Электроэнергию надо экономить

• Tweet

 29 июня 2010

/Rusmet.ru, Ольга Фомина/ В связи с высокой технико-экономической эффективностью производства заготовок с помощью машин непрерывного литья (МНЛЗ) на ряде металлургических предприятий Украины планируются к внедрению или уже введены в эксплуатацию установки «печь-ковш» (УПК). Однако электросталеплавильное производство является достаточно энергоемким. Поэтому необходимо внедрение энергосберегающих мероприятий, обеспечивающих оптимизацию режимов электропотребления и ведения технологического процесса плавки металла. Как показывает мировая практика, одним из способов снижения энергоемкости производства может стать установка фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) в системах электроснабжения металлургических предприятий.

 

«Печь-ковш»: преимущества и проблемы

 

За последние несколько лет практически все крупнейшие металлургические комбинаты Украины неоднократно заявляли о запланированных мероприятиях по модернизации сталеплавильного производства. На многих из них уже разработаны и успешно действуют специальные Программы развития. Основываясь на данных этих предприятий, можно сделать выводы, что весь прирост объемов производства стали в Украине ближайшем будущем будет обеспечен, в основном, за счет реконструкции существующих и строительства новых конвертерных цехов. Это позволит закрыть уступающие им по производительности мартеновские цеха, действующие в настоящее время на нескольких предприятиях металлургической отрасли. При этом, наличие агрегата «печь-ковш» между плавильным и разливочным отделением крайне важно с точки зрения качества выпускаемой металлопродукции и производительности сталеплавильного цеха.

В современной металлургии «печь-ковш» – это агрегат, наиболее рационально обеспечивающий возможность гибкого управления процессом формирования физико-химического состояния расплава для достижения поставленной цели – получения высококачественной стали с заданным химическим составом и свойствами.

«Печь-ковш» позволяет снизить содержание серы, производить сталь с содержанием легирующих элементов в заданных узких пределах, осуществлять отдачу металла на разливку в заданном интервале температур, обрабатывать сталь активными элементами (кальций, титан, бор, РМЗ и др.) с максимальным и стабильным усвоением, за счет микролегирования изменять морфологию и количество неметаллических включений. В случае работы с МНЛЗ агрегат «печь-ковш» является буферной емкостью, позволяющей подавать металл строго в необходимое время при серийной разливке стали. В случае выпуска металла с превышением химического состава по вредным примесям за счет разбавления чистым металлом другой плавки УПК помогает предотвратить брак металла по химическому составу. При аварийной остановке МНЛЗ – позволяет исключить потери металла путем его подогрева до пуска МНЛЗ в работу.

Однако устройство «печь-ковш» ведет к искажению режима напряжения и генерации высших гармонических составляющих (ВГС) напряжения в электрическую сеть. А работа электрооборудования в условиях несинусоидальности питающего напряжения сопровождается значительным экономическим ущербом: сокращается срок службы электрооборудования, снижается надежность его работы, увеличивается количество перерывов в работе систем электроснабжения.

Для повышения качества электроэнергии путем стабилизации напряжения и снижения уровня ВГС тока и напряжения и, как следствие, повышения эффективности и экономичности использования оборудования предусматривается установка фильтрокомпенсирующих устройств.

Средний срок окупаемости капитальных затрат на установку ФКУ не превышает полтора года. Однако полный расчет экономической эффективности и срока окупаемости капиталовложений должен производиться с учетом мощности и производительности установок типа «печь-ковш», особенностей режимов работы цеха и технологического оборудования предприятия, характеристик системы электроснабжения, специфики эксплуатационных режимов установок, а также другой нагрузки предприятия с учетом специальных требований к качеству электроэнергии.

 

Почему ФКУ?

 

Установка в электрической сети питания только силовых фильтров фиксированной мощности, (как правило, меньшей мощности) вместо адаптивно регулируемого компенсирующего устройства не только не обеспечивает функции, возлагаемые на компенсирующее устройство в части обеспечения эффективности протекания технологических режимов работы установки «печь-ковш» (УПК) и ее электропотребления, но и приводит к негативным последствиям. Увеличиваются расходы предприятия по оплате за реактивную электроэнергию, повышаются потери активной мощности по перетокам реактивной мощности, увеличивается время технологического цикла плавки, повышается удельный расход активной энергии.

Ухудшение режимов работы УПК при работе с фильтрами фиксированной мощности обусловлено отрицательным компенсирующим эффектом фильтров при посадках и повышениях напряжения сети. При посадке (повышении) напряжения, вызванного бросками тока печи, пропорционально квадрату этого снижения (повышения) напряжения снижается (увеличивается) генерируемая мощность фильтров – повышается уровень колебаний в сети.

При работе УПК с фильтрами фиксированной мощности в период работы под током (60% времени технологического цикла) часть реактивной энергии потребляется из сети, а в период паузы (40% времени цикла) – в сеть энергосистемы перетекает вся генерируемая мощность фильтров.

Таким образом, за цикл плавки питающий сетевой трансформатор загружается реактивной мощностью как во время работы УПК под током, так и во время пауз. В связи с трехкратным тарифом оплаты за генерацию реактивной мощности в электрическую сеть энергосистемы более чем в два раза увеличиваются расходы предприятия по расчетам за реактивную электроэнергию по сравнению с режимом работы УПК без фильтров.

Таким образом, установка нерегулируемого устройства компенсации в системе электроснабжения «печь-ковш» нецелесообразна.

Проведенные в 2005 году проектной организацией ЗАО «Струм» (занимается установкой фильтрокомпенсирующих устройств на металлургических предприятиях Украины) практические исследования подтвердили эффективность работы ФКУ (исследования проводились на ОАО «Алчевский металлургический комбинат»). Фильтрокомпенсирующие устройства обеспечивают надлежащую компенсацию реактивной мощности, стабилизацию уровня напряжения, фильтрацию высших гармоник, симметрирование напряжения сети, а также оптимизацию ведения технологического процесса плавки.

Как отметил председатель правления ЗАО «Струм» Антонов Владимир Григорьевич для того, чтобы без ФКУ обеспечить необходимую мощность, вводимую в УПК, необходимо поддерживать в сети напряжение не ниже 38…38,5 КВ, а это сопровождается определенными негативными явлениями. Среди них: превышение номинального напряжения 35 КВ печного трансформатора на 10% UH, увеличение почти в два раза потерь холостого хода печного трансформатора на протяжении 40% времени цикла плавки, увеличение потребления реактивной мощности с 26 Мвар до 30 Мвар. А также, повышение в 1,7 раза потерь в сетевом трансформаторе за счет протекания реактивного тока, увеличение годовых потерь активной энергии в сетевом трансформаторе.

В настоящее время успешно внедрены и работают ФКУ на Алчевском МК и «Азовстали». В проекте – внедрение таких устройств на «Донецкстали» и Енакиевском металлургическом заводе.

На ОАО «Алчевский металлургический комбинат» («АМК») в августе 2005 года была введена в эксплуатацию УПК емкостью 300 т с печным трансформатором 35 КВ мощностью 50 МВА. В сети 35 КВ комбината была предусмотрена установка ФКУ с динамической компенсацией реактивной мощности производства финской компании Nokian Capacitors в составе тиристорно-управляемого реактора и двухсиловых фильтров высших гармоник.

При вводе в работу ФКУ:

Ø       коэффициент мощности режима электропотребления УПК возрос от значения cos φ = 0,76 до величины cos φ =0,99;

Ø       уменьшилось снижение уровня напряжения на 6,4% UH;

Ø       время технологического цикла плавки сократилось примерно на ~ 4%;

Ø       вводимая в печь активная мощность увеличилась с 31 МВт до 35 МВт (на 12%);

Ø       снизилось потребление реактивной мощности с 26 Мвар до примерно ~ 3,5 Мвар;

Ø       сократилась величина потребления полной мощности с 40,5 МВА до 35,2 МВА;

Ø       снижена величина толчков тока на сетевой трансформатор, в среднем, на 30%.

Ø       сведены к минимуму расходы предприятия по оплате за потребление реактивной электроэнергии.

В 2006 году был выполнен проект подстанции АРЗ-14 на «Азовстали» с установкой двух трансформаторов по 80 МВА каждый напряжением 110/35 КВ. Подстанция была предназначена для электроснабжения двух установок «печь-ковш» с печным трансформатором мощностью 45 МВА каждая напряжением 35 КВ.

Для улучшения технологических показателей УПК № 1 и 2 и обеспечения показателей качества электроэнергии в соответствии с требованиями госстандарта на подстанции была предусмотрена установка двух ФКУ (тоже от Nokian Capacitors) напряжением 35 КВ мощностью 32 МВА. В состав каждого ФКУ входит фильтр третьей гармоники мощностью 20 Мвар, фильтр 5-ой гармоники мощностью 8 Мвар и тиристорно-управляемый реактор (ТУР) мощностью 32 МВА. В состав ФКУ были включены система охлаждения ТУРов, а также устройства автоматики, управления и защиты.

Подстанция была сдана в эксплуатацию в 2007 году. Обследования, проведенные в 2008 году, показали высокую надежность и эффективность ФКУ. Так, например, прирост активной мощности, вводимой в УПК, при работе ФКУ составил более 5 МВт. Коэффициент мощности за плавку cosφ: без ФКУ – 0,72, с ФКУ – 0,997.

Отклонение напряжения на шинах 35 Кв подстанции АРЗ-14:

Ø       без ФКУ без нагрузки напряжение на шинах составляло 39,7 КВ, во время плавки – 36,7 КВ, т.е. посадка напряжения составила 7,5%;

Ø       с ФКУ без нагрузки напряжение на шинах составляло 39,8 КВ, во время плавки снизилось до 39,2 КВ, т.е. посадка составила 1,5%.

 

Планы на будущее

 

В 2009 году для ЗАО «Донецксталь» – металлургический завод» выполнен рабочий проект электроснабжения комплекса дуговой сталеплавильной печи (ДСП) с печным трансформатором 120 МВА напряжением 35 КВ и УПК с трансформатором 25 МВА напряжением 35 КВ. Одной из составных частей этого проекта стала установка двух ФКУ 35 КВ для ДСП-150 и УПК. В настоящее время проект готов к внедрению, однако в связи с отсутствием финансирования все еще находится на стадии рабочей документации.

Енакиевский металлургический завод (ЕМЗ), входящий в группу «Метинвест», также внедряет в настоящее время проект по применению фильтрокомпенсирующих устройств на установках «печь-ковш» конвертерного цеха, который должен повысить эффективность работы всего энергетического комплекса завода.

Ожидается, что внедрение автоматизированного ФКУ, изготовленного компанией Nokian Capacitors, позволит уменьшить время плавки на установках «печь-ковш» на 10,8% и повысить производительность агрегата на 1% (22,735 тыс. т стали в год) за счет стабилизации режима потребления реактивной (неполезной) мощности. В свою очередь, сокращение времени плавки снизит расход природного газа и кислорода для производства металлургической продукции. Предусмотренные в системе фильтры должны повысить качество потребляемой электроэнергии и снизить ее потери. Применение ФКУ также продлит срок службы электрооборудования, увеличив межремонтный период.

Прогнозируемая годовая экономия в результате внедрения ФКУ составит более 36 млн. грн. при сроках окупаемости проекта в 1,1 года. Инвестиции в проект превысят 40 млн. грн.

Как сообщил руководитель представительства системы компенсации реактивной мощности компании Nokian Capacitors в Украине Алексей Лосицкий, на данном этапе осуществлена поставка оборудования на завод, ввод в эксплуатацию ожидается после окончания строительных работ. Полное завершение проекта запланировано до конца нынешнего года.

Источник: Rusmet.ru

Page load: 0.00547 sec