На сегодняшний день, проблема по использованию вторичных ресурсов все более остро встает перед предприятиями. Поскольку цена на природные ресурсы увеличиваются, а с ними увеличивается и себестоимость выпускаемого продукта. Чтобы не допускать этого предприятия ищут пути максимально эффективного использования вторичных энергоресурсов. Одним из таких ВЭР является стальной лист. Это мощный тепловой ресурс с высокой температурой выхода из рабочего пространства.
В 2014 году в российской федерации производство сырой стали достигло 70,7 млн. тонн в год [1]. Почти 90% — стальной прокат. Для производства одной тонны проката необходимо около 1,2 тонн условного топлива. При этом все это количество тепловой энергии, потребляемое металлом в технологическом процессе производства проката, рассеивается в окружающей среде в виде низкопотенциального тепла охлаждающих теплоносителей (окружающего воздуха или охлаждающей воды).
Стальной лист после последней чистовой клети имеет температуру 1000 ºС (Т1). Далее он охлаждается в зоне ламинарного охлаждения до температуры 500 ºС (Т2) и при этом отводится следующее количество тепловой энергии:
Q=350 МДж/т
Вся эта теплота отводится горячей водой или паром на температурном уровне 20-100 ºС в окружающую среду или на градирни. При этом отвод этой тепловой энергии осуществляется с некоторой тепловой мощностью.
Для оценки мощности отвода теплоты от горячекатанного листа в теплотехнологии горячей прокатки были приняты следующие теплофизические параметры, которые были занесены в таблицу 1.
Таблица 1
Теплофизические параметры для оценки мощности тепловыделений
|
Теплофизический параметр |
Значение параметра |
| Температура листа, после чистовой клети, °С | 1000 |
| Время охлаждения, Ƭ, с | 1 |
| Толщина листа, мм | 1-3,5 |
| Коэффициент теплоотдачи, α,Вт/м2∙°С | 19000 |
| Плотность стального листа, ,кг/м3 | 7800 |
| Теплоемкость стали, с, Дж/кг∙°С | 678 |
| Скорость прокатки, w, м/с | 20 |
Так для ЛПЦ-10 при самой распространенной толщине листа 2 мм мощность тепловыделений составила порядка 260 кВт. В работе были проведены исследования зависимости мощности тепловыделений от толщины пластины. В результате расчетов нестационарной теплопроводности в пластине за 1 с. был получен следующий результат при охлаждении 1 кг стали за 1 с. (рисунок 1)
Рисунок 1. График зависимости изменения мощности тепловыделений листа от её толщины
Как видно из графика, чем больше толщина листа, тем меньше становится мощность его тепловыделений. Это связано, прежде всего, с тем, что при увеличении толщины листа увеличивается число Био, и тело из термически тонкого становится термически толстым, а для выравнивания температур в центре листа и на поверхности произойдет за более длительный промежуток времени. И так одно и то же количество теплоты отводится за разные промежутки времени, что и влияет на мощность тепловыделений. Таким образом, раскаленный лист после горячей прокатки с уменьшением толщины является высокомощным энергетическим ресурсом, использование теплоты которого в зависимости от направления является актуальным.
Ранее рассматривались возможности частичного использования тепловой энергии отводимой от горячего проката для генерации электрической энергии, либо осуществления теплотехнологической регенерации[2].
Для того чтобы выбрать наиболее эффективное направление использования отведенной теплоты, был выбран эксергетический метод термодинамического анализа.
По данным ОАО «ММК» на 2011 год для производства одной тонны выпускаемой продукции необходимо 0,0577 м3 природного газа и 78,9932 кВт·ч электроэнергии соответственно.
Для природного газа и электроэнергии была посчитана эксергия теплоты, результаты которой представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Эксергия природного газа и электроэнергии
Появляется задача, о связи производства горячего проката и выработки электроэнергии (Рисунок 3).
Существует несколько различных путей преобразование тепловой энергии в электрическую, но наиболее распространенный из этих способов – использование классической паротурбинной установки с КПД 40%.
Ранее было предложено использовать в качестве охлаждающих теплоносителей для листа вместо воды жидкие металлы (ЖМТ) [3].
Использование жидких металлов в настоящее время приобретает актуальность в атомной энергетике для охлаждения атомных ректоров и дальнейшей генерации электроэнергии.
Так использование теплоты горячего проката может позволить генерировать порядка
где Q= 350 МДж/т – количество теплоты, отводимая от листа;
Ƞ — КПД паротурбинной установки;
N=350 МДж/т/3,6 МДж/кВт∙ч·0,4=39 кВт·ч/т электроэнергии с каждой тонны проката
Таким образом, данное исследование позволяет увидеть, что горячекатаный лист – это мощный тепловой ресурс, использование которого в нужном направлении (для генерации электроэнергии), может позволить экономить почти 40% электроэнергии.
Список литературы:
- https://www.worldsteel.org/media-centre/press-releases/2014/World-crude-steel-output-increases-by-3-5—in-2013.html
- Захаров Р.В., Гордеева И.С., Матвеев С.В. Исследование возможности утилизации теплоты готового проката // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемы источники энергии: Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых, 18-21 декабря 2012. Екатеринбург: УРФУ, 2012. С. 78-80.
- Петракович М.А., Абдулгужина И.Р., С.В, Матвеев. Сравнение способов преобразования тепловой энергии в электрическую // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России. Материалы 14-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов 21-23 мая. Магнитогорск 2013. С. 28-31.[schema type=»book» name=»ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ГОРЯЧЕГО ПРОКАТА » description=»В данной работе рассмотрена возможность использования теплоты горячего проката в листопрокатном комплексе. Рациональное использование тепловой энергии позволит улучшить экономическое положение промышленного производства.» author=»Хайруллин Ильдар Асхатович, Слепова Ирина Олеговна, Хасанова Резеда Валлямовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-04″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]