автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Экономия электрической энергии на предприятиях черной металлургии

\^и(ег0рс)дск1ет государственши технический университет

На правая рукописи

ШАЛАЕВ Сергей Алексеевич

экономия электрической энергии на предприятиях

черной металлургии с состояние, закономерности.

СТРАТЕГИИ НА ПЕРСПЕКТИВУ 2 _

Специальность 05. ОЭ. 03. - Электротехнические комплексы и

системы, включая ич управление ш рэгглиро&ание

ч А в т а р е.й & рат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.

Нижний Новгород - 1936

Работа выполнена на кафедре "Электроснабжение промышленных предприятий и городов" Нижегородского государственного технического, университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Г. Я. Вагин

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор . Б. В. Папков

-кандидат технических наук А. X. Аглиулин

Ведущая организация - ОАО "Электрепроект", г.Нижний Новгород

Защита состоится " 91 " июня 1996 г. в 14 часов в ауд. N 1252 на заседании диссертационного совета К 063.85.06 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Нижегородском государственном техническом университете С 603600, ГСГЬ41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке' Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан ' __ша_ 1096 г.

В. В. Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аи-туаттнлгть пппКдръм Предприятия черной металлургии С ПЧМ) является самьши крупными потребителями энергоресурсов в России. По электроэнергии они потребляют около 18 X от общего потребления всей промышленностью. Эффективность использования энергоресурсов на ПЧМ составляет всего 45 - 50 X. поэта «у энергоемкость на ПЧМ в 1991 г. Была в 1,5 - 2 раза выше чем в ведущих странах. За период с 1892 по 1995 энергоемкость продукции возрасла еще в 1,5-2 раза, что сб-кясняется снижением производительности, простоями и отсутствием рынков сбыта продукции на ряде ПЧМ. Поэтому проблема экономии энергоресурсов и в первую очередь электроэнергии на ПЧМ является весьма актуальной и имеет больше народно-хо-зяаствашюа значение. Актуальность этой проблемы особенно выросла в последние годы в связи с ростом цен на энергоносители, значительным возрастанием энергетических затрат в стоимости продукции и намечашепся структурной и технологическая перестройкой металлургических предприятия.

Нйлт» пяКптм- Провести исследование состояния и закономерностей изменения удельных и полных расходов электроэнергии на ПЧМ и дать рекомендации по м?тодам нормирования и экономии' энергоресурсов.

Для достижения поетанлекноя цели автор решает следующие задачи:

- анализирует технологические схемы различных ПЧМ с целью их классификации по степени однородности электропотребления:

- исследует динамику изменений электтэопотребления и удельных расходов электроэнергии за период с 1970 по 1990 г. около 200 ПЧМ:

- исследует вероятностна:- законы изменения удельных расходов электроэнергии ПЧМ различных классов:

- разрабатывает модели .электропотребления для энергоемких установок, цехов и предприятий.

- разрабатывает стратегию энергосбережения с использованием эксе г/этического анализа те «но логически« процессов.

Ндтолы игедрглаания'. В работе использовались методы теории . вероятностей и математической статистики, метод статистического моделирования на базе регрессионного анализа, петая эксергетичео-х^го анализа технологических процессов.

няучняя нпйи.чмя

- исследованы вероятностные законы изменения удельных расходов электроэнергии для различных классов ГНС

- разработаны математические,модели электропопэебления для различных энергоемких установок, производств и предприятия:

- применен метод зксергетаческого анализа технологических процессов для научно-обоснованного нормирования расходов . энергоресурсов на ПЧМ.

Ппяктичяекая_ценность

- классификация ПЧМ по степени, однородности технологических процессов- позволяет правильно обрабатывать и применять статистическую информацию по электропотреблению:

- математические модели электропотребления установок,цехов и предприятии, разработанные в диссертации, позволят1 нормировать и прогнозировать, расходы электроэнергии при минимума исходных данных и при любой структуре ПЧМ.

- стратегия энергосбережения на ПЧМ. предложенная в диссертации. позволяет получить значительную экономию энергооесурсов.

пппнш? рргчул>,т^тлр. пабота. На основании результатов исследования разработаны "Рекомендации по нормированию, прогнозированию и экономии электрической энергии на металлургических предприятиях" которые переданы в Энергонадзор АО Нижновэнерго для их использования на металлургических предприятиях Нижегородского региона. ■ ■'

Апгу>*яния па^пты-' По основным теоретическим положениям и результатам диссертации сделано 5 докладов: на научно-технических конференциях "Актуальные проблемы электроэнергетики", г. Нижний Новгород. НПУ, 1393г.. 1994 г.. 1995 г.: на XV сессии семинара АН ЮХСР " Кибернетика электрических систем" по тематике " Электроснабжение промышленных предприятия".г.Новочеркасск. НПМ. 1993 г: на научно-технической и методической конференции " Энергосбережение, электропотребление,' электрооборудование ". г. Новомосковск. 1994 г.

гуч^п;!^ по результатам исследований опубликовано 8 работ.

структур и пб'урц, пмогргугятп/п^ипт» ""^птн Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений: содержит 165 стр. основного текста. 36 стр. иллюстраций, 43 таблиц, 22 стр. списка использованных источников из 203 наименований, 80 стр. приложений. , 4

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вп вирпении обоснована актуальность проводимых исследования, определены основные задачи диссертации, сформулированы научные положения, выносимые на защиту. '

й прпр.пг» рпяир проведен анализ технологических схем ПЧМ и установлено, что все существующее а стране ПЧМ по виду технологических схем. используемого сырья и виду выпускаемой продукции можно разделить на четыре основные группы : 13 с полным циклом передела: 23 с неполным циклом передела: 33 микизаводъй

43 специфические С коксохимические. горнообоготигельные, трубные и Ферросплавные 3.

Проведенныв исследования показывают, что на ТРИ имеются четыре группы элвктроприемников С ЭТО : злектроприемники с электрод-вигателяш. электротехнологические установки, осветительные, специальные С питание лаборатория. ЭВМ. вычислительных центров и АСУ ТПЗ. Дается процентный состав ЭП всех основных производств ПЧМ.

Рассмотрено состояние вопросов экономии и нормирования расходов электрической энергии СЭЭЗ на ПЧМ. Металлургическая промышленность является одной из самых энергоемких отраслей, поэтому снижение энергоемкости продукции ПЧМ играет важное значение как для экономии энергоресурсов в РФ, так и для снижения стоимости -металлопродукции, которая затем используется во всех других отраслях промышленности. Отиачено. что на предприятиях черной металлургии наибольшее распространение получил статистический метод нормирования "сверху вниз", что объясняется наличием банка статистических показателей ежегодного выпуска продукции и потребления продукции по всем ПЧМ бывшего СССР. Этот банк существовал в Мннчерыете с 1970 по 1385 р.

Анализ зарубежных публикаций па нормированию расходов энергоресурсов на ПЧМ показал, что там нормирование осуществляется "снизу вверх" и большое внимание обращают на разработку теоретически минимальных удельных расходов энергоресурсов С тонн условного топлива на тонну выпущенной продукцииЗ. Теоретически минимальные удельные расходы определяются на основании экеергетичес-кого енализа технологических пгоцессов. Подобный подход позволяет не только точно нормировать расходы различных видов знерго-

ресурсов, но и оценивать степень совершенства технологических процессов металлургических предприятия.

йтппая г.пяпя посвящена исследованию динамики и закономерно степ изменения удельных и полных расходов электрической энергия и выпуска продукции металлургических предприятия.

Важнейшей характеристикой эффективности использования электроэнергии на любом предприятии являются удельные расходы элек-троанепгии С ыуд Анализ литературных источника» показал, что начиная' с 1973 года во всех передовых странах иуд в металлургической промышленности падал, что объясняется болыши внимание и в этих странах к вопросам энергосбережения. В бывшем СССР и в : РФ, как показано в главе 2. иуд возрастает, что говорит о необходимости исследования причин этого явления и разработки .направления по экономии электроэнергии на ПЧМ нашей страны.

Проведено исследование динамики электропотребления и удельнък 1)агходов электроэнергии ПЧМ. Исходной информацией для исследования яви."2я банк данных института ГИПРОМЕЗа и сборники показателей работы ПЧМ ЦНШЧЕРМЕТА. Банк данных представляет собой ряд статистических, показателей по электропотреблению 164 предприятий черная металлургии за 15 лет по'основным видам выпускаемой и потребляемой продукции СП), удельному расходу электроэнергии по каждому ПЧМ и общему расходу электроэнергии ПЧМ СУ).

Все предприятия отрасли, входящие в базу данных, были разбиты на группы по Еыпуску одинаковой продукции. Разбивка осуществлялась по разработанной на языке.Фортран программе, реализованной на персональной ЭВМ. Из 164 предприятий черной металлургии были выделены 16 групп предприятий. Каждая -группа характеризуется определенным'видом выпускаемой-или потребляемой продукции: чугун. мартеновская сталь, конверторная сталь, электросталь, прокат черньи металлов, стальные трубы, железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыш, кислород, сжатый воздух, подача воды, кокс, огнеупоры, метизы. Проведена классификация предприятия черной металлургии по удельному электропопреблению для каждого технологического цикла внутри всех 16 групп.

С целью получения общих закономерностей изменения динамики удельных расходов электроэнергии на ПЧМ данные банка были обработаны методами корреляционно-регрессионного анализа и получены уравнения регрессии для анализируемого периода с 1970 по 1990 год. На рис. 1 приведены усредненные значения удельных расходов 33

Рис. 1. Лжахадса изменения удельных расходов электроэнергии по видел продукции ПЧМ

для различных видов продукции за анализируемый период. Как видно из этого рисунка, иуд за анализируемый период возрастали.

Анализ динамики'изменения показывает, что удельные расходы электрической энергии носят случайный характер. Наличие большого количества переменных факторов, влияющих на величину иуд, а так-гке случайность их сочетания в рассматриваемый отрезок времени, является достаточным основанием для изучения иуд статистическими методами. Рассмотрены величины иуд для различных видов продукции как случайные выборки из генеральной совокупности этих величин и определены вероятностные законы изменения этих величин и их числовые характеристики. По данным банка были построены гистограммы распределения величин иуд1 по всем видам потребляемого сырья ■ и выпускаемой продукции .

Исследование соответствия эмпирических распределений теоретическим по критериям согласия Колмогорова и омега-квадрат ( и2 ) показало, что изменение удельного расхода электроэнергии описывается нормальным- логнормальным. равномерным и экспоненциальным распределением.

Третья г.ляяа посвящена исследованию методов нормирования и разработке методов нормирования и прогнозирования расходов электроэнергии ПЧМ, с учетом банка данных ГИПРОМЕЗА.

Исходя из анализа структуры общего злектропотребления ПЧМ организована система нормирования удельных расходов 33. Объектами нормирования на ПЧМ являлись: энергоемкие технологические агрегаты С дуговые и руднотермические печи), цехи,' производства ■ и предприятие в целом. Расход■ЭЭ нормируется в кВт*ч. Важное значение в нормировании расхода 33 имеет выбор единицы .продукции, на которую устанавливается, удельная норма. Такой единицей является единица годной натуральной продукции, на которую и следует нормировать расходы ЭЭ. '

Решающим элементом в нормировании расхода ЭЭ . является • методика разработки норм. В практике нормирования, применяется .три метода определения норм : расчетно-аналитичаский. опытный и рас-чатно-статиетическия.

При расчетно-аналитическом методе нормирования расход ЭЭ определяется по нормализованным энергетическим балансам ЭП. Нормализованные ЭБ рассчитываются при нормальных технологических и организационных условиях эксплуатации ЭП и их технически исправном состоянии. В диссертации приведены аналитические выражения для

построения нормализованных ЭБ для различных ЭП, исходя иэ их классификации, приведенной в главе 1.

Нормирование электропотребления по Формулам расчетао-ана-литического метода весьма трудоемко и не всегда возможно, так как часто нельзя получить всю необходимую исходную информацию. Для ПЧМ с относительно стабильными режимами работы ЗП весьма перспективно применение нормативных характеристик электропотребления. В качестве исходных данных для построения этих нормативных характеристик могут служить данные банка института ГИПРОМЕЗа по общим и удельным расходам ЭЭ и.обьему выпуска, приведенные в главе 2.

Поэтому в качестве основного метода разработки математической функции описания связи между расходом электроэнергии и нор-иообразуишми факторами Ст.е. энергетическими характеристиками} принят метод статистического моделирования на базе регрессионного анализа.

Проведенный статистический анализ исходной информации по ПЧМ позволил остановиться на следующей модели электропотребления:

У-АО + А1*П + А2*П2+АЗ*П3. Ш

где V - значение расхода электроэнергии: П - объем выпуска продукции:

Ао.....Аз - коэффициенты, статистические оценки парамепэов

уравнения связи С коэффициенты регрессию.

В процессе проведения регрессионного анализа приходится производить операции с большими пассивами данных. В диссертации разработаны специализированные программы расчета энергетических характеристик на ПК. 1ЕМ. Программы производят расчет матрицы коэффициентов корреляции, находят коэффициенты регрессии, оценивают их значимость и определяют точность всея модели, проводят анализ остатков. Программой предусмотрело наряду с исследованием зависимости абсолютного расхода электроэнергии от объема выпуска продукции проводить расчет и анализировать зависимость удельного расхода электроэнергии ст объема выпуска продукции.

В табл. 1 и 2 приведены регрессионные уравнения полного и удельного расхода электроэнергии рудно-термических печей СРТГО и дуговых печей.

Статистическая обработка данных выпуска продукции, полного 'м удельного расхода электроэнергии по производствам позволило раэ-

Таблица 1.

Уравнения регрессии расхода электроэнергии от объема выпуска ферросплавов на РТП

1 1 Виды 1 Ферросплавов 1-:-- " 1 I Уравнение регрессии I 1 V, кВт*ч: С П , тЗ |

1 Ферросилиция 90 X -ый 1 Ферросилиций 75 % -ый 1 Ферросилиций 65 X -ый 1 Ферросилиций 45 X -ый. 1 Ферросилиций 25 X -ый 1 Ферросилиций 20 X -ый . 1 , 1 1 «=218199,7+13138,92*ГМ),1078*П2 | 1«=218321, 2 + 9433,845 * П 1 I «=823012,6 + 6847,762 * П I 1«=455343,2+4757,615*П+0,000001*ПЗ1 1«>1530274 +2571.348 * П 1 1 «=169206, 4 + 2137,111 * П I

1 Силмсомарганец 82 Х-ый 1 Ферромарганец углеродистый 1 1 1 «»407876.6 + 3864,492 * П 1 I«=85401,09 + 3861.834 * П I

I 1 I 1 Феррохром низкоуглеродистый I«=23861100 + 0.07456 * П2 | 1 Ферросиликохром 48 % - ый 1 «=3290481+5292.51«ГМЗ. 000001*ГР | 1 Феррохром высокоуглеродистый I №=.8433374 + 3251.303 * П I ■ 1 1

Таблица 2.

Уравнения регрессии удельного расхода электроэнергии от объема выпуска стали дуговыми печями

1 1 Вид 1--------------------г 1 Количество I Уравнение регрессии 1

1 выплавляемой |пседпш- |

1 продукции |ятий | ууд, кВтнч/т: С П. т У

1 Сталь в слитках 1 1 1 20 | V уд - 713, 97 - 0,00007 И П I

1 Сталь для литья 1 1 1 15 | и уд - 784.79 - 0. 00268 * П 1

) Чугунное литье 1 1 1 62 1 и уд - 837.24 - 0,00257 ж П I

1 Для всей продукции 1 1 ! - 97 • | J______________ , 1 и уд - 792.45 - 0,00017 И П I 1

1С

работать модели электропотребления для всех видов продукции ПЧМ. В табл.3 приведены регрессионные зависимости удельных расходов электроэнергии от выпуска продукции.

В качества способа прогнозирования расхода электроэнергии ПЧМ в диссертации использовалась ко»45инация методов структурной группировки металлургических производств и методов корреляционно-регрессионного их анализа. Совместное применение методов многомерной классификации и регрессинного анализа дает возможность создания дискретно-непрерывной модели, позволяющей в определенной мэре решать проблему учета структурно-технологических изменения производств ПЧМ.

Дискретно-непрерывная модель представляет собой комбинацию моделей двух типов - дискретной и непрерывной. Металлургические производства ПЧМ моделируются на уровне классов. Модели уровня классов - дискретны и в общем случае строятся методами распознавания образов. Модели каждого класса -. непрерывные и представляют собой внутриклассовые уравнения регрессии, каждое из которых- действительно в строго ограниченной, области признакового пространства. Если признаковое пространство разбито на непересекающиеся области А1.А2.....Ак . то формальная запись д.искрет-

но-непрерывной модели имеет следующий вид :

П.СЮ ПРИ X е А1

иСиудЗ » - Г2СХ) при X ЕА2 <2)

л<сх) при X ЕАк . ... ■

Функции ПС50.гаю.....{ХЗСЮ представляются в виде уравнения регрессии. Классы должны быть достаточно многочисленны и а них сохранена вариация моделируемого показателя' [\Ли уд) - полного расхода злзктрсзкергим С1,'дельта го расхода) в связи с вариацией факторов X] .

при создании дискретной части модели под классифицировались по виду выпускаемой или потребляемой продукции производством ГТ-М Собразовалось 16 классов)."

Создание непреывной части дискретно-непрерывной модели осуществляется методами регрессионного анализа. При построении лнут-риклассовых уравнений регрессии используется вся совокупность точек каждого класса.'

Таблица 3.

Зависимости удельного расхода электроэнергии от объема продукции Спо металлургическим производствам)

1 Еид продукции г 1 Уравнение регрессии I

1 Чугун и уд у уд, кВт*ч /т: С П /10®, т 3 I -9.915 - 0.435 * П + 0.0039 * ПР |

1 Трубы стальные у уд -174.18-162,ОЗжП+169,10*П2-42.54*ПЗ |

|Сталъ мартеновская и уд -13,097 -0.0022 * ПЗ |

1 Сталь конверторная и уд -7.249+22.317*П-5.859*Г]240,419*ПЗ |

I Электросталь и уд -806.01 - 116.12 « П I

|Г7.хкат черных металлов и уд -114.143 - 7.639 * П + 0.689 1

1Агломерат и уд -40,055 - 2.836 * П + 0.193 * ГР I

1 Железна* руда у уд -31.768 + 5.568 * П - 0.137 * П^ I

|Кокс и уд -29.943+14.18*П-6,972*П2+0,829*ПЗ |

!Огнеупоры и уд -90.491 - 3.102 « П I

1 Окатыш и уд -70,096,- 0,052 * Пг |

1Марганцевая руда у уд -156.851 - 20,273 * П 1

1Метизы и уд -392,24 - 149.02 * П2 I

! Сжатии воздух и уд и уд. кВт*мЗ/т: с П /10в,. мЗ ) | -104.173 - 2.173 « П I

¡Кислород w уд -1539.139 - 812.318 * П I

(Подача воды 1 и уд -267.371 - 19.742 « ГР 1 >

Прогнозирование расхода электрической энергии по производствам ПЧМ проводится, в два этапа, lia первом - по типу технологического процесса - проектируемое или реконструируемое металлургическое производство относится к одному из' выделенных классов. На втором - по внутриклассовому уравнению регрессии - при известном проектном объеме выпуска продукции определяется предполагаемый расход электроэнергии или удельный расход электроэнергии.

Достоверность математических моделей электропотребления определена уровнем абсолютной погрешности :

/ УрСиуд.р) - УФСиуд.ФЗ /

О = —--:- »100 Г. CÓ0

Щ С иуд. 30

где: W5 Сыуд. ф) - фактический расход электроэнергии С фактический удельный расход электроэнергии) в отчетном году. кВт*ч С кВт*ч/т):

Wp С иуд. р) - расход электроэнергии С, удельный расход 3. рассчитанный по уравнениям регрессии. кВт*ч СкВт*ч7тЗ.

В диссертации приведены таблицы „сравнения расчетных расходов и удельных расходов электроэнергии с фактическими для 16 различных металлургических производств. Для оценки влияния Факторов на расход электроэнергии использованы плановые производственные показатели, учитываемые в процессе производства. У!з ' данных таблиц сделан вывод, что погрешность прогнозирования при использовании предложенных моделей электропотребления не превышает 10 X .

Четвертая глява посвящена разработке стратегии экономии энергоресурсов ка ПЧМ. .

Установлено, что в РФ на ПЧМ сталь производится по одному из трех технологических циклов: 13 коксовая печь - доменная печь -мартеновская печь: 2) коксовая печь - доменная печь - кислородный конвертор: 33 металлический .лом Íокатыши) ' - электрическая печь.. В диссертации приведена динамика выплавки стали по различным процессам за период с 1975 по 1990 г. в РФ и в ведущих странах. Из которой сделан вывод, что все ведущие страны уже отказались от мартеновского способа производства стали. Основным способом производства стали в этих странах является кислоропно-коньер-торныл. Это обменяется тем. что производительность конверторов в 10 раз выше, а расходы энергии в них з 3.3 раза меньше, чем в мартеновских-печах. В РО мартеновским способом выплавляется око-

13

ло 50 X стали, поэтому одним из генеральных направлений по экономии энергоресурсов на ПЧМ является переход от мартеновского к конверторному способу производства стали. Проведенный анализ показал, что Более 70 X ПЧМ имеют Большой срок эксплуатации, старую технологию и соответственно на 40 - 50 % больший удельный расход энергоресурсов, чем на новых предприятиях. Анализ полных энергетических балансов ПЧМ показал, что при производстве чугуна и стали можно выделить четыре основные энергоемкие стадии: 1) добыча и переработка руды С расход ' знергоресурсов 5-7 X 3: 23 производство передельного чугуна Срасход энергоресурсов 40-45 ХЗ: 33 производство стали С расход'знергоресурсов 5-8X3: 43 прокатное производство С расход энергоресурсов 40 - 50 X 3.

Исключение первых двух стадий производства позволит также получить большую экономию знергоресурсов. Для их исключения необходимо развитие системы минизаводов, которые работают на металлическом ломе и состоят из злектросталеплавильногр и прокатного производства. В США на таких минизаводах выплавляется более 20% всей стали.

Значительно снизить потребление энергоресурсов на ПЧМ можно путем замены прокатных станов установками непрерывной разливки стали СУНРСЗ. В РФ на УНРС разливается только около 20 X производимой стали, а во' Франции, Японии и других странах более 30 1.

Одним из важнейших направлений в энергосбережении на ПЧМ является разработка нормативов по удельным расходам энергии на производство различных видов продукции. Проведенные исследования показывают, что все основные производства ПЧМ потребляют различные виды энергоресурсов С.электроэнергию, различные виды топлива, пар. горячую воду и т. д. 3, поэтому для разработки нормативов весьма перспективно применение эксергетических С "термодинамических 3 методов анализа энергопотребления.

Уравнение эксергетического баланса любой термодинамической системы записывается в следукцем виде С одним штрихом обозначены статьи прихода, двумя - статьи расходаЗ :

С2ЕЗ' +СЕЕмЗ' +(Г1х£ ЕхЗЗ' +СХ1сСЕоЗЗ' «

СХ ЕЗ" + СгЕмЗ" + С£1х С ЕчОЗ" + С 21 1цСБз>3" , С 43

где Е и Ем - соответственно электрическая и механическая энергия Сзксергия): 1х СЕх) - химическая энергия Сзксергия) топ-лиза. сырья, продуктов и отходое: I о СЕоЗ - энергия Сзксергия) 14

тепла, тепловых потоков.

Эксергетичесхмя баланс лвбой технической системы составляется на основании ее материального баланса, данных химического анализа. показаний контрольно- измерительных приборов и специально организованных замеров.

Уравнение материального баланса имеет вид :

^ Мсыр.1 Ммат.1 +2! Мт.1 =.]> Мпр.1 + 2Мот.1 +2 оМ1 • С5Э 1 11 1 1 1

где Нсыр. 1; Ммат.1: Мт.1: Мпр. 1: Мот.1: - соответственно массы перерабатываемого сырья, вспомогательных материалов, топлива, полезных продуктов и отходов 1 - ого потока: оМ1 - потери вещества в процессе.

Для составления уравнений эксергетического баланса анализировались продукто-технологические схемы предприятий черной металлургии и разрабатаны на этой основе модели прогнозирования его энергопотребления.

Основные принципы формирования модели энергопотребления : в модели'-предприятия выделяется подмодель' отдельного продукта С например, сталь 3, а в ней подмодель технологической схемы, в рамках которой исследуются отдельные : процессы, • входящие а эту технологическую схему С производство электростали 3. Именно эта подмодель, на уровне которой определяются энергетические затраты, а значит, и потенциальные возможности энергосбережения, и является основой всего исследования.

На рис. 2 показано энергопотребление по схеие процесс - продукт-предприятие. Рассматривается энергоемкое предприятие счерной металлургии 3, в неп 1-й продукт с например, сталь 3. для его производства .3-я технологическая схема, в которой анализируется 1-й процесс с например, элёктроплавка 3. потребляющий раз- , личные виды энергоресурсов С например, электроэнергию 3.

На основе рассчитанного энергетического баланса определяются расходы всех традиционных видов энергоресурсов и энергоносителей в отдельности С электрическая и тепловая энергия, кокс, природный, коксовый и доменный газ. мазут, уголь, плам. промлродукт) и суммарные затраты' энергии в условных С единых 3 единицах измерения. Определяются энергетический зн и эксергетическия 'б эюе КПД процесса.

I—:-1

— — >■! Предприятие I*---п

. | •-г--» |

Продукта

Процессы

г--ч

1С 1-1) |---И 1 I- - -

1--ч н-1 I

Технологии' 1 СЛ-1Э Н л 1« - - Н

г

1

I С1-1Э I- ■> - И 1 и - -У -'—-—1 I V I

г

I

Энерго ресурсы | Ск-1) |— ц I к I с —

С1+1У

С

С1+15

Ск+1)

Рис. 2. Энергопотребление по схеме процесс-продукт-предприятие

Таким образом, на каждой- из описанных увовнеп пвоаодитея расчет как показателей расхода отдельных видов энергоресурсов по соответствующим процессам, так и суммарных затрат энергии. Расчет ведется последовательно по всем переделом на единицу продукции каждого процесса. В качестве конечной продукции всей технологической схемы принята сталь в виде заготовок С блюмов, слябов, слитков 3. .

.В диссертации проведена оценка возможной экономии энергии в производстве стали за счет изменения структуры технологий, совершенствования процессов и оборудования при производстве стали. Чтобы получить такую оценку, для базового варианта рассчитываются эксергетаческие балансы тех процессов, на основе которых могут быть построены все заданные технологические схемы производства рассматриваемого продукта, в данном случае - стали.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных в диссертации исследования получены следующие научные и практические результаты: ■

1. Проведена классификация технологическим схем всех видов существушцих в РФ металлургических, предприятий, что позволяет производить термодинамический анализ технологических процессов и разработать нормативы по электропотсеблению.

2. Проведено исследование динамики изменения удельный расходов электроэнергии по всем видам выпускаемой или потребляемой продукции металлургическим предприятий и доказано,- что она по большинству видов продукции подчиняются логнормальному закону распределения.

3. Установлено, что за анализируемый период с 1970 по 1990 года удельные расходы электроэнергии на выпуск основных видов продукции ПЧМ возрастали. Предложены стратегические направления по экономии энергии : отказ от мартеновского способа производства стали: широкое применение установок непрерывной разливки стали: развитие сети мини-заводов: расширение производства ме-таллизованных окатышей и их широкое использование в электросталеплавильном производстве.

4. Установлено, что полные и удельные расходы электроэнергии по металлургическим производствам и рудно-терыическмм печам связаны с объемом выпуска продукции корреляционными зависимостями: доказана целесообразность применения методов регрессионного анализа для получения энергетических характеристик.

5. Разработаны регрессионные модели электропотребления для : энергоемких установок, цехов и производств, позволяющие значительно упростить нормирование и краткосрочное прогнозирование полных и удельных расходов электрической энергии для реконструируемых и новых ПЧМ. ''

6. С целью увеличения точности нормирования и прогнозирования расходов электрической энергии разработана методика построения дискретно-непрерывных моделей электропотребления с использованием для дискретной части формирования классов, а для непрерывной части - математического аппарата регрессионного анализа.

7. Доказана необходимость применения зксергетического анализа технологических процессов, для разработки теоретически минимальных расходов энерго ресурсов и определения резервов экономии энергоресурсов.

8. Разработана методика составления зксергетического баланса для различных технологических процессов, производств и в целом по ПЧМ.

S. Разработана методика определения резервов экономии энергоресурсов с помощью эксергетических балансов.

Основные результата исследования по теме диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Вагин Г.Л. Лоскутов А-Б.. Соснина E.H.. Шалаев С.А. Исследование динамики изменения показателей электрических нагрузок металлургических предприятия. // Известия высших учебных заведения. Электромеханика. 1893. N 6. с. 42-44.

2. Вагин Г.Я.. lila паев С. А. Прогнозирование электропотребления промышленных предприятий черной металлургии . - Тезисы докладов научно-технической конференции "Актуальные ппблеыы электроэнергетики". / НПУ. Н. Новгород,. 1Й93. е. 3-4.

3. Вагин Г.Я.. Лоскутов А.Б.. Шалаев С.А. План ГОЭЛРО и развитие топливно-энергетического комплекса страны (дискуссия по статье Б.И., Кудрина).//Промышленная энергетика, 1993,N 12,с.35-37.

4. Вагин Г. SL. Шалаев С.А. Прогнозирование электропотребления на предприятиях черной металлургии, выпускающих конверторную сталь. - .Тезисы докладов научно-технической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики". / НПУ. Н. Новгород. 1994, с. 3-4,

5. Вагин Г-SL. Шалаев С. А. Прогнозирование электропотребления на крупных предприятиях черной металлургии . - Тезисы докладов научно-технической и методической конференции. : Энергосбережение. электрапотребление. электрооборудование.--М. * Электрики. 1994. с. 28.

6. Вагин Г.Я.. Лоскутов А.Б. Шалаев С.А. Основные направления экономии энергии на предприятиях черной металлургии в условиях ее структурной перестройки. - Тезисы докладов научно-технической и методической конференции. : Электрооборудование, электроснабжение. электропотребление. - М- : Электоюси. 1895. с. 17-18.

7. Вагин Г.'Я.. Лоскутов А. Б. Шалаев С А. Основные направления экономии энергии на металлургических предприятиях. // Промышленная энергетика, 1985, N 9, с. 12-15.

8. Вагин Г.Я., Шалаев С.А. Нормирование расходов злектро-попэебления на предприятиях черной металлургии. - Тезисы докладов научно-технической конференции "Актуальные проблемы злек- ' троэнергетики". / НПУ. Новгород. 1835, с. 27-29.

Личный вклад автора. В работе 1 автору принадлежит исследо-' вательская часть и обработка реэулгтагов исследования: в работах 2,4,5.8 - методический подход, исследовательская и расчетная части: в работах 3,6.7 - анализ существующего методического обеспечения экономим электроэнергии на металлургических предприятиях.

Подл, к печ. Формат 60x84 ■*/!«. Бумага • газетная

Печать офсетная. Уч.-изд. л. О Тираж Л? экз. Заказ Бесплатно.

Типография НГТУ. 603600, Н.Новгород, ул.Минина, 24.