Технико-коммерческое предложение на установку ЧРП на дымососы

Были обследованы дымососы колпаковых печей в цехе термической металлообработки (ЦТМ) производства холоднокатаного листа (ПХЛ) и выработано предложение по использованию частотно-регулируемых преобразователей (ЧРП) для двигателей дымососов.

По технологическому процессу

По технологии производства для снятия напряжения металла, требуется обжиг стальных рулонов водородом в колпаковых печах с вытяжкой побочного сгораемого продукта. Для этого технологического процесса на максимальную мощность цеха заложена (построена) дымовая труба. Однако по существующей технологии задействовано 64 колпаковых печи, которые размещены в два ряда по две колонны в каждом, где

• 40% — на обжиг;
• 40% — на охлаждение;
• 20% — на смену процессов.

Дополнительно возможен ввод ещё несколько печей с целью наращивания производительности цеха и замены устаревших технологий.

Структурно вентиляционные шахты от колпаковых печей, подходящие к дымовой трубе, разбиты на две системы вытяжки от одинакового количества печей и работают от электродвигателей дымососов мощностью по 160 кВт. В виду необходимости поддержания круглосуточного непрерывного технологического цикла по производительности в каждой системе меняется производительность от 60 до 100 тыс. м3/ч., поэтому важно перед дымососом постоянно поддерживать стабильное необходимое разряжение.

Очевидно, что в ЦТМ вытяжка побочного сгораемого продукта и воздуха для охлаждения рулонной стали в колпаковых печах осуществляется одновременно по двум каналам соответственно с загрузкой обоих дымососов всего по 40%.

Важно отметить, что порядка 218 часов в год цех термической обработки останавливается на профилактику или на техническое обслуживание.

Согласно опроса обслуживающего персонала, при запуске ЦТМ в зимнее время после технического обслуживания (простоя), для продавливания ствола дымовой трубы применяется полная мощность дымососов.

В соответствии с проведенными расчетами специалистами было установлено, что системы вытяжки колпаковых печей термического цеха свои задачи выполняют полностью и имеют запас по производительности и мощности. Однако в результате того, что на обеих системах используются закрытые более чем на 60% шибера, возможна существенная экономия по электричеству и электрооборудованию, за счет увеличения межремонтного ресурса последнего.

Дымососы расположены на удалении до 20 метров от распределительного щита, который подключен к понижающему трансформатору мощностью 1000 кВА.

Для избежания такой не экономичной эксплуатации и повышения надежности работы систем вытяжки сделано предложение по использованию ЧРП на дымососах:

Применение ЧРП на дымососах позволит:

1. Использовать автоматическое регулирование частотой вращения электродвигателя по обратной связи от датчика практически любого технологического параметра или оператора.
2. Стабилизировать и регулировать производительность дымососов в ручном режиме.
3. Выключать электродвигатель в случае: его длительной перегрузки по времени, короткого замыкания, обрыва фазы или перенапряжения.
4. Обеспечить бесконтактный и плавный пуск электродвигателя.
5. Увеличить межремонтный ресурс установки (износ подшипников, обмоток двигателя, автоматических выключателей) за счет снижения числа оборотов.
6. Выбрать экономичный режим работы электродвигателя дымососов.

Технические характеристики дымососов ВДН 21:

• Мощность двигателя — 160 кВт 750 об/мин;
• Номинальный напор — 490 кгс/м2
• Номинальный расход — 162000 м3/час (45 м3/с)
• Текущий расход — 80000 м3/час (22,2 м3/с) – необходимый по технологии
• Текущий напор — 280 кгс/м2
• Удельный вес газа на входе — рг = 1.29 кг/м3
• Плотность воздуха при температуре — 25оС ρв = 1,42 кг/м3
• Плотность воздуха при температуре + 20оС ρв = 1,2 кг/м3
• КПД эл.дв. — 94%, КПД нас — 65%
• Температура на входе — 120С0
• Номинальный ток потребления. — 300А.
• Текущий ток — 190А.
• Дроссельная заслонка закрыта на — 60%
• Cos ф = 0,82

Расчет экономической эффективности

1. Расчет мощности потребляемой электродвигателем дымососа при закрытой задвижки на 60%:
$$P_{\mathrm{эл.дв.}}=1.73*\mathrm{190A}*\mathrm{380B}*0.82=\mathrm{102\; кВт};$$
2. Расчет заложенной мощности электродвигателя дымососа:
$$P_{\mathrm{эл.дв.}}=1.73*\mathrm{300A}*\mathrm{380B}*0.82=\mathrm{160\; кВт};$$
3. Таким образом экономический эффект по потреблению электроэнергии при использовании ЧРП на дымососе будет:
$${\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{ЧРП.под}}=(P_{\mathrm{эл.дв.}}—P_{\mathrm{эл.дв.ЧРП}})=\left(\mathrm{160\; —\; 102}\right)=\mathrm{58\; кВт};$$

В соответствии с методическими материалами, выпущенными по АО «ВНИИЭ» и принятых РАО «ЕЭС России» и АОэнерго, коэффициент ресурсосбережения при использовании частотно-регулируемых приводов принят равным половине коэффициента энергосбережения.

С учетом проведения регламентных работ и стоимости единицы электроэнергии 8 рубля экономия электричества за год будет равна:

$${\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{ЧРП.год.}}={\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{ЧРП.}}*\left(\mathrm{8760\; —\; 218}\right)*8=\mathrm{58\; *\; 8542\; *\; 8}=\mathrm{3\; 963\; 488\; руб.в\; год};$$

Таким образом экономия ресурсов при использовании ЧРП составит:

$$\mathrm{3\; 963\; 488\; руб.\; /\; 2}=\mathrm{1\; 981\; 744\; руб.\; в\; год}$$

В целом при использовании ЧРП на электродвигателе одного дымососа экономический эффект составит:

$$\mathrm{<strong>3\; 963\; 488\; руб\; </strong>}<strong>+</strong>\mathrm{<strong>1\; 981\; 744\; руб\; </strong>}<strong>=</strong>\mathrm{<strong>5\; 945\; 232\; руб.\; в\; год</strong>}$$

Для двух дымососов экономический эффект удваивается

Для выбора частотных преобразователей и формирования предложения на электродвигатели дымососов мощностью по 160 кВт ЧРП необходимо рассчитать мощность, затрачиваемая на транспорт газов через дымовую трубу $N_{\mathrm{тг}}$, кВт с двух вентиляционных шахт, которая находится по формуле:

$$N_{\mathrm{тг}}={\mathrm{10}}^{\mathrm{-3}}\left(\frac{n_c{V}_c\Delta h}{{\eta }_{\mathrm{мд}}{\eta }_{\mathrm{дв}}}\right)={\mathrm{10}}^{\mathrm{-3}}*2*45*756.5/0.65*0.94=\mathrm{111.4\; кВт}$$

где

• $V_c$– объемный расход газов через ствол, м3 /с;
• $n_c$– количество стволов;
• Δh — напор, развиваемый в тягодутьевых машинах, Па;
• ${\eta }_{\mathrm{мд}}$– КПД тягодутьевых машин, который можно принимать для воздуходувок для дымососов типа Д – 0,65;
• ${\eta }_{\mathrm{дв}}$– КПД двигателей тягодутьевых машин, может приниматься равным 0,94.

Напор, развиваемый двумя тягодутьевыми машинами Δh, Па, складывается из потерь на трение ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{тр}}$ , на местные сопротивления ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мс}}$ , с выходной скоростью ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{вс}}$ и самотяги трубы ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{c.}}$

$$\mathrm{\Delta h}={\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{тр}}+{\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мс}}+{\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{вс}}+{\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{c.}}=\mathrm{60\; +\; 1.9\; +\; 96.8\; +\; 598}=\mathrm{756.5\; Па}$$

Потери на трение ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{тр}}$ , Па, для круглых стволов постоянного сечения находятся по формуле:

$${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{тр}}=\lambda \left(\frac{H}{d_c}\right)h_{ꝺ}=\lambda \left(\frac{100}{3}\right)h_{ꝺ}=\mathrm{0.0186\; *\; 100\; /\; 3\; *\; 96.8}=\mathrm{60\; Па}$$

• где λ – коэффициент трения;
• Н – Труба уже есть и высота задана 100 м;
• Диаметр устья $d_c$ – тоже задан, 3 м;
• $h_{ꝺ}$ – динамический напор, Па, определяемый по формуле:

$$h_{ꝺ}={\rho }_{г}\left(\frac{w^2}{2}\right)=1.2*{\mathrm{12.7}}^2/2=\mathrm{96.8\; Па}$$

Здесь ${\rho }_{г}$ плотность дымовых газов, кг/м3, но берём плотность воздуха внутри термического цеха при температуре +20 градусов; w – скорость газов в стволе берём по двум дымососам (один –удаление дымовых газов, другой – охлаждение металла) и определяем по формуле:

$$w_0=\frac{4V_c}{\mathrm{\pi }{D}_0^2}=\frac{4*2*45}{3.14*3^2}=12.7{м}^3/c$$

Для конических стволов динамический напор в устье дымовой трубы $h_{ꝺ}0=h_{ꝺ}$ , а скорость газов в устье трубы w0 = w.

Плотность дымовых газов в ЦТМ после профилактики рассчитывается по формуле при температуре 20 градусов

$${\rho }_{г}=1.29\left(\frac{273}{273+{\mathrm{t}}_2}\right)=\mathrm{1.29\; *\; 273/(273\; +\; 20)}=1.2\mathrm{кг}/{\mathrm{м}}^3$$

За основу берем худшие условия — зиму. Холодный период — 25°С, где плотность воздуха ${\rho }_{в}=1.42\mathrm{кг}/{\mathrm{м}}^3$ , $t^{г}$ температура газов в стволе принимается 20°С (Температура внутри цеха) 1,2 кг/м3. По этой же формуле находится и разность плотности воздуха при подстановке вместо $t_{г}$ – $t_{в}$ получим 1,42 – 1,2 = 0,22

Коэффициент трения λ находится по формуле

$$\mathrm{\lambda }=0.11\sqrt[4]{\frac{\mathrm{\Delta }}{{\mathrm{d}}_{\mathrm{c}}}+\frac{68}{{\mathrm{R}}_{\mathrm{e}}}}=0.11\sqrt[4]{\frac{0.0025}{3}+\frac{68}{{10}^6*3.175}}=0.11\sqrt[4]{\mathrm{0.0025\; +\; 0.00002}}=0.0186$$

, где Δ – абсолютная шероховатость, которая принимается для стальных стволов равной 0,0004 м, для кислотоупорного бетона – 0,002 м, для железобетона и кирпича – 0,0025 м; dc = 3м; Rе – число Рейнольдса, рассчитываемое по формуле:

Re = w*dc/v Re = 106*12,7*3/12= 3,17*106

, где w – скорость газов в стволе, м/с; ν – кинематическая вязкость дымовых газов, которая в зависимости от температуры газов определяется по табл. 1.

Таблица 1

Температура дымовых газов	0	100	200	300	400
Кинематическая вязкость дымовых газов	11.9	20.8	31.6	43.9	57.8

Для конических труб потери на трение ориентировочно можно принимать

$${\Delta h}_{\mathrm{тр}}={0.3h}_{ꝺ}$$

Потери на местные сопротивления ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мс}}$ , Па, находятся как

$${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мс}}={\mathrm{\Sigma \zeta h}}_{ꝺ}=\mathrm{0.02\; *\; 96.8}=\mathrm{1.9\; Па}$$

, где Σζ – сумма местных сопротивлений по газовому тракту дымовой трубы: для конических труб – 0,02 для стволов при наличии цокольной части – 0,06, для многоствольных труб с выполнением выходной части при наличии цокольной части – 0,08.

Потери с выходной скоростью ${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{вс}}$ , Па, в формуле находятся как

$${\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{вс}}=h_{ꝺ}=\mathrm{96,8\; Па}$$

Самотяга трубы ${\mathrm{\Delta h}}_{с}$, Па, вычисляется в формуле как:

$${\mathrm{\Delta h}}_{с}=\pm \mathrm{Hg}\left(1.2—p_0\frac{273}{\mathrm{273+\vartheta }}*\frac{p}{101080}\right)=\pm \mathrm{100\; *\; 9.8}\left(\mathrm{1.2\; —\; 0.85}\frac{273}{\mathrm{273\; +\; 120}}*1\right)=$$

= 980*(1,2-0,85*273/393*1) = 980*(1,2-0,59) = 598 Па

= 980*(1,2-1,42*273/293*1) = 980*(1,2-1,323) = — 120,6 Па

, где g – ускорение свободного падения, м/с2; H = 100м — расстояние по вертикали между серединами конечного и начального сечения данного участка, м; р — абсолютное среднее давление продуктов сгорания на участке (при избыточном давлении меньше 5000 Па принимается р/101 080=1), Па; р0 — плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, кг/м3; Q — средняя температура продуктов сгорания на данном участке, °С; 1,2 кг/м3 — плотность наружного воздуха при давлении 101080 Па и температуре 20 °С.

Выводы: Расчёты показывают существенные перегрузки (более 30%) на каждый электродвигатель дымососов в момент пуска после технического обслуживания ЦТМ особенно в зимнее холодное время, когда столб холодного воздуха находится в промёрзшей дымовой трубе.

В тоже время после прогрева внутреннего ствола дымовой трубы побочными сгораемыми продуктами возникает самотяга трубы, в результате чего нагрузка на двигатели дымососов резко снижается, практически к “0”

$$N_{\mathrm{мг}}={10}^{-3}\left(\frac{n_c{V}_c\mathrm{\Delta h}}{{\eta }_{\mathrm{мд}}{\eta }_{\mathrm{дв}}}\right)={10}^{-3}*\mathrm{2\; *\; 45\; *\; 38\; /\; 0,65\; *\; 0,94}=\mathrm{5,6\; кВт}$$

Самотяга в основе дымовой трубы за счёт побочных высокотемпературных сгораемых продуктов может создавать разряжение до «- 120,6 Па».

$$\mathrm{\Delta h}={\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мр}}+{\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{мс}}+{\mathrm{\Delta h}}_{\mathrm{вс}}+{\mathrm{\Delta h}}_{с}=\mathrm{60\; +\; 1,9\; +\; 96,8\; —\; 120}=\mathrm{38\; Па}$$

Исходя из выше изложенного, ЧРП может выбираться на каждый дымосос с меньшей мощностью в 132 кВт, но с перегрузкой 150% в течении 1 мин. Это позволит дымососу «пробить» ствол дымовой труды в зимнее время и соблюсти технологию автоматического поддержания тяги в трубе. Входной и выходной реакторы не требуются в виду малых расстояний до 20 метров и маленькой мощности понижающего трансформатора.

1. Стоимость предлагаемого оборудования

Наименование товара	Ед. изм	Кол-во	Цена за ед. без НДС, руб.	Стоимость без НДС, руб.
Частотно-регулируемый преобразователь, Pн=132 кВт; Iн=243 (А)	шт	2	300 000	600 000
Шкаф электромонтажный IP 54 со сборкой и всем внутришкафным оборудованием (вентилятор с фильтром – 2 шт., провода, клеммы, реле, светосигнальная и коммутационная аппаратура и др.) ВхШхГ 2100 х1200х600	шт	2	850 000	1 700 000
Автоматический выключатель  3P 250А	шт	6	40 000	240 000
Контактор AC3 3P 309A	шт	8	40 000	320 000
Обогреватель с терморегулятором	шт	2	15 000	30 000
Кабельная продукция в зависимости от трассы 4Х150 мм2	м	60	6 000	360 000
Итого без НДС: 3 250 000 руб.

2. Общая стоимость товара эквивалентна 3 250 000 руб. без НДС
3. Монтаж и проектирование составит до 30% от стоимости оборудования и составляет 980 000 руб.
4. Транспортные условия и транспортные расходы
5. Условия оплаты:
6. Срок поставки оборудования
7. Срок гарантии на оборудование

ВЫВОД: Исходя из расчета экономической эффективности, данное оборудование окупиться менее чем за полгода.

Затраты на внедрение 3 250 000 руб. + 980 000 руб = 4 230 000 рублей. Эффект от внедрения по сэкономленному электричеству и ресурсу сбережения 2 х 5 945 232 руб. = 11890 464 руб. в год. Соотношение затрат к эффективности 4 230 000 руб. / 11890 000 руб. равно 0,35. Это 5 месяцев. Данное предложение требует внедрения. Если взять кредит на реализацию на год и при учёте, что предложение будет реализовано за 6 месяцев и выполнен проект, данный проект “отбивается” за год без потерь перед банком.

Окупаемость поставляемого оборудования для двух дымососов составит 5 месяцев

Предлагаемая схема реконструкции