Научная статья на тему 'Разработка энергетически эффективного способа утилизации конвертерного газа'

Разработка энергетически эффективного способа утилизации конвертерного газа Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
94
12
Поделиться
Ключевые слова
КОНВЕРТЕРНЫЙ ГАЗ / CONVERTER GAS / УТИЛИЗАЦИЯ / UTILIZATION / ВЭР / SECONDARY ENERGY RESOURCES

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Стародубцев Павел Геннадьевич

В статье анализируются различные варианты утилизации конвертерного газа при использовании его в качестве вторичного энергоресурса на основе расчета полезного количества теплоты, получаемого в каждом рассматриваемом случае, на примере конкретного оборудования конвертерного производства металлургического комбината, а также дано описание одного из наиболее эффективных способов повышения энергетической эффективности конвертерного газа при использовании углексилотной конверсии метана для использования его химической энергии в качестве топлива на ТЭЦ.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Стародубцев Павел Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Разработка энергетически эффективного способа утилизации конвертерного газа»

эффективными для прогнозирования оттока клиентов. Что касается случайных лесов решений, они эффективны в задачах классификации и кластеризации, что важно при моделировании оттока клиентов, однако модели имеют большую размерность данных. Наиболее широкие возможности для решения задачи моделирования оттока клиентов имеют модели выживаемости и бинарная регрессия, позволяющие определить факторы, влияющие на отток клиентов, и рассчитать риск наступления отказа клиента от услуг.

Совершенствование решений в данной области возможно за счет изменения глубины анализа, использования новых методов аналитики, а также развития комбинированных методов прогнозирования оттока клиентов. Наиболее часто применяемая модель выживаемости - регрессия Кокса (модель пропорциональных рисков), в общем случае прогнозирующая риск наступления события для рассматриваемого объекта и оценивающая влияние на этот риск независимых переменных, в случае с прогнозированием оттока клиентов, изучает изменение риска отказа клиента от услуги в зависимости от длительности пользования услугой и других характеристик клиента -объясняющих переменных. Бинарная регрессия используется для определения факторов, влияющий на отток клиентов и вычисления вероятности отказа от услуг [3]. Совместное применение данных методов позволит на основе исторических данных о клиентах определить кто, по какой причине, и с какой вероятностью склонен к оттоку в установленный временной промежуток.

Использование данной информации позволит эффективно распределять ресурсы компании на удержание клиентов, оптимизировать издержки по работе с клиентской базой и тем самым увеличить выручку.

Список литературы / References

1. Base Group Labs - технологии анализа данных. Статьи. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://basegroup.ru/community/articles/ (дата обращения: 15.03.2018).

2. Smetanina, O.N. Models of education quality estimation based on fuzzy Classification / O.N. Smetanina, Z.V. Maximenko, A.V. Klimova // ВестникУГАТУ, 2013. Т. 17. № 6 (59). С. 53-56.

3. Григорчук Т.И., Максименко З.В., Розанова Л.Ф., Бикбулатова Г.Р. Скоринговое моделирование финансовых потоков от взыскания // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2015. № 5. С. 630-655.

4. Максименко З.В., Хафизова Р.К., Янышева Э.Р. К вопросу о моделировании и прогнозировании оттока клиентов // Начало в науке: материалы IV Международной научно-практической конференции школьников, студентов, магистрантов и аспирантов.Уфа: АЭТЕРНА, 2017. С. 134-136.

5. Bellman Richard Ernest. Adaptive control processes: a guided tour. Princeton University Press, 1961.

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОГО СПОСОБА УТИЛИЗАЦИИ КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА Стародубцев П.Г. Email: Starodubtsev641@scientifictext.ru

Стародубцев Павел Геннадьевич — аспирант, кафедра промышленной теплоэнергетики, Липецкий государственный технический университет, г. Липецк

Аннотация: в статье анализируются различные варианты утилизации конвертерного газа при использовании его в качестве вторичного энергоресурса на основе расчета полезного количества теплоты, получаемого в каждом рассматриваемом случае, на примере конкретного оборудования конвертерного производства металлургического комбината, а также дано описание одного из наиболее эффективных способов повышения энергетической эффективности конвертерного газа при использовании углексилотной конверсии метана для использования его химической энергии в качестве топлива на ТЭЦ. Ключевые слова: конвертерный газ, утилизация, ВЭР.

DEVELOPMENT OF AN ENERGY EFFICIENT METHOD FOR DISPOSING OF CONVERTER GAS Starodubtsev P.G.

Starodubtsev Pavel Gennadyevich — Graduate Student, DEPARTMENT OF INDUSTRIAL HEAT POWER ENGINEERING, LIPETSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, LIPETSK

Abstract: the article analyzes different variants of utilization of converter gas which is using as a secondary energy resource based on calculating the useful amount of heat obtained in each case under consideration using the example of a specific equipment for the converter shop of a metallurgical plant and also describes one of the most effective ways to increase the energy efficiency of converter gas when it is using carbon dioxide conversion ofmethane to use its chemical energy as fuel at the CHP plant. Keywords: converter gas, utilization, secondary energy resources.

УДК 669.184.152

Наиболее существенным резервом экономии топлива в современной промышленности является использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), которые неизбежно возникают во многих энергоемких технологических процессах. Значительным резервом для энергосбережения в черной металлургии РФ является использование газов сталеплавильных конвертеров, потенциал оценивается в размере 1Д5 млн т у. т. в год [1, 101].

Для определения наиболее энергетически эффективного способа использования конвертерного газа необходимо рассмотреть различные варианты утилизации конвертерного газа и сравнить их. Данную работу целесообразно провести на примере реально существующего конвертерного цеха современного металлургического комбината, в состав которого входит Конвертер № 1 емкостью 330 т и Конвертеры № 2 и № 3 по 300 т каждый.

1. В первую очередь важно рассмотреть существующий режим работы конвертеров, при котором конвертерный газ сразу после конвертеров поступает в котлы-утилизаторы, используемые для получения пара, а затем, после дополнительного охлаждения и очистки в скрубберах, сжигается на свечах.

Конвертерный газ сразу после конвертера № 1 с температурой 1600°С поступает в котел-утилизатор, где он, остывая до 1100 °С, используется для получения технологического пара с давлением: Р = 2 , 9 МПа , и температурой: Т = 2 50 °С. При этом конденсат возвращается в систему с давлением: Р = 0 , 6 МПа.

Воспользовавшись «Н-S» диаграммой воды и водяного пара, можно определить энтальпию пара, энтальпию конденсата, а также количество отданной энергии:

кДж

Н0=Н„-Нк = 2860-2 564= 296—j^- ( 1)

Если рассматривать работу конвертеров № 2 и № 3, то следует отметить, что конвертерный газ также поступает в котел-утилизатор, где остывает до 1100°С, однако получаемый пар имеет давление: МПа и температуру: . При этом давление конденсата, возвращаемого

в систему, также равно 0,6 МПа.

Аналогично воспользовавшись «Н-S» диаграммой воды и водяного пара, можно определить энтальпию пара, энтальпию конденсата, а также количество отданной энергии:

кДж

Н0=Нп-Нк = 2804-2 5 3 2 = 2 72-— (2)

кг

Целесообразно рассчитать количество теплоты полезно использованной в котле-утилизаторе.

Количество теплоты рассчитывается по формуле:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Q = D ■ Н = D ■ Н0 ■ г/, (3)

п кг

где D - паропроизводительность котла, —;

__^ кДЖ

- реальное количество использованной энергии,-.

Г - коэффициент полезного действия котла-утилизатора, r = 0 ,8.

Зная значения паропроизводительности каждого котла-утилизатора, а также значения отданной паром тепловой в каждом парогенераторе, можно рассчитать количество теплоты для каждого случая.

Для котла-утилизатора Конвертера №1:

Q1 = D1 ■ Н0 1 ■ r = 5 0 ■ 296 ■ 0,8 = 1 1 840 кВт = 1 1,84 МВт;

Для котла-утилизатора Конвертера №2:

Q2 = D2 ■ Н02 ■ r = 69,4 ■ 2 72 ■ 0,8 = 1 5 1 0 1,44 кВт ~ 1 5, 1 МВт;

Аналогично для котла-утилизатора Конвертера №3:

Qз = D3 ■ Н0з ■ r = 69,4 ■ 2 72 ■ 0,8 = 1 5 1 0 1,44 кВт ~ 1 5, 1 МВт.

Тогда суммарное количество полученной теплоты:

МВт

2. В настоящее время на российских металлургических предприятиях все чаще поднимается вопрос об использовании конвертерного газа в качестве топлива. В таком случае конвертерный газ после котлов-утилизаторов и последующей очистки и охлаждения поступает в газгольдер для

усреднения его состава, и может использоваться на энергетических котлах утилизационной ТЭЦ для выработки пара.

Количество теплоты, полученное в энергетических котлах можно грубо определить по формуле:

2 =в ■ е ( 4)

где В - средний расход газа, кг/ с; 2 р - низшая теплота сгорания газа, Дж / кг.

Средний расход конвертерного газа от всех трех конвертеров после выравнивания расхода в газгольдере составляет:

В = 6, 2 4 тыс .м 3 /мин = 1 0 4 м 3 /с . Состав рассматриваемого конвертерного газа приведет в Таблице 1.

Таблица 1. Состав конвертерного газа

Компонент Объемная доля, %

СО 62

СО2 19,8

Н2О 0,9

Н2 10,7

N2 6,6

Всего: 100

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Низшая теплота сгорания такого конвертерного газа составляет: 2р = 8 , 9 9МДж.

м"

Тогда количество теплоты, которое можно получить при сжигании конвертерного газа в энергетических котлах, будет составлять:

<2кг. = 1 04 ■ 8,99 = 934,96 МВт . Тогда суммарное количество теплоты, которую можно получить в котлах-утилизаторах и энергетических котлах, будет составлять

<2 = <21 + <22 + <23 + <2кг. = 1 1,84 + 15,1 + 15,1 + 934,96 = 977 МВт . 3. Рассмотрев состав конвертерного газа, можно увидеть, что вторым по содержанию компонентом является диоксид углерода, который, по сути, является балластом, не участвующим в процессе горения при использовании конвертерного газа в качестве топлива. Для повышения энергетической эффективности конвертерного газа требуется исключить из состава газа СО2 и заменить его на горючий элемент.

Известны реакции углеводородов с диоксидом углерода, протекающие при высокой температуре (900-1600 0С):

СН4 + С О 2 - 2 С О + 2 Н2 (5) С2 Н6 + 2 С О2 - 4СО + 3 Н2. (6) Таким образом, целесообразно рассмотреть вариант добавления в конвертерный газ природного газа, состав которого указан в Таблице 2.

Таблица 2. Состав природного газа

Элемент Объемная доля, %

СН4 95,55

С2Н6 3,335

N2 0,85

СО2 0,26

О2 0,002

Н2 0,003

Воспользовавшись соотношением стехиометрических коэффициентов, можно определить, что количество природного газа, необходимого для удаления 100% углекислого газа из конвертерного, может быть рассчитано по формуле:

К.г. = 0,194 ■ г. (7)

Состав образовавшегося газа приведен в Таблице 3.

Таблица 3. Состав смешанного газа

Компонент Объемная доля, %

СО 63,93

Н2О 0,57

Н2 31,24

N2 4,26

О2 0,00

Всего: 100

Низшая теплота сгорания такого газа составляет: Q JJ = 1 1 ,4 5—^.

Рассчитав объемы газов, образовавшихся в результате реакций (5) и (6), можно получить общий расход смешанного газа (или синтез-газа):

Вс.г. = 9,92 тыс. м3/мин = 165,33 м3/с. Выполнив расчет теплового баланса, можно увидеть, что в результате реакций (5) и (6) температура газа снижается до 1016°С, что обеспечивает наиболее полное превращение газов в процессе реакций, однако, делает невозможным использование котлов-утилизаторов. Тогда получить теплоту возможно только в энергетических котлах.

Воспользовавшись формулой (4) может быть рассчитано количество теплоты, получаемое в энергетических котлах:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Очевидно, что добавление природного газа позволяет увеличить количество получаемой теплоты почти в 2 раза.

Однако, следует принять во внимание, что во втором случае, когда природный газ не добавляется в конвертерный, он может быть в чистом виде использован на энергетических котлах.

Соответственно, при существующем расходе конвертерного газа, в соответствии с соотношением (7) останется невостребованным следующее количество природного газа:

тыс. м3 м3

£пг = 6,24 ■ 0,193 = 1,204-= 20,07—,

мин с

Низшая теплота сгорания природного газа составляет:

_ МДж

<2н = 36.4-J-. м

Тогда количество теплоты, которое можно получить дополнительно при сжигании чистого природного газа в энергетических котлах, в соответствии с формулой (4) будет составлять:

<3п.г. = 20,07 ■ 36,4 = 730,55 МВт. Тогда суммарное количество полученной теплоты будет равно:

<2к.г.+п.г. = 977 + 730,55 = 1707,55 МВт. В таком случае увеличение количества теплоты, составит:

AQ = Qc,г. - <Зк.г.+п.г. = 1 893 - 1707,55 = 185,45 МВт. Таким образом, исходя из описанного выше, наиболее эффективным способом повышения энергетической эффективности конвертерного газа является добавление природного для осуществления углекислотной конверсии метана и этана и удаления 100% углекислого газа.

Список литературы / References

1. Максимов А.А. Совершенствование энергоэффективной схемы утилизации конвертерного газа / А.А. Максимов, Е.Б. Агапитов // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: сборник докладов IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (ТИМ'2015) с международным участием, посвящённой 95-летию основания кафедры и университета (г. Екатеринбург, 26-27 марта 2015 г.). Екатеринбург: УрФУ, 2015. С. 101-105.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ Диденко А.Ф. Email: Didenko641@scientifictext.ru

Диденко Анна Федоровна — магистрант, кафедра экологии и промышленной безопасности, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва

Аннотация: в данной статье проведены исследования очистки сточных вод гальванических производств на примере цинксодержащих, медьсодержащих и никельсодержащих сточных вод. Исследования проводились при двух режимах - постоянном перемешивании фильтрующей загрузки и без ее перемешивания. Было определено наиболее эффективное массовое соотношение анодного и катодного материала гальванопары, а также было определено оптимальное время очистки. В данной статье представлены результаты экспериментов и графики зависимостей остаточной концентрации ионов тяжелых металлов от длительности процесса.

Ключевые слова: безреагентные методы, электрохимические методы, гальванокоагуляция, гальваническая пара.