combustibil, aer de combustie și prezența flăcării asigurată de un arzător pilot.

Bigazul este format din gazul de furnal obținut în urma proceselor din interiorulfurnalului și gazul natural. Gazul de furnal are o putere calorifică inferioară (PCI) de3,3MJ/Nm3. Deși conform teoriei numai cu gaz de furnal se poate ajunge la o temperatură aflăcării de 1200oC, în condiții industriale, această temperatură nu poate fi atinsă. Drepturmare este necesară introducerea unui combustibil auxiliar cu un PCI mai mare decât algazului de furnal, gazul natural cu un PCI de aproximativ 37MJ/Nm3. (Fig. 2.6)

Bigazul introdus trebuie să aibă o presiune minimă de 60mbar.

Prin creșterea procentului gazului natural raportat la gazul de furnal se obținecreșterea temperaturii flăcării. Această condiție este necesară pentru îndeplinirea condiției detemperatură a procesului.

Pentru a avea o combustie cât mai bună în condiții de siguranță, cauperul trebuiealimentat cu aer de combustie. Raportul dintre aerul de combustie și bigaz trebuie să fie deminim 1,1. (Fig. 2.7)


21/55


22/55

18

Pentru a arde un Nm3 de gaz furnal este necesar 0,65Nm3 aer combustie, în schimb pentru arderea unui Nm3 de gaz natural sunt necesari 9,52Nm3 de aer de combustie.

Aerul combustie este asigurat de trei ventilatoare, două ventilatoare în funcțiune șiunul în așteptare, acestea trebuie să asigure debitul necesar de aer combustie la presiunea de90mbar.

Debitele de aer combustie și bigaz sunt reglate cu ajutorul unor clape de reglare, procentul lor de deschidere rezultă în urma unor calcule energetice realizate în softul PLC-ului aferent cauperelor, dar și în urma unor măsurători de debite.

Fig. 2.8 – Procentele de deschidere clapă aer combustie și clapa bigaz

Temperatura gazelor arse rezultate în urma combustiei din camera de combustie estecedată cărămizilor refractare din camera grătarelor. Cărămizile din camera grătarelor suntsilico-aluminoase cu proprietăți foarte bune de transfer termic. Modul lor de aranjare este subformă unui fagure prin care trec gazele arse, efectuându-se astfel transferul termic.

Fig. 2.9 – Caramidă refractară


23/55

19

Ținând cont că temperatura gazelor arse, la ieșirea din cauper, are valoarea deaproximativ 300-350oC, se poate spune că eficiența unui cauper, în urma calculelor deeficientă, este de 80%.

În momentul de față se folosesc un număr de trei caupere, din totalul de patru (Fig.2.10), pentru asigurarea continuității în alimentarea cu aer cald a furnalului. Cauperul

numărul 1 este scos din funcțiune datorită deteriorării cărămizii refractare din interior, acestaurmând a fi recondiționat și modernizat până la finalul anului 2016.În situația prezentată în figura de mai jos, ȋn culoarea gri este figurat cauperul 1 care

este scos din funcțiune, ȋn culoarea galben sunt figurate cauperele 2 și 4 care se află pe ciclulde încălzire, iar cu albastru este figurat cauperul 3 care se află pe ciclul de vânt.

În fiecare moment al funcționării furnalului, cel puțin un cauper trebuie să fie peciclul de vânt pentru a asigura debitul de aer cald necesar pentru insuflarea în furnal. După o

perioadă de timp, în care prin cauper va intra aer rece furnizat de turbosuflante și va ieși aercald datorită schimbului de energie termică, temperatura cauperului 3 va scade la o valoarelimită inferioară, moment în care va avea loc procesul de comutare al cauperelor .

Fig. 2.10 – Imagine de anzamblu caupere

În faza de comutare, cauperul care a stat cel mai mult pe ciclul de încălzire și care aînmagazinat cea mai mare parte din energie, de exemplu cauperul 4, va fi comutat, în paralelcu cauperul 3 pe ciclul de vânt. După o perioadă de câteva minute, în care procesul sestabilizeaza, cauperul trei va fi comutat pe ciclul de încălzire în care va acumula energie, iarcauperul 4 va fi lăsat singur pe ciclul de vânt. Circuitul se reia, după o perioadă în carecauperul 4 stă pe ciclul de vânt, în paralel cu acesta se va comuta cauperul 2, după câtevaminute cauperul 4 este trecut pe ciclul de încălzire.

În medie, în 24 de ore de funcționare, un cauper are 10 cicluri de încălzire .

Tabelul 2.3 – Media numarului de cicluri de incalzire3.06.15 4.06.15 5.06.15

Cauper 2 Nr. Cicluri incalzire in 24 ore 11 10 11




24/55

20

3. Transformările energetice din contur şi posibilităţile de reducere aconsumurilor de energie. Soluţii adoptate

3.1 Instalaţia de desprăfuire a halei de turnare

Exhautorul instalaţiei de desprăfuire a halei de turnare a furnalului lucrează în prezent

în regim de turaţie constantă. Modificarea debitului de aer aspirat, corelat cu cerinţeletehnologice ale procesului de elaborare a fontei şi a zgurei, se realizează prin reglarea poziţieiclapei de pe aspiraţie a exhaustorului, DA51.

Exhaustorul are o funcţionare neeconomică din punct de vedere al consumurilor deenergie electrică, deoarece motorul care pune în mişcare exhaustorul funcţionează continuucu turaţie constantă, indiferent de cerinţele şi de fazele procesului de elaborare a fontei.

Necesarul de debit cerut de proces este în funcţie de fazele de elaborare a fontei şi azgurii, necesarul maxim fiind în momentul în care furnalul este perforat şi din el curgematerialul topit iar, necesarul minim de debit, în momentul în care furnalul este astupat iar înhala de turnare nu există degajări de praf şi de fum.

În momentul de faţă, atunci când se descarcă fonta şi zgura, clapele de pe aspiraţie aleexhaustorului pot fi deschise până la un procent maxim de 75%. Aşa cum s -a vorbit încapitolul anterior, din cauza problemelor legate de dimensionarea motorului, dar şi din cauzarebobinării lui, clapa de pe aspiraţia exhaustorului poate fi deschisă maxim 75%. Un procentmai mare de deschidere a clapei DA51, duce în timp la încălzirea motorului şi implicit laoprirea lui din funcţionare datorită protecţiei termice.

Datorită inconvenientelor precizate mai sus, s-a luat decizia ca motorul să fie înlocuitcu un motor nou cu o putere nominală mai mare, PN=2400kW. Acesta va putea satisfacecerinţele procesului şi anume va putea aspira debitul maxim de aer pentru care a fost construit

prin posibilitatea deschiderii până la 100% a clapei de pe aspiraţia exhaustorului. În prezent, motorul de medie tensiune este conectat direct la reţea conform figurii 3.1.

Acest lucru duce la turaţii constante în timpul funcţionarii, un inconvenient datorităconsumurilor de energie inutile în perioadele în care furnalul este astupat.


25/55

21

De la Celula X

din SRA 11

Cablu

2ACYAbY 3X150

CelulalocalaVIII-I

Separator

5Tin-12kV

1250A

Siguranta fuzibila

SfiTn-10

Transf. tensiune

TiRMi-A6

√ 3 /0.

√ 3 /0.

3 kVIntreruptor

LF2, 12kV, 1250A

31,5 kA

Transformatoare de

curent CIRSo-12B

400/5/5A

Cutite de punere la

pamant

200A

Transformator

homopolar

CIRHo-150

Cablu

2xACYEAbY

3x150

Motor

6kV, 2400kW(asincron cu rotor

in scurtcircuit)

Fig. 3.1 Schema de legare directă la reţea a motorului

3.1.1 Necesitatea şi oportunitatea acestei investiţii

Ventilatoarele cu unităţi de control fix sunt încă utilizate pe scară largă. În acest caz,viteza constantă reprezintă viteză maximă de livrare, adică debitul maxim volumetric.

Analizele situaţiilor actuale arată că ventilatoarele sunt rareori exploatate în intervalulde sarcină maximă. Rata medie de curgere, de exemplu debitul volumetric, este mult sub

Q2

L1

SK – 300MVA

Q1

T301-T303

Q0

T101-T103

T401

M3~

L2 L3


26/55

22

performanţa maximă. Debitul volumetric este de obicei controlat prin mijloace mecaniceconvenţionale cum ar fi: ventile de ştrangulare, vane sau ocoliri.

În aceste cazuri, motorul funcţionează la turaţie maximă, indiferent de debitulvolumetric efectiv necesar. Deoarece ventilatoarele dispun, de obicei, de timpi de exploatare

anuali foarte lungi, se poate spune că acest lucru duce la consumuri foar te mari de energie

electrică, energie electrică ce poate fi economisita. Exhaustorul instalaţiei de desprăfuire a halei de turnare a Furnalului 5 lucreazăactualmente în regim de turaţie constantă indiferent de fazele procesului de elaborare a fontei.Modificarea debitului de aspiraţie, corelat cu cererile tehnologice, se realizează prin reglarea

poziţiei clapei de pe aspiraţia exhaustorului. Funcţionarea exhaustorului la turaţie constantă în domeniul unor debite micşorate

determina o creştere de presiune care nu este necesară, deci o funcţionare neeconomică din punct de vedere al consumului de energie electrică.

Energia electrică consumată de motorul de antrenare de medie tensiune este direct proporţională cu debitul de aer cerut exhaustorului. Din aceste considerente, este necesar camodificarea debitului vehiculat în funcţie de cerinţele de aspiraţie să se facă pe criterii

economice, urmărind consumul redus de energie electrică pe unitatea de debit de aer cerut. Reglarea cea mai avantajoasă a debitului de aer aspirat cu menţinerea constantă a

presiunii de refulare prin filtru şi reducerea consumurilor proprii de energie electrică se obţin prin modificarea turaţiei exhaustorului, cu ajutorul unui convertizor de frecvenţă.

Din analiza datelor tehnice puse la dispoziţie de furnizorii de echipamente a rezultat, pe baza unor aplicaţii, că pentru variaţii ale debitului vehiculat de exhaustor în domeniul 70 – 95% din debitul maxim (Qmax) rezultă reduceri de energie activă, consumurile specificevariind între 50 – 55% faţă de situaţia fără variaţie de turaţie.

Echiparea unui exhaustor cu convertizor de frecvenţă permite realizarea reglajuluidebitului prin modificarea turaţiei motorului de antrenare a exhaustorului, asigurândmodificarea caracteristicii exhaustorului fără a interveni asupra caracteristicii reţelei.

Controlul turaţiei oferă o creştere a eficienţei sistemului, comparativ cu controlul prinstrangulare, în special în situaţiile în care se cere o adaptare rapidă a instalaţiei de aspiraţie lavolumul de gaze şi praf degajate în hala de turnare.

În momentul în care se va achiziţiona convertizorul de frecvenţă pe medie tensiune pentru motorul exhaustorului, schema de conexiune care va cuprinde partea de forţă şi parteade comandă şi control va fi precum în schema electrică din figura 3.2.


27/55

23


28/55

24

Reglarea turaţiei exhaustorului existent, în vederea reglării debitului aspirat cumenţinerea constantă a presiunii de refulare în reţeaua de desprăfuire prin aplicarea uneisoluţii tehnice bazate pe echiparea cu convertizor de frecvenţă conectat la tensiunea de 6000V, asigura o sumă de avantaje esenţiale precum:

-

Optim de lucru, prin menţinerea constantă a presiunii de refulare (şi implicitmenţinerea unor perechi debit/presiune pe anumite paliere) ceea ce duce la oeconomie semnificativă de energie electrică şi în consecinţă la consumuri specific

proprii reduse;

- Creşterea eficienţei comparative cu controlul prin strangulare, în special când estenecesară adaptarea rapidă a instalaţiei de desprăfuire la variaţiile din reţeaua dedesprăfuire;

- Creşterea fiabilităţii şi a siguranţei în exploatare a motorului şi a instalaţiei; - Flexibilitate ridicată şi condiţii de siguranţă sporite în exploatarea instalaţiei;

- Reducerea semnificativă a perioadelor de indisponibilitate şi a cheltuielilor pentruîntreţinere şi reparaţii a componentelor instalaţiei;

-

Curenţi de pornire cu valori reduse, ceea ce determina o protecţie sporită atât amotorului, cât şi a cablurilor de alimentare;

- O mai bună protejare a lagărelor exhaustorului prin pornirea lină, conform uneirampe programabile;

- Reducerea perturbaţiilor din reţea;

- Factor de putere foarte bun (cosφ=0,98).

3.2 Turbosuflanta

O turbosuflantă este un agregat care are rolul de a produce aer comprimat la debite şi presiuni cerute de procesul tehnologic pe baza conversiei energiei aburului, obţinut prin

arderea combustibililor precum gazul de furnal şi gazul natural. Aerul comprimat este produsde compresoare ce sunt antrenate de turbinele pe abur.

Lanţul transformărilor energetice într -o turbosuflantă este următorul:

Fig. 3.3 – Lantul transformarilor energetice din conturul turbosuflantei

Schema de principiu simplificată a unei turbosuflante din cadrul CombinatuluiSiderurgic din Galaţi este prezentată în figura 3.4. Elemente componente ale turbosuflantei:

C – cazan de abur; S b – supraîncalzitor de baza; T – turbină de abur; Cd – condensator; Pc – pompă de condensat;

PJP – preîncalzitor de joasă presiune; D – degazor; PA – pompă de alimentare; Compresor


29/55

25

În cazanul de abur se introduce combustibil (gaz furnal amestecat cu gaz natural) şiaerul necesar arderii cu ajutorul ventilatoarelor de aer. Prin ţevile cazanului, cu ajutorul

pompei de apă de alimentare, este vehiculata apa de alimentare care în prealabil a fost tratată.În cazanul de abur energia chimică a combustibilului este convertită în urma arderii în

energie termică potenţială a aburului. Astfel, gazele de ardere rezultate în urma arderiicedează o parte din căldura lor apei de alimentare şi apoi sunt trimise la coşul de fum. Agentul termic străbate şi supraîncălzitorul de bază pentru a fi supraîncălzit, atingând

parametrii de admisie în turbină. Prin conducte, aburul viu ajunge la turbină unde are loc destinderea acestuia. Procesul

de destindere este un proces adiabatic din punct de vedere teoretic, iar din punct de vedere

real acesta se desfăşoară după o transformare politropă. În turbină, mai exact în ajutajeleacesteia, are loc conversia energiei termice potenţiale a aburului în energie cinetică.

În paletele turbinei energia cinetică a aburului se converteşte în lucru mecanic(energie mecanică de rotaţie). Turbina este cuplată la compresor, care transformă energiamecanică de rotaţie în aer comprimat necesar funcţionării furnalului.

Fig. 3.4 - Schema simplificată a unui circuit termic care lucrează după ciclul Rankine

La ieşirea din turbina trebuie să avem abur, nu amestec abur -vapori de apă. Existenţavaporilor de apă determina deteriorarea paletelor turbinei care au o turaţie de 3000 rot/min (50 rot/s). Agentul termic intra în condensator unde se condensează, are loc un proces deschimbare de fază (aburul trece în apă). Condensul astfel obţinut este vehiculat cu pompelede condensat prin circuitul termic şi prin cazan.

Transformările termodinamice ale agentului termic din cadrul turbosuflantelor se facdupă un ciclu închis numit ciclu Clausius-Rankine. (Fig.3.5)

Principalele transformări termodinamice care au loc într -o turbosuflantă sunt:


30/55

26

- Transformarea 1-2 - procesul are loc în PA unde apa se încălzeşte uşor cu 5-10°Cînainte de a fi introdusă în cazan;

- Transformarea 2-3 - încălzirea izobară a agentului termic la presiune constantă până atinge starea de saturaţie în economizor;

- Transformarea 3-4 - vaporizarea izobară – izoterma a apei săturate, proces ce are

loc în sistemul vaporizator al cazanului. Cum vaporizarea este un proces cu schimbde fază, transformarea 3-4 se produce la temperatură şi presiune constantă. În punctul 4 se atinge starea vaporilor saturaţi uscaţi;

- Transformarea 4-5 - supr aîncălzirea izobară a aburului în supraîncălzitorul de bazăal cazanului, proces ce are loc la presiune constantă până în momentul în care seating parametrii de admisie ai aburului în turbină;

- Transformarea 5-6 - destinderea aburului în turbină (proces considerat teoretic otransformare adiabată, iar real o transformare politropă). Aburul se destinde până la

parametrii de admisie în condensator; - Transformarea 6-6' - condensarea aburului în condensator. Punctul 6 se află situat

în zona amestecului vaporilor umezi, deci titlul termodinamic caracteristic acestui

punct are o valoare subunitară; - Transformarea 6’-1 – creşterea presiunii agentului termic, proces care are loc în

pompa de condensat.

Fig. 3.5 – Diagrama T-s a ciclului Clausius-Rankine

3.3 Cauperele

Cauperul este o instalaţie care prin combustie acumulează energia termică din gazul

de furnal şi gazul natural. Variaţia procentului gazului natural din totalul combustibilului


31/55

27

determină variaţia temperaturii flacării, implicit temperatura la car e ajunge cauperul pe unciclu de încălzire.

În funcţie de debitul de aer provenit de la turbosuflante, necesar furnalului, cauperultrebuie încălzit proporţional cu energia necesară. Dacă temperatura aerului insuflat în furnalcreşte sau scade, proporţional cu temperatura va creşte sau va scade procentul de gaz natural

din amestecul de bigaz.Energia termică rezultată în urma combustiei în camera de ardere se transferă

cărămizilor refractare din camera grătarelor. Ţinând cont că orice material are o inerţietermică, acest lucru cauzează în cazul cauperelor o pierdere de energie termică deaproximativ 20%, această energie pierzându-se prin evacuare gaze arse şi prin mantauametalică a cauperelor. Temperatura medie a gazelor arse evacuate este de a proximativ 230oC.(Fig.3.6)

În figura de mai jos se poate observa că măsurătorile de pe circuitele de gaze arse alecauperelor aflate pe ciclul de încălzire, culoarea galben, indică valori cuprinse între 228 oC şi274 oC, acest lucru reprezentând pierderi de energie termică, energie ce este degajată înatmosferă prin coşul de gaze arse.

În cazul cauperului 3, aflat pe ciclul de vânt, temperatura afişată la gazele arse este defapt temperatura aerului rece provenit de la turbosuflantă. Această temperatură este situată în

jurul valorii de 150 oC, aerul ajungând la această valoare datorită frecărilor şi compresiei dincompresorul turbosuflantei.

Fig. 3.6 Inregistrarea temperaturii gazelor arse

Energia acumulată de cauper pe ciclul de încălzire este cedată aerului rece care trece prin cauper pe regimul de vânt.

În situaţiile în care este necesară creşterea producţiei furnalului, păstrând procentul deoxigen din aerul rece, implicit trebuie crescută cantitatea de aer cald insuflat în furnal. Înaceastă situaţie este necesară înmagazinarea unei cantităţi mai mari de energie în cauper, princreşterea cantităţii de gaz furnal şi gaz natural. (Tabel 5.1)


32/55

28

Tabel 1 – Simulare statistică a energiei necesare la temperatur ă constantă cu varierea debitului de aercald pe furnal

Aşa cum se poate observa în simularea statistică din tabelul de mai sus, la aceeaşitemperatură a aerului cald care urmează a fi insuflat în furnal (TAC) de 1100 oC, s-a crescutdebitul de aer cald (DAC) de la 200000 Nm3/h la 250000Nm3/h, energia crescând

proporţional cu debitul. (Fig. 3.7)Totodată se observă că la o temperatură constantă a aerului cald pe furnal de 1100oC,

procentul de gaz natural în bigaz este constant, temperatura superioară a cauperului peregimul de încălzire fiind aceeaşi în toate cazurile.

La temperatura aerului cald (TAC) constantă, procentul de gaz natural este şi elconstant aceasta datorându-se corelaţiei dintre temperatura aerului cald pe furnal şitemperatura superioară a cauperului.

Din figurile de mai jos reiese că la o temperatură constantă a aerului cald, unei creşteria debitului de la 200000Nm3/h la 250000Nm3/h îi corespunde o creştere proporţională aenergiei totale, iar raportul dintre energia gazului natural şi energia gazului de furnal rămâneconstant. (Fig. 3.8)

Fig. 3.7 Parametrii aerului cald insuflat in furnal

200.000

210.000

220.000

230.000

240.000250.000

1.100 1.100 1.100 1.100 1.1001.100

0

200

400

600

800

1.000

1.200

190.000

200.000

210.000

220.000

230.000

240.000

250.000

260.000

1 2 3 4 5 6

TAC Vs. DAC

DAC (Nm3/h) TAC SP (C)


33/55

29

Fig. 3.8 Energia provenita din gazul de furnal si energia provenita din gazul natural

Atunci când temperatura de regim pe furnal este crescută pentru a reduce consumul decocs, este necesar ca procentul de energie provenit din gaz natural să crească. Atunci cândcreştem temperatura de regim pe furnal, creştem de fapt temperatura aerului cald (TAC) ceurmează a fi insuflat în furnal. Acest lucru se poate observa în tabelul statistic de mai jos.(Tabelul 2).

Tot aici observăm că la un debit constant de aer cald insuflat în furnal de240000Nm3/h, crescându-se temperatura aerului cald, creşte implicit şi procentul de gaznatural din amestecul de bigaz.

Tabel 2 – Simulare statistică a energiei necesare la debit constant cu varierea temperaturii aerului cald pe furnal

La un debit de aer cald de 240000Nm3/h, ce va fi insuflat în furnal, debitul de gazfurnal rămâne neschimbat, situându-se la valoarea de 99000Nm3/h. În schimb, pentru a creştetemperatura aerului cald de la 1100 oC la 1150 oC va creşte şi procentul de gaz natural în

bigaz de la 3,10% la 3,60%, acest lucru ducând de fapt la o creştere a energiei provenite dingazul natural de la 114GJ/h la 136GJ/h.

298

305

310

315

321

324

107108

110

113

114

118

100

105

110

115

120

290

295

300

305

310

315

320

325

330

1 2 3 4 5 6

Energia gazului natural vs. Energia gazului de

furnal

Energia gazului de furnal (GJ/h) Energia gazului natural (GJ/h)


34/55

30

Din figurile de mai jos reiese că la un debit constant de aer cald, crescând temperaturade la 1100 oC la 1150 oC, energia gazului de furnal rămâne neschimbată, iar energia gazuluinatural creşte proporţional cu temperatura.

Fig. 3.8 Parametrii aerului cald insuflat in furnal

Fig. 3.9 Energia provenita din gazul de furnal si energia provenita din gazul natural

240.000 240.000 240.000 240.000 240.000 240.000

1.100

1.110

1.120

1.130

1.140

1.150

1.090

1.100

1.110

1.120

1.130

1.140

1.150

1.160

180.000

190.000

200.000

210.000

220.000

230.000

240.000

250.000

1 2 3 4 5 6

TAC Vs. DAC

DAC (Nm3/h) TAC SP (C)

321 321 321 321 321 321

114

118

123

127

131

136

110

115

120

125

130

135

140

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6

Energia gazului de furnal Vs. Energia gazului natural

Energia gazului de furnal (GJ/h) Energia gazului natural (GJ/h)


35/55

31

4. Soluţiile alese pentru reducerea consumurilor de energie

4.1 Soluţia aleasă pentru reducerea consumului de energie electrică la instalaţiade desprăfuire a halei de turnare

Analiza regimului de funcţionare a instalaţiei de aspiraţie din hala de turnare arată

faptul că debitul volumetric necesar este mult sub sarcina maximă a ventilatorului într -o mare parte de timp. Cu alte cuvinte, motorul care pune în mişcare ventilatorul instalaţiei dedesprăfuire funcţionează în permanenţă la turaţie maximă, iar debitul de aer ce se doreşte a fiaspirat din hala de turnare este reglat în funcţie de proces printr -o clapă pe conducta deaspiraţie a ventilatorului.

Deoarece în cazul prezentat, ventilatorul dispune de timpi de exploatare anuali foartemari, acesta fiind oprit din funcţionare doar la opririle programate ale furnalului, cel mult 10zile pe an, se poate spune, conform celor prezentate mai sus, că acest lucru duce la consumurifoarte mari de energie electrică, consumuri ce pot fi evitate.

Energia electrică consumată de motorul instalaţiei de desprăfuire este direct proporţională cu debitul de aer cerut. Din acest motiv este necesar ca modificarea debituluivehiculat în funcţie de cerinţele tehnologice să se facă pe criterii economice, urmărindconsumul redus de energie electrică pe unitatea de debit de aer cerut, iar cea mai avantajoasăreglare a debitului de aer care respectă cerinţa economică este prin modificarea turaţieimotorului printr-un convertizor de frecvenţă.

Ansamblul convertizor de frecvenţă propus pentru reglarea turaţiei motorului aferentinstalaţiei de desprăfuire în vederea reglării debitului de aer aspirat şi implicit a reduceriiconsumului de energie electrică este din gama Robicon Perfect Harmony fabricat de firmaSiemens. (Fig.4.1)

Fig.4.1 – Convertizor de frecvență Robicon Perfect Harmony

Seria de convertoare Perfect Harmony respectã cerinţele foarte stricte IEEE 519-1992în ceea ce priveşte distorsiunea armonicã a tensiunii şi curentului, chiar în situaţia în carecapacitatea sursei nu depăşeşte puterea nominalã a convertorului. Aceastã serie protejeazã


36/55

32

alte echipamente conectate la aceeaşi reţea (calculatoare, telefoane, tuburi de iluminat) dedistorsiuni armonice. Perfect Harmony previne şi interferentele cu alte variatoare electronicede vitezã. Alimentarea corectã eliminã nevoia de analize îndelungate aarmonicilor/rezonantelor şi de filtre de armonici scumpe.

Distorsiunea armonicã totalã a curentului sursei este de 25% pentru intrarea în 6

pulsuri, 8% pentru intrarea în 12 pulsuri şi 0.8% pentru Perfect Harmony.La seria Perfect Harmony se obţin nişte curenţi de intrare aproape perfect sinusoidalicare permit realizarea unui factor de putere de peste 95% în toatã gama de viteze fãrãfolosirea de baterii externe de condensatori pentru corecţia factorului de putere. Aceastaeliminã costul penalităţilor pentru factor de putere mic şi pentru vârfuri de sarcinã şiîmbunătăţeşte reglajul tensiunii. În plus, feeder -ele, întreruptoarele şi transformatoarele nusunt supraîncãrcate cu putere reactivã. Aplicaţiile de vitezã redusã beneficiazã în mod specialde seria Perfect Harmony deoarece un factor de putere mare şi stabil este menţinut în toatã gama de vitezã, folosind motoare cu inducţie standard.

Construcţia seriei Perfect Harmony de convertoare cu frecventã variabilã furnizeazãinerent o ieşire sinusoidalã fãrã utilizarea filtrelor de ieşire externe. Aceasta înseamnã cã

aparatul furnizeazã o formã de undã a tensiunii de ieşire foarte puţin distorsionatã care nugenereazã nici un sunet semnificativ la motor. În plus, nu se diminueazã capacitateamotorului (convertorul poate acţiona motoare noi sau existente). De fapt, convertoarelePerfect Harmony eliminã armonicile dãunãtoare induse de VFD care cauzeazã încãlzireamotorului. În mod similar, pulsaţiile cuplului induse de VFD sunt eliminate chiar la vitezemici, cea ce reduce uzura echipamentelor mecanice.

Configuraţia hardware standard a versiunii ROBICON Perfect Harmony este în modnormal alcãtuită dintr -un singur cabinet cu mai multe secţiuni. Aceste secţiuni sunt:

•Secţiunea transformatorului •Secţiunea intrãri/ieşiri configurabile •Secţiunea de control •Secţiunea celulei În prezent cele două sisteme de automatizare, cel al maşinilor de astupat şi perforat şi

cel al desprăfuirii halei de turnare în care trebuiesc alese fazele procesului, nu sunt corelate.Altfel spus, înainte de orice operaţie care urmează a fi făcută cu maşinile de astupat şi

perforat, operatorul trebuie să selecteze mai întâi din sistemul de automatizare al sistemuluide desprăfuire al halei de turnare faza corespunzătoare operaţiei ce urmează a fi făcută, apoisă facă operaţia cu una din maşinile de astupat sau perforat.

Ţinând cont de acest lucru şi analizând modul de lucru al operatorilor care lucrează cuaceste două sisteme, se poate spune că nu întotdeauna se respectă paşii menţionaţi mai sus.Datorită acestui lucru, există pierderi de energie electrică datorate proastei corelări ale celor

două sisteme. Acest lucru se datorează faptului că motorul, pe perioada descărcărilor fontei şia zgurii, este solicitat la maxim, clapele fiind deschise până la un procent de 100% iar, în perioada dintre descărcări, când clapele sunt deschise aproximativ 30%, motorul nu mai estesolicitat şi nu mai consumă o cantitate de energie aşa de mare cum consuma în momentuldescărcării.

Prin cele prezentate mai sus, se impune obligativitatea ca în momentul în care motorulva fi acţionat printr -un convertizor de frecvenţă, cele două sisteme de automatizare să sesincronizeze automat. În momentul în care operatorul va selecta oricare din fazele maşinilorde astupat şi de perforat, sistemul de automatizare al desprăfuirii halei să primească în modautomat informaţii şi să îşi ajusteze, de această dată cu ajutorul convertizorului de frecvenţă,turaţia motorului astfel încât să nu existe consumuri inutile de energie electrică.


37/55

33

4.2 Soluţia aleasă pentru reducerea consumului de abur de catre turbosuflante şide aer comprimat insuflat î n furnal

În capitolele anterioare s-a prezentat modul în care turbosuflantele folosesc gaznatural şi gaz de furnal pentru a produce aer comprimat necesar furnalului. Gazul de furnal,după ce este epurat, este dirijat prin conducte către diferiţi consumatori. Unii dintre aceşticonsumatori sunt turbosuflantele. Odată ajuns gazul de furnal la turbosuflante, în amestec cuun procent foarte mic de gaz metan, doar în momen tul pornirii cazanelor, este ars pentru aîncălzi apa din cazane. După o anumită temperatură apa se evaporă iar aburul este folosit

pentru a învârti turbină. La axul turbinei este cuplat un compresor care absoarbe aer dinatmosferă, îl comprimă şi îl trimite printr-o conductă către caupere pentru a fi încălzit şi apoiintrodus în furnal.

Între turbosuflante şi caupere există o clapă cu rol de reglare a debitului de aer ceurmează a fi insuflat în furnal, numită clapă snorth. Aceasta are o importanţă foarte mare în

bună funcţionare a furnalului, ea având şi rol de siguranţă în momentele critice când furnalultrebuie redus rapid.

Pentru siguranţă, întotdeauna sunt în funcţiune două turbosuflante deoarece, dacă s-arfuncţiona doar cu o turbosuflantă, în cazul unei defecţiuni la aceasta se întrerupe insuflareaaerului în furnal. Acest lucru duce la căderea coloanei de material, acest fenomen fiind foarte

periculos mai ales când în furnal există o cantitate mare de metal lichid ce poate ieşi afară dinfurnal pe la gurile de vânt.

Timp îndelungat, pentru producerea aerului comprimat necesar furnalului s-auutilizat două turbosuflante care produceau, atunci când erau reduse la limita inferioară, undebit de aer de 190000 Nm3/h fiecare. Printr-un calcul simplu se poate spune că totalul de aercare venea de la turbosuflante către furnal era de 380000 Nm3/h.

Ţinând cont că furnalul are nevoie de un debit de aer insuflat de aproximativ 230000 -260000Nm3/h în situaţiile când producţia este ridicată, se poate deduce faptul că pe la clapa

snorth se eliberă în atmosfera un debit de aer provenit de la turbosuflante de 120000 -150000Nm3/h. Acest lucru reprezentă o pierdere de energie cu costuri uriaşe în bani.În această situaţie, poziţia de deschidere a clapei snorth este de 70%, acest lucru

însemnând că 30% din aerul comprimat produs de turbosuflante era eliberat în atmosferă .(Fig. 4.2)

Fig. 4.2 – Aerul pierdut in functie de pozitia clapei snorth


38/55

34

Conform celor prezentate mai sus a apărut necesitatea găsirii unei soluţii care să ducăla micşorarea debitului de aer comprimat produs de turbosuflante. Această soluţie constă înînlocuirea compresoarelor cuplate la turbine cu altele mai mici. Cu aceste compresoare noidebitul de aer produs este mai mic decât în situaţia precedentă şi poate fi reglat. Astfel,debitul de aer rece provenit de la o singură turbosuflanta va fi cuprins între 120000Nm 3/h şi

140000Nm3/h. ( Fig. 4.3)

Fig. 4.3 – Debitele de aer furnizate de cele două turbosuflante după modernizare

Cu noile compresoare cuplate la turbine, acestea sunt solicitate mai puţin şi implicitconsumul de abur a scăzut. Prin scăderea consumului de abur, s-a scăzut de fapt consumul degaz de furnal şi de gaz natural.

În prezent, în funcţie de debitul de aer necesar furnalului, operatorii solicită telefonic

creşterea sau scăderea debitului de aer produs de turbosuflante. Clapa snorth cu rol de reglarea debitului de aer, rămânând permanent deschisă în poziţia de 90%, acest lucru însemnând că90% din aerul provenit de la turbosuflante este insuflat în furnal iar restul de 10% esteeliberat în atmosferă.

În prezent, pentru a eficientiza şi mai mult procesul, se lucrează la un schimb de dateîntre furnal şi turbosuflante. Acest schimb de date are rolul de a retrimite necesarul de debit de aer al furnalului, în funcţie de proces, către turbosuflante. Odată ajunsă această informaţiela turbosuflante, acestea îşi vor regla turaţia în mod automat astfel încât să furnizezefurnalului debitul de aer cerut. În acest fel se va reduce timpul de reacţie al turbosuflantelor,realizându-se astfel o sincronizare perfectă a celor două sisteme.

Pe această reţea destinată schimbului de date, se vor trimite şi parametrii de proces ai

turbosuflantelor către furnal şi de la furnal către turbosuflante.Gazul de furnal astfel economisit poate fi redirecţionat către alţi consumatori, de

exemplu către turbogeneratoare unde este folosit pentru producerea de energie electrică ce vafi consumată local de către consumatorii furnalului. Pe perioada iernii, deoarece consumul deabur creşte la nivel de combinat, există posibilitatea ca unul din cele două turbogeneratoareaflate în funcţiune a fie oprit.

Pe perioada modernizării s-a lucrat şi la cazanele folosite la producerea aburului.Acestea au fost modernizate astf el încât să poată funcţiona doar cu gaz de furnal pe perioadafuncţionării normale, ele având nevoie de o cantitate foarte mică de gaz natural în perioada

pornirii.

Prin cele prezentate mai sus putem spune că pentru producerea aburului şi a aeruluicomprimat necesar furnalului, se utilizează doar gaz de furnal şi o cantitate infimă de gaz


39/55

35

natural pe perioada pornirii cazanelor. Dacă nu luăm în considerare costul gazului de furnaldatorat epurării, putem spune că pentru producerea aburului şi a aerului compr imat costul esteaproape zero.

Surplusul de abur care a fost produs cu costuri infime şi care a rămas neutilizatdatorită reducerii consumului de abur în urma modernizării turbosuflantelor, se poate folosi

în turbogeneratoare pentru a produce energie electrică.

4.3 Soluţia aleasă pentru minimizarea consumului de gaz metan şi maximizareaconsumului de gaz furnal folosite la î ncălzirea cauperelor

Aerul cald care iese din caupere este dirijat printr-o conductă către furnal. Ţinând contcă se impune o anumită temperatură de regim pentru buna funcţionare a furnalului, aerul cald,înainte de a fi introdus în conducta inelară şi apoi în furnal, este introdus într -o cameră deamestec unde i se reglează temperatura prin adăugarea unei cantităţi de aer rece.

Traseul aerului cald de la cauper până la furnal este pe o distanţă destul

Disertatie PDF

Documents

Transcript of Disertatie PDF