Pagina documente » Politehnica » Fundamentarea eficientei economice functionarii furnalului cu gaz metan (S.C. XYZ S.A.)

Despre lucrare

lucrare-licenta-fundamentarea-eficientei-economice-functionarii-furnalului-cu-gaz-metan-s.c.-xyz-s.a.-
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-fundamentarea-eficientei-economice-functionarii-furnalului-cu-gaz-metan-s.c.-xyz-s.a.-


Cuprins

CUPRINS
CAPITOLUL 1 3
JUSTIFICAREA NECESITATII DE MICSORARE A CONSUMULUI DE COCS LA FURNALE PRIN INSUFLARE DE PRAF DE CARBUNE. INSUFLAREA PRAFULUI DE CARBUNE LA FURNAL 3
CAPITOLUL II 10
INFLUENTA INSUFLARII PRAFULUI DE CARBUNE (IPC) 10
ASUPRA PARAMETRILOR DE FUNCTIONARE A FURNALULUI. REZULTATE OBT1NUTE PE PLAN MONDIAL 10
2.1. Consideratii generale 10
2.2. Influenta insuflarii prafului de carbune (IPC) asupra parametrilor de functionare a furnalului in Germania 12
2.3. IPC in Franta 20
2.4. IPC in Olanda 25
2.5. IPC in Italia 27
2.6. IPC in Belgia 28
2.7. IPC in Suedia 28
2.8. IPC in Spania 29
2.9. IPC in fosta URSS 29
2.10. IPC in China 32
2.11. IPC in Taiwan 33
2.12. IPC in India 34
2.13. IPC in Coreea 35
2.14. IPC in SUA si Canada 38
2.15. IPC in Japonia 39
CAPITOLUL 3 44
3.1. Fundamentarea teoretica a oportunitatii si eficientei economice a functionarii furnalului nr. 5 - SIDEX Galati cu gaz metan si praf de carbune pentru o varianta de referinta 44
3.2. Modelarea matematica a proceselor din zona de ardere a furnalelor in cazul utilizarii de diferiti combustibili auxiliari 75
3.3 Model matematic de prognoza a principalilor parametri tehnologici ai furnalului cu aplicare la determinarea indicelui de inlocuire cocs/praf de carbune in cazul a diferite sorturi de carbune 78
3.3.1. Consideratii generale 78
3.3.2. Semnificatia simbolurilor utilizate 80
3.4. Determinarea indicelui de inlocuire cocs/praf de carbune, pe baza analizei statice de corelare si regresie a consumurilor specifice 82
3.4.1. Consideratii generale 82
3.4.2. Exemplu de determinare a indicelui de inlocuire pe baza analizei de corelatie si regresie 88
3.4.3. Influenta continutului de cenusa a PC si cocsului asupra indicelui de inlocuire determinata prin analiza statistica de corelare si re regresie 90
CAPITOLUL 4 92
PROIECTAREA MODELULUI ANALOGIC TRIDIMENSIONAL DE SIMULAREA LA RECE A INSUFLARII PRAFULUI DE CARBUNE LA FURNAL 92

EXTRAS DIN DOCUMENT

?CAPITOLUL 1

JUSTIFICAREA NECESIT?TII DE MICSORARE A CONSUMULUI DE COCS LA FURNALE PRIN INSUFLARE DE PRAF DE C?RBUNE. INSUFLAREA PRAFULUI DE C?RBUNE LA FURNAL

Tehnica insuflarii prafului de carbune in furnal a fost dezvoltata atat in Europa cat si in America. Insuflarea combustibililor auxiliari a fost pusa la punct in jurul anilor '60, fiind experimentate pacura, gazul natural si carbunele. Dintre acestea pacura s-a dovedit a fi cel mai bun combustibil auxiliar insa atunci cand a inceput criza petrolului s-a ajuns la folosirea carbunelui.

Cercetarile viitoare trebuiesc indreptate spre optimizarea raportului de inlocuire cocs/carbune si economicitatea operatiei. Acest raport ramane in domeniul 0.9?1,1 Kg Cocs/Kg Carbune, fiind foarte dependent de felul carbunelui si in special de continutul de cenusa a acestuia. Încercari s-au facut in special in tarile unde carbunele reprezenta un combustibil avantajos in raport cu petrolul, insa cu toate acestea au existat si probleme in tehnica de realizare a dispozitivelor de insuflare. Totusi a fost solutia cea mai indicata pentru ca furnalele sa lucreze iara pacura.

ISTORICUL INSUFL?RII PRAFULUI DE C?RBUNE

Tehnica moderna este originara din S.U.A. Prima experimentare s-a facut la furnalul experimental US-BUREAU OF LINEL in 1959. În paralel au fost efectuate experimentari si la un furnal IRSID. Pentru experimentare industriala NATIONAL STEEL CORP a construit o instalatie experimentala de insuflare a carbunelui conceputa de PETROCARB in 1960.

În 1963 la furnalul nr. 3 WEIRTEAN a fost realizata o instalatie de KAPPERS.

Prin anii 1962 au demarat lucrari puternice de cercetare in domeniul insuflarii P.C. si in Japonia inclusiv fosta R.D.G. Cu toate ca la un moment dat aceste experimentari au fost intrerupte, totusi exceptie au facut-o cei de la firma ARMCO, care impreuna cu BABCOCK & WILCOX au pus la punct un sistem de insuflare la furnalul BELLEFONTE din Ashland, deoarece aceasta uzina nu avea cocserie proprie.

Dupa criza petrolului s-au reintors si in Europa din nou la insuflarea carbunelui. ARBED a instalat la inceputul anilor '80 in uzina BELNOL procedeul de insuflare PAUL WURTH, cu scopul de a studia problemele de baza ale procesului. În acest scop s-au utilizat doua feluri de carbune si anume:

- carbune brun;

- carbune sec (antracinos).

În Japonia dupa criza petrolului s-a trecut la functionarea furnalelor fara pacura. S-au experimentat instalatii de tipul ARMCO si PETROCARB si in plus o instalatie proprie la SUMITOMO METAL.

Si in China si U.R.S.S. au fost facute experimentari industriale. O vedere de ansamblu asupra rezultatelor de exploatare cunoscute la insuflarea prafului de carbune este data in tabelul urmator (v. Anexa 2).

INSTALATII DE INSUFLARE

Sistemele de insuflare utilizate in prezent la furnale corespund in principiu acelora dezvoltate in anii 1960. Important la aceste instalatii este reglajul debitelor de carbune la gurile de vant. Aceasta poate influenta zona coeziva. În prezent se disting doua tipuri de instalatii:

- cu dispozitive de insuflare mecanica;

- cu dispozitive de insuflare pneumatica:

a) cu reglare de debitator la gurile de vant;

b) fara reglare de debitator la gurile de vant.

a) PETROCARB. Sistemul PETROCARB este prezentat in fig. 1. Principalele elemente ale acestui sistem sunt injectorul de stocare si injectorul primar. Injectorul primar este mentinut in permanenta sub presiune de gaz astfel incat carbunii sa poata fi insuflati continuu in furnal printr-un sistem de conducte. Debitul care se insufla este masurat printr-un dispozitiv de masurare la injectorul primar si este controlat prin diferenta de presiune dintre injectorul primar si conducta inelara. La debite sub 30% apar neregularitati in transportul carbunelui la duze, ceea ce poate actiona nefavorabil asupra functionarii furnalului.

b) ARMCO si BUBCOCK & WILCOX. Primul sistem a lui ARMCO a fost instalat la furnalul BELLEFONTE si a trebuit modificat datorita problemelor de etanseitati. Sistemul actual este prezentat in fig. 2.

Acest sistem nu mai are parti mecanice in miscare. Carbunele trece din recipientul de rezerva in cel de alimentare, datorita gravitatiei. Caracteristica principala a acestui sistem costa in utilizarea unui sistem de repartizare, cu ajutorul caruia carbunele este trimis la gurile de vant in cantitati ce sunt mentinute egale.

c) KOPPERS. Particularitatea acestui sistem consta in utilizarea pompei de carbuni cu care carbunele poate fi transportat mecanic. Debitul insuflat poate fi reglat prin variatia turatiei pompei. Sistemul nu necesita un recipient de injectare. Dezavantajul acestui procedeu se afla in uzura puternica a cilindrului pompei si in pierderile de aer de la pompa, care la presiuni mari cu greu ar putea fi evitate.

d) Sistemele dezvoltate in Japonia KAWASAKI STEEL KDP nu au dispozitive mecanice. Praful de carbune este evacuat din recipientul inferior care se afla sub presiune ridicata, debitul de carbune fiind reglat cu ajutorul presiunii din recipient si a presiunii gazului purtator.

e) PAUL WURTH. La cele mai multe procedee debitul de carbuni la gurile de vant nu se controleaza, insa la aceasta este posibil datorita rotilor cu celula instalate separat, de a regla debitul de carbuni astfel incat sa se introduca pe fiecare gura de vant cantitatea optima. Sistemul este prezentat in fig.3 si fig. 4.

Cantitatea de carbuni transportata este controlata asa cum se arata in fig. [4] prin masurarea pierderii de presiune in conducta de alimentare. Se considera foarte indicata utilizarea de carbuni cu continuturi ridicate de materii volatile.

f) În China au fost dezvoltate doua sisteme de insuflare. Unul este indicat pentru furnalele mari. EI consta din turnuri inalte de insuflare cu presiune de aer ridicata, dispuse paralel. Al doilea sistem este gandit pentru furnale a caror capacitate este mai mica de 225 [m3]. În acest caz, praful de carbune este vehiculat cu melc si apoi dirijat la fiecare gura de vant cu aer comprimat.

PROBLEME ALE DISPOZITIVELOR DE INSUFLARE

Problemele au aparut la dispozitivele de insuflare, insa, pentru sistemele moderne, aceste probleme nu mai solicita atentie. Nici problemele legate de coroziune nu au fost grave. Totusi s-au aratat alte dificultati ca de exemplu la NATIONAL STEEL dupa inceperea insuflarii au aparut infundari. Aceste infundari apareau daca proportia carbunilor peste 100[mesh] depasea 15 – 20% sau daca umiditatea lor crestea peste 3%.

Dificultati au aparut si datorita distrugerii rapide a gurile de vant sau uzurii prin frecare a pompelor de carbune ale sistemelor KAPPERS. Aceasta ultima uzura este caracteristica tuturor sistemelor ce transporta carbunii mecanic.

Dupa cum s-a vazut exista doua sisteme, unul pneumatic si unul mecanic. Primul este sensibil la variatiile umiditatii si granulatiei carbunelui. Deci pentru o buna functionare trebuie data mare atentie la preparare, la sistemele de macinare si uscare. Cel de-al doilea sistem are o functionare relativ lipsita de probleme. Este independent de umiditate, iar reglarea debitului pe fiecare gura este posibila, asa cum o dovedeste sistemul PAUL-WURTH. Totusi la acest sistem apar dificultati datorita uzurii puternice a pompei de carbune si prin transportul sacadat al carbunilor prin conducte, ceea ce conduce la arderea neuniforma in zona de circulatie din fata gurilor de vant.

ARDEREA PRAFULUI DE C?RBUNE

Pentru ca insuflarea prafului de carbune sa fie cat mai eficienta trebuie realizata o ardere cat mai completa a carbunelui. În general arderea carbunelui se desfasoara mai lent decat arderea pacurii. Arderea carbunelui in furnale are loc la temperaturi de peste 2.000°C, cu viteze de incalzire de 105 – 106°C/s, incat este necesara clasificarea proceselor de ardere si cineticii arderii in aceste conditii. Din experimentele industriale este cunoscut ca se pot insufla fara dificultati 100 - 150 Kg Carbune/tfonta.

PROCESELE DE ARDERE ALE C?RBUNILOR

Notiunile aratate, au condus la necesitatea efectuarii de experimentari, in mai multe tari, in special in Japonia cu ajutorul furnalelor experimentate sau in furnale industriale.

Rezultatele asemanatoare au obtinut si KATE STEEL la diferite cuptoare, pentru a masura compozitia gazului si repartizarea temperaturilor in zona oxidanta. Dupa rezultatele obtinute la cuptorul umplut cu cocs de la Kamayana fig. 7 prin insuflarea carbunelui, a crescut viteza reactiei a oxigenului

Temperatura in jurul zonei oxidante a devenit mai mica si zona oxidanta s-a largit. S-a observat o mica crestere a prafului, fara o variatie sensibila a debitului de gaz. Trebuie mentionat ca gradul de ardere in zona oxidanta, depinde de natura carbunilor, de granulatie, de temperatura aerului si de rapoartele stoechiometrice. O alta marime ce influenteaza gradul de ardere este distanta de la lancea de insuflare la marginea gurii de vant. REINTJES si TAMLTRA au stabilit ca gradul de ardere creste cu cresterea acestei distante, insa cenusa se depune pe duza si gura de vant si poate duce la infundare. Rezulta ca pentru fiecare fel de carbune exista o distanta optima intre lancea de insuflare si marginea gurii de vant. NATIONAL STEEL a cercetat si modul de asezare a lancei, cu scopul cresterii gradului de ardere.

Materiile volatile sunt cele ce influenteaza cel mai puternic procesul de ardere. Raportul stoechiometric nu are nici o influenta asupra arderii pana la o distanta de 1 m de la gura de vant si se face observat clar, abia de la peste 1,5 m. De la un raport de 2.0 joaca un rol important si granulatia.

Fenomenul se poate explica prin faptul ca in cursul primei faze are loc piroliza carbunilor, dupa care are loc reactia heterogena a reziduului cu O2. Aceste doua fenomene sunt hotaratoare pentru ardere si vor f descrise mai exact in urmatorul subcapitol.

MECANISMUL ARDERII C?RBUNILOR

Studierea cinetica a proceselor de ardere este necesara pentru intelegerea corecta a arderii si pentru a putea realiza o injectare optimala a carbunelui. Totusi cercetarile cinetice asupra arderii carbunilor in conditiile din furnal nu sunt inca incheiate. Rezultatele obtinute pana acum sunt reprezentate in fig. 6.

Cu intrarea carbunelui in conducta de aer cald are loc mai intai o incalzire brusca a particulelor datorita transmisiei de caldura prin variatie si comutatie. Degazarea (piroliza carbunelui) si piroliza secundara a materiilor volatile este procesul care urmeaza. Dupa aprindere ard mai intai materiile volatile iar arderea reziduului solid are loc ca o reactie heterogena. La aceste viteze ridicate de incalzire, degazarea si arderea se desfasoara in paralel.

Prima faza este determinata de piroliza carbunelui. Cercetarile lui Bolez au aratat ca arderea in prima faza este determinata de procesul de piroliza al carbunilor si ca aceste procese sunt foarte dependente de felul carbunilor. Piroliza diferitelor feluri de carbuni la nu numai cantitati diferite de materii volatile ci si variatia in ceea ce priveste produsele pirolizei.

Cercetarile asupra cineticii pirolizei carbunilor au aratat ca viteza pirolizei este treapta determinanta a reactiilor chimice, atata timp cat granulatia este sub 100[?m]. Aceasta reactie se compune dintr-un numar mare de reactii complicate si variabile . Totusi se poate defini aproximativ prin combinarea reactiilor principale, ca o reactie de ordinul 1.