Страницы: 1 2
2.2.3 Расчет горения топлива в воздухе нагретом до 600 °С
Определим калориметрическую температур горения природного газа при нагреве воздуха до 600 °C.
Рассчитаем значение энтальпии продуктов сгорания:
Калориметрическая температура необходимая для горения составляет
Действительная температура газов:
Из результатов расчета видно, увеличение температуры нагрева воздуха на 600 ˚С увеличивает калориметрическую температуру горения до 2294 ˚С.
2.3 Расчёт тепловых балансов печи
2.3.1 Расчет теплового баланса для базового варианта
Для горения используется обычный воздух, подогретый до 400.
А. Приход
Количество тепла, выделяемого при горении топлива
(где В – это расход топлива в м3/с, при н.у.)
Количество тепла, выделяемое подогретой воздушной массой:
Тепло экзотермических реакций (принимая угар металла 1%):
где – производительность, т/час
– угар металла, кг/кг.
Б. Расход
Тепло, затраченное на нагрев металла:
При средней температуре , теплоемкость металла равна . Приложение IX [1].
Тепло, уносимое уходящими газам
Произведем расчет потери только через стены печи и свод.
Потери тепла, приходящиеся на свод.
Тогда площадь свода составит
Свод футерован следующими огнеупорными материалами.
Первый слой:
МКВ-72 () при ,
Второй слой:
МКРР-130 () при ,
Третий слой:
МКРП-340 () при,
Тогда потери тепла через свод:
Потери тепла, приходящиеся на стены
Слои из которых состоят стены:
Первый слой:
ША-42 () при ,
Второй слой:
ШЛ-0,9 () при ,
Третий слой:
ШЛ-0,4 () при ,
Четвертый слой:
МКРП-340 () при ,.
Площадь стен: Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены: (2.18)
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью: (2.19)
Количество потерь тепла с охлаждающей водой:(2.20)
Так же неучтенные потери составят:: (2.24)
Составим уравнение теплового баланса:
2.3.2 Расчет теплового баланса с использованием нагретого воздуха и снижение температуры нагрева заготовки
А. Приход
Количество тепла, выделяемого при горении топлива
Количество тепла, выделяемое подогретой воздушной массой (2.25)
Тепло экзотермических реакций (при угаре металла 1%):
Б. Расход
Тепло, затраченное на нагрев металла:
Тепло, уносимое уходящими газами:(2.26
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью:
Количество потерь тепла с охлаждающей водой (2.23):
Так же неучтенные потери составят::
Составим уравнение теплового баланса:
т. е расход природного газа для первого случая:
и второго случая:
Расход топлива снижен на 21,96 %.
В приложении Г приведены технические характеристики нагревательных печей до и после реконструкции
2.4 Расчет рекуператора
Предлагается подогревать воздух, идущий на горение, до 6000С, то учитывается необходимость реконструкции рекуператора, а именно:
1) установка труб из жаропрочной стали типа Х25Т или Х25Н18Т.
2) установка секция рекуператора с малым диаметром труб, что обеспечивает интенсификацию теплообмена в рекуператоре и подогрев воздуха до 550-600°С.
Производим расчет радиационного рекуператора, работающего в системе комбинированного радиационно-конвективного рекуператора.
Температура воздушной массы на входе в радиационный рекуператор составляет . Конечная температура составляет . Температура дымовых газов на входе в рекуператор . Количество подогреваемого воздуха . Количество дымовых газов . Состав дымовых газов, %: ,, и .
Толщина стенки рекуператора [13].
Находим теплоемкость дымовых газов на входе в рекуператор при температуре().
Находим теплоемкость дымовых газов при температуре.
Тогда:
Считая схему движения теплоносителей противоточной, определяем среднюю разность температур:
Для определения суммарного коэффициента теплоотдачи принимаем скорость движения воздуха .
Зная расход и скорость воздуха, можно найти поперечные размеры рекуператора.
Тогда средний диаметр кольцевого канала для прохода воздуха:
При толщине стенки 6 мм диаметр трубы для прохода дымовых газов:
Сечение дымового канала:
Скорость дымовых газов: (2.33)
Фактическая средняя скорость воздуха: (2.34)
Периметр воздушного кольца: (2.35)
Приведенный диаметр воздушного кольца: (2.36)
Критерий Рейнольдса: (2.37)
Поскольку Re>10000.
Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне:
Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией. Средняя температура дымовых газов:
Действительная средняя скорость дымовых газов: (2.38)
Согласно рис. 51 [14] при скорости движения дыма и диаметре канала dд=1,068 м коэффициент теплоотдачи конвекцией .
Находим коэффициент теплоотдачи излучением . Поскольку температура дымовых газов на входе и выходе из рекуператора различна, коэффициент теплоотдачи излучением для верха и низа рекуператора находим отдельно.
Низ рекуператора.
Согласно номограмме на рис. 21-23[15]. (2.39)
Принимая температуру стенки равной tст=8000С и степень черноты , коэффициент теплоотдачи излучением: (2.40)
где — степень черноты дымовых газов при температуре стенки.
Определим эффективную степень черноты стенки: (2.41)
Тогда: (2.42)
Верх рекуператора.
Считаем tст=4000С, отсюда находим: (2.43)
Средний коэффициент теплоотдачи излучением: (2.44)
Тогда: (2.45)
Суммарный коэффициент теплоотдачи рекуператора: (2.46)
Поверхность нагрева: (2.47)
Поверхность нагрева секции равна.
Следовательно, количество установленных секций хватит для нагрева воздуха до нужной температуры.
Выводы по разделу
Изучая научно-техническую литературу, исследования и расчеты, было установлено, что при помощи снижения температуры, при которой нагревается заготовка, возможно снизить необходимый расход топлива.
Для улучшения работы печи было принято решение по модернизации рекуператора, для увеличения температуры нагрева воздуха идущего на горения до 600 ˚С.
Расчетным путем установлено, что за счёт снижение температуры нагрева металла и увеличения подогрева воздуха до 600˚С, позволяет снизить расход природного газа в среднем на 21,96% .
3 Охрана труда и окружающей среды
Под охраной труда понимается система мероприятий (правовых, санитарно-гигиенических, социально-экономических, лечебно-профилактических, организационно-технических и пр.) направленных на сохранение здоровья и жизни работников. Основная задача охраны труда – это обеспечение безопасности трудового процесса, сохранность жизни и здоровья рабочих, сокращение показателей травматизма и профессиональных заболеваний.
Безопасность труда обязана предусматриваться на всех этапах проектирования и производства работ на предприятии, в том числе и при организации рабочих мест. Процесс управления промышленной безопасностью включает в себя разработку, утверждение и реализацию решений, направленных на обеспечивание безопасности сотрудников.
3.1 Правовые и нормативно — технические основы охраны труда и окружающей среды
Законодательство о труде устанавливает правовые и технические нормы в области охраны труда, а также предусматривает систему надзора и общественного контроля и ответственности за их нарушение [17].
Нормативной основой системы управления охраны труда считаются:
— Конституция РФ (статьи 2, 7, 24, 37, 41, 42, 45, 60).
— ТК РФ от 01.02.2002г. устанавливает Государственные гарантии трудовых прав и свобод граждан.
— ФЗ «Об основах охраны труда в РФ»;
— ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»;
— ФЗ «Об обязательном соц. страховании от несчастных случаев на производстве и проф. заболеваний»;
— ФЗ «Об основах охраны труда в РФ» (Принят Гос.Думой 23 июня 1999года. и одобрен Советом Федерации 2 июля 1999года.).
ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (Принят Гос.Думой 20 июня 1997года.).
(21июля 1997г.)
ФЗ об обязательном социальном страховании от проф.заболеваний и несчастных случаев на производстве и (Одобрен Советом Федерации 9 июля 1998г. №181-ФЗ в ред. Федерального закона от 17.07.1999г.)
3.2 Организационные мероприятия
3.2.1 Санитарно-бытовое обеспечение
Санитарными нормами установлена площадь на каждого рабочего не менее 4,5 м2. Высота производственных помещений обязана являться не менее 3,2 м.
Для создания нормальных условий работы светильники необходимо чистить от 2 до 18 раз в год в зависимости от количества выделяемой пыли. Лампы, пришедшие в негодность, немедленно заменяются, а приустановки новых светильников производится проверка освещенности в соответствии с действующими нормами.
Медицинское обслуживание трудящихся организуется таким образом, что организуется регулярное посещение кабинета функциональной диагностики. С целью снятия температурных напряжений рабочие участка стана снабжаются охлажденной газированной водой.
3.2.2 Виды инструктажей по технике безопасности
Весь рабочий персонал комбината обязан своевременно пройти необходимые инструктажи по технике безопасности, которые в свою очередь имеют разделение представленное на рисунке 3. Часть профессий и должностей, утвержденных Ген. Директором, освобождаются от первичного инструктажа.
Рисунок 3 — Перечень инструктажей
3.3 Анализ вредных и опасных производственных факторов
При работе производственных процессов может возникнуть производственная опасность – подразумевающая под собой вероятность возникновения опасных или вредных производственных факторов (ОПФ и ВПФ), в результате коих будут возможны возникновения несчастного случая.
ОПФ – это факторы, воздействия которых на работающих приводят к травме, к ним можно отнести:
— повышенную температуру поверхности оборудований и материала, возможности ожогов при соприкосновениях;
— движущуюся машину и механизм, подвижную часть производственных оборудований – возможности травмирований при нахождениях в зоне его действий;
— электрические токи – возможность термических ожогов, механических разрывов ткани и костей, нарушает биологические жизнеспособности в мышечных тканях и сердечных мышц живых материй;
— движения автомобильных технологических транспортов – при попаданиях в зоны движений возможности травмирований;
— производство работ на значительной высоте возможности травмирований при падениях.
ВПФ – это факторы, воздействия которых на работающих приводят к заболеваниям, к ним можно отнести:
— соединение химического элемента, которое воздействует на центральную нервную систему и органы дыхания;
— повышенные запыленности – раздражения верхних дыхательных путей;
— повышенные уровни шума на рабочих местах – вызывают утомления слухового органа;
— повышенные яркости света – влияют на светочувствительный элемент сетчатки глаз людей.
3.3.1 Шум
Практически все технологические процессы на комбинате сопровождаются повышенным уровнем шума. В результате воздействия шума на организм человека возможно нарушение функций слухового аппарата и нервной системы, а так возможно возникновение стильных головных болей, нарушение концентрации, снижение остроты восприятия сигнала.
В зависимости от уровня и интенсивности шума различают несколько ступеней его воздействия на организм людей.
Первая ступень с уровнем шума 120-140 дБ может вызвать механическое повреждение органов слуха. Вторая ступень с уровнем шума 100-120 дБ на низких частотах и 80-90 дБ на средних и высоких частотах вызывает необратимые изменения в органах слуха. Третья ступень с более низким уровнем шума оказывает вредное влияние на нервную систему людей.
3.3.2 Вибрация
Вибрация возникает под действием колебаий какой-либо силы. Чувствительность человеческого организма к вибрации зависит от физической характеристики вибрации. Воздействие вибрации на организм человека может вызвать виброболезнь, нарушение светоощущения, слуха, остроты зрения. В комбинате воздействию вибрации подвергаются работающий персонал с пневматическим ручным инструментом, рабочие, обслуживающие механизмы, которые считаются источником возникновения вибрации.
3.3.3 Воздействие высоких температур
Наиболее неблагоприятным фактором в процессе работы является выделение большого количества тепла.
Неблагоприятное воздействие высоких температур на организм человека: помутнение хрусталика глаза, торможение нервного возбуждения, снижение концентрации, ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы.
3.3.4 Запыленность
Пыль оказывает вредное и опасное воздействие на организм человека. Опасное воздействие заключается в травмировании слизистых глаз и верхних дыхательный путей. Вредное воздействие заключается в возникновении таких профессиональных заболеваний, как бронхит, кашель, язва желудка и прочее.
3.3.5 Освещенность
Освещенность оказывает влияние на условия производства работ. Недостаточная освещенность может повлиять на восприятии и напряжение нервной системы. По этой причине освещенность является важнейшим фактором безопасности ведения работ.
3.3.6 Механический травматизм
Производство работ на комбинате при отклонении от заданных параметров может сопровождаться возникновением травм.
К примеру, при неравномерном нагреве заготовок, неправильной калибровке, возможно возникновение неравномерной деформации с разными проявлениями В результате искривления концов раската возможно возникновение. поломки оборудования, ударов и травмированию персонала. Для ее на отводящих станов устанавливают надлежащей высоты, а ограждают высокими.
3.3.7 Электробезопасность
В зависимости от условия развитий и характеров электропоражения отличают контактную электротравму, контактный электрический ожог, ожог электрическими дугами.
Действия электрических токов на организмы \:
Они могут являться термическими (ожоги), механическими (разрывы ткани и кости), химическими (электролизы). Однако, важно то, что токи действуют биологически, нарушают тот самый процесс, с которым связаны жизнеспособности живых материй.
Напряжение питающей сети 220 – 380 вольт. С целью отделения электроопасных зон помещения покрышки заземления покрашены в согласовании с ГОСТом. Вблизи с розетками и выключателями, к которым подведена напряженность 220 и 380 единиц, нанесены алой краской надписи:
«220 V» и «380 V».
Электробезопасность на комбинате осуществляется: безопасной конструкцией электроустановок; техническими мероприятиями и способами и средствами индивидуальной и коллективной защиты.
В первую очередь необходимо прекратить воздействие электричества на пострадавшего путем:
— обесточивания источника тока
— перемещение пострадавшего в безопасное место.
3.3.8 Пожарная безопасность
На предприятии используются следующие способы пожарной сигнализации:
— кнопочная, которая установлена на рабочем месте;
— автоматическая, которая срабатывает благодаря датчикам задымления и температуры.
Предприятии взаимодействует с пожарной частью ОЭМК – ПЧ-10
3.4 Охрана окружающей среды
АО «ОЭМК» использует технологии уменьшающие выбросы в атмосферу вредных и опасных газов и других веществ. Выбросы производятся через трубы высотой 12-250м, которые способствуют их рассеиванию. Так же комбинат расположен на достаточном расстоянии от города Старый Оскол, что соотвественно снижает неблагоприятное воздействие на экологию города. [17].
Выводы по разделу
В настоящем разделе были изложены сведения о технических, санитарно-гигиенических, организационных, правовых и других аспектах охраны труда, которые присущи технологическому процессу получения готового проката, рассмотрены вопросы охраны окружающей среды.
В целом организация охраны труда и промышленной безопасности в сортопрокатном цехе № 1 ОЭМК находится на соответствующем уровне. Однако, необходимо четкое соблюдение требований техники безопасности для предотвращения аварийных ситуаций на участках.
Вопросы экологической безопасности решены на должном уровне и полностью соответствуют действующим нормативным актам.
4 Экономика производства
4.1 Расчёт годового экономического эффекта
Реализация предлагаемых мероприятий возможна при дополнительных затратах капитала. Капиталовложения на осуществление предлагаемого проекта состоят из затрат на технологию и оборудование, на приобретение их или разработку [17].
Дополнительные капиталовложения составят:
где – стоимость оборудования.
Кс-м – стоимость строительно-монтажных работ
Реконструкция рекуператора:
1) Затраты на замену секций петлевого рекуператора на секции из жаропрочных сталей, требуется три секции стоймостью 10 млн. рублей каждая.
Капитальные затраты (рублей)
2) Затраты на строительно-монтажные работы, руб (4.2)
Следовательно: (4.3)
В данном дипломном проекте не предусмотрено изменение фонда оплаты труда.
Расчеты проектной калькуляции себестоимости продукции
Расчеты издержек производства выполняются по статьям с учетом факторов, влияющих на их изменение.
Расходы по переделу для основного вида продукции определяются на основе базовых калькуляций себестоимости. При этом учитываются:
–.изменение дополнительные капитальные затраты, изменение амортизационных отчислений;
– снижение расхода технологического топлива
В приложении Г представлена калькуляция производственной себестоимости проката в СПЦ-1.
Природный газ: из приложении Д
Природный газ уменьшаем на 21,96 %, тогда, найдем расход
П. Г. из приложении Д.
Общая экономия
Себестоимость базовая: 9998,4 руб./т
Себестоимость проектная, руб:
Объем производства: 2000000 т/год
Годовой экономический эффект:
Амортизационные отчисления:
Срок окупаемости
Сравнительные технико-экономические показатели приведены в приложении Д.
Выводы по разделу
Из экономического расчетавидно, что годовой экономический эффект от снижения температуры нагрева заготовки и реконструкции рекуператора составит 334,2 млн. рублей, экономия от снижения себестоимости составляет 167,1 рубля на тонну проката, срок окупаемости 0,145 года.
Снижение себестоимости произойдёт за счет экономии природного газа.
Заключение
Аналитический обзор научно-технической литературы,выявил, что одним из путей по снижению расходов топлива на печах нагрева, является снижение температуры нагрева заготовки и повышение температуры нагрева воздуха идущего на горение.
Предлагается снизить температуру нагрева заготовок с 1250 до 1150 °С и реконструировать рекуператор для увеличения нагрева воздуха с 400 °С до 600 ᵒС. При реконструкции рекуператора предлагается:
1) установить трубы из жаропрочной стали типа Х25Т или Х25Н18Т.
2)установить секции рекуператора с малым диаметром труб, что обеспечивает интенсификацию теплообмена в рекуператоре и подогрев воздуха до 550-600 °С.
Расчёт показателей работы печи в базовом и проектном вариантах показал возможность снижения расхода топлива на 21,96 % при той же производительности и заданных параметрах нагрева.
Экономическое обоснование проекта показало его эффективность. Экономический эффект от внедрения проекта составит 334,2млн. рублей в год. Срок окупаемости проекта 0,145 года
Список использованных источников
1 Лисиенко, В.Г., Волков, В В., Маликов, Ю.К. Улучшение топливо использования и управление теплообменом в металлургических печах /В.Г.Лисиенко, В. В.Волков, Ю.К.Маликов, // М.: Металлургия,1988.-231с.
2 Мастрюков, Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Расчеты металлургических печей. / Б.С. Мастрюков. – М.: Металлургия, 1978. – 272с.
3 Буглак, Л.И., Вольфман, И.Б., Ефроймович, С.Ю. Автоматизация методических печей / Буглак Л.И., Вольфман И.Б., Ефроймович С.Ю. и др.//М.:Металлургия, 1981. — 196 с.
4 Технологическая инструкция «Нагрев заготовок перед прокаткой в СПЦ-1» ТИ П.С–334–2014
5 Режимная карта печи нагрева №2 СПЦ-2 РК 67–24–2013
6 Инструкция о охране труда для нагревальщика металла (участок нагрева и термостата) ИОТ 49.008.2015
7 Андреев, С. М. Оптимизация режима нагрева металла в методических печах :Дис. … канд. техн. наук : 05.16.02 Магнитогорск, 2001 153 с. РГБ ОД, 61:01-5/2319-2
8 Андреев, С.М.,Прозоров, В.В. Оптимизация управления нагревом металла/ С.М. Андреев, В.В. Прозоров// Информационные и кибернетические системы управления и их элементы: Тезисы доклада. Всероссийская молодежная научно-техническая конференция. Уфа, 1997.-.247с.
9 Металлоинвест[Офиц.сайт]. URL:http://www.metalloinvest.com/
business/steel/oemk/(дата обращения 19.05.2016).
10 Спивак, Э.И., Аносов, В.И., Гусовский, B.JI. и др. Расход топлива перед прокаткой на широкополосных станах / Э.И. Спивак, В.И.Аносов,
B.JI. Гусовский и др. // Бюлл. НТИ. Черная металлургия. -1993. вып. 6. -С.3-12.
11 Михайловский, В.Н., Носов, С.К., Пирожков, А.Н. и др. // Освоение нагревательных печей стана горячей прокатки 2000 / В.Н .Михайловский, С.К Носов, А.Н. Пирожков и др. // Сталь. -1998. -№2. -С.27-30.
12 Райницхубер, Ф., Якоб, Г., Хиршман, Г. и др.Управление нагревательными печами при помощи микропроцессоров на примере проволочного и мелкосортного станов / Ф. Райницхубер, Г. Якоб, Г. Хиршман и др. // Пер. с нем. Черные металлы. -1986. -№4 -С.3-9.
13 Спивак,Э.И., Смирнитская, Н.А. Экономия топлива в нагревательных печах прокатного производства / Э.И. Спивак, Н.А. Смирнитская// Бюлл. ин-та «Черметинформация». Черная металлургия. -1988. вып. 22. -С.25-28.
14 Брод, X., Риман, Г., Фогт, X. и др. Оптимизация печей повторного нагрева широкополосного стана горячей прокатки фирмы Группсталь / X. Брод, Г. Риман, X. Фогт и др. // Пер. с нем. Черные металлы. -1992. -№8. -С.6-13.
15 Шупе, В., Талер, Г. Обзор современного состояния управления печами с помощью вычислительной техники // Пер. с нем. Черные металлы. -1987. -№20. -С.9-14.
16 Андреев, С.М., Парсункин, Б.Н. Экспериментальное исследование эффективности энергосберегающих оптимальных режимов нагрева металла / С.М. Андреев, Б.Н. Парсункин // Автоматизированные технологии и производства. – 2014. – № 6. – С. 134-143.
17 Герман, М.Л., Кабишов, С.М., Ознобишин, А.А. Методы повышения энергоэффективности работы нагревательных печей металлургического и машиностроительного производства / М.Л. Герман, С.М. Кабишов, А.А. Ознобишин// Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергия. – 2011. – № 5.– С. 78-85.
Страницы: 1 2