Энерготехнологическое комбинирование в доменном производстве
Схема комбинированной установки сжатия и нагрева доменного дутья [5], конвертирования природного газа и выработки пара электроэнергетических параметров представлена на рис. 30.
Из доменной печи газ поступает на сухую газоочистку 2, затем с параметрами t = 200 ºC, Р = 0,35 МПа и Qн = 4,5 МДж/м3 разделяется на два потока. Один поток направляется в установку комбинированного сжатия и нагрева доменного дутья, второй — в установку для углекислотной конверсии природного газа 3 Конвертированный газ в качестве заменителя части кокса поступает в доменную печь. Доменный газ, предварительно смешавшись в эжекторе 8 с воздухом из компрессора 5, сжигается в каупере 7. Продукты сгорания из кауперов направляются в рекуперативный воздухоподогреватель 6 и далее на газовую турбину 4, являющуюся приводом компрессора доменного дутья и воздуха для горения. Выхлопные газы после газовой турбины направляются в котел-утилизатор 9, а затем через дымовую трубу 10 удаляются в атмосферу.
Рис. 30. Схема комбинированной установки сжатия и нагрева доменного дутья, конвертирования природного газа и выработки пара электроэнергетических параметров:
1 – доменная печь; 2 – сухая газоочистка; 3 – конвертер; 4 – газовая турбина; 5 – воздушный компрессор; 6 – рекуперативный воздухоподогреватель; 7 – регенеративный воздухоподогреватель; 8 – эжектор; 9 – котел-утилизатор; 10 – дымовая труба
|
|
Сжатый воздух из компрессора с параметрами Рк = 0,5 МПа, tк = 210 ºС в распределительном коллекторе разделяется на два потока. Один поток (холодное дутье») G1 направляется для нагревания в рекуператор, а затем в каупер, второй — G2 в качестве воздуха для горения направляется в топку каупера. В результате дожатия в эжекторе доменного газа компрессорным воздухом давление продуктов сгорания под куполом каупера повышается до 0,385 МПа.
Расчет тепловой схемы
1. Расчет каупера
На сжигание поступает доменный газ с расходом В. При сжигании образуются продукты сгорания с температурой t1. Температура t1 задается из условия стойкости свода каупера и не должна превышать 1500 °С.
, (38)
где - теоретический расход воздуха; - объем продуктов сгорания в каупере; - теплоемкости воздуха и продуктов сгорания; - низшая теплота сгорания доменного газа; - температура сжатого воздуха после компрессора; - температура доменного газа; - предельно допустимая температура продуктов сгорания; - искомый избыток воздуха, обеспечивающий допустимую температуру. Объем продуктов сгорания связан с коэффициентом избытка воздуха соотношением . Преобразуя уравнение (38), получим:
|
|
. (39)
За счет теплоты продуктов сгорания в каупере осуществляется подогрев воздуха, идущего в доменную печь. При этом расход подогреваемого воздуха составляет G1. На горение подается воздуха с расходом G2. Расход воздуха на горение и расход продуктов сгорания связаны с расходом доменного газа соотношениям
G2=ВV0a; .
Тепловой баланс подогрева дутья в каупере имеет вид
. (40)
где - температуры воздуха до и после каупера. Заданной технологией величиной является расход воздуха, который требуется подогреть в каупере. Температура воздуха на входе в каупер - это температура воздуха на выходе из промежуточного рекуперативного воздухоподогревателя.
2. Баланс рекуперативного воздухоподогревателя
Он имеет следующий вид:
, (41)
где - температура воздуха после компрессора; - температура продуктов сгорания перед газовой турбиной.
3. Баланс ГТУ
Компрессор сжимает атмосферный воздух, повышая его давление от Р0 до Рк. Р0 = 0,1 МПа; Рк = 0,5 МПа, т.е. степень сжатия компрессора равна π = 5. Далее воздух в эжекторе смешивается с доменным газом, при этом давление продуктов сгорания возрастает до ~0,385 МПа, продукты сгорания расширяются в турбине от давления 0,385 - 0,1 МПа. Искомой величиной при расчете газотурбинной установки (ГТУ) является расход доменного газа, необходимый для привода турбины, т.е. мощности турбины должно хватить для привода компрессора.
|
|
Рассмотрим цикл ГТУ (рис. 31).
Рис. 31. Цикл ГТУ:
0-К – адиабатное сжатие в компрессоре; К-3 – изобарный подвод теплоты; 3-4 – адиабатное расширение в газовой турбине; 4-0 – изобарное охлаждение продуктов сгорания
Докажем, что отношение T4/T0=T3/Tк:
.
Тогда
,
где T0/Tк – отношение температур в процессе сжатия в компрессоре. Поскольку воздух - это идеальный газ, то из уравнения адиабаты можно заменить
, (45)
где p - степень сжатия в компрессоре для данной схемы равна p = 5; к – показатель адиабаты, для воздуха равен к = 1,4. Подставляя (45) в выражение для КПД получим в окончательном виде
, (46)
|
|
где
Расход доменного газа, необходимый для сжатия воздуха с расходами G1 и G2 составит:
,
где ηм – механический КПД ГТУ.
Расход воздуха на сжигание доменного газа и расход продуктов сгорания связаны с расходом топлива соотношениями , . Отсюда получаем выражение для расчета расхода доменного газа
. (47)
Температура воздуха после компрессора находится из уравнения адиабаты
(48)
Перепад температур в газовой турбине также определяется из уравнения адиабаты
. (49)
Электрическая мощность определяется из баланса
. (50)
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 621; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!