Nicht nur sparen, sondern auch mehr produzieren! Als Ergebnis der aerodynamischen Berechnung wurde der spezifische Luftstrom ermittelt, der zur Bestimmung der Temperaturdifferenz des Wassers bei seinen verschiedenen Temperaturen am Eintritt in den Kühlturm erforderlich ist. Daher können wir

Interview mit dem leitenden Energieingenieur von PJSC "KMZ" Matsievsky Boris Nikolaevich.

– Boris Nikolajewitsch, Energie ist einer der wichtigsten Wirtschaftszweige, der für die Entwicklung des Landes als Ganzes und unseres Werks im Besonderen von entscheidender Bedeutung ist. Deshalb widmet die Werksleitung der Arbeit des BHKW-PVS, der Elektrowerkstatt, der Gaswerkstatt und der V&C-Werkstatt große Aufmerksamkeit. Ist es möglich, die Arbeit von Energieingenieuren bei der Modernisierung und Reparatur von Geräten zu spezifizieren?

- Ja natürlich. 2015 wurden größere Reparaturen und Ausrüstungserneuerungen in den Powershops durchgeführt. Bei CHP-PVS wurden unter der Leitung des Kraftwerksdirektors Roman Karpachev Revisionen der Kessel Nr. 1, Nr. 4, Nr. 5 durchgeführt.

In der Elektrowerkstatt unter der Leitung von Viktor Morozov wurden im Laufe des Jahres 15 6-kV-Öl-Leistungsschalter durch moderne Vakuum-Leistungsschalter ersetzt und die Schaltanlage rekonstruiert Pumpstation Nr. 1 mit der Installation einer neuen Sektion.

In der Gaswerkstatt wurde unter der Leitung von Evgeny Chernov eine Generalüberholung der Trockengasreinigung des Hochofens Nr. 1 durchgeführt. Es wird daran gearbeitet, die Elektrodialysewasserreinigung in die Produktion einzuführen.

In der W&C-Werkstatt unter der Leitung von Sergey Ivanov wurde eine Generalüberholung des Aerotankblocks des aeroben Faulbehälters der Kläranlagen durchgeführt.

Nur hier Hauptarbeiten. Aber es wird ständig Arbeit geleistet, die wir „Umsatz“ nennen. Dies sind laufende Reparaturen, um kleinere Fehler zu beheben. Sie erfordern einen erheblichen zeitlichen und personellen Aufwand. Der Umfang dieser Arbeiten hängt von der ordnungsgemäßen Funktion der Geräte ab. Je weniger Verstöße im Betrieb, desto weniger Reparaturen müssen durchgeführt werden. Und für den korrekten Betrieb sorgt das Schichtpersonal. Das sind Spezialisten, die den Betrieb der Anlagen rund um die Uhr überwachen und bei Abweichungen von den vorgegebenen Parametern alle Maßnahmen ergreifen.

„Jetzt müssen wir an die Zukunft denken. Erwarten Sie Ereignisse. Die Zuverlässigkeit der Ausrüstung hängt von der Einstellung dazu ab. Gibt es einen vorläufigen Plan für Kapitalreparaturen für Anfang des Jahres?

- Natürlich wird dieser Plan jetzt ausgearbeitet. Die Betriebsleiter bereiteten ihre Vorschläge für 2016 zur Überholung der Ausrüstung vor. Diese Vorschläge wurden zuvor in der Abteilung des Chefingenieurs für Energie, dann mit dem Chefingenieur besprochen. Die Aktivitäten, die in den Aktionsplan für 2016 aufgenommen werden, wurden endgültig festgelegt.

Nun gilt es, die Kosten dieser Aktivitäten zu klären. Im Januar 2016 wird der Plan von der Werksleitung genehmigt.

- In Ihrer Tätigkeit wie in jeder anderen wird alles von Menschen entschieden. Was kann man über das Personal der Energietechniker sagen?

– In unseren Werkstätten arbeiten viele kompetente und verantwortungsbewusste Fachkräfte. Ich möchte besonders die folgenden Mitarbeiter erwähnen: Valery Baklanov - leitender Ingenieur bei CHPP-PVS, Evgeny Kazakov - Monteur bei CHPP-PVS, Igor Fedryakov - Gasarbeiter des Gasgeschäfts, Yuri Merkin - Schichtleiter des Gasgeschäfts, Vladimir Smolyakov - stellvertretender Chefingenieur von CHPP-PVS, Alexander Eremkin - Vorarbeiter für die Reparatur der Ausrüstung der V&C-Werkstatt, Maxim Mishin - Vorarbeiter für die Reparatur und Installation der elektrischen Ausrüstung der Elektrowerkstatt, Sergey Solovyov - Vorarbeiter für die Reparatur der Ausrüstung der V&C-Werkstatt Werkstatt, Yuri Zasimov - Vorarbeiter für Reparatur und Betrieb der V&C-Werkstatt, Pavel Petrov - Elektriker der Elektrowerkstatt und viele andere tolle Mitarbeiter.

– Boris Nikolaevich, wie beurteilen Sie die ganze Arbeit der Energieingenieure im Jahr 2015?

Meine Bewertung ist eine vier plus. Wieso den? Denn alle für 2015 geplanten Aktivitäten sind abgeschlossen. Energieingenieure arbeiten stabil und zuverlässig und versorgen alle Werkstätten der Anlage sowie Drittverbraucher ununterbrochen mit Energieressourcen. Eine Bestätigung der guten Arbeit der Energietechniker der Fabrik ist die Ausstellung eines Bereitschaftszertifikats für die Heizperiode 2015-2016.

Ich wünsche Ihnen allen für das kommende Jahr störungsfreie Arbeit, wirtschaftliche Stabilität, Selbstvertrauen, gute Laune und neue Erfolge in edler Arbeit zum Wohle unseres heimischen Werkes.

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Pressezentrum der PJSC "KMZ"

Zusammenfassung der Dissertation zum Thema „Effizienzsteigerung von BHKW-PVS eines Hüttenwerks beim Einsatz von GuD-Anlagen“

Als Manuskript

YAVOROVSKY YURY VIKTOROVYCH

ERHÖHUNG DES WIRKUNGSGRADS DES BHKW-PVA DES HÜTTENWERKS DURCH DEN EINSATZ EINER GAS-KOMBI-ANLAGE

Spezialität 14.05.04. - Industrielle Wärmekrafttechnik

Moskau - 2007

Die Arbeiten wurden am Department of Industrial Heat and Power Systems (PTS) des Moskauer Instituts für Energietechnik (Technische Universität) durchgeführt.

Wissenschaftlicher Leiter:

Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor Galaktionov Valery Vitalievich

Offizielle Gegner:

Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor Sergievsky Eduard Dmitrievich

Doktor der Technischen Wissenschaften, Professor Ochotin Alexander Sergejewitsch

Führende Organisation

JSC "Verein VNIPIenergoprom"

Die Verteidigung findet am 16. März 2007 um 15:30 Uhr in einer Sitzung des Dissertationsrates D 212.157.10 am Moskauer Institut für Energietechnik (Technische Universität) unter der Adresse: Moskau, Krasnokazarmennaya-Str., Raum 17, statt. G-406.

Die Dissertation befindet sich in der Bibliothek des Moskauer Instituts für Energietechnik (Technische Universität).

Wissenschaftlicher Sekretär

Dissertationsrat D 212.157.10 ---

Kandidat der Technischen Wissenschaften, außerordentlicher Professor Popov S.K.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ARBEIT

Die Dringlichkeit des Problems. Eines der drängendsten Probleme in der Eisenmetallurgie ist die Steigerung der Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit der Produktion in Hüttenbetrieben. Mit dem allmählichen Anstieg der Preise für Brennstoffe und Energierohstoffe gewinnt der Energieverbrauch bei der Stahlherstellung immer mehr an Bedeutung. Ein großes metallurgisches Werk mit Vollzyklus kann eine Kapazität von etwa 10 Millionen Tonnen Stahl pro Jahr haben und eine enorme Menge an Brennstoff verbrauchen – mehr als 10 Millionen Tonnen Brennstoffäquivalent. Im Jahr. Im ganzen Land verbrauchen Eisenmetallurgieunternehmen etwa 15 % aller produzierten natürlichen Brennstoffe und mehr als 12 % des Stroms. Der Anteil der Eisenmetallurgieunternehmen am Gesamtvolumen der Industrieproduktion der Russischen Föderation ist ein bedeutender Wert - mehr als 12%.

Schätzungen aus der Literatur zufolge liegt das Energieeinsparpotenzial russischer Hüttenunternehmen bei 20-30 %. Der Anteil der zugekauften Energieressourcen - Kohle, Koks, Erdgas und Strom - an der Kostenstruktur der Walzprodukte beträgt 30-50%, was auf eine hohe Energieintensität der Produktion hinweist. Bedeutende Energieeinsparungen können vor allem durch rationelle Konstruktion und Optimierung der Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks sowie durch Optimierung des Energieeinsatzes in einzelnen technologischen Prozessen erreicht werden.

Das BHKW-PVS des Stahlwerks gleicht das Ungleichgewicht des Produktionsdampfes bei gleichzeitiger Nutzung der eigenen brennbaren Energieressourcen (VGER) aus und stellt die Produktion bestimmter Mengen an Druckluft, Wärme und Strom sicher, ist also das wichtigste Bindeglied das die Brennstoff- und Energiebilanz des Stahlwerks für diese Energieträger schließt. Daher sollten die Fragen der Optimierung des Energieverbrauchs in einzelnen technologischen Prozessen insgesamt betrachtet werden und Fragen im Zusammenhang mit der Energie des Unternehmens umfassen.

Zur Lösung dieser Probleme ist eine Systemanalyse des energietechnischen Komplexes Hüttenwerk als komplexes System erforderlich.

In vielen Hüttenwerken ist die Ausrüstung von KWK-PVS physisch und moralisch veraltet, und daher besteht die Notwendigkeit, ihre technische Umrüstung unter Verwendung moderner oder neu zu entwickelnder Energieausrüstung durchzuführen.

Steigerung der Einsparung von Brennstoff- und Energieressourcen, Reduzierung von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen und damit Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Hüttenwerks durch Entwicklung optimaler Kreislauf- und Parameterlösungen für KWK-PVS auf GuD-Basis und Verknüpfung der Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks ist eine sehr dringende Aufgabe.

Zielsetzung. Ziel der Dissertationsarbeit ist die Effizienzsteigerung von KWK-PVS auf Basis der Entwicklung und Auswahl optimaler kreislaufparametrischer Lösungen für KWK-PVS auf PTU-Basis in Verbindung mit der Brennstoff- und Energiebilanz des gesamten Hüttenwerks.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist Folgendes erforderlich:

Sich entwickeln mathematisches Modell CHPP-PVS, einschließlich eines Modells einer PTU (GTP) an einem VGER, ein Modell einer Dampfturbine CHPP-PVS, das es ermöglicht, die Schemata und Parameter eines CHP-PVS unter Berücksichtigung der Gesamtheit zu berechnen und zu optimieren Brennstoff- und Energiebilanz des gesamten Stahlwerks;

Entwicklung einer Methode zur Bewertung der optimalen Anwendungsbereiche von Berufs- und Gasturbinen, Berufs- und Wärmekraftwerken, die an der VGER eines Hüttenwerks betrieben werden;

Entwicklung eines Werkzeugs zur Auswahl der optimalen Strategie für die Entwicklung von KWK-KWK basierend auf mathematischen Modellen und Methoden unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Stahlwerks.

Die wissenschaftliche Neuheit der Arbeit ist wie folgt:

1. Es wurde ein einheitliches mathematisches Modell von CHP-PVA entwickelt, einschließlich eines Modells eines STP bei einem VGER, eines Modells eines Dampfturbinen-KWK und eines PVS, das es ermöglicht, die Schemata und Parameter eines CHP- PVA unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Stahlwerks.

2. Die Eigenschaften eines GuD mit Abhitzekessel (CCGT-KU), das an der VGER des Stahlwerks betrieben wird, wurden erhalten, und es wurde festgestellt, dass bei denselben Anfangsparametern des GTP ihre Eigenschaften durch den volumetrischen Inhalt beeinflusst werden von CO, H2, COg, CH4, H20, O2, N2 im Kraftstoff (je nach abnehmendem Einfluss).

3. Gruppen von kalorienarmen und kalorienreichen Mischungen von VGER mit charakteristischen Eigenschaften, die die Parameter und Schaltungsdesigns von GTU und CCGT bestimmen, die bei VGER betrieben werden, werden identifiziert.

4. Die Bedingungen für die Austauschbarkeit des VGER für die CCP-KU werden erhalten und es wird gezeigt, dass je nach Zusammensetzung des Kraftstoffs der VGER GTU (CCP) seine Aggregat- und Schaltungsimplementierung unterschiedlich sein sollte. Für die Gruppe der kalorienarmen Gemische (bis 12 MJ/m3) auf Basis von Hochofen-, Konverter- und Erdgasen sollte ein dynamischer Gasturbinenbrennstoffverdichter verwendet werden; für eine Gruppe hochkalorischer Mischungen (mehr als 17 MJ/m3) auf der Basis von Koksofen- und Erdgasen - Kraftstoffkompressor GTU mit positiver Verdrängung.

5. Theoretisch wurde festgestellt, dass es für die Aufgaben der ausschließlichen Erhöhung der elektrischen Leistung optimal ist, ein CCGT zu verwenden, für die Aufgaben des Ersatzes von Geräten mit einem hohen Anteil an der Heizlast - PTU, für die Aufgaben des Ersatzes von Geräten mit einer Erhöhung der elektrischen Leistung und mit einem hohen Anteil an Produktionswärmelast - eine Kombination aus PTU und GTP (BHKW) am VGER eines Hüttenwerks, abhängig von der Produktionsstruktur des Stahlwerks.

6. Es hat sich herausgestellt, dass es in Abhängigkeit von den Parametern der Wärmebereitstellung unterschiedliche optimale Einsatzgebiete am BHKW-PVS des Hüttenwerks PTU-BHKW (bei geringer thermischer Last) und GTP-BHKW (bei hoher Dampflast) gibt ), die mit VGER-Kraftstoffen betrieben werden.

Der praktische Wert der Arbeit liegt darin, dass die darin entwickelten Methoden und ihre Ergebnisse es ermöglichen, das komplexe Problem der Bildung einer Energiestrategie für die metallurgische Industrie zu lösen. Die entwickelte Technik kann bei der technischen Umrüstung und Modernisierung von KWK-PVS von Hüttenwerken in Russland und den GUS-Staaten eingesetzt werden.

Die Verlässlichkeit und Aussagekraft der Arbeitsergebnisse ergibt sich aus der Anwendung moderne Methoden thermodynamische Analyse, bewährte Methoden der mathematischen Modellierung, zuverlässige und bewährte Methoden der Systemforschung in der industriellen Wärmekrafttechnik, Verwendung weit verbreiteter Methoden zur Berechnung von Wärmekrafteinheiten und zuverlässiger Referenzdaten, Vergleich der erhaltenen theoretischen Ergebnisse mit Daten anderer Autoren und dabei gewonnener Daten das Energieaudit von Wärme- und Stromsystemen der metallurgischen Industrien.

Entwickelte Methodik)" und ein mathematisches Optimierungsmodell zur Berechnung der Parameter und Schaltungslösungen eines BHKW-PVS, einschließlich GTU- und CCGT-VGER, integriert in das mathematische Optimierungsmodell eines Hüttenwerks;

Die Ergebnisse von rechnerischen Studien der Eigenschaften und Energieleistungskennzahlen von Kombikraftwerken und Gasturbinenanlagen, die an der VGER eines Hüttenwerks betrieben werden, unter Berücksichtigung ihrer Merkmale im Vergleich zu Erdgasanlagen;

Ergebnisse von Optimierungsstudien der Struktur von KWK-PVS, einschließlich GTU- und CCGT-VGER, unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks.

Bei der Entwicklung einer Methodik und eines mathematischen Optimierungsmodells für ein BHKW-PVS, einschließlich GTU- und CCGT-VGER, integriert in ein mathematisches Optimierungsmodell eines Hüttenwerks;

Bei der Durchführung von Computerstudien zu den Eigenschaften und Energieeffizienzindikatoren von Dampf-Gas und

Gasturbineneinheiten, die am VGER eines Hüttenwerks betrieben werden;

Bei der Durchführung von Optimierungsstudien der Struktur der Energiequelle eines Hüttenwerks, das auf der Grundlage einer traditionellen Dampfturbine sowie einer Gasturbine und einer Ausrüstung mit kombiniertem Zyklus gebaut wurde, unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks .

Approbation und Veröffentlichungen. Die Ergebnisse der Arbeit wurden auf den VIII-XII Internationalen wissenschaftlichen und technischen Konferenzen von Studenten und Doktoranden "Radioelektronik, Elektrotechnik und Energie" (Moskau, 2002-2006), II und III Allrussischen Schulseminaren junger Wissenschaftler vorgestellt und Spezialisten "Energieeinsparung - Theorie und Praxis "(Moskau, 2004 und 2006), III. Internationale wissenschaftlich-praktische Konferenz "Metallurgische Wärmetechnik: Geschichte, aktueller Stand, Zukunft" (Moskau, MISiS, 2006), bei technischen Sitzungen des OJSC " Kosogorsk Metallurgical Plant" (August 2003) und OAO Severstal (März 2004 und Oktober 2006).

Struktur und Umfang der Arbeit. Die Dissertation besteht aus einer Einleitung, 4 Kapiteln und einem Schluss sowie einem Verzeichnis der verwendeten Quellen. Die Arbeit wird auf 167 Seiten maschinengeschriebenen Textes präsentiert, enthält 70 Abbildungen, 9 Tabellen. Die Liste der verwendeten Quellen besteht aus 136 Einträgen.

Die Einleitung begründet die Relevanz des Themas und den praktischen Wert der Arbeit und gibt ihre allgemeinen Merkmale wieder.

Das erste Kapitel bespricht und analysiert die wissenschaftliche und technische Literatur. Bekannte Arbeiten auf dem Gebiet der Systemanalyse der metallurgischen Industrie werden beschrieben. Es wird gezeigt, dass die Untersuchung solcher Systeme auf der Grundlage nichtlinearer mathematischer Modelle möglich ist und gegeben ist schöne Ergebnisse. Grundlage für die Untersuchung der Funktionsweise solcher Systeme und ihrer Elemente im Zusammenspiel ist die Erstellung einer vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des gesamten Hüttenwerks. Es wird gezeigt, dass die Fokussierung des mathematischen Modells auf die Lösung von Optimierungsproblemen eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung solcher Studien ist. Es wird eine Analyse von Veröffentlichungen durchgeführt, die der mathematischen Beschreibung der Eigenschaften industrieller KWK-Anlagen und der Konstruktion ihres mathematischen Modells gewidmet sind. Bereitgestellt

eine Übersicht über Arbeiten, die Methoden zur Bestimmung der optimalen Struktur und des optimalen Profils der Ausrüstung, der thermischen und elektrischen Leistung einer Dampfturbine eines industriellen BHKW gewidmet sind. Es werden verschiedene Arten von Schemata von Kombikraftwerken analysiert, ein Vergleich der Energie- und Wirtschaftsindikatoren von Dampfturbinen- und Kombikraftwerken (Gasturbinen) sowie Merkmale von Methoden zur Berechnung der PTU-Parameter aufgeführt. Es wird der Schluss gezogen, dass es notwendig ist, eine umfassende Studie zur Frage der Durchführbarkeit der Verwendung eines GuD- und GTU-Kraftwerks als Stromerzeugungsanlage in einem KWK-PVS eines Hüttenwerks durchzuführen.

Das erste Kapitel endet mit der Formulierung des Studienzwecks und der Aufgaben, die zur Zielerreichung gelöst werden müssen.

Eingabe der Anfangsdaten Zusammensetzung des Gases in Parameter zur Berechnung der Nennbetriebsart der Gasturbine

Berechnung der tellophysikalischen Eigenschaften des Kraftstoffgemisches Initial

Annäherung аы _ und Gase

Kraftstoffverbrauch)

Berechnung des Luftkompressors Berechnung des Kraftstoffkompressors

Berechnung der Stoffbilanz 1 Verbrennung Berechnung des Betriebs der Turbine) ohne Kühlung [

Bestimmung von Gasfluss in den Brennraum, Kraftstoffverbrauch, GTU-Effizienz und

Berechnungsdurchlauf 1-1

Berechnung des Kühlsystems bei Nennstrahlzeit

Berechnungsdurchlauf 1=2

Berechnung der Widerstandsänderung "des Kühlkörperkessels im Auslegungsmodus

Speichern Sie die Ergebnisse der Berechnung des Nennmodus, 1=1+1

„Berechnung des Gasturbinen-Kühlsystems im Auslegungsmodus, Neuberechnung der Eigenschaften der Gasturbine unter Berücksichtigung des Kühlsystems. Bestimmung der Zusammensetzung, Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur der Gase am Ausgang der gekühlten Gasturbine

Eingabe von Ausgangsdaten Zusammensetzung von Gasen Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur von Gasen Bestimmung thermophysikalischer Eigenschaften von Gasen Erste Näherung der Strömungsgeschwindigkeiten des erzeugten Dampfes

Berechnung des Gasturbinen-Zelt-Schemas Bestimmung des Anteils des Gasverbrauchs für die Erzeugung

"Energie"-Paar __♦______

Thermische Berechnung des Abhitzekessels |

Durchflussbestimmung I

"Energie" Dampf mit;

gegebene Parameter:

Der Dampfstrom ist gleich der ersten Näherung

Verfeinerung des Dampfverbrauchs

Berechnung des thermischen Schemas von Dampfturbinen-CCGT

Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Dampf ■

Thermische Berechnung des Abfallbehälters, Ermittlung der Durchflussmenge I

Tetofizierung (technologische) Ich koppele mit angegebenen Parametern "

Abbildung 1. Vergrößertes Blockdiagramm des mathematischen Modells des CCGT-VGER. Das zweite Kapitel der Dissertation widmet sich der Entwicklung

Optimierung nichtlinearer mathematischer Modelle zur Berechnung der Indikatoren von GTU- und CCGT-VGER, konzentriert auf die Berechnung von Anlagen, die mit internen brennbaren Energieressourcen (VGER) eines Hüttenwerks betrieben werden. Die Optimierungsideologie solcher Modelle wird betont.

Die Beschreibung des universellen mathematischen Modells von CHP-PVS-EVS basierend auf Dampfturbinen-, Gasturbinen- und GuD-Anlagen wird gegeben. Es wird eine Beschreibung des Verfahrens und der Struktur seiner Integration in ein allgemeines nichtlineares mathematisches Optimierungsmodell einer Hüttenanlage gegeben, das in dem Software- und Informationssystem OptiMet implementiert ist.

Die Integration des mathematischen Modells des BHKW-PVS, das ein CCGT-VGER, eine Gasturbineneinheit und eine Dampfturbinenausrüstung umfasst, in das mathematische Modell eines Hüttenwerks wurde nach folgendem Schema durchgeführt:

dE ^ / Gya * "7, Kda, Pkkp, L

vig ^ y ^ W1at)

d> Technologie _ pKHP, pLgDP, gzStPl + rProk t> Sonstiges

VGER ~ VGER VGER VGER VGER VGER t>TPP _ pE t>Technologie ° VGER ~ p VGER 13 VGER

QI /■[ UST K gtKKP gt Miete t-g-andere |

VTER "J [^ Koks > 11 OKG > 11 SIO + KU" 11 SIO + KU)

(LTES _P1 PE)_S) LTU-CHPP, PPGU (GTUUTETS

Votp ~ V MK U< ВТЭР ^ВТЭР 1~к<отп + Ус

T.TES _ G (rTES P2 13 SG ~ J V3 VGER ""s

^ "HPP _ cTPP + dTPP \u003d% PTU - CHPP + dCPP (GTU) - CHP VGER" pg

t>b _ t> Technologie, r HPP SG ~ SG SG

■^TPP _ ^¡fTES rGES G^PTU-BHKW + ^PGU(GTU)-KWK

IMMER _ A0E Pdp) ~ J K<ВТЭР>11 GUBT I

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Vmk \u003d V ug _ shimm + ^PG + ■ E0ES -> Stck

du! \u003d uP1U [vPTU-CHPP ^ + uLtGTU) (rPP "(PUu CHPP) + ug,

31 "= TsSh" V + TsPG-V * + Tsee.Eoes

MK ^ush y? shchit ^ PG m MK

wobei V1Vger der Output von VGER (Hochofen-, Koks-, Konvertergase) ist, der eine Funktion des Regimes, der strukturellen und technologischen Parameter der metallurgischen Industrien ist; VKhP Verbrauch von Kohle

aufladen; Kdp - Koksverbrauch im Hochofen; pkkp - Leistung

Produktion von Sauerstoffkonvertern; V^ryugia - Verbrauch von VGER für Technologie; W^p - Verbrauch von WHER durch das Wärmekraftsystem; O ^ ^ "C - Wärmeversorgung durch das Kraft-Wärme-System des Hüttenwerks; -

der Wärmebedarf des Hüttenwerks; 0 ~ vter ~ interne thermische Energieressourcen (VTER) des Stahlwerks; 0_shp~CHP - Wärmeversorgung von Dampfturbineneinheiten des BHKW des Eisen- und Stahlwerks; - Urlaub

Wärme aus Dampf-Gas-Anlagen (Gasturbinen) von KWK-Anlagen des Eisen- und Stahlwerks; В™с - Verbrauch von Erdgas durch das Wärmekraftwerk (TPP); Blf.jp - VGER-Ressource für TPPs; WES - Kraftstoffverbrauch durch das Wärme- und Stromsystem; V ";! G - Verbrauch von Erdgas im Hüttenwerk; dmyatkgsh. Verbrauch von Erdgas für technologische Zwecke

Produktion; Etes - Stromerzeugung durch ein thermisches Energiesystem; Eoes - der Wert des Stromverbrauchs von außen; der Gesamtstrombedarf des Stahlwerks; Eper - Strom, der von einem Wärmerückgewinnungskraftwerk (TUES) und GUBT erzeugt wird. Bezeichnungen der Produktionen: KKHG1 - Koks-Chemie, AGDP - Sintern, StPl - Stahlerzeugung, Walzen - Walzen, USTK - Anlagen zur Kokstrockenlöschung, KKP - Sauerstoffkonverterproduktion. Andere Bezeichnungen: B - Verbrauch von Standardkraftstoff, V - Schadstoffemissionen, C - Preis der Energiequelle, P - Produktivität, 0 - Wärme, E - Strom, b - spezifischer Verbrauch von Standardkraftstoff.

Die Begründung der Auswahl und Anwendung des Optimierungsverfahrens wird gegeben, sowie eine kurze Beschreibung des angewandten kombinierten Optimierungsverfahrens des OBI). Eine Beschreibung der in Optimierungsrechnungen verwendeten Zielfunktionen wird gegeben: das Minimum der reduzierten Brennstoff- und Energieressourcen im Hüttenwerk, das Minimum

Kosten Kosten für zugekaufte Brennstoffe und Energieressourcen

zuzüglich Schaden durch schädliche Emissionen £ 3, sowie ein wirtschaftliches Kriterium,

einschließlich s£ und unter Berücksichtigung von Unterschieden in den Kapitalkosten in verschiedenen

Arten von Kraftgeräten.

Im dritten Kapitel wurde auf der Grundlage des vorgeschlagenen mathematischen Modells eine rechnertheoretische Untersuchung der Eigenschaften von Gasturbinen- und Kombikraftwerken durchgeführt, die an der VGER eines Hüttenwerks betrieben werden.

Die Arbeiten zu Hochofen-, Koks-, Konvertergasen und deren Mischungen werden betrachtet, ein Vergleich mit der Leistung von mit Erdgas betriebenen Gasturbinen wird angestellt, ein signifikanter Unterschied zwischen deren Eigenschaften und denen von mit Erdgas betriebenen Gasturbinen wird aufgezeigt.

Bei Verwendung eines VGER mit relativ niedrigem Heizwert (Hochofen- und Konvertergas) führt der Übergang zu höheren Anfangstemperaturen vor der Turbine (über 1200 °C) nicht zu einer signifikanten Steigerung des Wirkungsgrades des Gases Turbine, und ab Temperaturen um 1300°C wird sogar eine Abnahme beobachtet.

GTU-Effizienz, netto

Erdgas Kokereigas

Konvertergas

Abb.2. Wirkungsgrad einer Gasturbine mit einfachem Zyklus beim Betrieb mit verschiedenen Gasen der VGER und bei gleicher Temperatur zuvor

Gasturbine.

1000 Grad C -1200 Grad C -1400 Grad C -1600 Grad C

Der Grad der Druckerhöhung im GTU-Kompressor

Abb. 3. Abhängigkeit des elektrischen Nettowirkungsgrades von GTP von den Anfangsparametern des Zyklus beim Betrieb mit Hochofengas.

Die Hauptgründe für die unterschiedlichen Eigenschaften von Gasturbinen, die mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden, sind folgende:

Der Unterschied in den thermophysikalischen und thermodynamischen Eigenschaften der Gase, aus denen das Brennstoffgemisch für Gasturbinen besteht. Enthalpie, Gaskonstante, Adiabatenexponent der Gase, aus denen das Kraftstoffgemisch bestehen kann

unterscheiden sich deutlich voneinander. Dies sowie die unterschiedliche Dynamik der Temperaturabhängigkeit dieser Werte führt zu einem Unterschied in der Arbeit der Gasverdichtung im Kompressor und den Gastemperaturen am Ausgang des Kompressors. Dadurch wird der Wärmehaushalt der Gasturbinenbrennkammer (die notwendige Wärmezufuhr des Brennstoffs) und damit der Brennstoffverbrauch in der Gasturbine beeinflusst.

Unterschiedliche Zusammensetzung von Verbrennungsprodukten, die während der Brennstoffverbrennung in die Gasturbinenturbine eintreten andere Zusammensetzung, beeinflusst den Betrieb der Gasturbine. Wie Berechnungen zeigen, ist dieser Effekt jedoch relativ gering, da unabhängig von der Zusammensetzung des Brennstoffs und den Parametern der Gasturbine der vorherrschende Bestandteil der Verbrennungsprodukte Stickstoff ist (72-75%). Bei GTU mit hohe Temperaturen vor der Turbine ist der Stickstoffgehalt geringer. Der Gesamtgehalt an Sauerstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten variiert innerhalb der verbleibenden (25-28%).

Abhängig von der Art des in der Gasturbine verwendeten Brennstoffs sowie dessen Parametern variiert das Verhältnis von Brennstoffvolumenstrom zu Luftvolumenstrom in einem weiten Bereich: von 0,03 für Erdgas bis 0,40,5 für Gichtgas.

Abhängig von der Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches haben GTPs unterschiedliche Verhältnisse von internen Kapazitäten und Gasdurchflussraten für Luft- und Kraftstoffkompressoren bei gleicher elektrischer Leistung des GTP.

Insofern ist die herkömmliche Einbeziehung der Leistung des Booster-Kraftstoffverdichters in den Wert des Eigenbedarfs, angegeben in %, in diesem Fall nicht anwendbar. Da die Leistung der Kraftstoff- und Luftkompressoren des G „TU-VGER“ stark von der Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches abhängt, wird die Nutzarbeit Lpo“ durch folgenden Ausdruck bestimmt (bei Einwellenauslegung).

^Boden = ^T ~ >

wobei 1.t die interne Arbeit der GTU-Gasturbine ist; 2Хк ist die gesamte interne Arbeit der Luft- und Kraftstoffkompressoren der GTU.

Der Betrieb mit Kraftstoffgemischen unterschiedlicher Zusammensetzung aus VGER-Gasen kann zu erheblichen Unterschieden in der Gesamtimplementierung von GTP führen. Es ist technisch schwierig, eine universelle GTU zu schaffen, die mit einem Kraftstoffgemisch beliebiger Zusammensetzung betrieben wird und gleichzeitig eine konstant hohe Energie- und Umweltleistung sowie die Fähigkeit zur Leistungssteuerung beibehält. Das Verhältnis von Luft und Kraftstoff für verschiedene Kraftstoffgemische unterscheidet sich bis zu 20-mal. Daher können Gasturbinen- und Kombikraftwerke, die VGER verwenden, nur für bestimmte Brennstoffmischungen ausgelegt werden.

In Gasturbinen, die mit VGER-Brennstoffen betrieben werden, ist es oft erforderlich, dynamische Brennstoffkompressoren (Turbokompressoren) zu verwenden. Dies liegt daran, dass der volumetrische Brennstoffverbrauch in solchen Gasturbinen sein kann

zehnmal höher als bei Gasturbinen mit Erdgas bei gleicher elektrischer Leistung.

¿500 £400 "300 200 100 0

33% 32% 31% 30%

Erdgas

Konvertergas

Hochofengas

Abb.4. Gas

Konstante von VGER-Kraftstoffmischungen R, kJ/(kg·K).

5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 Niedrigere Verbrennungswärme des Kraftstoffs, kJ/nm3

natürliche Gaa /

^ \ Konvertergas ^ Hochofengas

Abb.5. Effizienz von GTP beim Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffgemischen von Gasen VGER.

0 6000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 Niedriger Heizwert des Brennstoffs, kJ/nm3

Für Brennstoffgemische mit niedrigem Heizwert von 5000–10000 kJ/m3 (ohne Gemische aus Hochofen- und Kokereigasen) schwankt die Gaskonstante in einem kleinen Bereich von 270–310 J/(kg·K). Dadurch ist es möglich, Gasturbinenbrennstoffgemische aus VGER-Gasen und Erdgas (ohne Kokereigas) mit vorgegebenem Heizwert zwecks gegenseitiger Redundanz zu bilden. In diesem Fall ist die Auswirkung auf die Eigenschaften des Kraftstoffkompressors minimal.

Der Volumengehalt an Sauerstoff in den Abgasen von Gasturbinen mit den gleichen Anfangsparametern, die mit unterschiedlichen Brennstoffmischungen betrieben werden, variiert über einen weiten Bereich (um 3–4 %). Da der Sauerstoffgehalt beim Betrieb der Gasturbine an Hochofengas stark abnimmt, sind dem Betrieb der Entladekreisläufe des GuD und der Nutzungskreisläufe des GuD mit Nachverbrennung technische Grenzen gesetzt. Beim Betrieb mit Hochofengas wird ihr Wirkungsgrad stark reduziert.

Abb.6. Volumetrisch

Brennstoffverbrennung D - Hochofengas, K - Kokereigas, KH - Konvertergas, Pr - Erdgas.

10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 Brennstoffheizwert, kJ/nm3

Berechnungen haben gezeigt, dass eine objektive Abhängigkeit des elektrischen Wirkungsgrades einer Dampf-Gas-Anlage mit Nutzungsschema von der Zusammensetzung des Brennstoffgemisches besteht, mit dem die GTP als Teil einer GuD-Anlage arbeitet. Darüber hinaus variiert das Verhältnis der Dampfturbinen- und Gasturbinenleistung des CCGT in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Brennstoffgemisches. Beim Betrieb an einer VGER mit niedrigem Heizwert ist der Anteil der Dampfturbinenleistung des GuD größer.

Abb.7. Wirkungsgrad von CCGT beim Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffgemischen von Gasen VGER.

О 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Heizwert, kJ/nm3

Abhängig von den Ausgangsgasparametern vor der GTP-Turbine unterscheidet sich der Wert des elektrischen Wirkungsgrades des GuD-Blocks um 1–3 % (abs.) beim Betrieb mit verschiedenen Gemischen der VGER. Großer Unterschied- für höhere Gasturbinenparameter. Der Wirkungsgrad von GuD-KU, die mit einer Mischung aus kalorienarmen Gasen – Hochofen und Konverter – betrieben werden, ändert sich praktisch nicht, wenn diese Gase in irgendeinem Verhältnis gemischt werden.

Das vierte Kapitel analysiert die Struktur der Brennstoff- und Energiebilanz russischer und ausländischer Hüttenwerke und Betriebe.

Auf Basis des informationsanalytischen Systems „Optimet“ gemeinsam mit I.A. Sultanguzin und A.P. Yashin entwickelte ein mathematisches Modell eines durchschnittlichen Hüttenwerks mit einer technologischen Struktur, die für die meisten russischen Hüttenwerke charakteristisch ist, und

Energiebilanz, die das mathematische Modell integriert, das vom Autor eines universellen CHP-PVS auf der Grundlage von Dampfturbinen, Gasturbinen und Kombigeräten entwickelt wurde. Es wird eine kurze Beschreibung des mathematischen Modells des durchschnittlichen Hüttenwerks gegeben, an dessen Entwicklung der Autor aktiv beteiligt war. Entsprechend der Struktur der Walzproduktproduktion im mittelgroßen Hüttenwerk (UMK) wurde das Referenzwerk des Gesamtzyklus des International Institute of Ferrous Metallurgy zugrunde gelegt. Die Verbrauchsstruktur der zugekauften Brennstoff- und Energieressourcen bei UMK mit einem großen Anteil an Erdgas (28 % des Gesamtverbrauchs an Brennstoff- und Energieressourcen) und Strom (50 % des Strombedarfs) ist typisch für die meisten russischen Hüttenwerke.

Am mathematischen Modell eines durchschnittlichen Stahlwerks wurden Berechnungen für folgende Optionen zum Ausbau des BHKW-PVS durchgeführt:

1. PTU vom Kondensationstyp mit einer elektrischen Leistung von 220 MW. Kraftstoff - Erdgas. Diese Version der PTU kann auf Basis des lizenzierten russischen GTE-160 (JIM3 - Siemens V94.2) gebaut werden.

2. STU vom Kondensationstyp mit einer elektrischen Leistung von 160 MW. Brennstoff - Hochofengas.

3. Hausdampfturbineneinheit K-160 vom Kondensationstyp mit einer elektrischen Leistung von 160 MW. Kraftstoff - Erdgas.

4. GTU-BHKW mit elektrischer Leistung von 52 MW. Kraftstoff - Erdgas. Das Gerät kann auf Basis eines bewährten und zuverlässigen Alstom GT-8C GTU gebaut werden.

5. PTU-BHKW mit elektrischer Leistung von 140 MW. Kraftstoff - Erdgas. Die PTU kann auf Basis der russischen GTU-110 gebaut werden.

6. PTU vom Kondensationstyp mit einer elektrischen Leistung von 53 MW. Kraftstoff - Konvertergas.

7. GTU-BHKW mit elektrischer Leistung von 35 MW. Kraftstoff - Konvertergas.

Reis. 8. Einsparung von eingekauften Energieressourcen (Erdgas und Strom) für verschiedene Optionen zum Ausbau des Energieversorgungssystems.

Reis. 9 Reduzierung des Energieverbrauchs des Stahlwerks für verschiedene Optionen zum Ausbau des Energieversorgungssystems

8. Dampfturbinenanlage vom Kondensationstyp mit einer elektrischen Leistung von 30 MW. Toplieo - Konvertergas.

Mit Hilfe der obigen Berechnungsöffnungsmethode ist es möglich, primäre Optionen zu berücksichtigen, aber nur eine begrenzte Anzahl davon. Die Formulierung, mathematische Beschreibung und Lösung des Optimierungsproblems sind um eine Größenordnung komplizierter. Aber nur sie ermöglicht es, eine wirklich optimale Struktur der Energiekapazitäten eines Hüttenwerks entsprechend der gewählten Zielfunktion und den bestehenden technischen Grenzen zu finden.

Als nächstes wird das Problem der kreislaufparametrischen Optimierung der Energiequelle des Stahlwerks gemäß den Kriterien zur Minimierung des Verbrauchs der reduzierten Brennstoff- und Energieressourcen und der Kosten der zugekauften Brennstoff- und Energieressourcen formuliert. Eine schemaparametrische Optimierung eines Dampfturbinen-BHKW-PVA wird durchgeführt, Widersprüche werden bei der Lösung des Optimierungsproblems für diese Zielfunktionen aufgezeigt.

Unter dem Kriterium des Mindestverbrauchs der oben genannten Brennstoff- und Energieträger wäre die optimale Lösung die Stromerzeugung im eigenen BHKW mit einem hohen Anteil an der Wärmeerzeugung. Der restliche Strom wird aus dem Netz bezogen. Für das Kriterium der Kosten für zugekaufte Brennstoffe und Energierohstoffe wird dagegen die maximal mögliche Stromeigenerzeugung die optimale Lösung sein.

Wie die Analyse gezeigt hat, ist dies angesichts des derzeitigen Preisverhältnisses von Erdgas und Strom auch für die thermodynamisch ineffizientesten Methoden der Stromerzeugung wirtschaftlich vertretbar.

Eine Analyse der Stabilität der Lösung wird unter der prognostizierten Preisänderung für zugekaufte Energieträger – Strom und Erdgas – durchgeführt. Die Analyse hat gezeigt, dass das Grenzverhältnis der Preise für Gas und Strom, bei dem die Kosten für Brennstoffe und Energieressourcen bei steigender Stromerzeugung noch sinken, für ein UMK-Dampfturbinen-BHKW mit mittleren Parametern etwa 2 beträgt.

Dazu gehören GTU und CCGT-VGER. Der Grad des Einflusses verschiedener optimierter Variablen auf das Lösungsergebnis kann stark variieren, wie in Abb. 10 dargestellt.

> Der Anteil der elektrischen Energie GTU "Zima";

I Anteil an GTU-Strom | Sommer I

L-Anteil an der Wärmeleistung von Kesseln >

BHKW-PVS Winter -X „Anteil Heizleistung Kessel | BHKW-PVS Sommer I

W Anteil der Gaswärme der GTU am BHKW | Energieparameter Winter -♦-Wärmeanteil der GTU-Gase im BHKW!

Energieparameter Sommer

Der Konvertergasanteil an Gasturbinen! Sommer

Nutzungsgrad (

Konvertergase in CCC -O-Anteil Hochofengas an [TU Zima "

O-Anteil Hochofengas bei GTU Leto

Reis. 10. Einfluss der optimierten Variablen auf die Zielfunktion

Es wurde festgestellt, dass bei Vorliegen von Randbedingungen wie Ungleichheiten (z. B. für die Einspeisung von Strom aus dem stahlwerkseigenen BHKW in das Energiesystem) die Zielfunktion der Kosten für zugekaufte Brennstoffe und Energieressourcen mehrere lokale Optima aufweist. Um den Rechenaufwand zu reduzieren, wird vorgeschlagen, starke Einflussgrößen mit monotoner Wirkung auf die Zielfunktion herauszugreifen und im ersten Schritt der Suche danach zu optimieren begrenzte Anzahl Variablen. In der zweiten Stufe der Suche werden zusätzlich weniger signifikante optimierte Variablen in das Optimierungsproblem einbezogen. Die Suche nach einer globalen optimalen Lösung basiert auf einer mehrfachen lokalen Suche nach Optima aus einer Menge von Anfangspunkten in einem zulässigen Lösungsbereich. Bei einer großen Anzahl gleichmäßig verteilter Anfangssuchpunkte kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass das globale Optimum gefunden wird.

Für KWK-PVS, zu denen CCGT-VGER gehört, ist das Ergebnis der Optimierung nach den Kriterien: „minimaler Verbrauch reduzierter Brennstoff- und Energieressourcen“ und „Kosten zugekaufter Brennstoff- und Energieressourcen“ nahezu identisch. Das heißt, die Verwendung von CCGT-VGER „vereint“ diese Kriterien tatsächlich.

Die Ergebnisse der Analyse der Stabilität der Lösung bei prognostizierter Preisänderung für eingekaufte Energieträger – Strom und Erdgas – zeigen, dass die Lösung des Optimierungsproblems einen großen Stabilitätsspielraum hat. Das Grenzverhältnis der Preise für Gas und Strom, bei dem die Kosten für Brennstoffe und Energieressourcen bei steigender Stromerzeugung immer noch sinken, beträgt für das UMK-BHKW mit GuD-Anlage etwa 3.

Ändern Sie die Einstellungen von Mittelpunkt zu Rändern

Kohle gekauft

| Erdgas |

¡Hochöfen 17"

1005 1 Cowpers

BRENNSTOFF- UND ENERGIEBILANZ DER HÜTTENWERKE, FER VERBRAUCH - 7 473,8 TAUSEND. TUL.

HEIZKOLBEN VMIN->ZMIN (OPTIMAL BALANCE)

ERWORBENE ENERGIERESOURCEN URSY; KOHLE 6.006,6 kt ERDGAS 1.929,5 MHM STROM 52,1 MH KW*H

KOHLENAUFBEREITUNG

NOV TECHN.

Koksofenbatterien 4097

Trennblöcke

17.in Sauerstoff

Koksgas

Hochofengas

STRAHLGAS

Stadt-20.8 Stadt-133 || eines

Reis. eines!. Optimale Kraftstoff- und Energiebilanz (Kriterium - minimale Kosten für Kraftstoff- und Energieressourcen).

Tabelle 1. Optimierungsergebnisse für CHPP-PVS mit GuD-VGER.

Parameter Anfangsvariante Dampfturbinen-KWK Optimierung nach dem Kriterium der Mindestkosten der zugekauften Brennstoff- und Energieressourcen Optimierung nach dem Kriterium des Mindestverbrauchs der Brennstoff- und Energieressourcen Optimierung nach dem Kriterium der Mindestkosten der zugekauften Brennstoff- und Energieressourcen

Verbrauch von reduzierten Kraftstoff- und Energieressourcen, Tausend Toe. 8362 8502 7464 7474

Einsparung der reduzierten Kraftstoff- und Energieressourcen im Vergleich zur Originalversion, Tausend Toe. -141 898 888

Kosteneinsparungen für den Kauf von Kraftstoff und Energieressourcen, Millionen Rubel - 1124 2071 2073

Erdgasverbrauch, Millionen m3 1986 2838 - 1923 1929

Kosten für den Kauf von Erdgas, Millionen Rubel 2200 3143 2130 2137

Anteil Eigenstromerzeugung, % 51 % 100 % 99 % 99 %

Kosten für den Kauf von Strom, Millionen Rubel 2019 0 54,3 49,5

1. Es wurde ein Verfahren zur Berechnung des GuD-VGER entwickelt, das in das mathematische Modell des Heiz- und Stromsystems eines Hüttenwerks integriert ist.

2. Mit Hilfe des entwickelten mathematischen Modells von CHPP-PVA-CCGT und des entwickelten Softwarepakets wird gezeigt, dass der Einsatz von CCGT bei CHPP-PVA für die Bedingungen eines durchschnittlichen Hüttenwerks mit einer Kapazität von 8 Millionen Tonnen geeignet ist Stahl pro Jahr ergibt eine geschätzte Einsparung von Brennstoff- und Energieressourcen von mehr als 800.000 Tonnen pro Jahr.

3. Es wurde festgestellt, dass VGER ein vollwertiger Brennstoff für CCGT und GTU sind, die Verringerung des elektrischen Wirkungsgrads von CCGT im Vergleich zu Erdgasanlagen beträgt 2-3%. Hohe Energieeffizienz sowie deutlich niedrigere Investitionskosten im Vergleich zu STP lassen solche Anlagen erfolgreich mit der Dampfturbinenausrüstung der KWK-PVA konkurrieren.

4. Gruppen von kalorienarmen und kalorienreichen Mischungen von VGER mit charakteristischen Eigenschaften, die die Parameter und Kreislauflösungen von GTP und CCGT bestimmen, die bei VGER betrieben werden, werden identifiziert.

5. Es wird gezeigt, dass für Gemische von Brennstoffen mit einem niedrigen Heizwert von 500010000 kJ/m3 (bezogen auf Hochofen-, Konverter- und Erdgas) die Gaskonstante in einem kleinen Bereich von 270-310 J/(kg·K) schwankt ). Dies ermöglicht die Bildung von Gasturbinenbrennstoffgemischen aus den Gasen von VGER und Erdgas.

Gas (ohne Koks) mit einem bestimmten Heizwert zum Zweck ihrer gegenseitigen Reservierung. In diesem Fall ist der Einfluss der Kraftstoffzusammensetzung auf die Eigenschaften des Kraftstoffkompressors minimal.

6. Es wurde festgestellt, dass es für Kokereigas und Mischungen aus Kokereigas und Erdgas am effizientesten ist, volumetrische Kompressoren zu verwenden. In diesem Fall können Gasturbinen, die für den Betrieb mit Erdgas ausgelegt sind, ohne wesentliche bauliche Änderungen an Brennkammer und Luftverdichter eingesetzt werden.

7. Es zeigte sich, dass der Sauerstoffgehalt in den Abgasen der Gasturbine beim Betrieb mit Hochofengas stark abnimmt (bis zu 10-11 %), während für den Betrieb der Entlastungskreisläufe der GuD-Anlage technische Einschränkungen entstehen die Nutzungskreisläufe des GuD mit Nachverbrennung. Beim Betrieb mit Hochofengas wird ihr Wirkungsgrad stark reduziert.

9. Es wird gezeigt, dass es für die Aufgaben der Erhöhung der elektrischen Leistung des BHKW des Hüttenwerks optimal ist, ein CCGT, ein VGER-Hüttenwerk, zu verwenden.

10. Es zeigte sich, dass bei Kombination von STP und GuD der Gesamtwirkungsgrad des BHKW steigt, da das GuD die Kondensationserzeugung der KWK-Anlage verdrängt, während die kombinierte Stromerzeugung beim GuD stark ansteigt.

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7. Yavorovsky Yu.V., Sultanguzin I.A., Sitas V.I., Yashin A.P. Steigerung der Effizienz von KWK-PVS eines Hüttenwerks durch den Einsatz von GuD-Anlagen. // Energiesparen - Theorie und Praxis: Tr. 3. Gesamtrussisches Schulseminar junger Wissenschaftler und Spezialisten. - М „2006. - С.137-142.

8. Yavorovsky Yu.V., Sultanguzin I.A., Galaktionov V.V. Verbesserung der Effizienz der Energieversorgung eines Hüttenwerks durch Optimierung der Energiebilanz eines Unternehmens bei gleichzeitiger Verbesserung seiner Energiequelle. // Radioelektronik, Elektrotechnik und Energie: Tagungsband. Bericht Zwölfte internationale wissenschaftliche und technische Konferenz von Studenten und Postgraduierten. 2.-3. März 2006. - M., 2006. - V.2. - S.490-491.

9. Yavorovsky Yu.V., Sultanguzin I.A., Sitas V.I., Galaktionov V.V. Verbesserung der Effizienz der Energieversorgung eines Hüttenwerks durch den Einsatz brennbarer Gase in GuD-Anlagen. // Metallurgische Wärmetechnik: Geschichte, Gegenwart, Zukunft: Tr. III Internationale wissenschaftlich-praktische. Konf. - M.: MISiS, 2006. - S.659-662.

10. Kurganov S.Yu., Yavorovsky Yu.V., Chromchenkov V.G. Verbesserung der Nutzung von Konvertergasen im Kreislauf mit Wärmespeichern. // Radioelektronik, Elektrotechnik und Energie: Tagungsband. Bericht Zwölfte internationale wissenschaftliche und technische Konferenz von Studenten und Postgraduierten. 2.-3. März 2006. - M., 2006. - V.2. - S.469-470.

Signiert für Siegel Zak. zu Tyr. Nr. 0 s.l.

Polygraphisches Zentrum MPEI (TU) Krasnokazarmennaya Str., 13

EINLEITUNG

KAPITEL 1. Analytische Überprüfung und Problemstellung

1.1. Der aktuelle Stand zum Thema Bau, Erforschung und Optimierung der Brennstoff- und Energiebilanz eines Hüttenwerks

1.2. Moderne Lösung des Problems der mathematischen 15 Modellierung und Optimierung der Stromversorgungsquelle eines Industrieunternehmens

1.3. GuD-Technologien im derzeitigen Entwicklungsstadium 21 Energiewirtschaft

1.4. Formulierung des Problems

KAPITEL 2

2.1. Beschreibung des mathematischen Modells von CCGT-VGER

2.1.1. Beschreibung des mathematischen Modells der Gasturbine

2.1.2. Beschreibung des mathematischen Modells des Abhitzekessels

2.1.3. Modellierung der thermischen Eigenschaften von Wasser und 44 Wasserdampf

2.1.4. Mathematische Beschreibung des Arbeitswärmeschemas 48 der Dampfturbine CCGT-VGER

2.1.5. Die Methode der vereinfachten Berechnungen der Indikatoren von 50 Schlamm- und Einleitungsschemata von CCGT-VGER

2.2. Integration des mathematischen Modells von CHPP-PVS mit CCGT-VGER in 55 Berechnung der Energiebilanz eines Hüttenwerks

2.3. Darstellung der Problemstellung der kreisparametrischen Optimierung von 60 BHKW-PVS im Rahmen der Betrachtung der Gesamtenergiebilanz eines Hüttenwerks

2.4. Kriterien für die Optimierung des energetischen und technologischen Systems, 63 einschließlich eines BHKW-PVS, im Rahmen der Gesamtenergiebilanz einer megagallurischen Anlage

2.5. Besonderheiten der Methodenanwendung und Optimierung bei Optimierungsproblemen 64 metallurgischer und thermischer Energieprozesse

2.6. Kurzbeschreibung des angewandten Optimierungsverfahrens DSFD 65 (Direct Direction Search Method)

2.7. Suche nach einem globalen Optimum basierend auf einer mehrdimensionalen Suche nach 67 lokalen Optima

KAPITEL 3

3.1. Merkmale des Einsatzes von GuD-Technologien unter den Bedingungen eines Hüttenwerks

3.2. Eigenschaften von Hochofengas

3.3. Eigenschaften von Kokereigas

3.4. Eigenschaften des Konverterbeckens

3.5. Eigenschaften eines einfachen Gasturbinenzyklus beim Betrieb mit verschiedenen Brennstoffen 77

3.6. Eigenschaften einer GuD-Anlage mit Wärmerückgewinnungsschlange (CCP-KU) für 100 Betriebsstunden mit verschiedenen Brennstoffen in Dosen

KAPITEL 4

4.1. Die Struktur der Brennstoff- und Energiebilanz der Megallurpflanze

4.2. Brennstoff- und Energiebilanzen ausländischer 111 Hüttenwerke

4.3. Brennstoff-, Energie- und Stoffbilanzen von 115 durchschnittlichen Hüttenwerken

4.4. Schemaparametrische Optimierung der Energieversorgung von 126 durchschnittlichen Hüttenwerken auf Basis traditioneller Dampfturbinenanlagen nach dem Kriterium des minimalen Brennstoff- und Energieeinsatzes

4.5. Schemaparametrische Optimierung der Energieversorgung von 131 durchschnittlichen Hüttenwerken auf Basis traditioneller Dampfturbinenanlagen nach dem Kriterium minimaler Brennstoff- und Energieressourcenkosten

4.6. Schemaparametrische Optimierung der Energieversorgung 136 für ein durchschnittliches Hüttenwerk basierend auf GuD-VGER gemäß der minimalen Verringerung der Brennstoff- und Energieressourcen.

4.7 Schemaparametrische Oshimisierung der Stromversorgung von 141 durchschnittlichen Hüttenwerken auf Basis von GuD-VGER nach dem Kriterium minimaler Kosten für Brennstoff und Energieressourcen.

4.8 Schemaparametrische Optimierung der Energieversorgung von 147 durchschnittlichen Mega-Hallur-Kraftwerken auf der Grundlage von CCGT-VGER gemäß dem Kriterium des minimalen Jaipar für Brennstoff- und Energieressourcen unter den Bedingungen steigender Erdgaskosten.

4.9. Schemaparametrische Optimierung der Energieversorgung eines durchschnittlichen Hüttenwerks auf Basis von GuD-VGER nach dem Kriterium minimaler Gesamtkosten (Integralkosten). Schlussfolgerungen

Einführung 2006, Dissertation über Energie, Yavorovsky, Yuri Viktorovich

Eines der drängendsten Probleme in der Eisenmetallurgie ist die Steigerung der Energieeffizienz und der umweltfreundlichen Produktion in metallurgischen Betrieben. Mit dem allmählichen Anstieg der Preise für Brennstoffe und Energierohstoffe wird der Energieverbrauch in der Stahlproduktion immer wichtiger. Ein großes metallurgisches Werk mit Vollzyklus kann eine Kapazität von etwa 10 Millionen Tonnen Stahl pro Jahr haben und eine kolossale Menge an Brennstoff produzieren – mehr als 10 Millionen Tonnen Brennstoffäquivalent. Im Jahr. Im ganzen Land verbrauchen Eisenmetallurgieunternehmen etwa 15 % aller produzierten Naturprodukte und mehr als 12 % des Stroms. Der Anteil der Eisenmetallurgieunternehmen am Gesamtvolumen der Industrieproduktion der Russischen Föderation ist ein bedeutender Wert - mehr als 12%.

Schätzungen zufolge liegt das Energieeinsparpotenzial russischer Hüttenunternehmen bei 20-30 %. Der Anteil der eingekauften Energieressourcen - Kohle, Koks, Erdgas und Strom - in eipyKiype beträgt die Kosten für Walzprodukte 30-50%, was auf eine hohe Energieintensität der Produktion hinweist. Erhebliche Energieeinsparungen können vor allem durch die rationelle Konstruktion und Optimierung der Brennstoff- und Energiebilanz eines Hüttenwerks sowie durch die Optimierung des Energieeinsatzes in einzelnen technologischen Prozessen erreicht werden.

Das BHKW-PVS des Stahlwerks gleicht das Ungleichgewicht des Produktionsdampfes aus, stellt gleichzeitig die Nutzung von VGER sicher, setzt die vorgeschriebenen Mengen an Druckluft und Strom frei. „Dabei ist für diese Energieträger das wichtigste Bindeglied, das die Lebens-Energie-Bilanz des Hüttenwerks schließt, daher sollten die Fragen der Optimierung des Energieeinsatzes in einzelnen technologischen Prozessen nicht nur untereinander, sondern auch verwandte Fragestellungen gemeinsam betrachtet werden zur Energie des Unternehmens.

Zur Lösung dieser Probleme ist eine Systemanalyse für den energietechnischen Komplex Hüttenwerk erforderlich, der ein komplexes System darstellt.

In vielen Hüttenwerken ist die Ausrüstung von KWK-PVS physisch und moralisch veraltet, und daher ist es an der Zeit, ihre technische Umrüstung durchzuführen, indem moderne oder sogar neue Energieausrüstungen verwendet werden.

Steigerung der Einsparung von Brennstoff- und Energieressourcen, Verringerung der Emissionen von Schadstoffen und Treibhausgasen und damit Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Hüttenwerks durch Entwicklung optimaler Kreislauf- und Parameterlösungen für BHKW-PVS auf MIG-Basis und Verknüpfung von Brennstoff und Brennstoff Energiebilanz des Hüttenwerks ist eine sehr dringende Aufgabe.

Zielsetzung. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Auswahl der optimalen kreisparametrischen Lösungen für 1ETS-PVS auf Basis eines GuD bei der Verknüpfung der Brennstoff- und Energiebilanz eines Hüttenwerks PVS, die es ermöglicht, die Schemata und Parameter von „PVS“ zu berechnen und zu optimieren 1ETS-PVS unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz Mei der Anlage; Entwicklung einer Methode zur Bewertung der optimalen Anwendungsbereiche von CCGT und GTU, PTU-KWK, die am VGER eines Hüttenwerks betrieben werden; Entwicklung eines Werkzeugs zur Auswahl die optimale Entwicklungsstrategie CHP-PVS basierend auf mathematischen Modellen und Methoden unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Metkombipat.

Pouchpai Neuheit der Arbeit ist wie folgt:

1. Zum ersten Mal wurde ein einheitliches mathematisches Modell von KWK-PVA entwickelt, einschließlich eines Modells eines GuD an einer VGER, eines Modells eines Dampfturbinen-KWK und eines PVS, das es ermöglicht, die Schemata zu berechnen und zu optimieren Parameter eines BHKW-PVA unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Stahlwerks.

2. Die Eigenschaften des CCGT-KU auf den Hopliten des VGER des Hüttenwerks wurden erhalten, es wurde festgestellt, dass bei denselben Anfangsparametern des GTP ihre Eigenschaften durch den volumetrischen Gehalt an CO, CH4, HiO beeinflusst werden, CO, Lb, O2, N2 im Kraftstoff (nach abnehmendem Einfluss).

3. Die Bedingungen für die Austauschbarkeit der VGER-Brennstoffleitungen für CCGT-KU werden erhalten, es wird gezeigt, dass je nach Zusammensetzung der VGER-Brennstoffleitung des GTU (CCGT) ihre Aggregat- und Schaltungsimplementierung unterschiedlich sein sollte. Für die Gruppe der kalorienarmen Gemische (bis 12 MJ/m3) auf Basis von Hochofen-, Konverter- und Erdgasen sollte ein dynamischer Gasturbinenbrennstoffverdichter verwendet werden; für eine Gruppe hochkalorischer Mischungen (mehr als 17 MJ/m3) auf der Basis von Kokerei- und Erdgasen – ein GTU-Kraftstoffkompressor mit positiver Verdrängung.

4. Es wurde festgestellt, dass es für die Aufgaben der Erhöhung der reinen elektrischen Leistung optimal ist, ein CCGT zu verwenden, für die Probleme des Ersatzes von Geräten mit einem hohen Anteil an der Heizlast - PTU, für die Aufgaben des Ersatzes von Geräten mit zunehmender elektrischer Leistung Strom und mit einem hohen Anteil an Produktionswärmelast - eine Kombination aus PTU und GuD (GTP) an der VGER eines Hüttenwerks, die von der Produktionsstruktur des Hüttenwerks abhängt.

5. Es wurde angenommen, dass die bestehenden optimalen Anwendungsbereiche bei den BHKW-PVS des Hüttenwerks PGU-BHKW und GTU-BHKW, die mit VGER-Brennstoffen betrieben werden, in Abhängigkeit von den Parametern der Wärmebereitstellung.

Der praktische Wert der Arbeit besteht darin, dass die darin entwickelten Methoden und ihre Ergebnisse es ermöglichen, das komplexe Problem der Bildung einer Energiestrategie für die metallurgische Industrie zu lösen. Die entwickelte Technik wird für den Einsatz bei der technischen Umrüstung und Modernisierung von 1ETs-PVS-Hüttenwerken in Russland und den GUS-Staaten empfohlen.

Zuverlässig!!" Die Ergebnisse der Arbeit sind auf den Einsatz moderner Methoden der thermodynamischen Analyse, bewährter Methoden der magmatischen Modellierung, zuverlässiger und bewährter Methoden der Systemforschung in der industriellen Wärmekrafttechnik, der Anwendung weit verbreiteter Methoden zur Berechnung von Wärmekrafteinheiten zurückzuführen und verlässliche Referenzdaten, Vergleich der erzielten Ergebnisse mit Daten anderer! ihre Autoren und Daten, die während des Energieaudits von Wärme- und Stromsystemen der metallurgischen Industrie gewonnen wurden.

Die entwickelte Methodik und das mathematische Optimierungsmodell von CHPP-PVS, einschließlich GTU- und GuD-VGER, integriert in das mathematische Optimierungsmodell einer metallurgischen Anlage;

Die Ergebnisse von Computerstudien der Eigenschaften und Energieeffizienzindikatoren von Kombikraftwerken und Gasturbinenkraftwerken, die an der VGER des Hüttenwerks betrieben werden

Ergebnisse von Optimierungsstudien und Recherchen zur Struktur von KWK-PVS, einschließlich GGU- und GuD-VGER, unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks.

Persönlicher Beitrag a'jura ist:

Bei der Entwicklung einer Methodik und eines mathematischen Optimierungsmodells eines BHKW-PVS, einschließlich GTU- und CCGT-VGER, iteriert in ein mathematisches Optimierungsmodell einer metallurgischen Anlage;

Bei der Durchführung von Kammstudien der Eigenschaften und Energiekennzahlen von GuD- und Gasturbinenanlagen, die an der VGER eines Hüttenwerks betrieben werden

Bei der Durchführung von Optimierungsstudien der Struktur der Energiequelle eines Hüttenwerks, das auf der Grundlage einer traditionellen Dampfturbine sowie einer Gasturbine und einer Dampf-Gas-Ausrüstung gebaut wurde, unter Berücksichtigung der vollständigen Brennstoff- und Energiebilanz des Hüttenwerks .

Approbationen und Veröffentlichungen. Die Ergebnisse der Arbeit wurden auf den VIII-XII Internationalen wissenschaftlichen und technischen Konferenzen von Studenten und Doktoranden "Radioelektronik, Elektrotechnik und Energie" (MPEI; 2002-2006), II und III Allrussische Schulen-Seminare für junge Wissenschaftler vorgestellt und Spezialisten „Energieeinsparung – Theorie und Praxis“ (MPEI; 2004 und 2006), III. Internationale Wissenschafts- und Praxistagung „Metallurgische Wärmetechnik: Geschichte, Gegenwart, Zukunft“ (MISiS, 2006).

Struktur und Umfang der Arbeit. Die Dissertation besteht aus einer Einleitung, 4 Kapiteln, einem Schluss und einem Literaturverzeichnis. Die Arbeit wird auf 167 Seiten maschinengeschriebenen Textes präsentiert, enthält 70 Abbildungen, 9 Tabellen. Die Liste der verwendeten Quellen besteht aus 136 Einträgen.

Fazit Diplomarbeit zum Thema „Effizienzsteigerung von BHKW-PVS eines Hüttenwerks beim Einsatz von GuD-Anlagen“

SCHLUSSFOLGERUNGEN ÜBER DIE ARBEIT

1. Es wurde festgestellt, dass VGER ein vollwertiger Brennstoff für CCGT und GTU sind, die Abnahme des elektrischen Wirkungsgrads von CCGT im Vergleich zu Erdgasanlagen beträgt 2-3%. Eine hohe Energieeffizienz sowie deutlich niedrigere Investitionskosten im Vergleich zur GGGU werden es solchen Anlagen ermöglichen, erfolgreich mit der Dampfturbinenausrüstung der KWK-PVS zu konkurrieren.

2. Mit Hilfe des entwickelten magmatischen Modells von CHPP-PVA-GuD und des entwickelten Softwarepakets wird gezeigt, dass der Einsatz von GuD bei CHPP-PVA für die Bedingungen eines durchschnittlichen Hüttenwerks mit einer Kapazität von 8 Millionen Tonnen geeignet ist Stahl pro Jahr ergibt eine geschätzte Einsparung von Brennstoff- und Energieressourcen von über 800 I tys. t.t./Jahr.

3. Gruppen von kalorienarmen und kalorienreichen Mischungen von VGER mit charakteristischen Eigenschaften werden identifiziert, die die Parameter und Schaltungslösungen von GTU und CCGT bestimmen, die bei VGER betrieben werden,

4. Bei Brennstoffgemischen mit niedrigem Heizwert von 5000-10000 kJ/m3 (bezogen auf Hochofen-, Konverter- und Erdgas) schwankt die Gaskonstante in einem kleinen Bereich von 270-310 J/(kg·K). Dadurch ist es möglich, GGU-Brennstoffgemische aus VGER-Gase und Erdgas (ohne Kokereigas) mit vorgegebenem Heizwert mit dem Ziel ihrer gegenseitigen Redundanz zu bilden. In diesem Fall ist die Auswirkung auf die Eigenschaften des Kraftstoffkompressors minimal.

5. Mischungen auf Basis von Kokereigas haben eine deutlich höhere Gaskonstante von 600-800 J/(kg K). Für Kokereigas und Mischungen aus Kokereigas und Erdgas ist es am effizientesten, Verdrängungsverdichter einzusetzen. In diesem Fall kann eine für Erdgas ausgelegte Gasturbine ohne wesentliche bauliche Änderungen an Brennkammer und Luftverdichter eingesetzt werden.

6. Da der Sauerstoffgehalt beim Betrieb der Gasturbine mit Hochofengas stark abnimmt (bis zu 10–11 %), ergeben sich technische Einschränkungen für den Betrieb der Entladekreisläufe des GuD und der Nutzungskreisläufe des GuD mit Nachverbrennung . Beim Betrieb mit Hochofengas wird ihr Wirkungsgrad stark reduziert.

7. Es wurde ein Verfahren zur Berechnung des GuD-VGER entwickelt, das in das mathematische Modell des Heiz- und Stromsystems eines Hüttenwerks integriert ist.

8. Es wurde eine Methodik für vereinfachte Berechnungen von Indikatoren für Nutzungs- und Einleitungsschemata von CCGT-VGER entwickelt.

9. Für die Aufgaben der Erhöhung der elektrischen Leistung des BHKW MK ist es optimal, ein CCGT zu verwenden, um Geräte mit einem hohen Anteil an Heizlast - PTU zu ersetzen, um Geräte mit einer Erhöhung der elektrischen Leistung und mit einem hohen Anteil zu ersetzen Produktionswärmelast - eine Kombination aus PTU und CCGT (GTU) am VGER eines Hüttenwerks .

Yu. Bei der Kombination von PTU und CCGT steigt der Gesamtwirkungsgrad des BHKW, da das CCGT die Kondensationserzeugung des BHKW verdrängt, während die kombinierte Stromerzeugung bei 11TU stark ansteigt.

Literaturverzeichnis Yavorovsky, Yuri Viktorovich, Dissertation zum Thema Industrielle Wärmeenergietechnik

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