Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие понятия

Газовая утилизационная бескомпрессорная турбина предназначена для производства электрической энергии за счет избыточного давления доменного газа на металлургических заводах. Практически без затрат топлива позволяет возвратить до 40 % энергии, затрачиваемой на доменное дутье. ГУБТ легко встраивается в технологический цикл как вновь вводимого, так и действующего доменного оборудования. Фактически развиваемая турбиной мощность зависит от режима работы доменной печи и определяется расходом и давлением проходящего через турбину газа. В зависимости от этого турбина ГУБТ имеет несколько модификаций (ГУБТ-12М, ГУБТ- 8М, ГУБТ- 6М соответственно мощностью 12, 8, 6 МВт). Турбина осевая, двухступенчатая, прямоточная. Может поставляться с газоподогревателем и без него.

В конструкции турбины предусмотрен поворотный направляющий аппарат, позволяющий производить настройку турбины на изменяющиеся условия работы доменной печи в процессе эксплуатации, а также оригинальный быстродействующий запорно-регулирующий орган, специальные меры для предупреждения протечек доменного газа в машзал. Турбина оснащена дистанционной автоматизированной системой управления, контроля и защиты и гидродинамической системой регулирования, позволяющими обходиться без обслуживающего персонала в машзале.

2. Принцип работы системы

газовая утилизационная бескомпрессорная турбина

Проходя через проточную часть турбины ГУБТ-25, доменный газ (ДГ), отдавая энергию давления, охлаждается. При охлаждении газа пар, находящийся в газе, частично конденсируется и выделяется в виде капелек влаги, которая удаляется через конденсато-отводчики по ходу следования ДГ. Турбина - четырехступенчатая, двухпоточная. Регулирование турбины осуществляется с помощью поворотных направляющих лопаток первых ступеней обоих потоков, предназначенных для изменения пропускной способности проточной части турбины, в зависимости от расхода ДГ, проходящего через турбину. Они управляются через поворотные кольца гидроцилиндрами, которые, в свою очередь, управляются либо в режиме дистанционного управления, либо в автоматическом режиме электронно-гидравлической системой регулирования турбины, которая осуществляет поддержание на заданном уровне давления газа под колошником доменной печи. Если выход ДГ превышает пропускную способность ГУБТ, предусмотрена схема регулирования газа с помощью открытия сбросного клапана перед дроссельной группой при полностью открытых лопатках ГУБТ.

Рис. 1. Установка ГУБТ-25 без подогрева доменного газа при газоочистке мокрого типа: 1 - доменная печь; 2 - сухой пылеуловитель; 3 - скруббер; 4 - трубы-распылители (трубы Вентури); 5 - водоотделители; 6 - дроссельное устройство; 7 - отделитель капельной влаги после дроссельного устройства; 8 -турбина; 9 - электрогенератор

По результатам промышленного эксперимента были собраны статистические данные по мощности на коллекторах генератора турбины, расходу ДГ через турбину, давлению и температуре ДГ до и после турбины, степени открытия поворотных лопаток и сбросного клапана в дроссельную группу и получены графики измерений этих величин (рис. 2) в % по отношению к следующим параметрам:

мощности - 30 МВт

расходу ДГ - 1000000 м3/ч

температуре ДГ на входе в турбину - 1000С

температуре ДГ после турбины - 500С

давлению ДГ перед турбиной - 3 бар

давлению ДГ после турбины - 0,4 бар

На основе экспериментальных данных была разработана статистическая модель работы ГУБТ-25. В качестве инструмента был выбран метод моделирования с помощью нейронных сетей. Нейронные сети позволяют прогнозировать будущие значения переменных по уже имеющимся значениям этих же или других переменных, предварительно осуществив процесс обучения на основе имеющихся данных. Обученная на множестве данных сеть обобщила полученную информацию в виде функциональных связей внутри себя. После этого проверка модели показала неплохие результаты на данных, которые не использовались в процессе обучения. Модель по работе ГУБТ-25 оценивает зависимость мощности турбины от этих параметров. Модель также позволяет определить удельные показатели эффективности использования энергоносителя на газотурбинной расширительной станции (ГТРС) и производить оценку организационно-технических мероприятий по эффективному использованию энергии доменного газа.

Рис. 2. Графики измерений параметров доменного газа и мощности турбины

Работа газовой утилизационной турбины во многом зависит от работы доменной печи в блоке. Основные параметры ДГ: расход доменного газа, давление и температура доменного газа перед турбиной, которые в основном влияют на увеличение выработки электрической энергии, - зависят от работы доменной печи. Но часть параметров, влияющих на эффективность работы ГУБТ-25, зависит от работы других участков газового цеха. Задачей участка очистки является эффективная очистка доменного газа от пыли и доведение ее до нормативного показателя. Задачей участка газовых сетей является доставка газа к потребителю с заданными параметрами: количеством, давлением и температурой. Назначение участка ГТРС состоит в выработке большего количества энергии при эффективной эксплуатации оборудования.

Сравнение удельного расхода энергоносителя с полученным в результате расчета на модели позволяет оценить эффективность использования энергоносителя в газовом цехе при качественном выполнении задач, связанных с эксплуатацией участков газовой очистки и газовых сетей. По моделированию работы ГУБТ была создана программа «Расчет основных показателей работыГУБТ-25». Целью создания математической программы по моделированию режимов работыГУБТ-25 является выявление резервов экономии энергоресурсов на основе их нормирования для выработки электроэнергии на ГУБТ-25, а также прогнозирования выработки электроэнергии при изменении различных параметров, влияющих на мощность турбины в условиях ее работы.

Рис. 3. Интерфейс программы «Расчет основных показателей работы ГУБТ-25»

Программа позволяет определить мощность турбины, удельный расход энергоносителя на выработку 1 кВт?ч, а также КПД брутто эффективности использования энергоносителя после доменной печи по следующим входным параметрам: расходу ДГ на стандартные условия; избыточному давлению ДГ до и после турбины; температуре ДГ до и после турбины; степени открытия левых и правых лопаток походу ДГ к турбине; температуре окружающего воздуха; составу ДГ перед газоочисткой; избыточному давлению ДГ перед газоочисткой; температуре ДГ перед газоочисткой.

Программа может использоваться в качестве макета расчета нормативных удельных расходов энергоносителя. Использование полученной статистической модели позволило получить режимные карты работы на существующие условия эксплуатации ГУБТ-25. С помощью режимных карт можно определить эффективность работы ГУБТ-25 при изменении режимов работы доменной печи, оборудования газовой очистки, газовых сетей доменного газа и выбрать оптимальные параметры, влияющие на эффективность работы ГУБТ-25 с учетом режимов работы газовой очистки и газовых сетей доменного газа.

3. Принцип работы ГУБТ

Прямоточность турбины (выход газа прямо по оси, а отвод вниз под углом) обеспечивает компактность установки и сравнительно небольшие габариты.

Турбина состоит из следующих основных элементов и устройств: корпуса, ротора, подшипников, блока регулировочных диафрагм, систем маслосмазки, уплотнений и газоотсосов, органов, обеспечивающих безопасность работы установки, элементов сочленения вала турбины с валом генератора и опорной плиты. Корпус турбины -- стальной, сварной конструкции, внутри размещены ротор с подшипниками и уплотнениями, блок диафрагм и другие элементы. Для исключения пропусков высокотоксичного доменного газа в атмосферу машинного зала корпус турбины укрыт вторым кожухом, из-под которого постоянно высасывается воздух. Вал ротора, опирающийся на два подшипника скольжения, размещенных внутри корпуса, сочленяется с валом генератора зубчатыми эластичными муфтами. Рабочие колеса ротора жестко посажены на вал. Направляющие аппараты, установленные перед ними, допускают некоторую регулировку лопаток. Ротор турбины в местах прилегания к корпусу оборудован многочисленными гребенчатыми лабиринтными уплотняющими устройствами, препятствующими свободному проникновению доменного газа в атмосферу машинного зала. Для этого же вал турбины имеет сквозное отверстие, через которое с помощью двух вентиляторов нагнетается азот (воздух) в запорные камеры концевых уплотнений.

Передний подшипник турбины опирается в корпусе на пустотелые стойки обтекаемой формы, через которые осуществляется подвод и слив масла, подвод азота (воздуха) к уплотнениям и отсос его в атмосферу. В корпусе заднего подшипника турбины установлены главный (рабочий) маслонасос с приводом от вала через зубчатую передачу, реле осевого сдвига, регулятор скорости вращения ротора, датчик оборотов, автомат безопасности и регулятор давления масла.

Конструкция турбины не допускает повышения избыточного давления газа перед турбиной более 2,8 ат, температуры выше 300° С и числа оборотов ротора более 4200 в 1 мин. Турбина имеет автоматически действующую систему защиты и регулирования, которая поддерживает постоянным число оборотов ротора или давление газа перед турбиной, предупреждает ротор от разноса в результате превышения критического числа оборотов, не допускает повышения температуры газа выше расчетного, появления опасной вибрации или осевого сдвига ротора, обеспечивает необходимое давление масла и его температуру. Все системы работают от соответствующих датчиков, обеспечивающих поддержание параметров работы в нормальных пределах, а при достижении критических величин осуществляют автоматическую остановку турбины с подачей соответствующих свето-звуковых сигналов.

Перед турбиной во всасывающем газоходе вмонтирован блок поворотных диафрагм. Первая по ходу газа диафрагма осуществляет некоторую регулировку расхода его через турбину, получая импульс от давления газа. Вторая диафрагма является быстрозапорным устройством, получающим импульс от различных систем защиты и обеспечивающим полную остановку ротора. На подводящем газопроводе перед турбиной устанавливают металлическую сетку, предотвращающую попадание в проточную часть турбины различных случайных предметов.

Смешивающий подогреватель газа, устанавливаемый на подводящем газопроводе, служит для повышения температуры газа до 120-- 140° С. Топливом в СГП служит доменный газ, отбираемый из газопровода перед ним. Для запальной горелки обычно применяют природный газ, который зажигается от электрозапала. Запальная горелка в период работы СГП не работает. В СГП применены инжекционные горелки высокого давления, в которых воздух, отбираемый из воздухопровода доменных воздуходувок, инжектирует доменный газ. Температура газа после СГП регулируется изменением расхода воздуха, что определяет количества сгорающего доменного газа и выделяющегося тепла. Работа СГП включена в общую систему регулирования турбины-расширителя. Выбор места установки СГП на подводящем газопроводе весьма важен и определяется условиями перемешивания горячих продуктов сгорания с холодным потоком доменного газа от мокрой газоочистки.

Поверхностный теплообменник служит для подогрева холодного доменного газа перед ГРС за счет утилизации тепла горячих отходящих газов различных производств. Наиболее рациональным в этом случае представляется применение дымовых газов доменных воздухонагревателей.

Дымовые газы доменных воздухонагревателей имеют незначительное пылесодержание. Трудность в данном случае состоит в организации подвода и отвода большого количества дымовых газов (200--300 тыс. м^г/ч), так как газоходы достигают размеров 2000X5000 мм. Это вынуждает располагать ПТО вблизи дымовой трубы воздухонагревателей, что приводит к увеличению длины газопровода от него к ГРС.

Нормальное разрежение в борове перед дымовой трубой воздухонагревателей составляет 25 мм вод. ст., но может колебаться от 5 до 45 мм вод. ст. Сопротивление ПТО зависит от расхода газа, но примерно равно 200 мм вод. ст. Для нормальной эвакуации дымовых газов, когда ПТО включен в работу, предусматривают специальные дымососы. Дымовые газы воздухонагревателей содержат 22% С0₂, 2% 0₂, 8,5% Н₂0, 67,5% N₂, СО обычно отсутствует. Эксплуатация ПТО при содержании в дымовых газах выше 0,5% СО недопустима.

Воздухонагреватели работают на циклическом и нестабильном режиме. Это приводит к колебаниям расхода газа и его температуры.

Существующие ГУБТ не допускают увеличения расхода газа выше 12%, а конструкция арматуры и другого оборудования исключает работу на газе с температурой выше 145° С. Для стабилизации температуры нагрева доменного газа в ПТО и его количества предусмотрена возможность сбрасывать часть дымовых газов в трубу, минуя ПТО. Целесообразно разработать соответствующие схемы ГРС и оборудования, допускающие в более широком диапазоне переменный режим работы, что исключит непроизводительный сброс газа на дымовую трубу и повысит экономичность ГУБТ. Работа ПТО включена в общую систему регулирования заданных параметров работы ГРС и управляется из единого пункта всей установки.

Размещено на Allbest.ru