SPECIALIZARE: SISTEME SI ECHIPAMENTE MODERNE [311614]

UNIVERSITATEA VALAHIA TARGOVISTE

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

SPECIALIZARE: SISTEME SI ECHIPAMENTE MODERNE

IN PRODUCEREA SI UTILIZAREA ENERGIEI

GESTIONAREA ENERGETICA OPERATIVA LA UN CONSUMATOR COMPLEX DIN INDUSTRIA METALURGICA

Masterand: [anonimizat],

Ing. Alin- Mihai COSTACHE Prof. dr. ing. [anonimizat] 2009-

UNIVERSITATEA “VALAHIA” TÂRGOVIȘTE

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ

TEMA

proiectului de dizertatie al absolvent: [anonimizat]

1.Tipul proiectului :

2.Tema proiectului: Gestionarea energetica operativa la un consumator complex din industria metalurgica.

3.Conținutul proiectului:

Strategia energetica a Romaniei in perioada 2007-2020.

Analiza energetica in cadrul consumatorilor industriali metalurgici.

Analiza energetica a principalelor instalatii de pe fluxul produselor metalurgice.

Analiza energetica a cuptorului de tip EBT.

Elemente de impact asupra mediului .

Concluzii.

4. Memoriul justificativ va cuprinde:

In lucrare se abordeaza probleme de gestiune energetica privind fundamentarea consumurilor integrate in produse.

5. Locul unde va fi implementat proiectul:

SC. MECHEL TARGOVISTE SA.

6. Bibliografie:

• Aurel Gaba Audit energetic in metalurgie;

[anonimizat], 2003;

• Albert Hermina Alimentarea cu energie electrica a inteprinderilor industriale;

[anonimizat], 1997;

• Albert Hermina Pierderi de putere si energie in rețele electrice;

[anonimizat], 1997;

• Aurel Gaba Transferul de căldura in instalațiile industriale;

[anonimizat], 2004;

• Feidt Michel Louis Termodinamica si optimizarea energetica a sistemelor si proceselor;

[anonimizat], 2001;

DECAN, [anonimizat] S.I.dr.ing. ELENA VIRJOGHE

CONDUCĂTOR PROIECT

Prof. dr. ing. Stama SOTRI

Tema a fost dată spre împlinire la data de ………………………..

SEMNĂTURA STUDENT: [anonimizat]: Gestionarea energetica operativa la un consumator complex din industria metalurgica.

Proiectul întocmit răspunde temei propuse:

[ ] Da [ ] Nu

Conținutul și calitatea memoriului scris:

[ ] foarte bine [ ] bine [ ] suficient [ ] insuficient

Conținutul și calitatea materialului grafic:

[ ] foarte bine [ ] bine [ ] suficient [ ] [anonimizat]:

[ ] foarte bine [ ] bine [ ] suficient [ ] insuficient

Contribuția personală:

[ ] foarte bine [ ] bine [ ] suficient [ ] insuficient

Ritmicitatea elaborării lucrării:

[ ] 90-100% [ ] 80-90% [ ] 70-80%

[ ] 60-70% [ ] 50-60% [ ] <50%

Nota generală propusă lucrării :

Conducător proiect :

Prof. dr. ing. Stama SOTRI

CUPRINS

Termeni stiintifici………………………………………………………………pag.8

Abrevieri………………………………………………………………………pag.12

Bibliografie selectiva…………………………………………………………pag.13

Capitolul 1. Strategia energetica a României in perioada 2007-2020……………………………………………………………………………pag.14

Introducere…………………………………..……………..pag.14

Obiectivele dezvoltării sectorului energetic..……………pag.17

Masuri pentru îndeplinirea obiectivelor prioritare..……..pag.20

Capitolul 2. Analiza energetica in cadrul consumatorilor industriali metalurgici……………………………………………………………………pag.25

Noțiuni generale…………………………………………………pag.25

2.2 Analiza energetica in cadrul unui consumator industrial metalurgic…………………………………………………………..pag.26

2.2.1 Întocmirea analizei energetice…………………….pag.34

2.2.2 Indicatori de eficienta energetica…………………pag.37

2.2.3 Programe de masuri si acțiuni………………………pag.40

Capitolul 3. Analiza energetica a principalelor instalații de pe fluxul produselor metalurgice………………………………………pag.43

3.1 Cuptorului cu arc electric…………………………………pag.46

3.1.1. Tipuri de cuptoare cu arc electric …………………pag.46

3.1.2. Bazele fizice ale descărcării in arc electric……….pag.48

3.1.3. Elemente constructive ale cuptoarelor cu arc electric……………………………………………………….pag.49

3.1.4. Regimul de funcționare a cuptorului cu arc electric pentru topirea otelului………………………………………………pag.54

3.1.5. Echipamentul electric al cuptoarelor pentru topirea otelului………………………………………………………………pag.55

3.1.6. Mijloace de limitare a pierderilor pe durata funcționarii cuptorului……………………………………………………………pag. 57

3.1.7. Bilanțul de materiale………………………….…….pag.58

3.1.8.Bilanțul energetic…………………………………..pag.60

3.1.9. Relații de calcul utilizate…………………………..pag.61

3.1.10.Concluziile bilanțului energetic……………………pag.63

3.1.11.Energia înglobata in otelul lingou…………………pag.66

3.2 Cuptorul cu vatra pasitoare………………………..…………pag.67

3.2.1. Descrierea instalației………………………………pag.67

3.2.2. Definirea conturului de bilanț………………………pag.73

Bilanțul termic………………………………………pag.75

Analiza bilanțului………………………………….pag.87

Bilanțul optimizat………………………………….pag.89

Plan de masuri pentru creșterea eficientei…….pag.91

3.3. Cuptorul adânc……………………………………………..pag.93

3.3.1. Descrierea cuptorului………………………………pag.93

3.3.2. Bilanțul termic………………………………………pag.95

3.3.3. Soluții de optimizare……………………………….pag.98

Capitolul 4. Analiza energetica a cuptorului de tip EBT……..…..pag.99

Descrierea instalației………………………………………pag.99

4.2. Bilanțul de materiale…………………………………pag.99

4.3. Bilanțul energetic…………………………………….pag.101

4.3.1. Relații de calcul utilizate……………………..pag.102

4.3.2. Concluziile bilanțului energetic………………pag.104

4.4. Aplicarea post-combustie la cuptorul EBT…………pag.105

4.4.1. Bilanțul de materiale………………………….pag.105

4.4.2. Calculul bilanțului energetic in situația aplicării post- combustiei………………………………………………….pag.106

4.4.3. Analiza energetica in cazul aplicării

post-combustiei……………………………….………pag.108

Capitolul 5. Elemente de impact asupra mediului………………pag.110

Instalatia de desprafuire………………………………….pag.110

Cuptorul cu vatra pasitoare………………………………pag.113

Impactul asupra aerului……………pag.113

Impactul asupra apei………………pag.114

Concluzii…………………………………………………………………pag.116

TERMENI STIINTIFICI

Analiza energetica – metoda sistematica ce permite sa se urmărească
si sa se contabilizeze fluxurile energetice ;

Indicator energetic – indicator folosit pentru a caracteriza evoluția situației energetice a unei unitati in decursul timpului , fie pentru a compara intre ele situațiile energetice ale diferitelor unitati;

Resurse energetice – toate concentrațiile de energie din natura care pot fi făcute utilizabile cu mijloace tehnice;

Comanda si reglare automata – proces de comparare a unei valori măsurate ale unei mărimi fata de o valoare de referința si corectarea abaterii dintre acestea pe baza unor mijloace de automatizare;

Sistem de reglare – dispozitiv de reglare si control a cărui scop este de a menține constanta valoarea parametrilor condiției comandate sau de a o face sa varieze intr-o maniera predeterminata;

Regulator – dispozitiv care are o valoare de ieșire care poate fi ajustata in scopul menținerii unei variabile comandate la o valoare specificata sau determinata ;

lnstalatie electrica – ansamblu unitar de construcții , dispozitive , aparate si echipamente servind la producerea , transportul, distribuția , stocarea si utilizarea energiei electrice ;

Circuit electric – ansamblu de conductoare care formează un sistem electric integrat, prin care poate trece energia electrica ;

Transformarea energiei – se refera la producerea de energie cu menținerea stării fizice a agentului energetic;

Rețea electrica – ansamblu de linii si instalații electrice conectate intre ele care folosesc la transmiterea energiei electrice de la producere la consum ;

Curent continuu – curent electric ale cărui polaritate si intensitate sunt constante ;

Randament – raport intre întreaga energie disponibila la ieșirea unui sistem si energia furnizata acestuia la intrare;

Randament energetic – exprima apropierea între procesul real ireversibil si cel ideal;

Analiza de proces – metoda de analiza care descrie fluxurile de proces de la producție pana la cea finala ;

Model de optimizare – model descriind un sistem sau o problema astfel încât aplicarea unei proceduri analitice riguroase la reprezentarea acestora permite sa se furnizeze cea mai buna soluție pentru un obiectiv dat;

Joule J – Joule-ul este unitatea de măsurare a lucrului mecanic dezvoltat de o forța de 1 newton al cărui punct de aplicație se deplasează cu 1 metru pe direcția forței;

Watt W – Watt-ul este unitatea de măsurare a puterii unui sistem energetic in care se transforma uniform o energie de 1 joule in timp de 1 secunda ;

Volt V – Volt-ul este unitatea de măsurare a diferenței de potențial electric , care exista intre doua puncte ale unui conductor parcurs de 1 volt când acesta este încărcat cu o sarcina electrica de 1 coulomb ;

Kelvin K – Kelvin-ul este unitatea de măsurare a temperaturii termodinamice , este fracțiunea 1/273,19 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei;

Acces la rețeaua electrica de interes public – dreptul agenților economici care produc si/sau furnizează energie electrica, precum si al consumatorilor de energie electrica de a se racorda si de a folosi, in condițiile legii, rețelele electrice de transport si distribuție.

Consumator eligibil – consumatorul de energie electica care are dreptul sa-si aleagă furnizorul si sa contracteze direct cu acesta energia electrica necesara.

Consumator captiv – consumatorul care, din considerente tehnice sau de reglementare, nu poate alege furnizorul si consumatorul eligibil care nu-si exercita dreptul de a-si alege furnizorul.

Etichetarea energiei electrice – totalitatea activitatilor desfasurate de către un furnizor in vederea informării clienților săi existenți sau potențiali, in mod transparent, asupra contribuției fiecărei surse de energie primara la producerea energiei furnizate, precum si a impactului asupra mediului înconjurător.

Furnizare – activitatea de comercializare a energiei electrice către consumatori.

Furnizor – persoana juridica, titulara a unei licențe de furnizare, care comercializează energie electica pe piața de energie electrica.

Grad de deschidere a pieței – ponderea consumului consumatorilor eligibili in consumul total final de energie electrica a tarii.

Licența de furnizare a energiei electrice – act juridic, emis de autoritatea competenta prin care se acorda permisiunea unei persoane juridice de a realiza serviciul de furnizare a energiei electrice.

Loc de consum – amplasamentul instalațiilor de utilizare ale unui consumator, inclusiv a subconsumatorilor săi, unde se consuma energia electrica furnizata prin una sau mai multe instalații de alimentare. Un consumator poate avea mai multe locuri de consum.

Operator de distribuție – persoana juridica care deține, exploatează, intretine, modernizează si dezvolta rețeaua electrica de distribuție.

Operator de transport si sistem – persoana juridica, titulara de licența, care prestează serviciul de transport si serviciul de sistem.

Piața de energie electrica – cadrul de organizare pentru tranzacționarea energiei.

Piața pentru ziua următoare – piața centralizata voluntara pentru vânzarea si cumpărarea energiei electrice in ziua de livrare care urmează imediat după ziua de
tranzacționare.

Piața de echilibrare – piața centralizata obligatoare, organizata in vederea asigurării siguranței si stabilitatii in funcționare a SEN prin tranzacționarea energiei electrice in scopul realizării echilibrului dintre producție si consum

Sectorul energiei electrice – ansamblul activitatilor si instalațiilor de producere a energiei electrice si a energiei termice in congenerare, transport, servicii de sistem, distribuție si furnizare a energiei electrice inclusiv importul si exportul energiei electrice. Precum si schimburile naturale si/sau de avarie cu sistemele electroenergetice ale tarilor vecine.

Serviciul de distribuție al energiei electrice – serviciul prestat de operatorul de transport, consta in asigurarea unei cantitati de energie electrica intre doua sau mai multe puncte ale rețelei de transport, cu respectarea standardelor de calitate.

Sistemul Electroenergetic Național – SEN ansamblul instalațiilor electroenergetice interconectate prin care se realizează producerea, transportul, conducerea , distribuția, furnizarea si utilizarea energiei electrice, situate pe teritoriul național: SEN constitue infrastructura de baza utilizata in comun de participanții la piața de energie electrica

Utilizator de rețea electrica – producător, operator de transport, operator de distribuție, furnizor, consumator de energie electrica;

Bilanț energetic – evidențierea sub forma de tabel, diagrama sau alta forma a egalitarii dintre cantitatile de energii ieșite sub forma de energie utila si cantitatile de energie intrate;

Sistemul energetic – este un sistem integrator ordonat, coordonat si integrat pe orizontala si verticala de procese statice si dinamice, de fluxuri de masa si de energie.

ABREVIERI

K-Cuptor

R – Regulator

BVP – Blocul valorilor prescrise

BC – Blocul de calcul

TC – Transformator de curent

TT – Transformator de tensiune

BCT – Blocul de control al procesului de topire

BCL – Blocul de control al șarjei elaborate

BCTC – Blocul de control al transformatorului de cuptor

BCTp – Blocul de control al temperaturii

BCP – Blocul de control al puterii

ANRE – Autoritatea Naționala de Reglementare in domeniul Energiei

SEN – Sistem Electroenergetic Național

EBT – Excentric Bottom Taping

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA

Aurel Gaba Audit energetic in metalurgie;

Editura Biblioteca, Targoviste, 2003;

Albert Hermina Pierderi de putere si energie in rețele electrice;

Editura Tehnica, București, 1997 ;

Albert Hermina Alimentarea cu energie electrica a inteprinderilor industriale;

Editura Tehnica, București, 1997 ;

Aurel Gaba Transferul de căldura in instalațiile industriale;

Editura Biblioteca, Targoviste, 2004;

Feidt Michel Louis Termodinamica si optimizarea energetica a sistemelor si proceselor;

Editura Bren, București, 2001;

Andrei Bejean Termodinamica tehnica avansata;

Editura Tehnica, București, 2001 ;

Comanescu Gheorghe Proiectarea stațiilor electrice;

Editura Politehnica, Bucuresti,1998;

Iordache Mihaela Calitatea energiei electrice;

Editura Tehnica, București 1997;

Popescu Sorin, Sotri Stama Optimizări in rețele electrice;

Editura Macarie, Targoviste, 2003;

Sotri Stama Transportul si distribuția energiei electrice;

Editura Domino, Targoviste, 2006;

Strategia energetica a României in perioada 2007 – 2020;

CAPITOLUL 1

STRATEGIA ENERGETICA A ROMANIEI IN PERIOADA 2007-2020

1.1 Introducere

Pe plan mondial exista o tendința de creștere a puterii energetice precum si a puterilor in centralele energetice.

Odată cu concentrarea producției apar probleme de siguranța si continuitate in funcționare astfel încât sa trecut la reconsiderarea distribuției generatoarelor de putere cu repartiția lor mai uniforma colerata cu zonele de consum.

Obiectivele centrale ale oricărui sistem energetic sunt:

accesibilitatea – fiecare consumator trebuie sa aibă acces la energie la nivel comercial;

disponibilitatea – sistemul electroenergetic trebuie sa asigure distribuția energiei electrice permanent in condiții de calitate si cantitate;

acceptabilitatea – energia trebuie sa fie acceptata de societate din punct de vedere a prețului, protecției mediului.

In prezent ca urmare a dezvoltării pieței de energie , concentrarea eforturilor pentru realizarea obiectivelor de mai sus trebuie sa cuprindă: viziunea clara asupra pietii de energie pe plan național si internațional, expansiune naționala si internaționala, inoirea portofoliului de centrale.

Aceasta impune realizarea pe termen lung a telurilor stabilite care impune respectarea următoarelor principii de baza ale culturii firmei prezentate in următoarele subpuncte:

Crearea de valori mentinand standardele de securitate;

Impunerea răspunderii individuale pentru abținerea rezultatelor ambițioase;

Dezvoltarea potențialului uman;

Acceptarea transferului permanent;

Crearea unor organizații de operare internaționala.

Orice unitate din sectorul energetic are in structura ei următoarele atribuții:

distribuția energiei care cuprinde: alimentarea cu energie electrica a clienților, exploatarea si dezvoltarea rețelelor electrice in condiții de realizare a calitatii si siguranței la consum;

vânzarea presupune furnizarea energiei electrice pentru toate nivelurile de tensiune înalta tensiune, medie tensiune, joasa tensiune cuprinzând atât consumatorii casnici cat si consumatorii industriali pe baza unor tarife reglementate si negociate;

Misiunea oricărei unitati energetice este de a se realiza ca un competitor activ pe piața de energie, formarea unui portofoliu de clienți si obținerea unei dezvoltări solide si avantajoase.

Obiective strategice

Securitate energetica

• Creșterea securitatii energetice prin asigurarea necesarului de resurse energetice si limitarea dependentei de resursele energetice de import;

• Diversificarea surselor de resurse energetice din import si a rutelor de transport a acestora;

• Creșterea nivelului de adecvanta a rețelelor naționale de transport a energiei electrice și gazelor naturale;

• Protecția infrastructurii critice;

Durabilitate

• îmbunătățirea eficienței energetice;

• promovarea producerii energiei pe bază de resurse regenerabile;

• susținerea activităților de cercetare-dezvoltare și diseminare a rezultatelor cercetărilor aplicabile;

• reducerea impactului negativ al sectorului energetic asupra mediului înconjurător.

Competitivitate

• dezvoltarea piețelor concurențiale de energie electrică, gaze naturale și servicii energetice;

• liberalizarea tranzitului de energie și asigurarea accesului permanent și nediscriminatoriu al participanților la piață la rețelele de transport și interconexiunile internaționale,

continuarea procesului de restructurare și privatizării în sectoarele energiei electrice, termice și gazelor naturale;

• continuarea procesului de restructurare pentru sectorul de lignit, în vederea creșterii profitabilității și accesului pe piața de capital;

Utilizarea eficienta a energiei

Unul dintre elementele prioritare a strategiei energetice îl constituie îmbunătățirea eficientei energetice.

Creșterea eficienței energetice are o contribuție majoră la realizarea siguranței alimentarii, durabilitatii si competitivitatii.

Reducerea cererii de energie prin creșterea eficienței energetice reprezintă o politica de castig, care pe lângă economisirea resurselor energetice primare conduce si la reducerea emisiilor cu efect de seră. Indicatorul sintetic reprezentativ privind eficienta de utilizare a energiei la nivel național este intensitatea energetica, respectiv consumul de energie pentru a produce o unitate de Produs Intern Brut.

In 2003 a fost elaborata Strategia Naționala de Eficienta Energetica care a pus in evidenta, printre altele, potențialul economic de creștere a eficientei energetice in diferite sectoare (Tabelul 1.1.).

Tabelul 1.1. Potențialul economic (eficient din punct de vedere al costurilor) de economisire a energiei

Urmare acestei strategii, s-a stabilit ca obiectiv strategic îmbunătățirea eficienței energetice in România pe întregul lanț resurse naturale, producție, transport, distribuție și utilizare finală, prin folosirea optimă a mecanismelor specifice economiei de piață, estimându-se o reducere cu 3 % pe an a intensității energetice pe ansamblul economiei naționale, pana in anul 2020, fata de anul 2001.

1.2 Obiectivele dezvoltării sectorului energetic

Sectorul energetic trebuie sa fie un sector dinamic, care sa sustina activ dezvoltarea economica a tarii, și reducerea decalajelor fata de Uniunea Europeana.

In acest sens, obiectivul general al dezvoltării sectorului energetic îl constituie acoperirea integrala a consumului intern de energie in condiții de creștere a securității energetice a țării, de dezvoltare durabila si cu asigurarea unui nivel corespunzător de competitivitate.

Direcțiile de acțiune ale strategiei energetice a României, convergente cu cele ale politicii energetice a Uniunii Europene, sunt:

creșterea siguranței în alimentarea cu energie atât din punct de vedere al mixului de combustibili cat si al infrastructurii de rețea;

alegerea unui mix de energie echilibrat, cu accent pe utilizarea cărbunelui, energiei nucleare și resurselor energetice regenerabile, inclusiv prin utilizarea potențialului hidro neexploatat, care să confere sectorului energetic competitivitate și securitate în aprovizionare;

asigurarea necesarului de cărbune și uraniu în principal din producție internă si diversificarea resurselor de aprovizionare cu uraniu prin combinarea exploatării raționale a resurselor naționale cu importul de uraniu;

• gestionarea eficienta și exploatarea rațională în condiții de securitate a resurselor energetice primare epuizabile din România si menținerea la un nivel acceptabil, pe baze economice, a importului de resurse energetice primare (dependenta limitata/controlata);

îmbunătățirea competitivității piețelor de energie electrică și gaze naturale și participarea activă la formarea pieței interne de energie a Uniunii Europene și la dezvoltarea schimburilor transfrontaliere cu luarea in considerare a intereselor consumatorilor din România si a companiilor romanești;

creșterea eficienței energetice pe tot lanțul resurse, producere, transport, distribuție, consum;

asigurarea investițiilor pentru creșterea capacității de inovație și dezvoltare tehnologică;

realizarea obiectivelor de protecție a mediului și reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră;

participarea proactivă la eforturile Uniunii Europene de formulare a unei strategii energetice pentru Europa, cu urmărirea și promovarea intereselor României.

Având in vedere aceste direcții principale de acțiune, obiectivele prioritare ale dezvoltării sectorului energetic din România, sunt următoarele:

Securitatea aprovizionării

menținerea suveranitatii naționale asupra resurselor primare de energie si respectarea opțiunilor naționale in domeniul energiei. In conformitate cu prevederile Constituției României, bogatiile de orice natura ale subsolului, apele cu potențial energetic valorificabil, resursele naturale ale zonei economice si ale platoului continental fac obiectul exclusiv al proprietarii publice. Bunurile proprietate publica sunt inalienabile. In condițiile legii, ele pot fi date in administrare regiilor autonome ori instituțiilor publice sau pot fi concesionate ori închiriate;

reducerea treptată a dependentei de resurse energetice primare din import și menținerea unui echilibru între importul de resurse și utilizarea rezervelor naționale pe baze economice si comerciale;

diversificarea si consolidarea, in cadrul stabilit la nivel european, a relațiilor de colaborare cu tarile producătoare de hidrocarburi, precum si cu cele de tranzit;

diversificarea surselor de aprovizionare si dezvoltarea rutelor de transport;

încheierea de contracte pe termen lung pentru gaze naturale din import pentru a diminua riscurile de întrerupere a furnizării, cu respectarea regulilor concurențiale;

încheierea de contracte pe termen lung pentru furnizorii interni de cărbune care să le asigure acces la piețele financiare, cu respectarea regulilor concurențiale;

stimularea investițiilor in domeniul exploatării rezervelor de gaze naturale, prin încurajarea identificării de noi câmpuri și valorificarea maximă a potențialului;

abordarea, în comun cu statele membre ale UE, a problemelor referitoare la protecția infrastructurii critice din sistemul energetic în lupta împotriva terorismului;

punerea în valoare de noi perimetre pentru exploatarea lignitului și a uraniului care să asigure cererea după anul 2015;

Durabilitate

promovarea producerii energiei pe bază de resurse regenerabile, astfel încât consumul de energie electrică realizat din resurse regenerabile de energie electrică sa reprezinte 33% din consumul intern brut de energie electrică al anului 2010, 35 % în anul 2015 și 38 % în anul 2020.

stimularea investițiilor în îmbunătățirea eficienței energetice pe întregul lanț: resurse – producție – transport – distribuție – consum;

promovarea utilizării biocombustibililor lichizi, biogazului și a energiei geotermale;

susținerea activităților de cercetare-dezvoltare și diseminare a rezultatelor cercetărilor aplicabile;

reducerea impactului negativ al sectorului energetic asupra mediului înconjurător prin utilizarea tehnologiilor curate.

Competitivitate

continuarea dezvoltării și perfecționarea mecanismelor piețelor concurențiale pentru energie electrică, gaze naturale și servicii energetice;

extinderea activității operatorului pieței angro de energie electrică din România la nivel regional, participare activă la realizarea pieței regionale de energie și a pieței unice europene;

liberalizarea in condiții tehnice controlate de siguranța in alimentare a tranzitului de energie și asigurarea accesului permanent și nediscriminatoriu la rețelele de transport și interconexiunile internaționale; creșterea capacitatii de interconexiune de la cca 10 % in prezent la 15-20 % la orizontul anului 2020;

continuarea procesului de restructurare, creștere a profitabilității și privatizării în sectorul energetic (privatizarea se va realiza atât cu investitori strategici, cât și prin listarea pe piața de capital);

continuarea procesului de restructurare pentru sectorul de lignit în vederea creșterii profitabilității și accesului pe piața de capital;

1.3.Masuri pentru îndeplinirea obiectivelor prioritare

Pentru îndeplinirea obiectivelor prioritare, vor fi adoptate următoarele tipuri de masuri:

• masuri generale, valabile pentru toate subsectoarele energetice (minier, producere, transport, distribuție si înmagazinare a gazelor naturale si produse petroliere, precum si producere, transport si distribuție energie electrica si termica);

• masuri specifice domeniilor: protecția mediului, eficienta energetica, restructurare

privatizare si accesarea Fondurilor structurale;

• masuri specifice fiecărui subsector.

Măsurile generale sunt următoarele:

• Imbunatatirea cadrului instituțional si legislativ, in condiții de transparenta, in acord cu cerințele legate de asigurarea competitivitatii, protecției mediului si a siguranței in furnizarea energiei, si a cerințelor de atragere si susținere a investițiilor in sectorul energetic și de valorificare a resurselor de cărbune;

• Imbunatatirea politicii de preturi pentru combustibili, energie termica si energie electrica, având in vedere principiile de nediscriminare, transparenta si obiectivitate si introducerea treptata a mecanismelor concurențiale;

• Valorificarea potențialului uman, creșterea eficientei muncii si imbunatatirea condițiilor de muncă pe baza continuării procesului de restructurare si reorganizare, de modernizare a managementului companiilor din sector;

• Asigurarea unei protecții sociale corespunzătoare, prin mecanisme de susținere directa a consumatorilor vulnerabili;

• Asigurarea unui nivel de pregătire a personalului conform cerințelor tehnico-economice actuale;

• Dezvoltarea tehnologica a sectorului energetic și a sectorului extractiv de cărbune prin stimularea si sprijinirea cercetării si inovării;

• Atragerea capitalului străin si autohton având ca obiectiv prioritar asigurarea unui climat de competitivitate crescut care sa reprezinte motorul de dezvoltare sănătoasă a sectorului energetic și a sectorului extractiv de cărbune;

• Dezvoltarea piețelor concurențiale de energie electrica si gaze naturale pe principii de transparenta si integrarea acestora in piețele regională si europeană.

• Atragerea si asigurarea stabilitatii forței de munca specializata prin

motivarea corespunzătoare a personalului din industria energetica.

Imbunatatirea eficientei energetice si promovarea surselor regenerabile de energie

Diminuarea efectelor negative ale procesului de producere a energiei asupra climei necesita acțiuni concrete si susținute. In acest context, România trebuie sa acționeze susținut si coerent in vederea alinierii la acțiunile europene ce promovează obiectivele Lisabona.

In vederea limitării creșterii previzionate a temperaturii globale, respectiv a emisiilor de gaze cu efect de sera, România trebuie sa acționeze prompt, in special in domeniul eficientei energetice si al surselor regenerabile de energie.

Acțiunile vizând promovarea eficientei energetice si a surselor regenerabile de energie vor contribui atât la reducerea impactului negativ asupra mediului, cat si la creșterea securitatii in alimentare, diminuând gradul de dependenta a României de importurile de energie.

Eficienta energetica

Directiva nr. 2006/32/CE privind eficiența energetică la utilizatorii finali, care devine obligatorie pentru România din 2008, prevede că statele membre UE se angajează să realizeze reducerea consumului de energie finală cu cel puțin 9% intr-o perioadă de noua ani (2008-2016) comparativ cu media consumului din ultimii cinci ani pentru care există date disponibile (2001-2005).

In acest sens, se vor adopta următoarele măsuri din domeniul eficienței energetice:

a) utilizarea instrumentelor financiare pentru economii de energie, inclusiv contractele de performanță energetică care prevăd furnizarea de economii de energie măsurabile și predeterminate;

b) achiziționarea de echipamente și vehicule pe baza listelor ce conțin specificațiile privind eficiența energetică a unor categorii diverse de echipamente și vehicule, analiza costului minim, durata ciclului de viață, sau metode comparabile, pentru a asigura rentabilitatea;

c) utilizarea auditurilor energetice și punerea în aplicare a recomandărilor rezultate în materie de rentabilitate.

Pentru realizarea țintelor de eficienta energetica, se vor avea în vedere următoarele masuri:

Realizarea Programului național de reabilitare termică a clădirilor de locuit existente aprobat de Guvern;

• Susținerea Programului național de creștere a eficientei energetice pentru perioada 2006-2010, asociat cu un mecanism de acordare a sprijinului financiar de la bugetul de stat si bugetele locale;

• Impunerea unor standarde de eficienta energetica in industrie, transporturi, construcții, agricultura, servicii si in sectorul rezidențial;

• Susținerea programelor de eficiență energetică prin alocare de fonduri de la Fondul Român pentru Eficiența Energetică;

• Realizarea de proiecte și zone demonstrative de eficiență energetică;

• Crearea cadrului legislativ necesar dezvoltării pieței concurențiale de servicii energetice;

• Promovarea tranzacționării certificatelor albe pentru stimularea investițiilor în creșterea eficienței energetice, în condițiile dezvoltării unei practici europene în acest sens;

• Promovarea acțiunilor de tip DSM (Demand Site Management);

• Acordarea de stimulente fiscale și financiare pentru realizarea proiectelor de creștere a eficientei energetice, cu respectarea condițiilor legale privind ajutorul de stat;

Continuarea investițiilor pentru reabilitarea sistemelor de alimentare centralizată cu energie termică din orașe și reducerea pierderilor de energie;

Abordarea eficientei energetice presupune investigarea, identificarea, inventarierea tuturor abaterilor in funcționarea normala si soluționarea acestora.

Promovarea utilizării resurselor regenerabile de energie

Pentru susținerea producerii energiei electrice din resurse energetice regenerabile a fost stabilit un mecanism de promovare bazat pe certificate verzi, prin care furnizorii achiziționează certificate în cote obligatorii, proporțional cu volumul de energie electrica vânduta consumatorilor. Au fost stabilite următoarele cote obligatorii, ca valori procentuale anuale din consumul brut de energie electrica: pentru anul 2006-2,2%,pentru anul 2007-3,74%, pentru anul 2008-5,26%, pentru anul 2009-6,78% și începând cu anul 2010-8,4%.

Masurile care se au in vedere pentru promovarea surselor regenerabile de energie, sunt următoarele:

• Creșterea gradului de valorificare, in condiții de eficienta economica, a resurselor energetice regenerabile pentru producția de energie electrică și termică prin facilități în etapa investițională, inclusiv facilitarea accesului la rețeaua electrică;

• Întărirea rolului pieței de certificate verzi, pentru promovarea capitalului privat in investițiile din domeniul surselor regenerabile;

• Promovarea unor mecanisme de susținere a utilizării resurselor energetice regenerabile in producerea de energie termica si a apei calde menajere;

• Atragerea de fonduri structurale.

Pentru România, cele mai convenabile resurse regenerabile (in funcție de costurile de utilizare și volumul de resurse) sunt: microhidro, eoliene si biomasă.

Promovarea utilizării biocarburantilor

Obiectivul principal urmărit in promovarea utilizării biocarburantilor sau a altor carburanți regenerabili pentru înlocuirea benzinei si motorinei folosita in transporturi este reducerea poluării atmosferice.

Țintele stabilite in România in acest domeniu, sunt următoarele:

• In anul 2007, pe piața de carburanți, se vor utiliza biocarburanti si alți carburanți regenerabili in proporție de cel puțin 2% din totalul conținutului energetic al tuturor tipurilor de benzina si motorina folosite in transport;

• Pana la sfarsitul anului 2010, procentul de utilizare a biocarburantilor va fi de cel puțin 5,75% (ținta stabilita prin Directiva 2003/30/EC);

• Până în anul 2020, procentul de utilizare a biocarburantilor va fi de cel puțin 10 %, în condițiile utilizării noilor generații de biocarburanți.

CAPITOLUL 2

ANALIZA ENERGETICA IN CADRUL CONSUMATORILOR INDUSTRIALI METALURGICI

2.1. Noțiuni generale

Metalurgia este una din ramurile industriale mari consumatoare de energie , combustibili si energie electrica , cea mai mare din aceasta ( cca 80% ) fiind necesara sub forma de energie termica . Instalațiile de mare complexitate cu capacitatii de producție ridicate, utilizează importante cantitati de energie pentru funcționare . De asemenea , in agregatele siderurgice , unde materiile prime sunt procesate ia temperaturi înalte , sunt necesare mari cantitati de energie.

Nivelul consumurilor de energie se caracterizează printr-o strânsa legătura intre energetica si tehnologie. Combustibilii prin caracteristicile lor fizico-chimice , intervin direct in procesele tehnologice , influentand calitatea produselor obținute .

De asemenea , in urma acestor procese se produc anumite cantitati de energie recuperabila a cărei utilizare depinde de procesele tehnice realizate in principalele etape ale fluxurilor tehnologice , precum si de modificările survenite in energetica .

Utilizarea eficienta a energiei in siderurgie este o problema nu tocmai simpla , având in vedere capacitatile mari de producție a instalațiilor si agregatelor industriale , precum si complexitatea proceselor tehnologice care au loc . Acest fapt se remarca si prin lipsa lucrărilor de specialitate .

In ultimul timp , eficienta utilizării energiei a devenit o necesitate economica , exprimata sintetic prin reducerea ponderii cheltuielilor cu energia din cadrul costurilor totale de producție .

Având in vedere ca resursele energetice naturale , exploatabile pe baza actualelor tehnologii , sunt, pe de o parte , epuizabile , iar pe de alta , din ce in ce mai scumpe , este necesara reconsiderarea utilizării lor prin masuri de economisire , de reducere a pierderilor, de perfecționare a instalațiilor si a tehnologiilor consumatoare de energie .

O analiza temeinica a consumurilor energetice se poate face pe baza bilanțurilor energetice întocmite pe instalații , agregate , procese tehnologice etc . Aceasta analiza servește la stabilirea direcțiilor si masurilor concrete , tehnice si organizatorice , de eliminare sau reducere a pierderilor si de valorificare cat mai eficienta a resurselor energetice secundare

Analiza energetica este instrumentul de lucru indispensabil in managementul energetic . El presupune cunoașterea in profunzime a activitatii desfasurate intr-un contur dat, monitorizarea ( supravegherea , înregistrarea , controlul ) fiecăreia dintre consumurilor de purtători de energie , analiza modului de valorificare a acestora si imbunatatirea eficientei utilizării energiei in conturul respective.

2.2 Analiza energetica in cadrul unui consumator industrial metalurgic

Analiza energetica are ca obiect verificarea înregistrărilor in capitolele intrări si ieșiri, a calculelor efectuate , precum si analiza critica a termenilor bilanțului, finalizata cu o evaluare .

Analiza energetica este o componenta de baza si în același timp un instrument de lucru al oricărui program de acțiuni având ca obiectiv economisirea energiei . El este necesar in managementul energetic , oferind o imagine accesibila a modului in care fluxurile de energie intra , se distribuie , se transforma si se consuma in interiorul unui sistem dat.

De asemenea , analiza energetica pune in evidenta schimburile cu exteriorul , schimburile intre componentele sistemului , precum si modul in care sunt valorificate resursele energetice secundare.

Analiza energetica permite identificarea zonelor unde sunt amplasați consumatorii majori de energie si , in același timp , a punctelor critice in care se manifesta ineficienta , evaluând si mărimea pierderilor cauzate de acestea .

Prin indicatorii de eficienta energetica determinați, precum si prin planul de masuri propuse pentru imbunatatirea acestei eficiente , analiza energetica poate servi la elaborarea unei strategii având ca scop eficientizarea energetica a sistemului considerat prin acțiuni de raționalizare , reorganizare , modernizare, retehnologizare etc.

Întocmirea analizei energetice are la baza bilanțul energetic al cărui contur este ales in funcție de nivelul de organizare a sistemului ce urmează a fi analizat.

Bilanțul energetic este un calcul efectuat în scopul determinării schimburilor de energie din cuprinsul conturului de analizat si evidențierii componentelor utile si a pierderilor , constituind un instrument de apreciere a eficientei energetice .

Întocmirea unui bilanț energetic permite identificarea posibilitatilor de raționalizare si economisire a energiei si, in același timp , constituie baza reala de stabilire a masurilor tehnice si organizatorice de economisire a energiei, pentru creșterea randamentului de utilizare a acesteia .

La întocmirea unui bilanț energetic este necesar sa se precizeze cu exactitate conturul de analizat, precum si formele de energie si categoriile de purtători de energie care intra si ies din contur.

Conturul unui bilanț este suprafața închisa care cuprinde limitele fata de care se considera intrările si ieșirile de energie si care închide in interiorul sau un sistem . Conturul de bilanț coincide cu conturul sistemului si poate astfel cuprinde :

O întreaga organizație ( companie , grup , trust etc.) care are filiale în diverse locuri , o întreprindere , o secție de producție , un lanț tehnologic , un agregat tehnologic etc . El poate cuprinde , de asemenea , elemente care nu sunt neapărat situate pe același amplasament, dar intre care exista legături de materiale (conducte , cabluri de forța , instalații sau rețele de transport etc).

Formele de energie care intervin preponderent intr-un bilanț energetic sunt:

energia chimica

energia electrica

căldura

energia mecanica

energia electromagnetica radianta ( energia luminoasa si energia undelor electromagnetice emise de posturile de radio , televiziune , telecomunicații mobile ) .
Dintre aceste forme de energie , cea mecanica si cea electromagnetica radianta nu apar ca atare in bilanț ci sub forma de energia din care provin sau in care se transforma.
Purtătorii de energie care apar in bilanțul de energie sunt: combustibilii nucleari , toate celelalte forme de combustibili ( purtători de energie chimica ) , orice materiale purtătoare de căldura ( abur, apa calda sau fierbinte), orice materiale care poseda energie cinetica , potențiala sau de presiune.

Trebuie remarcat faptul ca in afara de purtători de energie care intra sau sunt produși in contur, sunt in multe cazuri purtători de energie . Având in vedere acest lucru , este necesar ca in paralel cu întocmirea unui bilanț energetic sa se întocmească pe același contur si bilanțul de materiale , care reprezintă principiul conservarii masei si se exprima matematic prin relația:

Mi = Mu + Mp (1.1)

in care;

Mi – reprezintă suma maselor tuturor materialelor intrate in contur;

Mu – reprezintă suma maselor tuturor materialelor ieșite din contur, sub forma produselor utile ale procesului tehnologic;

Mp – reprezintă suma maselor tuturor materialelor ieșite din contur ca deșeuri

sau rebuturi (deci ca materiale pierdute in raport cu cele utile).

Întocmirea bilanțului de materiale este necesara în cele mai multe situații practice , deoarece anumiți termeni ai bilanțului energetic pot fi determinați numai daca se cunosc cantitatile de materiale intrate si ieșite din contur. Astfel, căldurile absolute si cantitatile de căldura , asociate unor cantitati sau unor debite de materiale , se calculează inmultind cantitatea sau debitul de material cu căldura specifica si cu temperatura (in cazul cantitati de căldura) sau cu diferența de (in cazul cantitati de căldura).

De asemenea , efectul termic al reacțiilor chimice poate fi estimat cu precizie daca se cunosc transformările chimice care au loc in conturul de bilanț sub aspect calitativ si cantitativ , adică daca sunt cunoscute cantitatile si compozițiile chimice ale fluxurilor de materiale care intra si ies din conturul de bilanț.

O alta situație in care bilanțul de materiale este necesar la întocmirea bilanțului energetic este acea care in cadrul procesului tehnologic , au loc schimbări de materiale cu exteriorul in ambele sensuri.

Bilanțul energetic are , in raport cu conturul, doua categorii de energii: intrări si ieșiri.

Energii de intrare se pot grupa in :

resurse primare ( materiale si energetice );

energie direct utilizabila ;

Energii de ieșire pot fi grupate in :

energia produsului principal;

resurse secundare;

pierderi de energie ;

Fiecare termen de bilanț, fie ca este o mărime de intrare , fie ca este una de ieșire , poate fi determinant prin unul din următoarele moduri:

a). măsurare directa;

b). măsurarea prealabila a uneia sau a mai multor mărimi , urmata de calculul termenului de bilanț;

c). calcul, pe baza unor ipoteze .

Modelul matematic al unui bilanț energetic are la baza principiul conservării energiei s poate fi exprimat cantitativ prin relația :

WEPR + WEDU = WEPP + WRES + WEAC +WEPD (1.2.)

In care :

Wepr – conținutul de energie al fluxurilor de energie primara care intra in contur din exteriorul acestuia ;

Wedu- conținutul de energie al fluxurilor de energie direct utilizabila ;

WEPP – conținutul de energie al fluxurilor de resurse energetice secundare care ies din contur;

Weac- cantitatea de energie pierduta prin efect de acumulare ;

WEPD- cantitatea de energie pierduta direct in mediul ambient;

Resursele materiale pot fi in același timp si resurse energetice daca au valoare energetica sau un anumit conținut de energie . Astfel, intr-un lanț tehnologic unele produse , având o valoare energetica sau un conținut de energie , folosite ca materii prime pentru produsele din aval , conțin resurse energetice pentru cele din urma .

Prin resursele energetice primare sau energie primara se inteleg in general substanțe combustibile convenționale (lemn , cărbuni, petrol, gaze naturale , gaze de sonda etc.).

Energia direct utilizabila este o forma de energie care , rezulta de obicei prin conversia energiei primare , poate fi consumata ca atare . Ea poate fi:

energie electrica;

energie mecanica (transmisa in general prin intermediul unui arbore motor);

căldura (transmisa prin radiație sau printr-un agent termic);

Energia produsului principal este energia conținuta de produsul principal care reprezintă scopul activitatii productive analizate . In cele mai multe situații, pe lângă produsul principal , din conturul considerat mai ies si alte produse secundare , denumite deșeuri , reziduuri sau resurse secundare ( materiale energetice).

Energia pierduta este , in general, o cantitate de căldura , Pierderile pot fi prin acumulare ( in incinte , pereți , zidarii etc.) sau directe in mediul înconjurător prin pereții componentelor ale căror temperaturi sunt mai mari decât temperatura ambientului.

Resursele energetice secundare ( RES) reprezintă cantitati sau fluxuri de energie de orice fel , rezultate dintr-o anumita activitate productiva si care nu pot fi reciclate ( reutilizate sau valorificate direct în activitatea respective) decât prin modificări aduse instalațiilor aliate in conturul de bilanț. In funcție de forma de energie rezultata , RES se pot clasifica astfel:

combustibile (deșeuri lemnoase , gaz de cocserie , gaz de furnal);

termice , care pot fi agenți termici fluizi (apa , aer, gaze de ardere , abur uzat) sau substanțe solide (zgura , piese tratate termic).

de suprapresiune ( in general , gaze cu presiune mai mare decât cea
atmosferica);

cinetice , cunoscute si sub denumirea de mase inerțiale frânate .
Bilanțurile energetice se pot clasifica după diverse criterii, dintre care se mentioneaza :

A. Tipul purtătorului de energie determina gruparea bilanțurilor in următoarele categorii

Bilanțuri electrice , in care in sistemul analizat intra numai energie electrica ;

Bilanțuri termice , in situația in care in sistem intra ca purtător de energie aburul , apa calda sau fierbinte;

Bilanțuri de combustibil , in cazul in care in sistem intra ca purtători de energie combustibili de toate formele ;

Bilanțuri de aer comprimat, in situația in care în sistem intra ca purtător de energie aerul comprimat.

B. Numărul formelor sau purtatorilor de energie , care participa la procesul analizat , grupează bilanțurile energetice in :
Bilanțuri simple , când se ia in considerare la intrarea in sistem o singura forma sau un singur purtător de energie .

Din aceasta categorie fac parte bilanțurile de la punctul A ;

Bilanțuri complexe , cad se iau in considerare la intrare doua sau mai multe forme sau purtători de energie . Bilanțul complex care se refera , la intrări .numai la combustibili si energie termica se numește bilanț termoenergetic , iar cel care se refera la toate formele de energie intrate in sistemul analizat poarta denumirea de bilanț energetic total.

C. Conținutul metoda si momentul elaborării , clasifica bilanțurile energetice in doua categorii::

• Bilanțuri de proiect, care se elaborează cu ocazia proiectării de obiective noi sau reconstruirii unor obiective existente . La baza elaborării lor stau calcule analitice , date furnizate de literatura de specialitate sau oferite si documentații privind caracteristicile tehnico funcționale ale agregatelor si instalațiilor care vor intra in componenta sistemului proiectat.

Bilanțul de proiect trebuie elaborat in ipoteza adoptării soluțiilor optime , corespunzătoare condițiilor tehnico economice celor mai avansate pe plan mondial;

Bilanțuri pentru instalații existent, categorie in care sunt incluse trei tipuri de bilanțuri energetice:

Bilanțuri reale , care se refera la situația energetica in care se gaseste ia un moment dat un sistem si care oglindește nivelul termic al exploatării acestuia , la data elaborării bilanțului. Ele se întocmesc pe baza măsurătorilor si a calculelor analitice si constituie punctul de plecare in fundamentarea masurilor tehnico-organizatorice menite sa conducă la ridicarea performantelor energetice ale sistemului analizat;

Bilanțuri optime , care rezulta din cele reale in ipoteza ca sistemul analizat ar fi dus in condițiile optime energetice de funcționare , prin aplicarea tuturor masurilor tehnico-organizatorice pe care stiinta si tehnica le pun la indemana , la un moment dat. Dat fiind progresul rapid al stiintei si tehnici, bilanțurile optime pot fi elaborate periodic , odată cu bilanțurile reale si chiar intre termenele in care se elaborează acestea;

Bilanțurile normate , care se refera la o anumita etapa ( de obicei la un an ) de imbunatatire a utilizării energiei in sistem prin aplicarea unor masuri tehnico- organizatorice . Bilanțul normat reprezintă o situație intermediara , ameliorata fata de cea din bilanțul real, dar inca nesatisfăcătoare fata de cea din bilanțul optim , cu care se va identifica după aplicarea tuturor masurilor avute in vedere la elaborarea bilanțului optim.

Pentru determinarea cantitativa a eficientei sau a gradului de utilizare a energiei intr-un sistem , se folosesc indicatori de eficienta care se determina pe baza datelor de bilanț. Principalii indicatori de eficienta sunt:

a). consumul specific de energie pentru realizarea unui produs , definit prin relația:

CSE = Wi / CP (1.3)

In care:

Wi – este suma dintre energiile intrate din exterior in contur si cele generate in interiorul conturului, necesare realizării produsului;

Cp – este cantitatea de produs realizat cu consumul de energie Wi;

Considerând ca energia direct utilizabila este echivalenta in energie primara si tinand seama de relația (1.2.) se poate scrie ca : Wi = WEPR +WEDU;

b).randamentul energetic global, definit prin relația :

G =WU +WRES / WI + WG (1.4)

in care:

WU – suma tuturor cantitatilor de energie de toate formele folosite in mod util in interiorul conturului pentru realizarea unui produs;

WRES – suma tuturor cantitatilor de energie conținute in RES de orice forma care sunt utilizate in interiorul conturului;

WG – suma tuturor cantitatilor de energie generate in interiorul conturului prin reacții chimice exoterme;

In WG nu intra căldura reacțiilor exoterme corespunzătoare arderii combustibililor intrați in contur, deoarece ea este inclusa in WI.

c) randamentul energetic global intern, definit prin relația:

GIN= WU / WI + WG (1.5)

Randamentul energetic global intern evidentiaza modul în care energia este folosita numai in cadrul conturului analizat.

d). randamentul energetic economic, definit prin relația:

EC=WU +WRES / WL (1.6)

e). randamentul energetic economic intern, definit prin relația:

ECIN=WU / WI (1.7)

Acești indicatori depind intr-o măsura mai mica sau mai mare de anumiți factori.

Natura influentei fiecăruia dintre factori se determina experimental, prin metode statistice. Prelucrarea datelor obținute din bilanțul energetic in scopul stabilirii factorilor de influenta presupune o buna cunoaștere a activitatii organizației analizate.

Metodologia de calcul a termenilor bilanțului energetic este specifica fiecărui contur in parte: organizație, secție productive, proces tehnologic, agregat etc.

Rezultatele obținute prin întocmirea unui bilanț energetic se pot reprezenta grafic, de obicei, cu ajutorul diagramei SANKEI, care este o ilustrare simpla si sugestiva, accesibila atât specialiștilor cat si nespecialiștilor.

2.2.1. Întocmirea analizei energetice

Întocmirea unui analizei energetice poate sa aibă următoarele scopuri:

a). monitorizarea continua a consumurilor de energie si utilitati in vederea evaluării si ameliorări eficientei energetice si in final a minimalizării cheltuielilor cu energia

b). evaluarea eficientei energetice în interiorul unui sistem la un moment dat si întocmirea unui plan de masuri pe termen mediu pentru imbunatatirea situației existente;

c). evaluarea soluțiilor tehnice si a condițiilor de alimentare cu energie in vederea minimizării costurilor energetice pe termen lung.

Scopul întocmirii analizei energetice depinde de stadiul în care se gaseste sistemul de analizat sub aspectul managementului de energie si de contextual economico-financiar in care organizația isi desfasoara activitatea.

La baza întocmirii analizei energetice sta bilanțul energetic. Alegerea conturului de bilanț se face in funcție de nivelul de organizare a activitatii ce urmează a fi analizata. Se poate astfel întocmi o analiza energetica pentru: o întreaga organizație care are filiale in diverse locuri, o întreprindere, o secție de producție, un lanț tehnologic, un agregat.

Eficienta unei analize energetice este cu atât mai mare cu cai analiza situației energetice ce urmează a fi efectuata este mai detaliata.

Pentru o analiza mai puțin detaliata se poate întocmi o analiza energetica preliminară.

Aceasta se refera la conturul general al obiectivului analizat, fara a lua in considerare relațiile de interdependenta dintre subsistemele componente. Analiza preliminară are la baza datele existente , evidentele contabile sau de alta natura ale organizației. In situația in care acestea nu sunt suficiente ele pot fi completate cu rezultatele unei măsurători cu unele estimări sau cu date de proiect.

Cu ajutorul acestor date, corespunzătoare activitatii din ultimii doi ani, se pot stabili tendințele evoluției consumurilor energetice pentru momentul actual sau chiar pentru viitorul apropiat.

De asemenea, se pot calcula indicatorii globali care permit compararea rezultatelor obținute de secția analizata cu a altor secții cu activitate similara , standarde in vigoare.

Analiza energetica preliminară, prin valorile indicatorilor realizați permite o evaluare globala a eficientei energetice a secției. In aceiași timp cu ajutorul sau se pot detecta posibile deficiente legate de funcționarea aparatelor de măsura, lipsa unor informații privind consumurile de energie.

Evaluarea globala a situației energetice făcuta printr-o analiza energetica preliminară nu permite insa stabilirea unor masuri sau soluții concrete prin care sa se poata imbunatati situația existenta.

O analiza complexa, detaliata, se poate face prin întocmirea analizei energetice propriu-zise. Aceasta, spre deosebire de analiza energetica preliminară, include, acolo unde este cazul, toate informațiile legate de conturul analizat si de componentele acestuia, precum si de eventualele schimburi intre aceste componente.

Analiza energetica propriu-zisa permite identificarea zonelor unde se consuma cea mai mare parte din energia intrata in conturul de bilanț general si care ar trebui monitorizate separat, numite centre de consum energetic.

Prin calcularea indicatorilor de eficienta energetica, realizați atât la nivel global, cat si la nivelul centrelor de consum energetic, analiza propriu-zisa permite evaluarea eficientei energetice prin compararea valorilor lor cu valori de referința. Evaluarea are in vedere atât ansamblul cat si partile lui componente, deoarece gradul de detaliere al analizei propriu-zise permite analiza fiecărui centru de consum energetic in parte. O astfel de analiza se finalizează obligatoriu cu un program de masuri si acțiuni menit sa contribuie la creșterea eficientei energetice.

Întocmirea analizei energetice propriu- zise implica un inventar a surselor de alimentare cu energie, exterioare conturului, care trebuie sa contina cel puțin următoarele informații:

tipurile si caracteristicile purtătorului de energie;

necesarul de energie de la sursa externa;

tariful actual stabilit prin contractul de livrare si tarifele alternative disponibile;

aspecte legate de statutul, amplasarea si capacitatea sursei externe, de condițiile de livrare stabilite prin contract.

In interiorul conturului analizat se intocmeste un inventar al consumatorilor finali de energie, organizați sau nu pe centre de consum energetic, precum si un inventar al surselor interne de energie.

Pentru consumatorii finali de energie trebuie evidențiate următoarele aspecte:

natura activitatii sau procesului tehnologic care primește energie;

legăturile tehnologice cu alți consumatori finali si consecințele acestora asupra cererii de energie;

tipul, parametrii si sursa din care provine fiecare flux purtător de energie;

caracteristicile cererii de energie pentru fiecare purtător de energie;

natura si potențialul resurselor energetice secundare, disponibilizate tehnologic.

Sursele interne de energie (centrale termice, centrale electrice de termoficare, stații de aer comprimat, stații de pompare etc.) alimentează, de obicei, mai mulți consumatori finali. Pentru fiecare din aceste surse se recomanda sa se specifice următoarele aspecte:

sursa , natura si caracteristicile fluxurilor de energie care intra;

tipul transformării suferite , randamentul realizat, alte date tehnice;

natura , capacitatea si parametrii fluxului de energie direct utilizabila;

consumatorii alimentați;

modul de alimentare a consumatorilor (direct, prin intermediul unei rețele de distribuție);

natura , potențialul energetic si impactul asupra mediului al fluxurilor de energie evacuate in atmosfera .

Modul de întocmire , gradul de detaliere si modul de exprimare a mărimilor prezentate si calculate depind de scopul analizei si trebuie sa fie pe intelesul celui căruia ii este destinat.

Mărimile prezentate si calculate în analiza energetica pot fi exprimate , fie in unitati fizice

de energie (GJ , MWh ) , fie valoric in unitati momentane (lei, dolari, euro). Exprimarea valorica a termenilor valorilor analizei energetice are mai multa relevanta si este accesibila si unor persoane fara pregătire tehnica.

Aprecierea eficientei energetice a organizației considerate se face prin compararea indicatorilor calculate cu valori de referința .

Rezultatele analizei energetic sunt prezentate sub forma unui raport . Acesta include in mod obligatoriu si un program de masuri si acțiuni pentru imbunatatirea situației energetice existente , care sa cuprindă costurile aferente si economiile realizate .

2.2.2. Indicatori de eficienta energetica

Analiza energetica pe baza de bilanț a unei activitatii oferă posibilitatea punerii in evidenta a potențialului de economisire a energiei in cadrul activitatii analizate .

Eficienta energetica a unei activitatii poate fi evaluate cu ajutorul unor indicatori care sa măsoare cantitatea de energie necesara pentru realizarea votumului de activitate analizata .

Indicatorii de eficienta energetica se determina in urma întocmirii bilanțului energetic al conturului analizat , alcătuit pe o perioada suficient de lunga , egala cel puțin cu un ciclu de fabricație , pentru ca valoarea astfel obținuta sa aibă relevanta . Practica recomanda ca perioada analizata sa acopere un an calendaristic sau financiar.

Indicatorii de eficienta energetica pot fi:

fizici, exprimați cu ajutorul unitarilor de măsura a energiei;

valorici, exprimați in unitati monetare .

Principalul indicator fizic care caracterizează eficienta energetica a unei activitatii este consumul specific de energie . El reprezintă cantitatea de energie consumata pentru realizarea unitatii de produs in activitatea considerate si se determina cu ajutorul relației (1.3 ).

Indicatorul de consum specific de energie poate fi:

indicator tehnologic , când definește cantitatea de energie consumata direct de o instalație sau de un agregat tehnologic pentru realizarea unei unitati de produs;

indicator de producție , când se refera la cantitatea de energie consumata pentru realizarea unitatii de produs de către instalația sau agregatul tehnologic , împreuna cu instalațiile auxiliare implicate în procesul tehnologic;

indicator de întreprindere , când exprima cantitatea de energie consumata in întreprindere raportata la unitatea de produs reprezentativ .

La definirea si calculul consumului specific de energie pentru un anumit produs trebuie avute in vedere :

natura , calitatea si cantitatea produsului;

informații asupra procesului tehnologic (instalații tehnologice , auxiliare etc.);

natura si cantitatile de energie consumata , precum si cele introduce cu purtătorii energetici indirecți (aer comprimat, oxigen etc.);

formele si cantitatea de energie recuperate din procesul tehnologic.

Mărimea consumului specific de energie este influențata de o serie de factori precum : intensitatea utilizării puterii instalației în cursul exploatării, durata exploatării, durata de mers in gol , durata întreruperilor in funcționare , gradul de încărcare a capacitatii instalației etc.

Calculul consumului specific de energie este relativ simplu pentru produsele realizate intr-o instalație , intr-un agregat sau intr-o secție de producție . EI se complica în cazul in care produsul este obținut la capătul; unui lanț tehnologic . In aceasta situație se recurge la un alt indicator fizic : consumul specific integrat de energie , indicator care caracterizează întregul lanț tehnologic sau o anumita filiera de producție . Energia integrate ( cumulate ) este definite ca suma dintre consumurile energetice directe ( din procesul tehnologic al fazei de producție ) si a celor înmagazinate anterior in procesele de fabricație a diverselor materiale , din care se scade energia recuperate in faza de producție respectiva .

Consumurile specifice de energie se pot detalia pe forme de energie , pe tipuri de purtători etc, in funcție de interesul sau aspectele urmărite . De exemplu , se pot determina consumuri specifice de :

combustibil gazos , lichid , solid , convențional;

energie electrica;

energie termica , sub forma de apa calda , apa fierbinte , abur etc.

apa;

– aer comprimat.

Un alt indicator fizic de eficienta energetica mult utilizat este randamentul energetic, definit ca raport dintre energia folosita util si energia consumata pentru realizarea unui produs . De obicei , astfel formulat, randamentul energetic poate fi considerat ca un randament energetic global.

Trebuie precizat ca energia utila poate fi o parte in cadrul sistemului considerat si o alta parte in afara acestuia ( sub forma de resurse energetice secundare folosite în alte procese ). De asemenea , energia consumata este constituita atât din energia introdusa din exterior, cat si din cea generate in cadru procesului analizat. Pentru a evidenția modul in care este folosita energia numai in cadrul sistemului analizat, se definește randamentul energetic global intern , ca raport dintre energia utila in interiorul sistemului si energia totala consumata .

Daca se ia in considerare numai energia consumata din afara sistemului (fara a se tine seama de energia generata in interior), se poate defini randamentul energetic economic ca raport dintre energia totala utila si energia consumata provenita din exteriorul sistemului . Se poate , de asemenea , defini randamentul energetic economic intern sub forma raportului dintre energia utila in interiorul sistemului si energia consumata din exteriorul sau .

Principalul indicator valoric de eficienta energetic îl reprezintă cheltuielile specifice cu energia .

Exprimat in unitati monetare (lei, dolari , euro ), acest indicator sintetic evidentiaza :

ponderea cheltuielilor cu energia in costurile totale cu producția;

– costul pierderilor cu energia;

influenta factorilor de natura economico-financiara (preturile materiilor prime si ale purtătorilor de energie).

In ultimii ani s-a constatat o utilizare din ce in ce mai mare a indicatorilor valorici in dauna celor fizici , fapt explicabil prin caracterul sintetic al indicatorilor valorici , care concentreza si exprima influentele mai multor factori asupra eficientei energetice .

Indicatorii de eficienta energetica determinați odată cu întocmirea analizei energetice permit caracterizarea unei organizații din punct de vedere energetic prin compararea valorilor lor cu alte valori de referința , care pot fi : date de proiect , standarde in vigoare , performante ale altor organizații cu profil similar de activitate etc.

Prin informațiile pe care ie oferă , indicatorii de eficienta ocupa un loc important in cadrul managementului energetic având ca scop optimizarea consumurilor energetice si reducerea cheltuielilor cu energia.

2.2.3. Plan de masuri si acțiuni

Valorificarea rezultatelor unei analize energetice se caracterizează prin elaborarea unui program de masuri si acțiuni menit sa contribuie la creșterea eficientei energetice .

Întocmirea unui astfel de program trebuie sa fie corelata cu strategia de dezvoltare si cu situația economico-financiara a organizației si sa tina seama de posibilitatile de aplicare a acestuia.

La elaborarea programului este necesar sa se cunoască răspunsurile la următoarele întrebări:

Cat de sigura este realizarea economiilor de energie prevăzute a se obține ?

Ce efecte vor avea masurile de economisire a energiei asupra cantitati si structurii energiei achiziționate ?

Ce influenta va avea economia de energie realizata într-un sector de activitate asupra altor sectoare sau asupra bilanțului energetic al întregii organizații ?

Ce efecte vor avea asupra economiei de energie eventualele modificări in configurația organizației si in practica de producție ?

Masurile si acțiunile de economisire a energiei sunt , de obicei , propuse in etape din cauza limitelor financiare si grupate pe sectoare datorita interdependentelor de natura tehnologica . Stabilirea prioritarilor intr-o astfel de situație revine conducerii executive , care are in vedere strategia de dezvoltare pe termen lung si situația financiara a organizației la momentul analizei.

Propunerile de economisire a energiei constau in rationalizari, modernizări, reorganizări, retehnologizari etc.

Intr-o prima etapa sunt prevăzute masuri care nu presupun cheltuieli mari , economiile la cheltuielile de producție astfel obținute fiind apoi reinvestite in etapele următoare .

Propunerile care presupun investiții trebuie sa fie fundamentate prin argumente economice , pentru care poate fi făcut un studiu de prefezabilitate .

Soluțiile tehnice si organizatorice la care se recurge , ca urmare a concluziilor unei analize energetice pot fi grupate astfel:

modificarea soluției de alimentare cu energie;

recuperarea energiei disponibilizate de fluxul tehnologic , în special a căldurii , cu ajutorul schimbătoarelor de căldura ;

înlocuirea parțiala sau totala , pentru anumite procese de încălzire , a combustibililor fosili si a agenților termici proveniți din exteriorul conturului de bilanț al organizației :

reducerea poluării mediului ambient;

introducerea unor procedee , tehnici si tehnologii noi.

Prima categorie de masuri cuprinde schimbarea soluției de alimentare cu energie electrica si termica prin instalarea unor CET-uri proprii care sa înlocuiască alimentarea cu energie electrica si căldura din exterior. Economia realizata provine din diferența intre facturile energetice in cele doua variante , iar investiția in CET se poate amortiza in circa 4-7 ani.

In prima categorie de masuri se înscrie si tendința manifestata in ultimii ani de înlocuire totala a sistemelor de alimentare centralizata cu căldura utilizând aburul cu alimentare locala directa cu gaze naturale sau chiar cu energie electrica . Soluția este eficienta prin eliminarea pierderilor de căldura si de agent termic inerente rețelelor de distribuție vechi.

Categoria a doua de masuri se refera , fie la reciclarea căldurii disponibilizate tehnologic ( reintroducerea ei intr-o alta etapa a aceluiași proces ) , fie la recuperarea externa a acesteia ( alimentarea unui consumator extern aflat in apropiere ) .

Un argument important in favoarea recuperării energiei este creșterea prețului energiei primare .

In a treia categorie de masuri se înscriu soluții de înlocuire parțiala sau totala a încălzirii pe baza de abur sau combustibili cu : încălzirea dielectrica , încălzirea prin radiații infraroșii, încălzirea prin inducție electromagnetica , încălzirea cu plasma , cu laser etc .

Avantajele utilizării acestor procedee , fie in combinație cu încălzirea clasica ( pe baza de combustibili fosili ) , fie ca alternative la aceasta , constau in : randamente superioare , imbunatatirea calitatii produselor si posibilitati de automatizare a proceselor , reducerea personalului de exploatare etc.

Categoria a patra de masuri este legata de reducerea poluării mediului , mai ales atunci când poluarea este datorata energiei consumate . Masurile luate in vederea reducerii emisiilor poluante nu duc întotdeauna la economii directe de energie sau de cheltuieli , in multe cazuri putând avea un efect opus . In aceste situații, beneficiile sunt indirecte , derivând din renunțarea la cumpărarea si montarea unor instalații scumpe pentru epurarea gazelor, apelor sau a altor efluenți poluanți.

Ultima categorie de masuri se refera ia aplicarea de noi procedee si tehnologii, bazate pe instalații modeme , care sa asigure consumuri energetice specifice cat mai mici si randamente ridicate . Implementarea lor în practica constituie cea mai dinamica , dar, in multe cazuri , si cea mai costisitoare modalitate de reducere a consumurilor specifice si a cheltuielilor cu energia .

Un procedeu modern de modernizare si evaluare continua a eficientei energetice a unui contur dat poate fi utilizat folosind calculatorul electronic . Un pachet de programe de calcul adecvate permite întocmirea de bilanțuri energetice , optimizarea utilizării energiei recuperate , întocmirea de prognoze energetice , etc.

CAPITOLUL 3

ANALIZA ENERGETICA A PRINCIPALELOR INSTALATII DE PE FLUXUL PRODUSELOR METALURGICE

Otelaria este proiectata sa producă oteluri aliate si înalt aliate, destinate domeniului nuclear si aeronautic, transportul feroviar, vaselor sub presiune, cazanelor cu abur, elaborate in cuptoare electrice cu arc.

Elaborarea otelului in cuptoare electrice cu arc este caracterizata de topirea fierului vechi datorita căldurii dezvoltate de arcul electric .De aceea, energia electrica folosita pentru topirea fierului vechi, reprezintă cea mai mare parte din energia consumata.

Pentru formarea zguri in incarcatura se adăuga fondanți (var, florura) in proporții bine determinate.

Căldura necesara procesului este constituita in general din căldura sensibila a materialelor feroase din șarja si de căldura generata de reacțiile exoterme ce au loc in baia lichida.

Otelaria are 4 cuptoare, fiecare cu o capacitate de 10 tone din care numai doua sunt in funcțiune si lucrează alternativ .

Producția anuala este de peste 26000 tone,

Turnarea se face in lingouri de 0.675 pana peste 6.550 tone, destinate forjarii.

Secția este dotata cu instalație de vidare si cuptoare de tratament termic.

O funcționare adecvată a cuptorului cu arc electric permite ca zidăria interioara sa reziste la 180-230 șarje.

O atenție deosebită se acordă scurtării duratei de elaborare a unei șarje. Dacă în instalațiile actuale, în România, durata unei șarje este de 6 — 8 ore, în țările dezvoltate durata a fost redusă la circa 3 ore și în instalațiile performante se ajunge la 1,6 ore.

In otelaria electrica durata de elaborare a unei șarje este de 5,5 ore, fata de 4 ore cum a fost prevăzut in proiect, cu un consum energetic specific de 640 kwh /t, fata de 60 kwh /t, cum a fost proiectat.

Creșterea calității electrozilor a făcut ca consumul de electrozi sa scadă de la 6 kg pe tona de oțel lichid, la sub 2 kg pe tona de oțel lichid.

De asemenea, conducerea elaborării prin sisteme automate de reglare care sa asigure

funcționarea cuptorului la parametrii prescriși . Mai mult, schemele actuale de comandă ale cuptoarelor cu arc electric utilizează calculatoare de proces pentru urmărirea și modificarea parametrilor astfel încât să fie respectată în întregime tehnologia de elaborare, in condițiile unui consum energetic minimal.

Calculatorul de proces, pe baza unor programe specializate și a informațiilor primite, stabilește momentul efectuării diverselor operații (încărcarea cuptorului, bascularea pentru evacuarea zgurii și pentru evacuarea materialului lichid, modificarea regimului de lucru etc.) și afișează o serie de informații necesare operatorului (coeficientul de utilizare a zidăriei refractare, puterea disipată în fiecare fază, consumul de energie electrică etc).

Principalul avantaj al sistemelor de reglare moderne, cu calculator de proces, este posibilitatea controlului în timp real cu optimizarea procesului în funcție de parametrii concreți ai încărcăturii și materialului care trebuie elaborat.

Ingineria completa a sistemului energetic tehnologic pentru un proces siderurgic de elaborare a otelului înalt aliat in cuptor electric cu arc cuprinde:.

Sisteme electrice: lnstalatie de înalta tensiune, Tensiune continua, Motoare, Transformatoare, Instalații primare electrice, Instalații pentru aer.

Sisteme de automatizare: Reglajul tensiunii, Reglajul automat, Camera de comanda, Sistem de protecție, Protecția transformatoare, Protecția motoare, Instalații de captare a noxelor.

Sisteme de curenți slabi: Telefonie automata, Telefonie disipata, Radio telefonie, Avertizoare incendiu, Control proces persoane, Paza, Sistem de televiziune cu circuit închis.

Funcțiile sistemului energetic, tehnologic sunt structurate in mod distribuit si cuprind următoarele:

A. Operative: Operare, Supraveghere, Reglare, Comanda, Protecție, Ghid operativ.

B. Semioperative: Configurare, Diagnoza, Mentenanta, Neoperative, Ingineringul, Protocolara, Arhivare.

Principalele avantaje ale unui sistem distribuit sunt date de coincidenta intre un caracter clar ierarhizat ale sistemului si distribuire de inteligenta la toate nivelele de conducere .

Alt avantaj este dat de descentralizarea funcționala prin existenta unor insule de automatizări tehnologice capabile sa realizeze integral funcțiile , inclusiv reacția unui proces .

De asemenea , conducerea reala a sistemului produce o reconsiderare importanta relației operator proces , in principal prin trecerea de la o conducere paralela a procesului dat de un conținut cu posibilitatea de comanda simultan.

Autodiagnoza si mentenanta poate fi dezvoltata in sisteme distribuite deoarece au un sistem dedicat acestor funcții prin introducerea interfatei om-sistem , realizata de specialiști in domeniu .

Ingineringul sau documentarea pentru sisteme distribuite conțin echipamente distincte in care se realizează configurarea diagnoza + mentenanta cu funcție de proiectare of – layn , ulterior on – layn cu posibilitati de stocare nelimitata a acestor date si editarea unor documentații automatizate in sistemul hard – copy.

Arhivarea si protocolarea sunt doua funcții neoperative , foarte mult amplificate , in cazul utilizării sistemelor distribuite si care la sistemele clasice nu puteau fi realizate decât cu dotarea lor cu calculatoare de proces ,

La nivel centralizat exista consola operatorului amplasata in camera de comanda împreuna cu calculatorul de proces si monitoare .

Din camera de comanda se comanda si se supraveghează atât procesul tehnologic si partea electrica , existând un sistem de supraveghere intr-o camera separata .

La nivel descentralizat, exista module de comanda , protecție si achiziție de date montate direct in panourile stației electrice .

Nivelul centralizat si cel descentralizat sunt legate printr-un sistem si fibra optica.

Avantajele acestui sistem sunt date de integrarea unor funcții avansate ale sistemului, transformare , montare , comanda , supraveghere stadii intr-un sistem omogen .

Sistemul este prevăzut cu funcții puternice de automatizări, îndeplinind condiții ridicate privind siguranța si randamentul funcției.

Sistemul asigura o înregistrare protocolara clara si exacta a tuturor evenimentelor in timpul funcționarii si de defect, o citire ușoara a valorilor nominale si a limitelor de reglaj. Are o fiabilitate ridicata datorita folosirii fibrelor optice , o reducere severa a cablurilor electrice , datorita comunicațiilor seriale asigura comunicări ușoare cu alte parți ale procesului tehnologic si supravegherea echipamentului primar prin mentenanta .

3.1 Cuptorului cu arc electric

Cuptoarele electrice cu arc folosesc căldura dezvoltată în canalul arcului electric pentru încălzirea și topirea metalelor. In cazul cuptoarelor cu arc electric și rezistență , o parte din căldură rezultă prin trecerea curentului electric prin masa materialului de procesat , caracterizat de o rezistență electrică semnificativă.

3.1. 1. Tipuri de cuptoare electrice cu arc

Clasificarea cuptoarelor electrice cu arc se face în funcție de modul de transfer a energiei termice spre materialul de încălzit sau în funcție de domeniul de utilizare .

In funcție de modul de transfer a energiei sunt utilizate următoarele tipuri de cuptoare (fig, 3.1):

cu acțiune directă (fig.3.1 a) la care arcui electric se dezvoltă între electrozi și materialul de încălzit;

cu acțiune indirectă (fig. 3.1 b) la care arcul electric se dezvoltă între doi electrozi iar căldura se transmite spre materialul de încălzit in special prin radiație ;

cu acțiune mixtă , arc electric și rezistență (fig. 3.1 c) la care are loc disipare de căldură atât în arcui electric cât și în rezistența electrică a materialului.

In funcție de domeniul de utilizare sunt:

a) Cuptoare pentru elaborarea oțelurilor în construcție trifazată , cu acțiune indirectă (arcul electric se stabilește intre electrozii conectați în triunghi) sau cu acțiune directă (arcurile electrice se stabilesc între electrozi și metal), ultima variantă fiind cea mai întâlnită .

Capacitatea acestor cuptoare poate ajunge la 400 tone cu puteri unitare de 80 MW ( 120 MVA ) și un consum specific de energie electrică de 500 … 640 kWh/t.

In cele mai multe cazuri ( peste 90 % ) aceste cuptoare au căptușeala bazică determinată de aspecte specifice ale procesului metalurgic .

Cuptoarele pentru afinare și aliere au o construcție asemănătoare celor pentru topire , fiind caracterizate prin procese exoterme . Puterea unitară a transformatoarelor de alimentare , la acest tip de cuptoare , nu depășește 4 MVA .

Cuptoarele pentru reducere, cu arc și rezistență electrică destinate pentru producerea feroaliajelor și a altor materiale obținute din oxizi. La aceste cuptoare , electrozii sunt introduși în materialul de topit, arcul electric stabilindu-se în interiorul încărcăturii.
d) Cuptoare cu arc electric sub vid, cu acțiune directă , alimentate în special la tensiune continuă , utilizate pentru producerea elementelor greu fuzibile și active chimic : molibden , zirconiu , titan și a oțelurilor de calitate superioară.

c)

fig. 3.1 Cuptoare cu arc electric.

e) Cuptoare pentru topire sub strat de flux protector alimentate cu tensiune alternativă , permit
obținerea de oțeluri aliate și aliaje metalice de calitate superioară .

Vom analiza un cuptor cu arc electric cu o capacitate de 10t . In secția OE1 se afla un număr de 2 cuptoare cu arc electric cu o capacitate de 10 t. Principalele mărimi utilizate pentru caracterizarea din punct de vedere energetic a cuptoarelor cu arc electric sunt:

S – puterea aparentă a cuptorului (transformatorului de alimentare a cuptorului);

s – puterea specifică a cuptorului [ kVA/t ];

wt – consumul specific de energie electrică pe durata topirii [ kWh/t ];

D – productivitatea cuptorului [ î/h ];

Dt – productivitatea cuptorului pe durata topirii [ î/h ];

m – capacitatea cuptorului [ t ];

– factorul de putere ;

– randamentul cuptorului.

3.1.2. Bazele fizlce ale descărcării în arc electric

Intre doi electrozi plasați într-un mediu gazos și între care se aplică tensiune , trece curent electric dacă se realizează un canal cu purtători de sarcină (electroni, ioni pozitivi sau negativi), care prezintă deci conductivitate electrică .

Având în vedere faptul că inițial în mediul gazos există un număr nesemnificativ de purtători de sarcină , pentru realizarea canalului conductor între electrozi este necesar a determina procese care să realizeze ionizarea mediului și deci producerea unui mare număr de purtători de sarcină .

Principalele procese care determină apariția de sarcini electrice în spațiul dintre electrozi sunt:

ionizarea prin ciocnire ,

fotoionizarea spațială ,

termoionizarea spațială.

De asemenea, o serie de fenomene ce au loc ia electrozi determină producerea de sarcini electrice care concură la realizarea canalului conductor:

termoionizarea la suprafața electrozilor,

emisia secundară determinată de bombardarea catodului cu ioni pozitivi,

emisia la rece .

Principalele fenomene care determină dezvoltarea arcului electric sunt cele de termoionizare.

In analiza proceselor care conduc la formarea canalului de descărcare electrică trebuie avute în vedere și fenomenele de recombinare și difuzie care determină reducerea concentrației de sarcină electrică.

Principalele caracteristici ale canalului de descărcare electrică între doi electrozi , pot fi puse în evidență din caracteristica tensiune – curent a descărcării (fig. 3.2). Caracteristica din fig. 3.2 este ridicată pentru o configurație de doi electrozi aflați la 10 cm distanță iar fiecare electrod are aria secțiunii transversale de 1 cm2.

Fig. 3.2 – Caracteristica tensiune-curent a canalului de descărcare.

Caracteristica tensiune-curent electric ( fig. 3.2 ) pune în evidenta , în primul rând , neliniaritatea acesteia . Zona OB definește descărcarea electrică neautonomă și corespunde curentului electric ( de intensitate foarte redusă ) determinat de sarcinile electrice naturale ale mediului . La creșterea tensiunii aplicate , în zona BC ( zona descărcărilor semiautonome ) apar primele fenomene de ionizare dar încă insuficient de intense . începând din punctul C , care corespunde tensiunii inițiale (de amorsare} Uam, descărcarea electrică este autonomă , respectiv cantitatea de sarcină electrică produsă prin fenomene de ionizare este suficientă pentru a asigura dezvoltarea în continuare a descărcării electrice numai pe baza energiei câmpului electric dintre electrozi.

Zona DE a caracteristicii corespunde parametrilor lămpilor cu luminiscență ; începând din punctul F apare regimul de arc electric , utilizat atât în tehnica iluminatului (lămpi fluorescente , cu descărcări în vapori metalici) cât și pentru obținerea de energie termică . Arcul electric este o descărcare autonomă caracterizată de densități.

3.1.3. Elemente constructive ale cuptoarelor cu arc electric

Cuptoarele cu arc electric cu acțiune directă sunt utilizate la topirea oțelului , elaborarea oțelurilor aliate și înalt aliate , topirea metalelor și aliajelor greu fuzibile .

Aceste cuptoare nu sunt recomandate la topirea materialelor neferoase având în vedere procentul ridicat de material ars pe durata procesului tehnologic .

Din punct de vedere constructiv (fig. 3.3.) cuptorul pentru topirea oțelului cuprinde cuva

de topire 1 , coloana de pivotare 2 , transformatorul de alimentare 3 , rețeaua scurtă (legătura electrică dintre transformator și electrozi} 4, portelectrodul 5, dispozitivul de comandă hidraulică a electrozilor 6, electrozii 7 ai cuptorului, jgheabul de golire 8.

Transformatorul de cuptor este plasat într-o încăpere specială aflată în imediata apropiere a cuptorului.

Rețeaua scurtă cuprinde trei porțiuni. Prima porțiune este realizată sub forma unui pachet de bare și asigură legătura dintre bornele secundare ale transformatorului și ieșirea din încăperea unde este plasat acesta .

Cea de a două porțiune este realizată cu cabluri flexibile din cupru și preia variațiile datorate modificării poziției electrozilor pe durata elaborării șarjei.

Cea de a treia porțiune , realizată din bare răcite cu apă , este solidară cu portelectrodul 5 al fazei respective și izolată electric de acesta prin intermediul unor izolatoare 9 . Transformatorul de cuptor 3 este plasat într-o încăpere 10 separată de zona de lucru a cuptorului. Arcul electric 11 apare între electrozii 7 și masa metalului 12 care urmează a fi procesat.

Fig. 3.3 — Construcția cuptorului cu arc electric trifazat pentru topirea otelului

In figura 3.4 este indicată construcția unei cuve de topire cu căptușeală bazică . Cuva de topire cuprinde în principal următoarele : vatra 1 , realizată din praf de magnezită , stampat și sinterizat ; pereții laterali 2 , realizați din cărămizi din magnezită ; gura de lucru 3 ; bolta 4 din cărămizi din silică ; electrozii 5; inel portant 6 răcit cu apă ; carcasa 7 și materialul lichid 8.

Carcasa cuptorului- 7, este realizată din tablă din oțel , rigidizată cu profile din oțel și este dimensionată să reziste ta eforturile determinate de zidăria refractară și metalul topit din interior. Carcasa poate avea o formă conică , cilindrică sau combinată ( partea inferioară conică și cea superioară cilindrică ). în construcția combinată cele două părți pot fi demontate independent iar pereții căptușelii pot fi realizați cu o înclinare de circa 20° față de verticală . Se obține astfel practic o dublare a duratei de viață a zidăriei refractare având în vedere atenuarea solicitărilor termice determinate de radiația directă a arcului electric . Carcasa în construcție combinată permite înlocuirea părții superioare uzate cu o alta pregătită în prealabil , ceea ce reduce de 3 … 4 ori durata reparațiilor la cald precum și a reparațiilor capitale .

Bolta cuptorului- 4, de formă sferică este prevăzută cu orificii (inele din oțel nemagnetic răcite cu apă ) pentru trecerea electrozilor , Boita este realizată din cărămizi din silică sau cromomagnezită (grosime Hb = 200 – 500 mm ) zidite într-un inel portant din oțel răcit cu apă .

Fig. 3.4 – Construcția unei cuve de topire

Ușa de lucru a cuptorului este folosită pentru executarea reparațiilor, a operațiilor necesare în timpul topirii, a ajustărilor după scurgerea metalului ca și la evacuarea zgurii. Ușa este acționată cu ajutorul unui mecanism de ridicare și este plasată etanș pe o ramă din oțel răcită cu apă . Ușa are , în mod uzual, o lățime de circa 0,3 din diametrul interior al cuptorului și o înălțime de circa 0,8 din lățime.

Jgheabul de golire permite evacuarea metalului topit fiind fixat de carcasa cuptorului și este căptușit cu material refractar.

Căptușeala cuptorului cu arc electric pentru topit oțel , 2 , poate fi bazică ( la topirea oțelurilor pentru lingouri) sau acidă (la turnarea de piese ) folosindu-se ca materiale refractare cărămizile din silică sau magnezită .

Vatra cuptoarelor bazice , de grosime Hv, este o construcție complexă ce cuprinde în partea inferioară un strat termoizolant 9 (azbest sau alte materiale izolante sub formă de plăci), unul sau două rânduri de cărămizi din șamotă normală 10 și un strat de lucru 1 compus din câteva rânduri cu cărămizi din magnezită . Zidăria vetrei trebuie să se afle la mai mult de 50 mm de mantaua cuptorului.

Spațiul rămas se umple cu praf din șamotă sau magnezită . Stratul superior ( de lucru ) al vetrei se stampează din praf de magnezită deshidratat, cu gudron deshidratat de huilă și cu adaos de reziduuri de bitum .

Vatra cuptoarelor acide este realizată asemănător ca a celor bazice dar utilizează cărămizi din silică . Sunt prevăzute rosturi de dilatare de circa 1,5% din lungimea zidăriei.

Stratul stampat constă dintr-un amestec de nisip cuarțos , spărtură de silică și argilă refractară iar ca liant este utilizată melasa și dextrina uscată .

Pereții cuptorului cu căptușeală bazică se realizează din blocuri stampate anterior și cărămizi magnezito-cromitice nearse ( casetate ) ; mai rar se stampează chiar în cuptor. Pereții cuptoarelor acide se realizează din cărămizi din silică .

Datorită izolației termice relativ reduse , temperatura mantalei cuptorului ajunge până la 400°C .

Electrozii- 5 , ai cuptoarelor cu arc electric trebuie să îndeplinească următoarele condiții principale :

conductivitate electrică ridicată ,

conductivitate termică redusă ,

temperatura de înmuiere ridicată ,

rezistență ridicată la acțiunea agenților chimici, în primul rând a oxigenului,

posibilitate de prelucrare mecanică ,

preț de cost redus ,

rezistență mecanică corespunzătoare pe durata de lucru (una dintre cele mai grave avarii la cuptorul cu arc electric este ruperea electrodului pe durata lucrului).

Sunt utilizați electrozi din cărbune ( amestec de antracit , cărbune de retortă , cocs de petrol și smoală , sinterizate în forme speciale la circa 1000 °C) și electrozi din grafit (electrozi din cărbune grafitat la peste 2500 °C). La cuptoarele de putere mare HP ( High Power) și de putere foarte mare UHP ( Ultra High Power) sunt folosiți electrozi din grafit . Aceștia au diametrul de 100…1000 mm , lungimi de 1…3 m și sunt prevăzuți cu sisteme de îmbinare .

Portelectrozii realizează susținerea și deplasarea electrozilor ca și fixarea conductoarelor rețelei scurte . Partea cea mai importantă a portelectrodului este suportul de electrod care asigură fixarea electrodului printr-un dispozitiv mecanic ( pene de fixare ) , pneumatic sau hidraulic . Strângerea electrodului în suportul său trebuie să fie sigură , cu o rezistență electrică de contact cât mai redusă iar presiunea pe electrod trebuie să rămână constantă , independent de temperatură . Se impune astfel răcirea cu apă a suportului electrodului.

Mecanismul de deplasare a electrozilor are rolul de a regla lungimea arcului electric ( cu o viteză de deplasare de 1 — 9 m/min ) și de a scoate electrozii din cuptor, în mod uzual acționarea este electromecanică sau hidraulică .

Mecanismul de basculare a cuptorului cu acționare hidraulică sau electromecanică este plasat lateral sau sub cuptor și permite evacuarea zgurii (la o înclinare față de orizontală de 10 .. 20°) sau a metalului topit (!a o înclinare față de orizontală de 40 – 60°).

Mecanismul de ridicare și rotire a bolții inclusiv a electrozilor, asigură ridicarea cu 150 .. 250 mm a bolții și rotirea cu circa 80° pentru a permite încărcarea cuptorului prin partea superioară. .Mecanismul cuprinde o coloană de pivotare acționată hidraulic .

Mecanismul de rotire a cuvei ( cu ± 40°) este specific cuptoarelor de mare capacitate și are rolul de a accelera topirea metalului. Acționarea este hidraulică sau electromecanică .

3.1.4. Regimuri de funcționare ale cuptoarelor cu arc electric pentru topirea oțelului

Tehnologia de preparare a metalului într-un cuptor cu arc electric cuprinde în principiu următoarele faze (fig 3.5): încărcarea cuptorului, topirea , oxidare (afinarea ), reducerea ( dezoxidarea).

Procesul de topire durează din momentul conectării ia rețeaua electrică a cuptorului până ia topirea completă a materialului din cuptor.

Principala caracteristică , din punct de vedere energetic , a procesului de topire este funcționarea instabilă a arcului electric . Lungimea arcului electric (2 ..3 cm) se modifică în limite largi la surparea și deplasarea încărcăturii ( de la scurtcircuit până la întreruperea curentului electric ) . Durata procesului de topire este de obicei mai mult de jumătate din durata necesară preparării șarjei și în acest interval de timp se consumă 60…80 % din energia necesară întregului ciclu de preparare.

c) Procesul de topire este caracterizat de variații mari ale intensității curentului electric în circuit ( pot apărea 5 — 10 scurtcircuite pe minut, eliminate prin acțiunea sistemului automat de acționare a electrozilor ) . Pe durata procesului de topire , datorită oxigenului din aer , apar fenomene de oxidare ale siliciului, fosforului, manganului, carbonului etc . In același timp are loc și acumularea de gaze din atmosferă (în special azot și oxigen) de către metalul topit. Pentru a reduce durata procesului de topire și deci pentru creșterea productivității cuptorului, în scopul limitării proceselor de oxidare și de acumulare de gaze în metalul lichid . cuptorul trebuie să funcționeze cu puterea maxim disponibilă deci cu puterea nominala Pn (fig.3.5 a) și tensiunea nominală Un (fig. 3.5 b).

Fig.3.5 – Procese pe durata elaborării șarjei într-un cuptor cu arc electric

La sfarsitul perioadei de topire , când temperatura medie a băii este de circa 1500°C (fig 3.5 c) , se reduce puterea în cuptor la ( 0,7 – 0,8 )-P„. în perioada de afinare , se reduce cantitatea de carbon din metal , se elimină fosforul și parțial sulful , se asigură degazarea și rafinarea materialului prin eliminarea incluziunilor nemetalice . Arcul electric arde stabil și menține temperatura metalului ia o valoare necesară realizării reacțiilor chimice din proces.

Lungimea arcului electric este de 5-10 cm, ceea ce determina creșterea energiei radiate si deci solicitarea termica intensa a pereților cuptorului. Se impune astfel reducerea intensitatii curentului in arcul electric si deci a puterii absobite de cuptor.

In etapa de reducere se asigura dezoxidarea, desulfurarea si realizarea compoziției necesare. Arcul electric arde stabil, cu lungime relativ mare (20..30 cm), ceea ce conduce la o solicitare termica maxima a pereților interiori ai cuptorului. Din acest motiv, se reduce in continuare puterea dezvoltata in arcul electric. Temperatura metalului la sfarsitul etapei de reducere trebuie sa corespunda celei necesare procesului de turnare .

3.1.5. Echipamentul electric al cuptoarelor pentru topirea oțelului

Echipamentul electric al cuptoarelor cu arc electric trebuie să asigure desfășurarea în condiții optime a unor complexe procese tehnologice , cu influențe importante asupra rețelei electrice de alimentare . Principalele probleme care trebuie avute în vedere la alegerea schemei de alimentare a unui cuptor electric sunt:

variația în limite largi a puterii active absorbite pe durata procesului tehnologic , ceea ce impune utilizarea unor transformatoare de construcție specială , cu reglaj în sarcină și stabilitate mecanică ridicată ;

necesitatea stabilizării arcului electric cu ajutorul unei bobine conectată în serie cu circuitul de alimentare; în cazul cuptoarelor de putere mare , inductivitatea proprie a circuitului de alimentare este suficientă pentru stabilizarea arcului electric;

variația în limite largi a puterii reactive absorbite, cu apariția efectului de flicker, ceea ce impune utilizarea de instalații de urmărire în timp real a puterii reactive ;

o puternică distorsiune a curbei curentului electric (în special armonice de rang 3 și 5 ), ceea ce impune utilizarea filtrelor de armonice pe barele de alimentare ;

un important regim nesimetric determinat de inegalitatea reactanțelor pe cele trei faze ale cuptorului (în special în zona rețelei scurte);

agitația redusă a băii cu metal lichid impune , la cuptoarele de capacitate mare , utilizarea de agitatoare inductive;

In figura 3.6 este indicată schema electrică monofilară a circuitului de alimentare a unui cuptor CA pentru topit oțel, de capacitate relativ redusă .

In funcție de puterea unitară a cuptorului acesta se conectează la barele uzinale ale întreprinderi, la tensiuni de 6 .. 30 kV ( mai rar la 110 sau 220 Kv)

Pe durata procesului de topire , pentru a se stabiliza funcționarea arcului electric , este conectată bobina B care este scurtcircuitată în celelalte faze ale preparării metalului ( oxidare , reducere).

La barele de alimentare ale întreprinderii sunt conectate circuitele de filtrare FA3 și FA5 ( prin intermediul transformatorului Tf dacă tensiunea pe bare este peste 30 kV ) precum și bateria de condensatoare BC ( prin intermediul transformatorului Tc dacă tensiunea pe barele de alimentare este peste 30 kV) care se utilizează în cazul în care aportul capacitiv , pe armonica fundamentală , a filtrelor de armonici nu este suficient.

Informațiile necesare conducerii procesului precum și a protecției circuitelor la defecte , se obțin prin intermediul transformatoarelor de măsurare de curent TC și de tensiune TT,

Agitația băii lichide se realizează cu ajutorul unui circuit ( notat cu Al in fig. 3.6 ) cu inducție electromagnetică.

Fig 3.6 Schema electrica de alimentare a unui cuptor cu arc electric

3.1.6. Mijloace de limitare a pierderilor electrice pe durata funcționarii cuptorului

Funcționarea cuptorului cu arc electric la parametrii nominali rezultă atunci când in arcul electric al fiecărei faze se disipa aceeași putere. Pentru a asigura acest lucru se impune ca curenții pe cele trei faze să aibă aceeași amplitudine, iar impedanțele pe fiecare fază ale circuitului sa fie aceleași.

Inegalitatea impedantelor celor trei faze, determina inegalitatea puterilor disipate pe cele trei faze.

Productivitatea cuptorului scade având in vedere ca majorarea determinata de creșterea puterii pe o faza nu compensează reducerea de pe faza cealaltă. De asemenea, puterea disipata mai mare pe o faza determina solicitarea termica mai intensa si deci reducerea duratei de viata a captuselii refractare din aproprierea electrodului de pe faza respectiva.

Pentru a limita creșterea temperaturii, la cuptoarele de putere mare, electrodul cel mai încărcat se plasează in apropierea gurii de lucru.

Pentru limitarea asimetriei, se iau următoarele masuri:

plasarea conductelor celor trei faze ale rețelei scurte in vârfurile unui triunghi echilateral, pe o lungime a rețelei scurte pe cat posibil de mare;

reglarea separata a tensiunilor secundare pe cele trei faze astfel încât sa se asigure egalitatea curenților pe cele trei faze.

Prezenta pieselor metalice in apropierea circuitului electric al cuptorului determina pierderi de energie datorata curenților turbionari induși in aceste piese de către câmpurile magnetice intense variabile in timp. Pentru limitarea pierderilor datorita curenților induși in piesele metalice aflate in apropierea cuptorului sunt adoptate următoarele masuri principale:

se adopta soluții constructive astfel încât fluxul magnetic inductor sa fie cat mai redus;

se utilizează ecrane din cupru intre piesele din otel si conductoarele parcurse de curent intens sau sunt plasate inele din cupru in jurul acestor piese. In acest ultim caz, inelul din cupru se comporta ca secundarul in scurtcircuit al unui transformator si determina un flux magnetic de sens contrar celui inductor. In acest fel fluxul total scade, pierderile in piesele din hotel scad, apar insa pierderi in inelul din cupru, cu atât mai reduse cu cat rezistenta electrica a acestuia este mai mica.

3.1.7. Bilanțul de materiale

Materia prima folosita pentru elaborarea otelului este prezentata in următorul tabel. Tinand seama de cantitatile si compozitiile acestor materiale, s-au calculat cantitatile de C, Si, Mn, P, S, Fe, O2 si alte elemente intrate in bilanțul de materiale, precum si cantitatile existente in otelul lichid. Toate consumurile s-au raportat la 1000kg hotel lichid.

Materiale intrate in cuptor Tabel 3.1

Compoziția chimica a materialelor încărcate in cuptor, % Tabel 3.2

Compoziția chimica a zguri lichide , %

Tabel 3.4

3.1.8. Bilanțul energetic

Pentru calculul termenilor de bilanț sunt utilizate date din tabel.

Datele de calcul inițiale Tabel 3.5

3.1.9. Relațiile de calcul utilizate

Călduri intrate

Căldura dezvoltata de arcul electric :

Qce = 860 * Wce kJ/t

Căldura sensibila a incarcaturii:

Qsm= tm- (cfv * Gfv + cg * Gg + cv * Gv + ck * Gk + cf * Gf) kJ/t

Căldura sensibila a oxigenului insuflat:

QSOX = VOX * cOX * tOX kJ/t

Căldura sensibila a aerului aspirat in cuptor:

Qsa=Va *ca * ta kJ/t

Total căldura intrata:

Qintr = Qce + Qex + Qsm + Qsox + Qsa kJ/t

Călduri iesite:

Căldura sensibila a otelului lichid :

Qex = Got * [cot(ttop – tmed)+ topot + cot(tf – ttop)] kJ/t

Căldura consumata pentru evaporarea umiditatii din incarcatura :

Qum = Gum * [capa(100 – tmed) + vap + cvap * (tf – 100)] kJ/t

Căldura sensibila a zgurii lichide :

Qzg = Gzg * [czg * tzg + topzg ] kJ/t

Căldura sensibila a gazelor arse :

Căldura preluata de praful antrenat de gazele arse :

Qpraf = Gpraf * cpraf * tpraf kJ/t

Căldura pierduta prin mantaua cuptorului:

Căldura pierduta prin bolta , pereții si vatra cuptorului este cuprinsa intre 5 – 10 % din totalul căldurii intrate . Se adopta 8%.

Qpm = 0,08 * Qintr kJ/t

Căldura pierduta cu apa de răcire :

Qapa = Gapa * capa( tc – ti) * sarja * 1/P kJ/t

Căldura pierduta prin radiație in timpul insuflării oxigenului si grafitului:

T

Total căldura ieșita:

Qies = Qot + Qum + Qzg + Qga + Qpraf + Qend + Qpm + Qapa + Qprad kJ/t

3.1.10. Concluziile bilanțului energetic al cuptorului electric cu arc

După cum rezulta din structura bilanțului energetic al cuptorului cu arc electric ponderea cea mai mare a cantitati de căldura introdusa in conturul de bilanț o reprezintă căldura dezvoltata de arcul electric, obținuta prin consum de energie electrica, la care se adăuga căldura provenita din reacțiile exoterme.

Referitor la pierderile de căldura, căldura pierduta prin zgura, cea pierduta prin mantaua cuptorului si cea prin apa de răcire reprezintă importantele consumuri de căldura.

Propuneri privind reducerea consumurilor specifice de combustibili si energie in procesul de elaborare a otelurilor in cuptoare cu arc electric se încadrează in una din următoarele categorii de masuri:

utilizarea tehnologiei actuale fara echipamente noi;

modernizarea echipamentelor existente;

tehnologie noua cu echipamente noi.

Din prima categorie de masuri, se mentioneaza: controlul riguros al cantitatii si calitatii materialelor încărcate in cuptor;

In cea de a doua categorie de masuri bazate pe modernizarea echipamentelor existente se recomanda modernizarea instalațiilor de incalzire a oalelor de turnare a otelului in vederea asigurării unor temperaturi a zidăriei oalelor de 1200 grade.

In condițiile creșterii ponderii tratamentului otelului in oala si a necesitații creșterii productivitatii prin reducerea duratei de elaborare se impune modernizarea cuptorului cu arc electric si transformarea lui in EBT , modernizare constatând in:

– Evacuarea otelului printr-un orificiu situat excentric in vatra cuptorului (cuptor EBT- excentric – bottom – tape). Aceasta modificare a dus la reducerea timpului de evacuare, previne reoxidarea otelului, asigura o cantitate redusa de zgura in oala.

– Utilizarea de transformatoare de foarte mare putere si cu randamente superioare (regim de functionare UHP), puterea transformatorului crescind de la 0,5 – 0,7 MVA/ tona de otel la cuptorul clasic, la 1- 1,2 MVA / tona la cuptorul EBT.

– Utilizarea de electrozi de grafit cu caracteristici superioare care sa permita intensitati de curent ridicate (pina la 80-100 A/ cm2), rezistivitate electrica ridicata (5,5-7,0 ohm. mm2/m ) si cu coeficienti de dilatare termica foarte mici (0,5-0,9 1/°C x 10-6)

– Lanci pentru insuflare oxigen in regim automat, care functioneaza ca arzatoare oxigaz in faza de topire a incarcaturii metalice (debit oxigen de cca.900 Nm3/ h si debit de CH4 de cca.400 Nm3/ h si ca lanci supersonice pentru insuflare oxigen in perioada rafinarii otelului (debit oxigen de cca.2000 Nm3/ h). Aceste lanci sint pozitionate in cuva cuptorului, la cca.300 mm deasupra nivelului otelului lichid, cu o inclinatie de 45° fata de oglinda baii metalice.

– Lanci (injectoare) de grafit, automatizate, pentru insuflarea grafitului, cu debite de insuflare de 10- 60 kg/ minut, care sint responsabile de carburarea otelului si de realizarea de zguri spumante cu continut scazut de FeO. Lancile pentru insuflarea grafitului sint pozitionate tot in cuva cuptorului, la cca.200 mm desupra otelului lichid, cu o inclinatie de 40° fata de baia metalica.

– Dopuri de barbotare cu argon a otelului prin vatra cuptorului, care asigura o omogenitate termica si chimica avansata si un contact intim intre zgura si otel.

– Controloare logice de program, pentru cuptor si pentru lancile de oxigen si de grafit, care permit functionarea in regim automat a acestora.

– Calculator de proces care permite contolul automat al proceselor fizico-chimice in cuptorul EBT.

– Monitoare cuplate la contoloarele logice de program, care permit vizualizarea functionarii componentelor cuptorului si care afiseaza si diferitele alarme care pot apare in timpul elaborarii.

Figura 1:Schema logica a energiei in otelul lingou

3.1.11 Energia înglobata in otelul lingou

Tabel 3.6 : Consumuri specifice pe tona de otel înainte si după modernizare:

Tabel 3.7:Consumuri date in proiect:

3.2. CUPTORUL CU VATRA PASITOARE

3.2.1 Descrierea instalației

Instalația este formată din cuptorul propriu-zis și cazanul recuperator; schema fluxului tehnologic este prezentată în figura … Cuptorul este amplasat în hala laminorului de profile mici și mijlocii, iar preîncălzitorul de aer și cazanul recuperator – în construcții ușoare din exteriorul halei, la circa 40 m distanță.

Cuptorul propriu-zis

Cuptorul este destinat tratamentului termic al țaglelor din care se realizează ulterior profile laminate. Cuptorul cuprinde patru zone de încălzire:

ZONA I este zona de preîncălzire, subdivizată într-o subzona de preîncălzire prin convecție și o subzonă de preîncălzire cu arzătoare în boltă;

ZONA II și ZONA III sunt zonele de încălzire rapidă, cu arzătoare în boltă;

ZONA IV este zona de menținere dispusă la descărcare.
Principalele caracteristici tehnice și dimensionale ale cuptorului sunt prezentate în tabelul 3.6

Încărcarea se face frontal, cu un împingător care plasează țagla pe vatra mobilă a cuptorului. Menținerea temperaturilor în domeniul dictat de procesul tehnologic se realizează automat, prin modularea puterii arzătoarelor din boltă independent pe fiecare din cele 4 zone.

Zona I este prevăzută cu 5 rânduri transversale a câte 8 arzătoare. Dacă procesul tehnologic o cere, se pot opri unul sau mai multe rânduri de arzătoare. De regulă, temperatura în această zonă se situează între 600-800°C.

Zonele II și III au câte 16 arzătoare fiecare, amplasate în mod similar cu cele din zona de preîncălzire. Temperatura aici este de regulă circa 1200-1220°C.

Zona IV este prevăzută cu 8 arzătoare, amplasate pe un singur rând. In această zonă, cuptorul a fost modificat față de proiectul inițial prin înlocuirea sistemului de descărcare frontală cu unul cu descărcare laterală, reducându-se astfel pierderile de căldură datorită scăderii suprafeței gurii de evacuare. Temperatura în această zonă este uzual tot între 1200-1220°C.

Figura 2:Schema fluxului tehnologic a cuptorului cu vatra pasitoare

Zidăria bolti este de tip plan suspendat și este formata din trei straturi: la interior unul de grosime 250 mm din cărămidă refractară, unul din beton izolant de 10 ram și unul din cărămizi izolante de 65 mm.

Zidăria pereților este realizată din 3 straturi de cărămidă – cel interior gros de 230 mm din cărămidă refractară, la mijloc unul gros de 115 mm din cărămidă semirefractară, și la exterior -unul de 115 mm din cărămidă izolantă.

Zidăria vetrei este realizată din 3 straturi: stratul superior (spre interior) din beton refractar, în monoliți de 800 mm lungime, și două straturi izolante rezistente la compresiune, din cărămidă termoizolatoare și respectiv cărămidă de diatomit.

Tabelul 3.8 : Principalele caracteristici ale cuptorului cu vatră pășitoare tip Heurtey

Cuptorul este prevăzut cu un număr de 6 guri de vizitare cu secțiunea 400 x 400 mm amplasate câte trei pe fiecare latură, și 6 guri de observare – câte două pe fiecare perete lateral cu dimensiunea 130 x 130, și câte una pe fiecare perete lateral cu dimensiunea 100 x 100 mra.

Gura de încărcare are înălțimea de 400 mm, și se întinde pe întreaga lățime de 9,5 m a cuptorului. Descărcarea se face printr-o gură laterală având dimensiunile 460 x 500 mm.

Arzătoarele (total 80 buc. în cele 4 zone) sunt de plafon, cu flacără plată, funcționând pe combustibil gaz metan. Modularea puterii termice se realizează prin reglarea deschiderii concomitente a ventilelor de gaz natural și de aer, menținându-se astfel coeficientul de exces de aer constant la valoarea de 1,15. Principalele caracteristici tehnice ale arzătoarelor sunt prezentate în tabelul 3.9.

Tabelul 3.9 : Principalele caracteristici tehnice ale arzătoarelor cuptorului cu vatră pășitoare nr. 1 tip Heurtey

Grinda principală de susținere a cuptorului este răcită cu aer, care este apoi introdus în cuptor ca aer secundar pentru ardere. Aerul secundar este furnizat de un ventilator radial monoaspirant amplasat în interiorul halei, având următoarele caracteristici:

debit aer: 12.500 Nm3/ h

presiune refulare : 178 mm H2O

putere motor : 15 kW

turație motor : 1.000 rot/min

Ventilatorul de aer primar este amplasat în exterior lângă preîncălzitorul de aer și are următoarele caracteristici:

– debit aer: 36.000 Nm3/ h

– presiune refulare : 1.230 mmH20

putere motor : 200 kW

– turație motor : 1.500 rot/min

Aerul primar de ardere este preîncălzit la 400°C într-un preîncălzitor multitubular tip "U", pe seama răcirii gazelor de ardere de la ieșirea din cuptor. Circulația agenților este în echicurent încrucișat, cu aerul curgând prin țevi. Suprafața de transfer de căldură este de 330 m , iar racordurile de intrare și de ieșire aer sunt O900 și respectiv 01400. Înălțimea corpului preîncălzitorului este de 3090 mm, iar distanța între pereți – 3200 mm. Principalii parametri de proiect ai preîncălzitorului de aer sunt prezentați în tabelul 3.10 .

Tabelul 3.10: Principalii parametri de proiect ai preîncălzitorului de aer

Aerul primar preîncălzit este transportat la arzătoare printr-o conductă 01400 izolată cu vată minerală; lungimea traseului este de circa 50 m.

Gazele de ardere sunt evacuate din cuptor prin două racorduri amplasate lateral în zona de încărcare, care se unesc apoi într-un singur canal care le transportă la preîncălzitorul de aer și apoi la cazanul recuperator. Proiectul original prevedea evacuarea gazelor de ardere și prin alte două racorduri amplasate în zona mediană a cuptorului, dar acestea au fost dezafectate. La ieșirea din cazan este amplasat exhaustorul de gaze, care refulează printr-o conductă verticală direct în atmosferă. Există și un canal de by-pass al cazanului și exhaustorului, prevăzut cu clapete de izolare, prin care se pot evacua gazele de ardere de la ieșirea din preîncălzitorul de aer direct la coș. By-pass-ul este utilizat în prioada de vara, când necesarul de abur scade.

Exhaustorul de gaze are rolul de a crea depresiunea necesară circulației gazelor arse aspirate din cuptor, prin cazanul recuperator, compensând pierderile datorate circulației descendente și a căderilor de presiune create pe traseele de gaze. Exhaustorul de tip centrifugal monoaspirant este antrenat prin curele trapezoidale de către un motor electric asincron. Caracteristicile sale constructive sunt următoarele:

tip: v444g/043/l
an fabricație: 1984

debit: 80.000 Nm3/h
presiune: 240 mm H2O

temperatura: 350°C

turație exhaustor: 610 rot/min

putere motor: 110 kW

turație motor: 750 rot/min

Cazanul recuperator

Cazanul recuperator are rolul de a produce abur prin recuperarea căldurii gazelor arse rezultate din arderea gazului metan în cuptorul de încălzire a țaglelor tip HEURTEY.

Cazanul este de tip RAB 35.1 – cazan ignitubular, orizontal, compus din doi tamburi suprapuși, economizorul la partea inferioară si vaporizatorul la partea superioară. Principalii parametri de proiect sunt prezentați în tabelul nr. 3.9.

Tamburul economizor este un schimbător de căldură ignitubular cu următoarele caracteristici:

– Diametru 1.800 mm

Volum 7,5 m2

– Suprafața de schimb de căldură 282 m2

– Nr. țevi 51 x 3 513 buc.

Pentru îmbunătățirea schimbului de căldură s-a montat o șicană.

Tamburul vaporizator este un schimbător de căldură ignitubular, cu spațiu de abur, cu următoarele caracteristici:

Tabelul 3.11 : Principalii parametri de proiect ai cazanului recuperator tip RAB 35.1

3.2.2 Definirea conturului de bilanț

Calculele de bilanț termoenergetic se efectuează pentru următoarele contururi: cuptorul propriu-zis; preîncălzitorul de aer;

cazanul recuperator tip RAB 35.1;

întregul agregat compus din cele trei instalații menționate.

Figura 3:Conturul de bilant al cuptorului cu vatra pasitoare

3.3.3 BILANTUL TERMOENERGETIC

Breviar de calcul pentru componentele de bilanț

Volumul stoechiometric de oxigen: V0O2 = 2 Nm3/Nm3

Volumul de aer uscat minim necesar:

V0a = V0O2 / 0,21 = 9,5238 Nm3/ Nm3 (1)

• Volumul de aer umed minim necesar:

V0aum = (1 +0,00161 * x) * Va° =9,5689 Nm3/ Nm3 (2)

unde:

x = 2,94 g/kg – umiditatea aerului (aferentă valorii măsurate de 70% la +1°C)

Volumul de CO2: VCO2 = 1Nm3 /Nm3

Volumul de azot:

V°N2 = 0,79 * Va° =7,5238 Nm3/Nm3 (3)

• Volumul vaporilor de apă:

V0H2O = 0,5+ 0,00161 * x * Va° =2,0451 Nm3/Nm3 (4)

• Volumul total stoechiometric de gaze de ardere:

V0g= VCO2 + V0H2O + V°N2 = 10,5689 Nm3/Nm3 (5)

• Volumul total de gaze de ardere, în cazul arderii cu coeficient de exces de aer :

Vg=Vg° + (-1) * V0aum , Nm3/Nm3 (6)

• Entalpia specifică a gazelor de ardere, în cazul arderii cu coeficient de exces de aer :

Ig(,t) = VC02 * iC02 + V°N2 * iN2 + V0H2O * iH20 +(-1) * iaum, kJ/Nm3 (7)

Bilanțul cuptorului propriu-zis

• INTRĂRI:

o Combustibil gazos:

– Debitul mediu de gaz metan:

B = VCH4 / = 3355 / 8280 = 0,405193 Nm3/s, (7)

unde Vch4 este diferența între indexul contorului la sfârșitul și respectiv la începutul măsurătorilor, în Nm3 , iar este durata măsurătorilor, în secunde.

– Căldura introdusă cu combustibilul:

Qcb = B * (cCH4 * tcb + Qii) = 14.509,72 kW, unde: (8)

cch4 – căldura specifică a metanului – 1,548 kJ/Nm3 K;

tcb – temperatura metanului – 8°C;

Qii – puterea calorifică inferioară – 35.797 kJ/Nm3

o Aer de combustie preîncălzit:

Debitul de aer de combustie preîncălzit:

Vac = B * c * V0aum = 4,5476Nm3/s; unde: (9)

c = 1,17 = coef. de exces de aer în cuptor

Temperatura aerului preîncălzit: tac = 140°C

Căldura specifică a aerului: ca = 1,301 kJ/(Nm3 K)

Căldura introdusă cu aerul de combustie:

Qsc =Vac * ca * tao= 828,199 kW (10)

o Semifabricatul:

– Debitul masic de otel introdus:

mOL = N * m / = 11,667 kg/s, unde: (11)

N = 140 – numărul de țagle în intervalul de măsură m – 690 kg m – masa unei țagle

Căldura introdusă cu semifabricatul:

Qol =m0L * c0L * t0L = 37,975 kW, unde: (12)

col = 0,465 kJ/(kg K) – căldura specifică a oțelului

toL =7°C – temperatura țaglei la intrare

o Aerul de răcire grindă:

– Debitul de aer de răcire a grindei:

VAR = SVAR * wVAR * 273 / 273 + tAR = 0,683 Nm3/s,unde: (13)

Svar = 0,0324 m – suprafața liberă a gurii de aspirație

wvar = 21,75 m/s – viteza medie măsurată a aerului prin gura de aspirație

tAR = 8,5°C – temperatura aerului la gura de aspirație

– Căldura introdusă cu aerul de răcire a grinzii:

QAR= VAR * ca * tAR=7,527 kW (14)

o Aerul fals:

Debitul de aer intrat prin gura de încărcare:

Vaf1 =S1 * w1 * 273 / 273 + t1 = 1,661 Nm7s,unde: (15)

S1 = 3,8 m2 – suprafața liberă a gurii de încărcare

wi = 0,45 m/s – viteza măsurată a aerului prin gura de încărcare

t1 = 8°C – temperatura aerului la gura de încărcare

Debitul de aer fals infiltrat în cuptor:

Vaf2 = Vg1 – Vgc + Vgo – VAR = 2,8685 Nm3/s, unde: (16)

Vg1 = 8,0489 NmVs – vezi rel. (27)

Vgc = 4,9528 Nm3/s – vezi rel. (26)

Vgo = 0,4554 Nm3/s – vezi rel. (22)

Căldura intrată cu aerul fals:

Qsf=Vaf2 * ca * t1=29,752 kW (17)

o Apa de răcire a rolelor cuptorului:

Debitul de apă răcire role: marrc = 9,533 kg/s

Temperatura apei de răcire: tarc = 11°C

Căldura intrată cu apa de răcire:

Qarc= marrc * cp * tarc= 438,33 kW, unde: (18)

cp = 4,18 kJ/(kg K) – căldura specifică a apei

o Apa de răcire a cuptorului:

Debitul de apă răcire cuptor: marc = 12,8225 kg/s

Căldura intrată cu apa de răcire:

Qarc =marrc * cp *t„= 592,337 kW (19)

o Căldura totală introdusă în cuptor:

Qinc = Qcb + Qac+ Qol + Qar + Qaf + Qarrc + Qarc = 16.443,841 kW (20)

• IEȘIRI:

o Căldura cu semifabricatul:

QOL2 = mOL * cOL * tOL = 6.889,75 kW, unde: (21)

cOL = 0,465 kJ/(kg K) – căldura specifică a oțelului

tOL2 = 1270°C -temperatura țaglei la ieșire

o Scăpările de gaze prin orificii:

Debitul de scăpări de gaze prin orificii:

unde:

(22)

wj = viteza medie a gazelor în gura de observație "j", m/s;

(23)

Sj = secțiunea gurii de observație "j", m2

tj = temperatura gazelor în zona grii de observație "j", °C

gi= densitatea gazelor de ardere, kg/m3

Căldura pierdută cu gazele evacuate prin orificii:

(24)

Căldura pierdută prin radiație prin orificii:

(25)

unde tma este temperatura mediului ambiant, care are valorile:

tma = +7°C pentru peretele dreapta;

tma = +10°C pentru peretele stânga.

o Gazele de ardere evacuate:

Debitul de gaze de ardere în cuptor:

Vgc =B * Vg (c =1,17) = 4,9528 Nm3/s; unde: (26)

Vg (c = 1,17) = 12,223 Nm3 /Nm3 – volumul specific de gaze de ardere la coeficientul de exces de aer c= 1,17

Debitul de gaze de ardere evacuate din cuptor:

(27)

unde:

Vg (c = 2,181) = 21,876 Nm3/Nm3 – volumul specific de gaze de ardere la coeficientul de exces de aer c = 2,181

Căldura evacuată cu gazele de ardere din cuptor

Qg1 = Vg1 * Ig( = 2,181;t = 550) = 6.154,542 kW (28)

o Căldura pierdută prin pereți:

Coeficientul de transfer de căldură perete-mediu ambiant:

(29)

unde: m = 2,56 pentru pereți verticali și m = 3,26 pentru tavan

s = 0,8 – coeficientul energetic de emisie al suprafeței

t = tp – tma – diferența de temperatură perete-mediu ambiant, K

Căldura pierdută prin perete:

o Apa de răcire a rolelor cuptorului:

Temperatura la evacuare a apei de răcire role: tarrc2 = 18°C Căldura evacuată cu apa de răcire a rolelor:

Qarrc2= marrc * cp * tarrc2= 717,267 kW (31)

o Apa de răcire a cuptorului:

Temperatura la evacuare a apei de răcire cuptor: tarrc2 = 19°C Căldura evacuată:

Qarc2 = marc * cp * tarc2 = 1.023,128 kW (32)

o Căldura totală evacuată din cuptor:

Qevc = QOL + Qgo + Qro + Qgl + Qp + Qarrc2+ Qarc2 = 16.396,674 kW (33)

• Eroarea relativă față de căldura introdusă:

Eroarea relativă este sub valoarea maximă admisibilă de 2,5%.

Bilanțul termic al preîncălzitorului de aer

• INTRARI:

o Gaze de ardere:

Căldura intrată cu gazele de ardere: Qg3 = Qgl =6.155,922 kW, în condițiile în

care se neglijează pierderile de căldură pe traseul gazelor de ardere de la cuptor la preîncălzitorul de aer.

Debitul de gaze de ardere la intrare:

Vg3 = B * Vg (=2,484) * (1- Vgo / Vgc) = 9,113 Nm3/ s (35)

Entalpia specifică a gazelor de ardere:

Ig = Qg3 / Vg3 = 675,503 kJ/(Nm3K) (36)

Infiltrații de aer fals în canalul de gaze cuptor-preîncălzitor:

– Debitul de aer fals infiltrat:

Vaf3 = Vg3 * Vgl = 1,0641 Nm3/ s (37)

Căldura intrată cu aerul fals:

Qaf3 = Vg3 * ca * t0 = 1,380 kW,unde: (38)

to = +1 °C – temperatura aerului atmosferic

o Aer de combustie:

Debitul de aer de combustie refulat de ventilator

VVA = SVA * wVA * 273 / 273 + t0 = 7,295 Nm3/s unde: (39)

Sva = 0,351485 m2 – suprafața liberă a gurii de aspirație

wva = 20,83 m/s – viteza medie măsurată a aerului prin gura de aspirație

t0 = +1°C – temperatura aerului la gura de aspirație

Căldura introdusă cu aerul de combustie:

Qva =VVA * ca * t0 = 9,458 kW (40)

IEȘIRI:

o Aer de ardere:

Temperatura aerului preîncălzit: tac = 140°C

Căldura specifică a aerului: ca= 1,301 kJ/(Nm3 K)

Debitul de aer de combustie preîncălzit:

Vac2 = VVA – (VVA – Vac) /2 = 5,921 Nm3/s (41)

Căldura ieșită cu aerul de combustie:

Qac3=Vac3 * ca * tac=l.078,342 kW (42)

o Căldura pierdută prin pereții racordului de aer preîncălzit:

Coeficientul de transfer termic perete-aer atmosferic:

unde: m = 2,56 pentru pereți verticali

e = 0,8 – coeficientul energetic de emisie al suprafeței

tp = 100°C – temperatura măsurată a peretelui

Căldura pierdută:

QpPA = * SPA * (tp – t0) = 8,531 kW, unde (44)

SPA = 6 m2 – suprafața racordului

Gaze de ardere:

Debitul de gaze de ardere la ieșire:

Vg4 = Vg3 + (VVA – Vac) / 4 = 10,284 (45)

Căldura gazelor de ardere la ieșire:

Qg4 = Qg3 + (Vg4 – Vg3) * ca * t0 – (Qa4 – Qa3) – QpPA = 5.185,89 kW (46)

Entalpia specifica a gazelor de ardere la ieșire:

Ig = Qg4 / Vg4 = 504,266 kJ/(Nm3 K) (47)

Puterea termica utila a preîncălzitorului de aer:

QuPA = Qac3 – QVA = 1.068,884 kW (48)

Bilanțul termic al cazanului recuperator

INTRĂRI:

o Gaze de ardere:

Debit: Vg4 -=10,284 Nm3/s

Temperatură: tg4 = 369,594°C

Căldură: Qg4 =5.185,89 kW

o Aer fals:

Debitul de aer fals intrat între preîncălzitor și cazan:

Căldura intrata cu aer fals:

Qaf4 = Vaf4 * ca * t0 = 6,687 kW (50)

o Apa de alimentare :

Debitul mediu de apa de alimentare:

waa = 0,533 m/s – viteza medie măsurată a apei

d = 57 mm – diametrul exterior al țevii

s = 3 mm – grosimea peretelui țevii

Sd = 0,5 mm – grosimea estimată a depunerilor interioare

Căldura intrată cu apa de alimentare:

Qaa =maa * cp * taa =218,637kW,unde: (52)

taa = 50°C – temperatura apei de alimentare

o Căldura totală intrată în cazanul recuperator:

QinCR=Qg4 + Qaf4 + Qaa= 5.411,214 kW

• IEȘIRI:

o Gaze de ardere:

Debitul de gaze de ardere la ieșirea din cazan:

Vg5 = Vg4 + Vaf4 = 15,4416 (53)

Entalpia specifică a gazelor de ardere:

Ig = 162,391 kJ/(Nm3 K)

Căldura evacuată cu gazele de ardere:

Qgs =Vg5 * Ig=2.507,566 kW (54)

o Pierderi de căldură prin pereți:

Coeficientul de transfer de căldură perete-aer: se calculează cu relația (43), pentru fiecare dintre zonele la care s-a măsurat temperatura peretelui .

Căldura pierdută prin pereții cazanului recuperator: se calculează cu relația (44), pentru fiecare zonă;

QpCR = 3,083 kW

Tabelul nr. 3.12: Pierderea de căldură prin pereții cazanului recuperator

o Abur:

Temperatura aburului la ieșirea din cazan: rezultă din diagrama apă-abur, corespunzător presiunii de saturație de 12 bar: tab = 191°C

Entalpia specifică a aburului saturat: iab = 2.783,4 kJ/kg

Căldura ieșită cu aburul:

Qab = maa * iab =2.911,746 kW (55)

o Căldura totală ieșită din cazanul recuperator:

QevcR = Qg5 + Qpcr + Qab = 5.422,394 kW

Eroarea relativă față de căldura introdusă:

Eroarea relativă este sub valoarea maximă admisibilă de 2,5%.

Bilanțul termic al întregului agregat

INTRĂRI CĂLDURĂ:

Cu combustibilul: Qcb = 14.509,72 kW

Cu aerul de combustie: QVA =9,458 kW

Cu semifabricatul: Q0L =37,975 kW

Cu aerul de răcire grindă: QAR = 7,527 kW

Cu aerul fals în cuptor: Qaf = 29,752 kW

Cu aerul fals în canalul de gaze cuptor-preîncălzitor: Qaf3 = 1,380 kW

Cu aerul fals între preîncălzitorul de aer și cazanul recuperator: Qaf4 = 6,687 kW

Apa de răcire a rolelor cuptorului: Qarrc =438,33 kW

Apa de răcire a cuptorului: Qarc – 592,337 kW

Apa de alimentare a cazanului: Qaa =218,637 kW

Total intrări căldură: Qin = 15.851,803 kW

IESIRI CALDURA:

Căldura cu semifabricatul: Q0L2 = 6.889,75 kW

Căldura pierdută cu gazele evacuate prin orificii: Qgo = 863,491 kW

Căldura pierdută prin radiație prin orificii: Qro = 273,496 kW

Căldura pierdută prin pereții cuptorului: Qp = 475 kW

Apa de răcire a rolelor cuptorului: Qarrc2 = 717,267 kW

Apa de răcire a cuptorului: Qarc2 = 1.023,128 kW

Căldura pierdută prin pereții racordului de aer preîncălzit: QpPA = 8,531 kW

Cu scăpările de aer preîncălzit din conducta preîncălzitor-cuptor:

Qsa= (Vae3 – Vac) * ca * tac = 250,151 kW (57)

Gaze de ardere: Qg5 =2.507,566 kW

Pierderi de căldură prin pereții cazanului recuperator: Q pCR = 3,083 kW

Cu aburul : Qab = 2.911,746 kW

Total ieșiri căldură: Qev = 15.923,209 kW

Eroarea relativă:

3.2.5 ANALIZA BILANȚULUI

Calculul indicilor tehnico-economici de funcționare ai cuptorului

• Gradul mediu de încărcare a cuptorului:

= P / Pn *100 = 60 %, unde:

n

P = m0L * 3,6 = 42 t/h – producția orară măsurată

Pn = 70 t/h -producția orară nominală

• Randamentul termic al procesului tehnologic:

t = QU /Qin * 100 = 43.464 %.unde:

Qu = Qol2 = 9.801,496 kW – căldura utilă

Qin = 15.851,803 kW – căldura intrată

• Randamentul utilizării combustibilului:

c= (B * Qii – Qpt / B * Qii) *100 = 57,795 %, unde:

Qpt = 6.121,712 kW – pierderea totală de căldură

• Coeficientul de recuperare a căldurii:

= Qrec / Qin *100 = 18,369 %, unde:

Qrec = Qab = 2.911,746 kW – căldura recuperată

• Consumul specific de căldură a procesului:

q = Qin / mOL = 1.358,726 kJ/kg oțel

Consumul specific de combustibil al procesului:

b = B / mOL = 0,034731 Nm3 CH4/kg oțel

Analiza indicatorilor

S-au extras o parte din datele de exploatare înregistrate la beneficiar, pentru același tip de produs tratat termic, prezentate pentru comparație cu cele măsurate în tabelul nr. 3.13.

Tabelul nr. 3.13: Comparație între datele înregistrate la beneficiar și indicatorii măsurați

Se observă valoarea mică a consumului specific de combustibil, posibil datorată funcționării în regim economic – cu toate cele 40 de arzătoare din zona I de preîncălzire oprite. Diferența față de producția în 24 ore se datorează extrapolării producției monitorizate în 2 ore 18 minute; prin urmare, se poate spune că eficiența momentană, pe perioade scurte a procesului este cea rezultată din măsurătorile curente, însă pe o perioadă de 24 de ore aceasta scade. Cauza probabilă pentru această scădere este alimentarea neritmică cu oțel, care conduce direct la scăderea producției și creșterea consumului specific de combustibil.

Se remarcă următoarele:

ponderea mică a pierderilor de căldură prin pereții cuptorului și cazanului;

infiltrațiile mari de aer fals, în special în amonte de cazanul recuperator;

pierderile mari de căldură prin orificiile cuptorului.

3.2.5 BILANȚUL OPTIMIZAT

Bilanțul optimizat se va face în ipoteza aplicării următoarelor măsuri la instalația existentă: închiderea gurilor de vizitare și a celor de observare pentru reducerea pierderilor de gaze și de căldură prin radiație și reducerea infiltrațiilor de aer fals;

etanșarea clapetei de by-pass a cazanului recuperator, pentru reducerea infiltrațiilor de aer fals de la coș în canalul de gaze de ardere. Efectele măsurilor menționate sunt: reducerea debitului de gaz metan; – reducerea debitului de aer de ardere necesar; reducerea debitului de gaze de ardere rezultat; reducerea debitului de abur generat în cazanul recuperator.

• INTRĂRI CĂLDURĂ:

Cu combustibilul; Qcb =12.216,03 kW

Cu aerul de combustie: QVA = 6,490 kW

Cu semifabricatul: Q0L = 37,975 kW

Cu aerul de răcire grindă; QAR = 7,527 kW

Cu aerul fals în cuptor: Qaf = 17,231 kW

Cu aerul fals în canalul de gaze cuptor-preîncălzitor: Qaf3 = 1,379 kW

Cu aerul fals între preîncălzitorul de aer și cazanul recuperator: Qaf4 = 0 kW

Apa de răcire a rolelor cuptorului: Qarrc =438,33 kW

Apa de răcire a cuptorului: Qarc = 592,337 kW

Apa de alimentare a cazanului: Qaa =200,708 kW

Total intrări căldură: Qin = 13.518,01 kW

• IEȘIRI CALDURA:

Căldura cu semifabricatul: Q0L2 = 6.889,75 kW

Căldura pierdută cu gazele evacuate prin orificii: Qgo = 447,457 kW

Căldura pierdută prin radiație prin orificii: Qro = 141,657 kW

Căldura pierdută prin pereții cuptorului: Qp = 475 kW

Apa de răcire a rolelor cuptorului: Qarrc2 =717,267 kW

Apa de răcire a cuptorului: Qarc2 = 1.023,128 kW

Căldura pierdută prin pereții racordului de aer preîncălzit: QpPA = 8,531 kW

Cu scăpările de aer preîncălzit din conducta preîncălzitor-cuptor: Qsa = 107,041 kW

Gaze de ardere: Qg5 =1.100.51 kW (temperatura gazelor la ieșire cazan de 115°C)

Pierderi de căldură prin pereții cazanului recuperator: QpCR = 3,083 kW

Cu aburul: Qab =2.672,968 kW

Total ieșiri căldură: Qev = 13.586,39 kW

Rezultă următorii indicatori în cazul bilanțului optimizat:

• Randamentul termic al procesului tehnologic:

t = QU /Qin * 100 = 50,967%

• Randamentul utilizării combustibilului:

c= (B * Qii – Qpt / B * Qii) *100 = 67,062 %. unde:

Qpt = 4.023,674 kW – pierderea totală de căldură

• Coeficientul de recuperare a căldurii:

= Qrec / Qin *100 = 19,773 %, unde:

Qrcc = Qab = 2.672,968 kW – căldura recuperată

• Consumul specific de căldură a procesului:

q = Qin / mOL = 1.158,686 kJ/kg oțel

Consumul specific de combustibil al procesului:

b = B / mOL = 0,029251 Nra3 CH4/kg oțel = 29,251 Nm3 CH4/t oțel

3.2.6 PLAN DE MĂSURI PENTRU CREȘTEREA EFICIENȚEI ENERGETICE A CUPTORULUI CU VATRA PASITOARE

Măsuri pe termen scurt

Alimentarea ritmică cu produse, pe cât posibil fără întreruperi. Aceasta depinde însă de procesele tehnologice din aval și din amonte de cuptor.

Închiderea capacelor gurilor de vizitare în timpul funcționării.

Montarea pe gurile de observare a unor dispozitive tip "ochi de vizare", care permit observarea procesului din cuptor fără scăpări de gaze și fără pericol de accidentare.

Repararea clapetei de by-pass cazan recuperator de pe drumul de gaze de ardere, pentru reducerea infiltrațiilor de aer fals în amonte de cazan.

Măsuri pe termen mediu și lung

Refacerea izolației externe a cuptorului în zonele cu zidărie aparentă de cărămidă. în prezent, în aceste zone temperatura peretelui exterior depășește 100°C.

Refacerea izolațiilor pe canalul de gaze de ardere. In prezent, pe alocuri izolația este deteriorată și nu este acoperită cu tablă.

Proiectarea și testarea unui sistem de etanșare a gurii de încărcare, pentru reducerea infiltrațiilor de aer în cuptor.

Montarea unei trepte suplimentare de preîncălzire a aerului în canalul de gaze de ardere, pentru recuperarea căldurii în perioadele când necesarul de abur este redus, spre exemplu vara. Astfel se poate reduce consumul de combustibil gazos prin creșterea temperaturii de preîncălzire a aerului.

CONCLUZII

In urma prelucrării datelor obținute prin măsurători au rezultat următorii indicatori tehnico-economici ai agregatului:

Randamentul termic al procesului tehnologic: t = 43,464 %

Randamentul utilizării combustibilului: c = 57,795 %

Coeficientul de recuperare a căldurii: = 18,369 %

Consumul specific de căldură a procesului: q = 1.358,726 kJ/kg oțel

Consumul specific de combustibil al procesului: b = 34,731 Nm3 CH4/t oțel

In urma analizei bilanțului, s-au propus unele măsuri pentru creșterea eficienței energetice a procesului. Bilanțul optimizat conduce la obținerea următorilor indicatori:

Randamentul termic al procesului tehnologic: t = 50,967 %

Randamentul utilizării combustibilului: c = 67,062 %

Coeficientul de recuperare a căldurii: = 19,773 %

Consumul specific de căldură a procesului: q = 1.158,686 kJ/kg oțel

Consumul specific de combustibil al procesului: b = 29,251 Nm3 CH4 /t oțel

3.3 CUPTORUL ADANC

3.3.1. Descrierea cuptorului

Cuptorul adânc analizat face parte dintr-un laminor degrosisor și de semifabricate, care laminează lingouri de 1,41 până la 51, de diferite mărci de oțeluri , in blumuri și țagle destinate relaminării sau forjării.

Alimentarea cuptoarelor adânci se face cu lingouri în stare caldă și rece. Lingourile calde provin de la oțelăria electrică, fluxul de alimentare în acest caz fiind oțelăria electrică – stripar – cuptoare adânci. Lingourile în stare rece sunt lingouri din oțeluri ce necesită o răcire dirijată – acestea rezultă din răcirea șarjelor calde în urma unor evenimente care au loc pe fluxul alimentării cu șarje calde si lingouri primite din exterior pentru a fi laminate. In această situație, fluxul de alimentare este depozitul de lingouri – cuptoare adânci.

Principalele utilaje de bază care intră în componența subsecției de încălzire și care interesează din punct de vedere energetic sunt:

cuptoare adânci;

cazane recuperatoare.

Fiecare celulă de cuptor adânc este dotată cu utilaje și instalații proprii de deservire printre care:

arzător;

ventilator pentru aerul de combustie;

recuperator pentru preîncălzirea aerului de combustie.

Caracteristicile funcționale ale cuptorului adânc sunt:

-mărimea șarjei: – nominal 401;

– maxim 501;
-minim 16,81.

-masa lingourilor: – maxim 51;

-minim 1,41.

-înălțimea lingourilor: – maxim 2200 mm;

-miniml400mm.

-grosimea capului lingoului: – maxim 650 mm;

-minim 450 mm.
-numărul lingourilor 10..12bucăți.

capacitatea termică instalată 3.000.000 kcal/h.

combustibil: gaze naturale Pci = 8400 kcal/m N.

tipul arzătorului – cu jet turbionar.

-temperatura in cuptor – maxim 1320 C.

Instalația de ardere. Utilajele care fac parte din instalația de ardere a cuptoarelor adânci sunt:

arzătoarele: capacitate 3 000 000 kcal/h;

ventilatoarele: tip V2 710/3.

Arzătoarele au o funcționare cu gaz metan 80 % și alta cu 20 %.

Tipul arzătorului: de mare viteză, cu jet central pentru 20 %, debit reglabil. Funcționarea este cu gaz metan, Pci = 8 400 kcal/m N și aer cald. Debitul de gaz metan este: maxim = 350 m N/h (jet principal ** 280 m N/h și jet central» 70 m N/h) și minim = 25 m3N/h (jet central reglat 36 %). Debitul de aer este: maxim = 3 300 m3N/h (jet principal = 2 640 m3N/h și jet central = 660 m3N/h) și minim – 230 m3N/h (jet central reglat 36 %). Temperatura aerului cald este de maxim 400 °C.

Ventilatoarele furnizează aerul necesar combustiei în funcționarea cu aer rece, aerul fiind absorbit de ventilator din atmosferă și introdus direct, fără preîncălzire, în conducta de aer a instalației de ardere care îl aduce până la arzător. In cazul când se merge pe "aer cald", ventilatorul introduce aerul în recuperatorul de radiație care îl preîncălzește și apoi îl trimite către arzător prin conducta de aer cald a instalației.

Tipul ventilatorului: centrifugal monoaspirant. Presiunea este 830 mm H2O. Utilizare: aer de combustie atmosferic de 20 °C. Temperatura ambiantă este de maxim 40 °C.

Recuperatorul de radiație. Recuperatorul de radiație servește Ia preîncălzirea aerului de combustie necesar arderii în cuptoarele adânci. Este necesară recuperarea căldurii din gazele de ardere datorita faptului că acestea pot atinge la intrarea în recuperator o temperatură de până la 1100 °C.

Temperatura aerului la ieșirea din recuperator poate atinge maxim 400 °C. Aerul preîncălzit iese pe la partea superioară a recuperatorului și intră în conducta de aer cald a instalației de ardere. Aerul rece, aspirat din atmosferă de către un ventilator, este introdus pe la partea inferioară a recuperatorului.

Caracteristicile tehnice ale acestui recuperator sunt:

temperatura aerului la intrarea în recuperator: 20 °C;

temperatura aerului la ieșirea din recuperator:

maximă: 400 °C;

minimă: 250 °C;
-medie:300°C;

temperatura gazelor arse la intrarea in recuperator:
-maximă: 1100 °C;

minimă: 800 °C;

medie: 950 °C;

temperatura gazelor arse la ieșirea din recuperator:

maximă: 800 °C;
-minimă: 600 °C;

medic: 700 °C;

pierderea de presiune pe partea aerului: maxim 250 mm H2O;

capacitatea termica maxima: 424 000 kcal/h;

suprafața de încălzire pe partea gazelor arse; 18,5 m .

3.3.2 Bilanțul termic

Date si parametri referitori la cuptor

incarcatura si produsul principal

Încărcătura și produsul principat Tabel 3.15

aria suprafețelor și temperatura pereților (primul perete este vopsit cu vopsea de aluminiu)

Aria suprafețelor și temperatura pereților Tabel 3.16

radiația orificiilor și neetanșeităților

Tabel 3.17:Radiația prin orificii și neetanșeități

zidăria

Tabel 3.18:Caracteristicile zidăriei

durata șarjei: 6h

Date și parametri referitori la arderea combustibilului

a) combustibilul: gaz metan

-debitul:345m3N/h

puterea calorică: 33689 kJ/m3 N

temperatura la intrarea în arzător: 20°C

b) aerul de combustie introdus

– debitul: 5665 m3N/h
-temperatura la intrare: 20 oC

gazele arse:

– temperatura gazelor: 1250 C

entalpia gazelor la ieșirea din preîncălzitor: 710,2 (kJ/ m3N)

Alți parametri

temperatura mediului ambiant: 20C

presiunea barometrică: 101325 Pa

Bilanțul cuptorului Tabel 3.19

Soluții de optimizare

1. Instalația de ardere

Arzătoarele pentru cuptoarele adânci trebuie să conțină două arzătoare de 80 % și respectiv 20 % pentru a menține un impuls ridicat în flacără și în perioada de egalizare când debitele sunt scăzute, pentru a se putea realiza o mai bună uniformizare a temperaturii lingoului prin recircularea gazelor de ardere.

Ambele arzătoare trebuie executate conform unei concepții noi de arzător cu impuls mărit, care să conducă la o puternică recirculare a gazelor de ardere.

Totodată, arzătoarele trebuie să realizeze o temperatură uniformă în jet pe lungimea cuptorului, să fie de tip LOW NOX pentru a realiza emisii de noxe cât mai reduse.

2. Instalația de recuperare a căldurii gazelor de ardere

Pentru creșterea gradului de recuperare și reducerea consumului specific de combustibil este necesar ca preîncălzitorul de aer să realizeze ridicarea temperaturii aerului de combustie până la 500 °C. Această modificare a preîncălzitorului actual de radiație se poate realiza cu investiții minime, îmbunătățind transferul de căldură în preîncălzitorul de radiație actual. De asemenea, trebuie etanșat canalul de evacuare a gazelor pentru a nu mai exista aspirații de aer fals. Aerul fals aspirat înainte de recuperatorul de căldură conduce la scăderea temperaturii de intrare a gazelor în recuperator, cu consecințe negative asupra transferului de căldura către aerul preîncălzit.

CAPITOLUL 4

ANALIZA ENERGETICA A CUPTORULUI CU ARC DE TIP EBT

4.1. Descrierea instalației

Cuptorul electric cu arc de tip EBT( excentric bottom taping) constituie agregatul modern utilizat in prezent in siderurgia mondiala pentru topirea si afinarea incarcaturii metalice. Cuptorul este astfel conceput încât evacuarea otelului din incinta sa se efectueze printr-un orificiu practicat in vatra, intr-o poziție excentrica.

Spre deosebire de cuptoarele electrice cu arc clasic, cuptoarele de tip EBT asigura doar topirea si afinarea incarcaturii metalice, restul fazelor de elaborare (desulfurare, dezoxidare, corecții compoziție chimica, omogenizare termica) desfasurandu-se in instalații secundare de tip LF.

Cuptorul EBT dispune de numeroase dotări pentru intensificarea topirii: arzătoare oxigaz, lănci supersonice, pereți si bolta răcita, functioneare in regim UHP, conducere computerizata a procesului. Datorita modernizării de care dispune cuptorul EBT, consumul specific de energie electrica scade la valori de 400-450 kWh/t )la care se adăuga cca 40 kWh/t in instalația LF), comparativ cu peste 500 kWh/t, care este un consum specific acceptabil al unui cuptor electric clasic.

4.2. Bilanțul de materiale

Materia prima folosita pentru elaborarea otelului este prezentata in următorul tabel.

Tinand seama de cantitatile si compozitiile acestor materiale, s-au calculat cantitatile de C, Si, Mn, P, S, Fe, O2 si alte elemente intrate in bilanțul de materiale, precum si cantitatile existente in otelul lichid. Toate consumurile s-au raportat la 1000kg hotel lichid.

Tabel 4.1;Materiale intrate in cuptor

Tabel 4.2:Compoziția chimica a materialelor încărcate in cuptor, %

Tabel 4.3

Compoziția chimica a zguri lichide , %

Tabel 4.4

4.3. Bilanțul energetic

Pentru calculul termenilor de bilanț sunt utilizate date din tabel.

Datele de calcul inițiale Tabel 4.6

4.3.1 Relațiile de calcul utilizate

Călduri intrate

Căldura dezvoltata de arcul electric :

Qce = 860 * Wce kJ/t Căldura reacțiilor exoterme(Qex)

Căldura sensibila a incarcaturii:

Qsm= tm- (cfv * Gfv + cg * Gg + cv * Gv + ck * Gk + cf * Gf) kJ/t

Căldura sensibila a oxigenului insuflat:

QSOX = VOX * cOX * tOX kJ/t

Căldura sensibila a aerului aspirat in cuptor:

Qsa=Va *ca * ta kJ/t

Total căldura intrata:

Qintr = Qce + Qex + Qsm + Qsox + Qsa kJ/t

Călduri iesite:

Căldura sensibila a otelului lichid :

Qex = Got * [cot(ttop – tmed)+ topot + cot(tf – ttop)] kJ/t

Căldura consumata pentru evaporarea umiditatii din incarcatura :

Qum = Gum * [capa(100 – tmed) + vap + cvap * (tf – 100)] kJ/t

Căldura sensibila a zgurii lichide :

Qzg = Gzg * [czg * tzg + topzg ] kJ/t

Căldura sensibila a gazelor arse :

Căldura preluata de praful antrenat de gazele arse :

Qpraf = Gpraf * cpraf * tpraf kJ/t

Căldura consumata cu reacțiile endoterme (Qend)

Căldura pierduta prin mantaua cuptorului:

Căldura pierduta prin bolta , pereții si vatra cuptorului este cuprinsa intre 5 – 10 % din totalul căldurii intrate . Se adopta 8%.

Qpm = 0,08 * Qintr kJ/t

Căldura pierduta cu apa de răcire :

Qapa = Gapa * capa( tc – ti) * sarja * 1/P kJ/t

Căldura pierduta prin radiație in timpul insuflării oxigenului si grafitului:

Total căldura ieșita:

Qies = Qot + Qum + Qzg + Qga + Qpraf + Qend + Qpm + Qapa + Qprad kJ/t

4.3.2. Concluziile bilanțului energetic

Analizele chimice ale gazelor arse la evacuarea din cuptorul EBT au permis sa se determine limitele de variație a concentrației CO in gaze în diferite perioade ale procesului tehnologic .

Astfel, in perioadele de funcționare a cuptorului fara insuflare de oxigen si grafit, procentul de CO variază intre 3,0 – 5,2% , in timp ce oxigenul are valori cuprinse intre 4,2 – 9,8%.

O data cu insuflarea oxigenului si grafitului, concentrația CO în gaze creste la valori intre 8,3 -11,8% , in timp ce oxigenul scade la valori cuprinse in intervalul 1,1 – 1,7% . Tinand seama ca duratele de insuflare durează 48 minute din totalul de 65 minute de funcționare efectiva a cuptorului (topire + afinare), media ponderata a compoziției gazelor se prezintă astfel:

COmed = 9,8% : O2med = 2,9% : CO2med = 83,5% :

Din efectuarea bilanțului de materiale al cuptorului rezulta ca o mare cantitate de fier (46kg/t) se raceste in praful antrenat odată cu gazele . Deoarece , in prezent, nu se cantareste cantitatea de praf captata in instalația de desprăfuire , am utilizat aceasta valoare rezultata prin calculul de bilanț, De altfel , pierderea de fier este evidenta atâta timp cat consumul specific de fier vechi are valori exagerate ( 1168kg/t).

Bilanțul energetic calculat permite determinarea randamentului termic al procesului tehnologic :

Qutil – căldura utila

Qintr.- căldura intrata

Căldura reacțiilor exoterme reprezintă in situația actuala 29,11% . Aplicarea post-combustiei vizează creșterea acestui procent prin arderea CO din gazele arse la CO2 cu degajare de căldura suplimentara , permitand astfel reducerea corespunzătoare a consumului specific de energie electrica ( in prezent 530kwh/t).

4.4. Aplicarea post-combustiei la cuptorul EBT

4.4.1. Bilanțul de materiale

Post-combustia in cuplorul electric presupune arderea monoxidului de carbon cu un aport suplimentar de oxigen, astfel încât căldura de reacție sa fie utilizata in procesul tehnologic . Cu alte cuvinte , arderea carbonului din incarcatura se produce in doua etape , conform reacțiilor:

C + 1/2O2 = CO; CO + 1/2O2 = CO2

Din cele doua relații rezulta :

C + O2 = C O2

adică , in incinta cuptorului, carbonul care arde (Cars) reactioneaza cu oxigenul, producând integral CO2 (Cars= 15,26kg/t.)

Fata de bilanțul de materiale calculat pentru situația actuala , se modifica următoarele date in cazul aplicării post-combustiei.

Pornind de la ipoteza ca C arde complet la CO2 se calculează cantitatea de CO2 :

CO2 = Ca • 44/12 = 15,26 • 44/12 = 55,95 kg/t

Oxigenul legat in CO2 este :

O2= 55,95 * 33/44 = 40,72 kg/t

Admitand faptul ca , in ciuda reglării dinamice , cu echipamentul de captare a gazelor, a depresiunii din cuptor la o valoare foarte aproape de zero , cantitatea de aer aspirata in cuptor este aceiași ca in situația actuala , rezulta :

Volumul de azot:

N2 = 1,62m3N/t sau 2,02 kg/t Aerul aspirat in cuptor:

Va = 1,62/0,79 = 2,05 m3 N/t

Volumul de gaze arse:

SO2 = 0,13 m3 N/t

O2(aspirat) = 0,43 m3 N/t

N2(aspirat) = 1,62 m3 N/t

Volumul de gaze arse 30,68 m2 N/t. Oxigenul necesar arderii celor 3,10 kg CO/t la CO2 (oxigen pentru post-combustie) este:

O2PC = 3,10 * 16/28 = 1,77 kg/t sau 1.77 * 22,41/32 = 1,24 m3 N/t

Tinand seama de aceste modificări, bilanțul de materiale, corespunzător aplicării post-combustiei, se regaseste in tabelul …

Emisia termica degajata prin arderea integrala a celor 15,26 kg/t de C este :

15,26 * 97,650/12 = 124,170 kcal/t = 520,023 KJ/t

Fara post-combustie , prin arderea a 13,93 kgC/t la CO2 si respectiv 1,33 kgC/t la Co , rezulta următoarea cantitate de căldura :

113,355 + 3,126 = 116,481 kcat/t = 487,822 KJ/t

Diferența intre cele doua călduri exoterme , calculate mai sus , constituie energie termica disponibilizata prin aplicarea procedeului post-combustie , adică :

Qdisp = 124,170 – 116,481 = 7,689 kcal/t sau 8,9 kwh/t

Costul aportului de O2 pentru realizarea post combustiei, este neglijabil având in vedere economia de energie realizata prin reducerea duratei șarjei.

4.4.2.Calcului bilanțului energetic in situația aplicării post-combustie

Prin aplicarea post-combustiei la cuptorul EBT se modifica următoarele :

Consumul specific de energie electrica se reduce cu 8,8 kwh/t,
Wee = 530 – 8,9 = 521,1 kwh/t; ceea ce înseamnă :

Qee = 860 • 521,1 = 448,146 kcal/t = 1873,25 KJ/t

Căldura reacțiilor exoterme creste cu 7689 kcal/t = 32140,02 KJ/t

Qex = 188,033 + 7,689 = 195,722 kcal/t = 818,117 KJ/t

Volumul de oxigen insuflat creste datorita volumului de oxigen insuflat suplimentar pentru post-combustie:

Vox = 19,4 + 1,24 = 20,64 m3N/t

Qox = 20,64 • 0,313 • 15 = 97 kcal/t = 405,46 KJ/t

Totalul căldurii intrate se modifica astfel:
Qintr = 646,047 kcal/t

Volumul gazelor arse este Vga = 23,288 kcal/t = 97,343 KJ/t
Qga = 23,288 kcal/t

Căldura pierduta prin mantaua cuptorului se modifica astfel:

Qpm = 0,08 • 646047 = 51,680 kcal/t = 216,022 KJ/t

In tabelul … se prezintă structura bilanțului energetic al cuptorului EBT cu post-combustie

Randamentul termic al procesului tehnologic in situația aplicării post-combustiei este :

Qutil – căldura utila (Qtotal + Qum)

Qintr – căldura intrata

4.4.3. Analiza energetica a aplicării post-combustiei

Consumul de oxigen in cuptorul EBT este in prezent de 19,4m3N/t. Prin aplicarea post-combustiei este necesar un consum suplimentar de 1,24 m3N/t. Deci consumul total devine :

19,4+ 1,24 = 20,64 m3N/t

In tabelul 4.6. se prezintă comparativ consumurile specifice de oxigen la cuptoare electrice moderne si după aplicarea post-combustiei

Tabelul 4.10 . Consumuri specifice de oxigen la cuptoare electrice

Consumul specific de oxigen la cuptorul electric EBT analizat este fara PC de 19,4 m3N/t si cu PC , de 20,64 m3N/t. Comparativ cu alte cuptoare performante trebuie menționat faptul ca acest cuptor nu are in dotare arzătoare oxi-combustibil.

In ceea ce privește consumul de oxigen necesar in cazul aplicării post-combustiei, acesta a fost calculat, pe baza determinării concentrației CO in gazele arse prin măsurători . Teoretic , necesarul de oxigen pentru arderea CO la Co2 este de numai 1,24 m3N/t, ceea ce conduce la un consum total de oxigen de 20,64 m3N/t.

Prin aplicarea post-combustiei se obține o creștere a căldurii reacțiilor exoterme in cuptor cu 7689 kcal/t, ceea ce permite reducerea consumului specific de energie electrica cu 8,9kwh/t. Având in vedere faptul ca un consum de oxigen suplimentar pentru post-combustie implica un consum de energie electrica de 0,65kwh/ m3N oxigen rezulta ca cei 1,24 m3N/t de oxigen pentru PC înglobează :

0,65 • 1,24 = 0,8 kwh/t

Deci, economia neta de energie electrica este de :

8,9-0,8 = 8,1 kwh/t

In ceea ce privește randamentul termic al procesului tehnologic în situația utilizării post-combustiei, acesta nu se modifica fata de situația actuala pentru ca se compensează căldura reacțiilor exoterme ( mărita cu căldura dezvoltata de arcul electric ( micșorata corespunzător prin scăderea consumului specific de energie electrica).

Tabel 4.11: Valorile energetice atribuite combustibililor, energiei electrice , fluidelor energetice si ale unor materiale specifice

CAPITOLUL 5

ELEMENTE DE IMPACT ASUPRA MEDIULUI

5.1 INSTALATIA DE DESPRAFUIRE

DATE TEHNOLOGICE

Odată cu intensificarea funcționării cuptorului, deci a creșterii cantităților de gaze produse, în vederea ecologizării proceselor de elaborare și pentru încadrarea în actuala legislație de mediu se impune și modernizarea înstalațiilor aferente de captare și epurare a gazelor arse, conform noilor condiții tehnologice , care sunt:

Capacitate cuptor = 75 t. oțel lichid / șarjă

Putere transformator = 50 MVA

Debit 02 insuflat = max. 3000 Nm3 02/ h

Debit carbon injectat = 5-^10 Kg/min.

Arzătoare = 4 arzătoare oxigaz

Timp șarjă = 60 minute

SCOPUL INSTALTIILOR DE EPURARE GAZE ARSE

Intregul sistem final de instalații de desprăfuire, este conceput să asigure :

Condiții corespunzătoare de conținut de praf în interiorul clădirii oțelăriei când cuptorul electric și instalația LF sunt în funcțiune .

Prevenirea emisiilor de praf în zonele de lucru aferente CE și LF .

Captarea, epurarea și, în final, evacuarea în bazinul atmosferic a gazelor arse produse în procesul tehnologic, cu realizarea încadrării în limitele admisibile pentru emisii, deci, prevenirea poluării aerului.

Situația existentă a captării și epurării gazelor arse

Instalația complexă de captare și epurare a gazelor produse în cuptorul electric, cu capacitatea de 70 t și în instalația L.F. 70 t aferentă acestuia, se compune, în prezent, din captarea gazelor din cuptor și din capacul instalației LF numai prin circuit primar, apoi prin conducte subterane din zidărie care conduc gazele la o baterie de 4 răcitoare cu convecție forțată, iar după acestea, un filtru cu saci de cea. 4200 m , cu decolmatare cu aer comprimat, două exhaustoare cu debit variabil și un coș metalic cu diametrul la evacuare 0=3.800 mm. Debitul de gaze al instalației existente, conform măsurătorilor COST, este de 630.000 m3/h

Performanțele instalației sunt considerate nesatisfacătoare, în principal din cauza condițiilor proaste de funcționare a circuitului primar .

SOLUȚIA FINALĂ

Având în vedere deficiențele existente, precum și modernizarea cuptorului și creșterea productivității sale la 75 t / 60 minute, se impune redimensionarea parametrilor instalației de captare și epurare gaze arse, folosind, însă, resursele existente. Astfel, se vor realiza, în final, 2 circuite independente folosind pentru unul instalația existentă, iar pentru al doilea o instalație nouă, dar dimensionată numai la strictul necesar, care este mai mic pentru captarea primară. Conform acestei soluții trebuie realizate următoarele secvențe :

Circuitul primar.

Conducta existentă, din țevi răcite cu apă, având  1.600, formată dintr-un tronson drept și un cot, va fi verificată și se va renunța la cot . Tronsonul drept, orizontal, se va păstra numai dacă este în bună stare și se va potrivi cu dimensiunile racordului de pe bolta nouă a cuptorului modernizat.

Se va realiza o cameră nouă de postcombustie, formată, la partea superioară din țevi răcite cu apă, iar în zona pâlniei de colectare a prafului, din tablă căptușită refractar. In această cameră se vor asigura și condiții pentru o primă separare, gravitațională, a prafului din gaze, imediat după preluarea lor din bolta cuptorului . Se are în vedere prefabricarea componentelor astfel încât montajul lor să se facă în timp foarte scurt,

Praful depus în această cameră va fi extras cu un transportor cu lanț în țeava .

Gazele arse ale circuitului primar vor fi conduse la bateria de răcitoare atmosferice cu convecție forțată prin canalele subterane existente, dar refăcute corespunzător . In canal se vor monta țevi de aspirație a prafului depus care vor fi aduse la nivelul perdoselii pentru a fi racordate la un aspirator industrial de praf pentru curățire periodică.

Răcitoarele existente pe acest circuit asigură răcirea gazelor arse, dar îndeplinesc și funcția de reținere de scântei.

După răcitoarele atmosferice, la cererea expresă a beneficiarului se poate monta încă un separator de scântei.

Gazele arse vor fi epurate într-un filtru nou cu saci, preferabil din import, care se va amplasa în apropierea celui existent Filtrul nou cu saci este utilajul principal de epurare al circuitului primar ( al gazelor captate direct din cuptor). Decolmatarea sacilor poate fi realizată fie prin suflare inversă, cu ajutorul unui ventilator special livrat odată cu filtrul, fie prin suflare cu aer comprimat (sistem "puls-jet").

Vehicularea gazelor arse din acest circuit va fi asigurată de 2 buc. exhaustoare principale (noi), amplasate între filtrul cu saci și un coș, deasemenea nou. Acestea vor avea clape de reglare și pornire pe conductele de aspirație și se vor livra, obligatoriu, împreună cu o serie de accesorii și anume : racorduri (compensatori) pe aspirații și refulări, echipamente pentru măsurări ale parametrilor de funcționare (vibrații, turații, temperaturi lagăre, etc. ). Se propune, în mod expres, procurarea lor din import, deoarece, de funcționarea ireproșabilă a acestora, depinde tot bunul mers al instalației de captare și epurare. In plus, se vor solicita, obligatoriu, variante cu echipamentul de asigurare a debitelor variabile .

Circuitul secundar.

Realizarea unei hote de captare a gazelor la nivelul acoperișului halei, cu toate lucrările necesare de consolidare a structurii de rezistentă a halei. Prin aceasta se vor prelua gazele arse care nu pot fi captate în perioada încărcării cuptorului, precum și cele care scapă pe lângă electrozi în celelalte faze de elaborare a oțelului.

Această hotă nouă se va racorda la filtrul existent, care este în stare bună de funcționare, după întreruperea legăturii actuale dintre ieșirea din bateria de răcitoare și. filtrul cu saci.

Pentru protejarea pânzei filtrului împotriva scânteilor antrenate direct prin hotă, se va intercala un utilaj suplimentar, nou pentru reținerea acestora între hotă și filtru .

Inaintea filtrului va fi montată o clapă de aer fals prin care, pentru protejarea filtrului cu saci, se poate aspira aer atmosferic, pentru răcirea gazelor filtrate, până sub temperatura de 130 °C. Această clapă, normal închisă, reprezintă un element de siguranță suplimentară a instalației.

Ventilatoarele și coșul existent rămân așa cum sunt în prezent, fără nici o modificare .

In acest fel se va realiza o captare secundară a gazelor arse printr-un circuit independent.

Conducta de legătură între circuite .

Se va realiza o conductă de legătură (by-pass) între circuitul primar și cel secundar . Conducta va avea diametrul de 2.400 mm. .

Această legătură între circuite va fi prevăzută cu clape de închidere-deschidere * astfel încât, în situații speciale, să se poată interconecta oricare dintre circuite la orice filtru, sau să poată fi racordate circuitele împreună la fiecare filtru în parte .

Conducta de by-pass este o conductă „normal închisă" . Ea va deveni funcțională numai în situații cu totul speciale .

5.2 CUPTORUL CU VATRA PASITOARE

Impactul asupra factorului de mediu aer

Impactul asupra factorului aer, este dat de evacuarea gazelor de ardere, de la cazanul recuperator și de scăpările de gaze de ardere din cuptorul cu vatră pășitoare.

Evacuarea gazelor de ardere se realizează, prin refularea exhaustorului direct în atmosferă. Valorile măsurate ale concentrațiilor de poluanți sunt prezentate în tabelul nr. 4.12.

Tabelul nr. 4.12: Valorile măsurate ale compoziției gazelor de ardere

Impactul asupra factorului de mediu apă

Apele reziduale – un debit de cea 1000 m /h – sunt evacuate la rețeaua de canalizare.

Nu există stație de epurare, pentru respectarea condițiilor legale realizându-se diluția apei reziduale. Pierderile de produse petroliere se separă gravitațional, pentru aceasta existând separatoare de ulei.

Din punct de vedere al temperaturii, apa de răcire de la cuptorul cu vatră pășitoare se încadrează în limita maximă admisă, de 40 °C, având valoarea de 18 °C chiar înainte de diluție.

CONCLUZII

Obiectivul general al elaborării acestei lucrării consta in dorința de a investiga procesul tehnologic, de a identifica eventualele imbunatatire a eficientei energetice având un efect tehnic si economic in special asupra consumului de fluide energetice care au pondere importanta in prețul de cost al produsului si asupra productivitatii .

Lucrarea este structurata pe 5 capitole judicios alese si echilibrat prezentate, având in vedere cerințele consumatorului astfel:

Capitolul 1 – Strategia energetica a României in perioada 2007-2020

Cuprinde noțiuni generale privind strategia energetica a României, ,obiectivele strategice : securitatea energetica, durabilitate, competitivitate. Capitolul mai cuprinde obiectivele dezvoltării sectorului energetic precum si masurile necesare realizării acestor obiective.

Capitolul 2 – Analiza energetica in cadrul unui consumator industrial metalurgic

Cuprinde noțiuni generale despre analiza energetica, modul de întocmire a analizei enegetice, importanta bilanțului energetic, posibilitati de imbunatatire a eficientei energetice. Analiza energetica pune in evidenta schimburile cu exteriorul , schimburile dintre componentele sistemului precum si modul in care sunt valorificate resursele energetice.

Capitolul 3 – Analiza energetica a principalelor instalații de pe fluxul produselor metalurgice

Cuprinde o prezentare a principalilor consumatori de energie in cadrul fluxului de produse metalurgice. Principalele instalații sunt: cuptorul cu arc electric, cuptorul cu vatra pasitoare, cuptorul adânc. După descrierea instalațiilor un accent deosebit s-a pus pe întocmirea bilanțurilor energetice, a bilanțului materialelor intrate in procesul de obținere a otelului lingou, precum si pe masurile propuse pentru creșterea eficientei energetice a instalațiilor.

Capitolul 4 – Analiza energetica a cuptorului de tip EBT

In acest capitol este prezentat cuptorul electric de tip EBT. Modul de funcționare. Bilanțul energetic al fluidelor energetice in situația aplicării post combustiei si fara post combustie. Prin aplicarea post-combustiei se obține o creștere a căldurii reacțiilor exoterme in cuptor, ceea ce permite reducerea consumului de energie electrica si creșterea eficientei energetice a utilajului

Capitolul 5 – Elemente de impact asupra mediului si norme de protectia muncii.

In acest capitol este prezentata instalatia de desprafuire a cuptorului EBT precum si elemente de impact asupra mediului lin cazul cuptorului cu vatra pasitoare.