U.O.E.E. - Cuptoare cu arc - Bilant Electroenergetic - Cuptor cu Arc

 

U.O.E.E.

Cuptoare cu arc

Bilant electroenergetic

Cuptoare cu arc

1.Masuratori efectuate

1.1.Instrumente de masura utilizate

- Analizor de retea trifazata tip CA 8334, pe cuptorul cu arc CA2

- Analizor de retea trifazata tip EMA 90, pe cuptorul cu arc CA1

- Multimetru profesional Metrahit S29

1.2 Curbe de sarcina inregistrate

CA1 in intevalul 13.08.2007, ora 22 -16.08.2007,ora 14, cu perioada de esantionare de 1 min. Analizorul a fost montat pe primarul transformatorului de alimentare a cuptorului, in montaj trifazat, cu utilizarea circuitelor secundare de curent si tensiune existente. S-au inregistrat urmatorii parametri electrici :

-putere activa,

-putere reactiva,

-energie activa,

-energie reactiva.

CA2 in intervalul 14.08.2007, ora 22 - 16.08.2007,ora 14, cu perioada de esantionare este de 1 min. Analizorul a fost montat pe primarul transformatorului de alimentare a cuptorului, in montaj trifazat, cu utilizarea circuitelor secundare de curent si tensiune existente. S-au inregistrat urmatorii parametri electrici: putere activa, putere reactiva, putere aparenta, energia activa, energia reactiva, tensiunile de linie si de faza, curenti de linie, factor de putere monofazat si trifazat.

2.Date privind cuptorul cu arc si procesul tehnologic

2.1. Caracteristicile cuptorului

Transformator de alimentare : TTU 630KVA; 6000/216 V; Usc=41,68 % ;60 /1685 A

Racirea transforamatorului se realizeaza prin ventilatie fortata astfel: la cuptorul 1 este functional un ventilator de 4KV iar la cuptorul 2 sunt functionale 2 ventilatoare de 4KV.

Controlul arcului electric se realizeaza printr-un sistem automat de deplasare a electrozilor cu actionari individuale pentru fiecare electrod.

Sistem de racire cu apa industriala netratata, recirculata cu pompa de 15kW/3000rp

Cuptorul are 5 sub-sisteme de racire :

1 sistem racire usa de incarcare ;

1 sistem racire bolta ;

1 sistem racire port-electrozi grafit.

Debitul de apa necesar racirii cuptorului se regleaza de operator in functie de regimul de lucru al cuptorului.Este masurata si vizualizata presiunea apei de racire.

2.2.Date tehnologice

a) De regula, in cuptoarele cu arc se elaboreaza otel si fonta.

Materia prima este constituita din :

-fier vechi

-fonta veche

-fonta recirculata (retele de turnare)

Materialele de adaos in sarja pentru obtinerea compozitiei chimice standardizate sunt:

feromangan, ferosiliciu, recarburizator.

Procentul materiilor prime si a celor de adaos, in incarcatura, depinde de sortimentul de fonta elaborate. Corectia compozitiei chimice a sarjei se realizeaza in oala de turnare.

b) Regimul de lucru la cuptoare in perioada analizata, s-a lucrat in 2 schimburi - schimburile 1 si 3, regimul fiind similar regimului de functionare al cuptorului cu inductie. Practic, in 2 schimburi cuptorul se raceste.

c) Compozitia chimica a otelului, elaborate:

d) Caracteristicile sarjelor elaborate in perioada in care s-au facut inregistrari ale parametrilor electrici de functionare a cuptoarelor, sunt redate in tabele de mai jos:

CUPTOR CU ARC 1- parametri sarja

CUPTOR CU ARC 2 - parametri sarja

e) Parametri statistici sarje otel CA1

f) Parametri statistici sarje otel CA2

Notatii folosite :

Pentru durata sarjelor

-ts[min] - durata sarjei (topire);

-tmed[min] - durata medie a unei sarje;

dt[min] - abaterea duratei reale a sarjei fata de durata medie realizata in intervalul urmarit, in valoare absoluta;

-dt[%] - abaterea duratei reale a sarjei fata de durata medie, in procente

Pentru energie

Ws[kWh] - consum de energie electrica pe sarja;

Wsmed[kWh] - consum mediu de energie electrica pe sarja;

dW[kWh] - abaterea consumului real de energie pe sarja fata de consumul mediu pe sarja realizata in intervalul urmarit, in valoare absoluta;

dW[%] - abaterea consumului real de energie pe sarja fata de consumul mediu pe sarja realizata in intervalul urmarit, in procente;

g) Analiza datelor tehnologice in corelare cu consumul de energie

Diferenta intre valorile medii ale consumurilor de energie pe sarja, pe cele doua cuptoare este redusa: 685.66 in raport cu 690.9 kWh;

Se observa diferente semnificative de pana la 62% intre consumurile energetice ale sarjelor;

La timpi similari de topire, apar diferente de pana la 50% intre consumurile de energie pe sarje;

În general, sarjele cu timpi mici de elaborare inregistreaza si consumuri reduse de energie, fara a exista o relatie de proportionalitate intre diferentele de timp si diferentele de energie inregistrate;

Timpul redus de elaborare poate fi influentat de calitatea si cantitatea materialului utilizat;

Sarjele de inceput ale schimbului 3 au consumul energetic cel mai ridicat si se explica prin racirea accentuata a captuselii refractare a cuptorului pe perioada schimbului 2 cand nu lucreaza cuptorul.

3.Bilant energetic pe sarja

3.1. Date generale despre sarja

S-a ales sarja 4 pentru elaborarea bilantului energetic

Masa sarjei este de 600kg

Durata sarjei este de 1.7 h (102 min)

Temperatura de topire otel C

Temperatura de supraincalzire C

Energie electrica absorbita este de 701.43 kWh

Cantitatea de apa in sarja

-1.2 kg in umiditate in sarja

-0.6 kg apa de cristalizare in oxizii de fier

Cantitatea de oxizi de fier in incarcatura de 6kg, din care:

-4.8 kg (/ Fe)

-1.2 kg (/ FeO),

Cantitatea de electrod consumata prin ardere 1.92 kg

3.2 Calculul pierderilor

3.2.1. Pierderile prin conductie si convectie prin peretii exteriori ai cuptorului

3.2.2. Pierderi prin radiatie

3.2.3.Pierderi electrice

a)     Date pentru calculul pierderilor electrice

b)     Pierderi electrice

3.2.4. Pierderi prin caldura evacuate prin apa de racire

Debit apa racire = 15 000 litri/ora

Temperatura apa intrare    22

Temperatura apa iesire 31

Energie evacuate in apa 266.86 kWh

3.3. Calculul energiilor utile

3.3.1. Energia necesara topirii si supraincalzirii otelului

= [ [kWh]

- masa sarjei de otel;

- caldura specifica de topire a otelului;

- caldura latenta de supraincalzire a otelului topit; - caldura latenta de topire;

= 1500 - temperatura de topire a otelului;

3.3.2. Energia necesara topirii si supraincalzirii zgurei

[Kwh]

- masa zgurei formate ;

- caldura specifica de topire a zgurei;

;- caldura latenta de topire a zgurei;

- temperatura de evacuare a zgurei;

3.3.3. Energia necesara desfasurarii reactiilor endotermice (ardere oxizi de fier)

= [+]/860

3.3.4. Energia necesara eliminarii apei din sarja

apa - umiditate in sarja

apa de cristalizare - in oxizii de fier;

3.3.5.Energii exoterme - generate de arderea electrozilor

/860 [kWh]

3.4. Pierderile prin conductive si convective prin peretii exteriori ai cuptorului dupa vopsirea cu lac de aluminiu

3.5. Pierderile prin radiatie - calcule de reducere

3.5.1. Gura de incarcare - prin reducerea timpului de deschidere de la 1.7 h la 0.7 h

3.5.2. Gura de evacuare prin acoperire practic totala ()

Prin suprafata de 0.06 mp - aria obturata se pierd prin convective si conductive s-a definit

4. Bilant electroenergetic real

4.1.Prezentare tabelara detaliata

4.1. Prezentare tabelara simplificata

4.2. Diagrama Sankey

5. Analiza bilantului energetic real si a datelor bilantului

1. Din bilant rezulta ca pierderile de energie cele mai importante sunt:

-pierderile prin caldura evacuate an apa de racire - 266.86 kWh (37.08%)

-pierderile prin radiatia deschiderilor cuptorului - 127.60 kWh (17.73%)

Pierderi prin radiatia gurii de incarcare - 95.81 kWh (13.31%)

Pierderi prin radiatia gurii de golire - 17.72 kWh (2.46%)

Pierderi prin deschiderile electrozilor - 14.10 kWh (1.96%)

Pierderi conductive si convective prin pereti - 44.49 kWh (6.18%)

Prin suprafata boltii - 9.59 kWh (1.33%)

Prin suprafata imbinarii bolta - perete lateral - 3.96 kWh (0.55%)

Prin suprafata peretului lateral - 19.25 kWh (2.67%)

Prin suprafata cuvei, zona conica - 9.08 kWh (1.26%)

Prin suprafata cuvei, zona inferioara - 2.61 kWh (0.36%)

2. Pierderile care pot fi diminuate sunt:

Pierderile prin radiatia deschiderilor cuptorului, prin reducerea timpului de deschidere ale acestora: gura de incarcare si de evacuare. Prin obturarea gurii de evacuare pe perioada sarjei se reduc pierderile cu minim 16 kWh pentru sarja, durata egala sau economie orara de 9.4 kWh, cu luarea in considerare a pierderilor conductive si convective care apar prin gura obturata. Prin reducerea timpului de deschidere a gurii de incarcare cu 50 %, economia este de minim 40kWh/sarja cu durata egala sau economie orara de 23.5kWh.

Pierderile conductive si convective prin pereti - prin acoperire cu lac de aluminiu a suprafetelor metalice exterioare a cuptorului se economisesc 20,39 kWh/sarja.

3. Asa cum s-a mentionat la analiza parametrilor sarjelor , apar diferente mari intre consumurile de energie la sarje cu timpi de elaborare relativi egali; ca posibile cauze ar fi calitatea materialului si dispunerea materialului incarcaturii in cuva.

Pentru o evaluare corecta a factorilor care influenteaza consumul de energie este necesara monitorizarea combinata a parametrilor tehnologici si electrici ai cuptoarelor si corelarea acestora.

4.O mare cantitate de energie - 266.6 kWh - energie se pierde prin apa de racire care nu se poate recupera decat prin utilizarea unei pompe de caldura.Implementarea unei pompe de caldura implica o analiza tehnico-economica riguroasa pentru stabilirea eficientei economice.

6. Plan de masuri pentru reducerea consumului de energie

1.Monitorizarea combinata a parametrilor tehnologici si electrici ai cuptoarelor si corelarea acestora pentru stabilirea factorilor care influenteaza consumul de energie, legati de materailul utilizat, de factorul uman, de instalatiile din aval(capacitatea de turanrea pregatita), de particularitatile tehnice ale cuptoarelor.

2.Analiza posibilitatii de oprire a functionarii pompei de la circuitul apei de racier pe perioada de oprire in schimbul 2 a cuptoarelor; o ora de functionare a pompei pentru apa de racier este echivalenta cu un consum de energie de 9.73 kWh. In afara de acest consum suplimentar trebuie luata in considerare si pierderea de energie al primei sarje prin apa de racire care se gaseste in consumul suplimentar de energie al primei sarje dupa oprire.Practic, prin activarea circuitulu    apei de racire se raceste accelerat cuptorul.

3. Acoperirea cu lac de aluminu a suprafetelor metalice ale peretilor cuptorului;

economia realizata este de 20.39 kWh/sarja sau 11.99kWh/ora de functionare cuptor.

4. Obturarea gurii de golire a cuptorului pe perioada fnctionarii si a schimbului 2 cand cuptorul este in asteptare; economia realizata este de 16.81 kWh/sarja sau 9.88kWEh/ora de functionare cuptor.

5. Reducerea timpului de deschidere a gurii de incarcare la 40 % din timpul elaborarii sarjei; economia de energie realizata este 56.36 kWh/sarja sau 33.15 kWh/ora de functionare cuptor

7. Bilantul energetic real si optim - prezentare tabelara comparativa

8. Bilant electroenergetic optim

8.1. Prezentarea tabelara simplificata

8.2 Diagrama Sankey

BIBLIOGRAFIE:

1) Firma S.C. Euro Casting S.R.L. din Iasi

2) https://www.lindegaz.ro/international/web/lg/ro/likelgro.nsf/DocByAlias/nav_ind_libo

3) Cursurile R.E.S.C.C.E. - Prof.dr.ing. Sarmasanu Constantin

4) https://facultate.regielive.ro/proiecte/mecanica/sudura_cu_arc_electric-11887.html

5) https://www.arcelectric-hazleton.com/

6)https://www.didactic.ro/?cid=disciplina&did=13&what=planuri&pid=22992&type=0&redirected=files%2F13%2Flucrarea_de_laborator_nr.3.pdf

7) https://www.straaltechniek.net/ro/products.asp?id=6

8) https://www.armyacademy.ro/revista1_2000/rev1_art17_2000.html

9) https://www.uzinsider.ro