Odpadna energija v Železarni Štore UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Zoran Veber Zvone Markovič Viktor Logar Opisani so rezultati in ugotovitve izdelane študije odpadnih energij z opisom kombiniranega rekuperatorja za kupolki, ki smo ga razvili zaradi tehnoloških potreb, rezultatov omenjene študije in njegove ekonomske upravičenosti. 1. UVOD Večletna intenzivna razvojna aktivnost v železarni Štore na področju energetike, katere sestavni del je racionalna proizvodnja, kvalitetna distribucija, pretvorba in poraba energije, obsega: — energetsko oskrbo železarne Štore in vodenje energetike glede na tarifne sisteme, — razvoj in izdelavo metalurških naprav, — izkoriščanje odpadne energije in zmanjševanje porabe energije. Rezultati dela na tem področju so razvidni s si. 1 in si. 2, saj se poraba energije od leta 1981 kljub povečani proizvodnji zmanjšuje. 2. Odpadne energije železarne Štore Izdelava študije odpadnih energij je bila nadaljevanje raziskovalnega dela, ki je bilo opravljeno z izdelavo materialnih in toplotnih bilanc metalurških naprav in dveh katastrov odpadnih toplot. Študija obsega: — analizo stanja, — urno povprečno razpoložljivo odpadno energijo, — temperaturne nivoje nosilcev odpadne energije, — kontinuiteto razpoložljivosti odpadne energije, — tehnične rešitve za uporabo odpadne energije, — višino doseženih prihrankov pri uvedbi obdelanih tehničnih rešitev, — ukrepe za racionalnejšo porabo energije brez finančnih vlaganj. Ugotovili smo, da se v železarni Štore vrača energija, pridobljena iz odpadnih toplot in delne porabe plavžnega plina, v višini 4 % celotne dovedene primarne energije. Stanje na toplotnih izmenjevalcih, ki so instalirani v železarni, je zaskrbljujoče, saj so starejši od 10 let, dotrajani, v nekaterih primerih pa obratujejo z nepravilnim režimom. Obdelali smo metalurške naprave v tistih TOZD, ki porabijo 93 % energije v železarni Štore. V tabeli 1 je Avtorji članka so: Zoran Veber, dipl. inž. met. — tehnolog v livarni II Zvone Markovič, dipl. inž. str. — vodja projektivnega oddelka Viktor Logar, dipl. inž. met. — vodja TOZD energetike -----el. energija -----koks ------poraba ptina -------skupna poraba plina in mazuta - poraba primarne energije Slika 1 Poraba energije v Železarni Štore Fig. 1 Energy comsumption in the Štore Irontvorks prikazana povprečna urna razpoložljiva odpadna energija. Ekonomska opravičljiva pridobljena energija iz odpadnih energij je v višini 35,15%. Letno bi pridobili 327,75. 10" J energije. Ta količina pa predstavlja že 15,23 % porabe primarne energije železarne v letu 1983. Veliko energije pa se lahko prihrani tudi z ukrepi, za katere ni potrebno investicijskih vlaganj. Ti ukrepi so: — dvigati izobrazbeni in tehnični nivo delavcev in jim pri izobraževanju prikazati ekonomski smisel pravilnega in vestnega ravnanja z napravami. — dodatno stimulirati tista delovna opravila, ki vplivajo na zmanjševanje specifične porabe energije. — stalen nadzor agregatov proizvodnih in vzdrževalnih TOZD, takojšnje obveščanje o nastalih pomanjkljivostih ter njihova odprava, ---gen plin ------T H plin ................rjavi premog -----mazut ----ZP+ TNP , Ž d s 1978 1979 1980 1981 1982 1983 Skupna proizvodnja ---Specificna poraba energije Slika 2 Specifična poraba energije in proizvodnja v Železarni Štore Fig. 2 Specific energy consumption and the production in the Štore Ironworks Razpoložljiva toplota po TOZD C9 J/h Elektroplavž 5 7,82 Jeklarna 33,67 Valjar na 1 10,22 Valjarna II 16,87 Livarna / 4.60 Livarna II 4,67 Jekbvlek 1,80 Ogrevanje DO 1,76 Skupaj 131,41 — tromesečni pregled agregatov in njihova optimizacija, — pred vsako novo investicijo (izdelavo investicijskega programa) in med njeno izgradnjo najtesnejše sodelovanje med proizvodnimi TOZD, ustreznimi službami in vzdrževalnimi TOZD, — izvesti optimizacijo naprav po kakršnikoli njihovi rekonstrukciji ali pa pred začetkom obratovanja novih naprav, — pri načrtovanju in nabavi novih naprav izbira ali izdelava takšnih, ki imajo čim manjše specifične porabe in kompleksne rešitve. 3. SEVALNI IN KONVENCIJSKI REKUPERATOR Z DODATNIM IZKORIŠČANJEM TOPLOTE PRI KUPOLKI NA VROČI ZRAK TOZD livarna strojne litine ima v svojem obratu instalirani kupolki s svetlim premerom 650 mm in storilnostjo 4 t/h. Kupolki imata skupni sevalni rekuperator, ki zaradi dotrajanosti ne obratuje. S tem rekuperator-jem smo ogreli zrak za podpih do 320°C pri 70% porabi proizvedenih kupolnih plinov in stalnim dodatnim kurjenjem s plinskim gorilnikom, zmogljivosti 450. 106J/h. Varovanje sevalnega rekuperatorja je bilo le na max. dovoljeno temperaturo v zgorevalni komori (900°C). Kupolni dimni plini, ki so neuporabljeni izhajali na prosto s temperaturo cca 460°C in pa plini iz rekuperatorja (temperatura 650—700°C) so onesnaževali okolico s prašnimi delci. Zaradi tehnoloških potreb, velikih izgub obstoječe naprave z onesnaževanjem okolice, smo pristopili k izdelavi takšne naprave, ki bo odpravila te pomanjkljivosti. Na podlagi spoznanj iz študije odpadnih energij je bil izdelan elaborat in projekt za izvedbo novega rekuperatorja. Glavna vodila pri razvoju in projektiranju rekuperatorja so bila: — varnost obratovanja, — velika zanesljivost obratovanja, Dimnik Vroča voda 110° C Voda 90 "C Zrak za podpih 20'C Ogreti zrak 200°C .....mm' j - -i m • < Toplotni izmeni evalnik Hladilni zrak Konvekajskirek up eralor Hladilni zrak U___ Ogreli zrak za r' podpih 500° C ^ Gorilnik Vario 0 600 ZPZ-CV Jaskovni plini --=- -- Sevalni rekuperator Zgorevalna komora Hladilni zrak Zrak za zgorevanje Ciklon Prah Slika 3 Shema rekuperatorja Fig. 1 Scheme of recuperator — maksimalna dopustna velikost delavcev v dimnih plinih pri izstopu iz rekuperatorja 0,004 mm, — uporaba celotne količine kupolnih plinov, — ogretje zraka iz 20 °C na 500 °C, — maksimalna izstopna temperatura dimnih plinov iz rekuperatorja 250 °C, — maksimalna zunanja temperatura sklopov reku-peraotrja (razen toplotnih mostov) 70 °C, — dodatno kurjenje rekuperatorja samo v začetku obratovanja, — temperatura vstopne vode v tekočinski izmenje-valnik 90 °C, — temperatura izstopne vode iz tekočinskega izme-njevalnika 110°C. Shema rekuperatorja je vidna na si. 3 Zaradi spreminjajočih se obratovalnih pogojev (neenakomerna višina vsipa, neenakomeren odvzem taline, spreminjajoča kosovnost vložka in različna kvaliteta koksa) se med obratovanjem spreminja sestava, količina in temperatura kupolnih plinov. Te spremembe pa povzročajo termične preobremenitve naprave. Na si. 4 je prikaz varovanja. Od razpoložljive odpadne energije kupolk in dodatno dovedene energije v rekuperator (5.955.554.000 J/h) se je pri starem rekuperatorju uporabilo le 21,5 %. Tok energije novega rekuperatorja pa je prikazan na si. 5. Enlatpija zraka za podpih 36,79'/. Entalpija tople wde 23J54'/. Entalpija dimnih plinov na izpustu \ Toplotne 286,3% f /izgube r* rx Kpdv. Entalpija zraka za zgo-~ revanje 0J3V. Entalpija zraka za podpih 1,42'/. Entalpija jaš-kovnih plinov 36,87'/. Kemična toplota jaškov -nih plinov 61,38'/. naprave TTI --GT- M ® M—I^T vard vanje KR ®—m o—m- varovanje S R ^rfc-M- CIKLON} jaškovni plini iz kupolk var dvqnj£—L_ RE6/5TRAT0R Slika 4 Varovalno regulacijska blokovna shema Fig. 4 Protection-control block scheme of recuperator Slika 5 Toplotni tok rekuperatorja Fig. 5 Heat flow of the recuperator ZAKLJUČEK V Železarni Štore je urna količina odpadne energije 131.41 . 109 J. Ekonomsko opravičljivo vrnjena energija na uro je 46,19.10'J, kar predstavlja letno 327,75■ 1012J energije, kar je 15,23% porabljene primarne energije v letu 1983. S postavitvijo novega rekuperatorja se bo letna porabe energije zmanjšala za 28,803 . 1012 J, kar je 1,34 % porabljene primarne energije leta 1983 v Železarni Štore. Literatura 1. Kataster odpadnih toplot 1 del — MI Ljubljana — 1978 2. Kataster odpadnih toplot II del — MI Ljubljana — 1980 3. Optimizacija žarenja v kontinuirani peči — MI Ljubljana - 1980 4. Materialna in energetska bilanca TH peči Železarne Štore I in II del - MI Ljubljana - 1963, 1966 5. Toplotna bilanca peči z dvižno mizo za ogrevanje gredic - MI Ljubljana - 1972 6. Vpliv mešanega plina — propan-butan-zrak na kvaliteto valjanega materiala — MI Ljubljana — 1971 7. Energetska bilanca kupolk v livarni II I in II del — MI Ljubljana — 1976 8. Werner Heiligenstaedt — Warmetechnische Rechnungen fiir Industrieofen — 4 Auflage Dusseldorf — 1966 9. Metalurški priročnik — ZTS Ljubljana — 1972 10. Strojarstvo 2 — Školska knjiga Zagreb — 1973 11. Strojniški priročnik — St. Vestnik Ljubljana — 1981 12. Parni kotlovi — Mašinski Fakultet Beograd — 1980 13. Vpliv prehodne funkcije toplotnega agregata na porabo energije — FNT Ljubljana — 1981 14. Izkoriščanje odpadnih toplot metalurških in pirotehničnih agregatov — MI Ljubljana — 1982 15. Termodinamika — Školska knjiga Zagreb — 1980 16. Anhaltszahlen fiir die Warmewirtschaft in Eisenhiitten-werken — 6 Usflage Dusseldorf — 1968 17. Z. Veber, Z. Markovič, V. Logar — Odpadne toplote v Železarni Štore in možnosti izkoriščanja — 1982 18. B. Sicherl s sodelavci — Sevalno-konvekcijski rekuperator pri kupolkah na vroč zrak — FNT Ljubljana — 1982 ZUSAMMENFASSUNG Die allgemeine Energiewirtschaftskrise hat einen durchaus kvalitativen Zutritt zu der L6sung der Energetischen Probleme, die die Verminderung aller Energiesorten umfassen verur-sacht. Das Energiesparen muss deshalb an langfristigen und klaren Ziehlen und iiberlegenen Efekten basieren. Im Hiitten-werk Štore ist eine Studie iiber die Abfallenergie und die Mog- lichkeit der Ausbeutung derselben ausgearbeitet worden. In der Studie vverden die Mengen der Abfallenergie mit den tech-nischen Losungen fiir die wiederholte Anvvendung behandelt. Eine von der technischen Losungen aus dieser Studie war die Entvvicklung des Rekuperators fiir die Kuppolofen. SUMMARY Tense energy situation caused a better and a more com-plete approach to solving the energetis problems vvhich in-clude the reduction in comsumption of ali kinds of the energy. Thus the energy economy must be based on longterm clear aims and well considered effects. In the Štore Ironvvorks a study of waste energy and the possibility of its use was made in which the amount of waste energy was presented together with the technical solutions for its use. One of the technical so-lutions presented in the study was the development of a recu-perator at cupola furnaces. 3AKJ1I04EHHE 06ocTpeHHbie 06cT0HTejibCTBa b o6jiacTH 3HepreTHKH Bbi-3BajiH k 6ojiee KanecTBeHHOMy h KOMnjieKCHOMy peuieHHio 3HepreTHHecKHX npo6neMOB c uejibio yMeHbuiHTb pacxoa Bcex BHflOB 3HepTHH. ri03T0My MeponpHHHTHfl B uenax 3K0H0-MHH flOJUKHbl 6bITb pa3pa60TaHbI Ha OCHOB3HHH HCHbIX /ioji-rocpoHHbix uenax c o6ayMaHHbiM aeficTBHeM. B MeTaj7.nyprHHecK0M 3aBoae )Kejie3apHa LLlTope pa3pa6o-tahbi hccjieflobahna o noSoHHOH SHeprtiH h bo3mo>khocth ee hcn0jtb30bahha. nphbeaeho kojihhbctbo no6oHHoii sheprhh h yKa3aHH« Ha TexHHHecKoe peiueHHe ee npHMeHeHH. oflho H3 texhhheckhx pemehhh b 3tom HCCJienoBaHHH npeucTaBJiaeT pa3BHTHe peKynepaTopa np« BarpaHKax.