ТЕПЛОСИЛОВОЕ ХОЗЯЙСТВО
Основные факторы, определяющие исходную базу при проектировании теплосилового хозяйства: сложившаяся структура производства электроэнергии и тепла, а также топливный баланс в районе размещения металлургического предприятия и в целом по стране; схемы и параметры технологических процессов, применяемых в основном металлургическом производстве с их показателями по коэффициенту использования затрачиваемого топлива; технический уровень и характеристики выпускаемого энергетического оборудования.
Проектная часть начинается с прямой характеристики теплосилового хозяйства завода (с описания существующего положения), которая включает: состав теплосилового хозяйства, производительность отдельных объектов, балансы тепла, сжатого воздуха; время ввода в эксплуатацию цехов и отдельных единиц крупного оборудования; сопоставление фактических и проектных энергетических балансов и данных работы объектов теплосилового хозяйства.
Для принятия конкурентоспособных решений на предпроектных стадиях, когда принимаются принципиальные вопросы инвестирования, и при разработке техникоэкономического обоснования необходимо собрать исходные данные, которые должны дать общую картину с энергетикой на заводе и в регионе. Предполагается рассмотрение следующих вопросов.
1. Источники тепло и пароснабжения — заводская ТЭЦ, котельная, со стороны централизованного источника (районной ТЭЦ или котельной).2. Особые условия, которые следует учесть при выборе электрической и тепловой мощности ТЭЦ или котельной завода. Рекомендуемое количество, параметры, единичные мощности котло и турбогенераторов, режим работы, очередность строительства. Особые требования к количеству резервных агрегатов.
3. Перечень и технические характеристики основного и резервного топлива для отопления котлов ТЭЦ. Режимы отопления.
4. Рекомендуемый тип привода компрессоров кислородной станции (паровая турбина или электропривод). Рекомендации по размещению (совмещенное или раздельное) компрессоров доменного дутья и воздушных компрессоров воздушной станции.
5. Перечень основных потребителей и источники их обеспечения паром, горячей водой, сжатым воздухом и другими энергоносителями.
6. Перечень технологических агрегатов, за которыми рекомендуются установки по использованию вторичных энергоресурсов ВЭР. Рекомендуемое давление пара от установки ВЭР
7. Необходимость сооружения энергоцентра, в котором сосредоточивается управление энергохозяйством. Объем диспетчеризации, автоматизации и телемеханизации теплосилового хозяйства. Требования к структуре управления.
8. Наличие вне площадки завода потребителей пара и горячей воды (в радиусе возможной их подачи), необходимость снабжения паром и горячей водой потребителей, расположенных вне площадки завода. Наличие в районе завода источника пароснабжения для пуска ТЭЦ (потребность в паре 15—20 т/ч) или необходимость сооружения временной котельной.
Используя исходные данные, прорабатываются и принимаются проектные решения по следующему рекомендуемому перечню работ, выполняемых теплосиловым отделом:
1) теплосиловое хозяйство завода, общие сведения и оценка;
2) межцеховые сети трубопроводов пара, теплофикации, конденсата, пневмопочты, сжатого воздуха, мазута, масла, питательной воды энергетических установок, а также все совмещенные сети, кроме случаев, когда газопровод используется как несущая конструкция;
3) внутрицеховые сети трубопроводов пара, производственной горячей воды, сжатого воздуха, мазута и т.д.;
4) ТЭЦ, ПВС, ЦЭС;
5) установки котловутилизаторов;
6) электровоздуходувные и компрессорные станции;
7) газотурбинные установки;
8) установки для использования избыточного давления газа на колошнике доменной печи;
9) установки по утилизации отбросного тепла;
10) насоснобойлерные установки;
11) насосные подкачки теплофикации;
12) установки для сбора конденсата;
13) установки тепловых аккумуляторов;
14) центральные пароперегревательные установки;
15) установки по очистке конденсата от пара;
16) центральные и отдельные дымососные установки;
17) газоотводящие тракты конвертерных и мартеновских цехов;
18) улавливание и использование конвертерных газов;
19) насоснодеаэраторные установки;
20) установки вакуумнасосов и вакуумпроводы до технологических агрегатов;
21) подготовка эмульсии;
22) районные и центральные тепловые пункты;
23) установки испарительного охлаждения;
24) смоловарочные установки сталеплавильных цехов;
25) диспетчеризация объектов и агрегатов теплосилового хозяйства;
26) химводоочистки для парогенерирующих агрегатов, установок ВЭР и других потребителей, требующих химочищенной воды;
27) энерготехнологические установки;
28) холодильные станции большой мощности;
29) станции осушки воздуха;
30) дутьевые воздухопроводы;
31) теплосиловые цехи;
32) склады мазута и мазутнонасосные установки;
33) организация и размещение управления главного энергетика завода;
34) маслозаправочные станции жидкой технологической смазки;
35) мероприятия по энергосбережению;
36) требования при необходимости к проведению НИОКР.
Основным в паротеплоснабжении являются максимальные проектные нагрузки, которые для крупного металлургического завода могут составлять: тепло в горячей воде 150/70 °С на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение 770 Гкал/ч, пар 7—16 атм 710 т/ч. Потребность и ожидаемый приход оформляются в виде таблицы, из которой определяется дефицит (избыток).
Таблица (баланс) со схемой теплоснабжения по заводу является основанием для получения технических условий, которые определяются «Правилами пользования тепловой энергией» независимо от ведомственной принадлежности.
В технических условиях (на присоединение объекта к сетям энергоснабжающей организации) указываются:
— источники и надежность теплоснабжения, точка присоединения к тепловым сетям после основного и резервного вводов или к коллекторам электростанций, способ регулирования количества отпускаемой тепловой энергии;— параметры теплоносителя и гидравлический режим в точках присоединения основного и резервного вводов с учетом нагрузок других потребителей;
— нагрузка основного потребителя с учетом перспективы присоединения нагрузок других потребителей;
— обоснованные требования по увеличению пропускной способности существующей сети, производительности подогревательной установки на ТЭЦ, расширению или реконструкции установки химводоочистки, по очистке конденсата в связи с появлением нового объекта;
— источники резервного теплоснабжения с учетом требований по надежности;
— требования к учету и установке контрольноизмерительных приборов учета, а также автоматизации, телемеханизации и диспетчерской связи с энергоснабжающей организацией;
— требования к прокладке трубопроводов и устройству каналов и камер, запорной и регулирующей арматуре, к изоляции трубопроводов, антикоррозийной защите, оборудованию теплопунктов;
— тепловая схема присоединения отопительновентиляционной и технологической загрузок и нагрузки горячего водоснабжения;
— температурный график и расход сетевой воды;
— балансовая и эксплуатационная принадлежность сооружаемых и реконструируемых тепловых сетей и границы раздела тепловых сетей энергоснабжающей организации и потребителя.
Относительно паро и теплоснабжения приводятся: краткая характеристика использования и режимов потребления пара и горячей воды потребителями проектируемого объекта, перспективные изменения потребностей; суммарная потребность в паре (по параметрам) и горячей воде (по параметрам и качеству) по потребителям. Составляются раздельные перечни потребителей пара и горячей воды. Рассматривается обеспечение потребителей проектируемого объекта теплом в виде пара и горячей воды различных параметров.
В описании принятой принципиальной схемы теплоснабжения указываются: основной принцип схемы теплоснабжения; источники теплоснабжения; использование тепла, вырабатываемого установками по использованию вторичных энергетических ресурсов (ВЭР); резервирование этих установок (затраты на осуществление мероприятий по экономии ТЭР, как правило, в 2—3 раза ниже суммарных затрат на эквивалентный прирост добычи (производства) топлива и энергоресурсов.
Снабжение питательной и химочищенной водой решается для всех объектов завода (ТЭЦП ВС решаются отдельно). Приводится краткая характеристика использования, режимов потребления и принятой схемы организации подготовки питательной и химически (термически) обработанной воды для энергетических установок; перспективные изменения этих потребностей; суммарная потребность в питательной и химически (термически) обработанной воде раздельно по параметрам и качеству (раздельные перечни потребителей питательной и химически (термически) обработанной воды с указанием параметров, расходов и качества приводятся в приложении); обеспечение питательной водой источников теплоснабжения и установок по использованию ВЭР.
Баланс питательной воды составляется с учетом возврата конденсата с производства. Указывается схема сбора и возврата чистого конденсата с производства; суммарные данные о возврате конденсата с указанием параметров и качества конденсата (перечень объектов, возвращающих конденсат пара с производства, с указанием количества, качества и параметров приводится в приложении).
Для использования ВЭР составляется перечень установок (систем) по использованию ВЭР с кратким описанием их назначения. По каждой установке (системе) прилагаются основные данные и сведения, характеризующие эти установки: данные о выходе ВЭР; принятая принципиальная схема использования ВЭР и данные о выработке тепла (электроэнергии, сжатого воздуха и др.); краткое описание конструктивной схемы и принципа работы; обоснование выбора основного оборудования; перечень основного и вспомогательного оборудования с краткой технической характеристикой; краткое описание компоновочных решений.
Паровые балансы в целом по проектируемому объекту на полное развитие на этапы (очереди) его строительства составляются для следующих режимов тепло и паропотребления:
— максимального зимнего при температуре наружного воздуха, соответствующей максимальному расчетному значению для системы отопления и вентиляции (I режим);— среднего в наиболее холодный месяц при средней температуре наружного воздуха (II режим);
— среднего зимнего при температуре наружного воздуха, соответствующей средней за зимний период (III режим);
— максимального летнего по средней температуре самого жаркого месяца (IV режим);
— годового (по очередям и на полное развитие).
При отсутствии отопительновентиляционной нагрузки паровые балансы разрабатываются для режимов — максимального, среднего и годового потребления тепла и пара.
Анализируются балансы для определения необходимости ввода в эксплуатацию источников пара и тепла в составе тех или иных пусковых комплексов основного производства; рациональности принятой схемы использования вторичных энергетических ресурсов; надежности обеспечения паром и теплом объектов металлургического завода в разные этапы его строительства.
Обосновывая выбор основного оборудования, указывают технические характеристики основного и вспомогательного оборудования, дают краткое описание компоновочных решений.
Суммарная потребность в сжатом воздухе определяется давлением и степенью осушки. Приводятся раздельные перечни потребителей сжатого воздуха с указанием характерных расходов для режимов потребления — максимального и среднего за рабочее время, в час и в течение года; характеристика использования и режимов потребления сжатого воздуха потребителями. Оцениваются перспективные изменения потребностей. Как правило, вычерчивается принципиальная схема обеспечения сжатым воздухом проектируемого объекта в целом.
Обосновывается выбор количества компрессорных станций и состав их основного оборудования. Приводится техническая характеристика принятых к установке компрессорных агрегатов и кратко описываются компоновочные решения по компрессорным станциям.
Потребность в дутье доменных печей определяется с указанием пределов регулирования параметров по расходу и по давлению, обогащения кислородом.
В отдельное хозяйство выделяется мазутное. Приводится его состав и назначение отдельных объектов. Составляется принципиальная схема ма зутоснабжения проектируемого объекта и принцип ее работы, раздельные перечни потребителей мазута на энергетические и технологические цели с указанием марок мазута, его параметров (у потребителя) и характера расходов для режимов потребления — максимального и среднего за рабочее время, в час и в течение года.
В связи с тем, что быстро развивается холодо снабжение, определяются перечень потребителей холода, режимы потребления; оценка перспективной потребности в холоде; принципиальная схема обеспечения холодоснабжения проектируемого завода и отдельных потребителей. Обосновывается состав основного оборудования и количество холодильных машин. Кратко описываются компоновочные решения по холодильным станциям.
Отдельно рассматривается множество отдельных установок (пароперегревательные, пароаккумуляторные установки, установки приготовления горячей воды, станция перекачки конденсата, установки осушки воздуха и др.). По каждой установке приводятся: принципиальная схема; краткое описание конструктивной схемы и принцип работы; обоснование выбора основного оборудования; перечень основного и вспомогательного оборудования с краткой технической характеристикой; краткое описание компоновочных решений.
В проекте рассматриваются принятые проектные решения по межцеховым трубопроводам: способ прокладки, опоры и соединение труб, компенсация тепловых удлинений, теплоизоляция арматуры и трубопроводов, защитное покрытие, антикоррозийная защита, резерв в прочности и в габаритах несущих конструкций, а также резерв в диаметрах магистральных трубопроводов для перспективы.
Для внутрицеховых трубопроводов решаются: устройство вводов, способ прокладки, давление, расстановка арматуры, компенсаторов, конденсатоот водчиков, площадок для обслуживания, сортамент труб, теплоизоляция, антикоррозийная защита.
В случае, если всю тепловую нагрузку проектируемого объекта или ее часть намечается покрывать от промышленноотопительной котельной, то в записке должны быть приведены данные, отражающие краткую характеристику, технические решения и эксплуатационные показатели, аналогичные (применительные) данным по ТЭЦПВС (ТЭЦ).
Наиболее сложным техническим вопросом, решаемым в теплосиловой части, является вопрос о тепло электро паровоздушной станции, которая сооружается ТЭЦПВС или отдельно ТЭЦ и/или ПВС. В общей части рассматриваются назначение, кооперация станции со службами и общезаводским хозяйством.
В тепломеханической части определяются: расчетные нафузки, покрываемые от ТЭЦ и ВЭР проектируемого объекта, которые подлежат использованию на станции; топливо — основное и резервное; основное оборудование станции, его загрузка, технические характеристики; балансы пара и тепла с их анализом. Решаются вопросы топливо подачи и тепловой схемы станции (принципиальная тепловая схема и схема трубопроводов), схемы покрытия нагрузок и принципиальные решения по схеме трубопроводов в пределах станции.
Рассматривается вспомогательное оборудование и установки (питательные насосы, деаэраторы, РСУ, баки запаса воды всех назначений, установки — теплофикационная, ГВС, аварийного доменного дутья, обогащения доменного дутья кислородом и др.), их назначение, характеристика (мощность, производительность, параметры и другие основные данные, характеризующие установку и оборудование). Дается краткое описание компоновочных решений ТЭЦПВС, ТЭЦ, ПВС.
На основе данных по исходной воде и ее качеству разрабатываются схемы водоподготовок — питательной воды для ТЭЦ и энергетических установок проектируемого объекта, подпиточной воды для теплосетей и схем водоснабжения и другой воды, являющейся видом нагрузки на станции. Определяются производительность, параметры и другие основные данные, характеризующие установку и оборудование схемы.
Одновременно рассматриваются: конденсато очистка, схема очистки, производительность, качество конденсата после очистки, параметры; химическая промывка котлов станции, схема установки, очистка промывочных стоков; установка для очистки сточных вод от промывки регенеративных воздухонагревателей. Определяется потребность в реагентах для всех установок станции.
В электротехнической части ТЭЦ рассчитываются электрические нафузки на станцию, связь станции с внешней энергосистемой, выработка электрической мощности станцией и баланс мощностей (приводится баланс). Принимается главная схема электрических соединений, краткое описание схемы, обеспечение собственных нужд станции; обеспечение генераторов водородом.
Теплосиловое хозяйство в целом и каждый объект, входящий в него, характеризуются системой показателей. Техноценологические свойства диктуют конвекционный характер показателей, возможность их расширения или замены.
Принято, что оценка качества технических решений в целом по предприятию теплосилового хозяйства определяется следующими показателями: суммарный расход топливноэнергетических ресурсов на единицу готового проката, т у. т./т (при этом учитывается топливо, не только сжигаемое или используемое как технологическое сырье в печах, но и расходуемое на выработку электроэнергии как на электростанциях предприятия, так и в районе, тепла и пара, а также механической энергии на сжатие воздуха, производства кислорода и т.д.); то же на 1 руб. товарной продукции; расход производственного пара и тепла на единицу готового проката, ГДж/т; годовой расход тепла (в горячей воде) на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение всех зданий завода на единицу готового проката, ГДж/т; выработка электроэнергии на тепловом потреблении всеми установками (включая районную ТЭЦ), кВт • ч/ГДж.
Экономичность и качество технических решений по теплосиловому хозяйству характеризуются также показателями использования вторичных энергоресурсов (ВЭР): суммарный выход тепла на заводе по всем вторичным энергоресурсам на единицу готового проката, ГДж/т; выход тепла от вторичных энергоресурсов по отдельным афегатам на единицу выпускаемой продукции, ГДж/т; выработка электроэнергии на тепловом потреблении от вторичных энергоресурсов, кВт • ч/ГДж; удельные капитальные вложения по установкам вторичных энергоресурсов, руб./ГДж; себестоимость тепла от установок вторичных энергоресурсов, руб./ГДж; штатный коэффициент, чел.ДГДж • ч).
В заключение как правило, указываются возможные направления развития теплосилового хозяйства.
В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002
