Проект перевода котла-утилизатора КУ-150 с парового на водогрейный режим с естественной тягой

Шум оказывает вредное воздействие на здоровье и работоспособность человека, мешает нормальному ходу производственных процессов. Продолжительный и сильный шум вызывает утомление органов слуха, может привести к частичной потере слуха, а иногда и к полной глухоте. Шум отрицательно сказывается на состоянии центральной нервной системы.

Работа некоторого оборудования сопровождается значительным шумом. К такому оборудованию относятся дымососы, вентиляторы, насосы, которые имеются в котельной.

В результате обследования шумового режима большого числа предприятий принята разбивка помещений по степени шумности. Котельные относятся к помещениям с уровнем звукового давления до 90 дБА.

Вибрация, как и шум, относится к механическим колебаниям. В отличие от шума, вибрация воздействует не на ухо, а на тело человека, имеет более низкий диапазон частот. Вибрация оказывает вредное влияние на организм человека. Она может вызывать изменения нервной и сердечнососудистой системы, опорно-двигательного аппарата, желудочно-кишечного тракта.

Проникновение вредных веществ в организм человека происходит через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу и слизистую оболочку глаз. В рабочем помещении источником вредных веществ может быть персонал, неплотности технологического и санитарного оборудования, облицовочные материалы.

Недостаточное освещение не только затрудняет работу и ведёт к снижению производительности труда, но и может оказаться причиной несчастных случаев и профессиональных заболеваний глаз.

Паровые и водогрейные котлы представляют собой опасные производственные объекты. Повреждения котлов, приводящие иногда к авариям и взрывам, связаны с возникновением трещин и последующим разрывом стенок, а также образованием выпучин, свищей, прогибом кипятильных труб. Аварии, приводящие к взрывам, происходят также вследствие понижения уровня воды в барабане котла, нарушения водного режима, износа элементов котельного агрегата, нарушения циркуляции, вследствие коррозии. Наиболее опасным является взрыв топочных газов в топке котла или газохода.

Взрывоопасным также является газовое хозяйство котельной. Пределы взрываемости природного газа 5-15% в воздухе.

Постоянное воздействие вредных производственных факторов на рабочий персонал котельной может привести к появлению у них профзаболеваний, а воздействие опасных производственных факторов - к механическим травмам, к тепловым и электрическим ожогам.

4.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда

Котельная котлов-утилизаторов КУ-150 стана "2000" выполнена полуоткрытого типа. В помещении, по фронту котлов расположены: запорная арматура, барабан, циркуляционные насосы, трубопроводы питательной и технической воды, дренажные и продувочные линии, обеспечивающие работу котлоагрегата.

Мерами безопасности от движущихся машин, механизмов, подвижных частей оборудования в котельной являются ограждения вращающихся частей, защитные кожухи (например, на приводах насосов, дымососов и вентиляторов), бронезащитные щитки, предупреждающие таблички.

Мерами безопасности от повышенной температуры поверхностей оборудования и трубопроводов является специальная одежда для защиты от повышенных температур.

При расположении рабочего места на высоте мерами безопасности являются ограждения, страховка.

Для обеспечения необходимой температуры воздуха в рабочей зоне в холодный период и в теплый период служит приточная и вытяжная вентиляция.

Для обеспечения необходимой относительной влажности, кратности воздухообмена и ограничения скорости движения воздуха в рабочей служит общеобменная цеховая вентиляция.

Необходимая освещенность в котельной обеспечивается комбинированным искусственным освещением (общим и местным). Аварийное освещение также обеспечивается комбинированным искусственным освещением.

Для защиты от воздействия пыли в воздухе рабочей зоны котельной персонал снабжается противопылевыми респираторами типа "Лепесток-200".

Мерами защиты персонала от тепловых излучений являются одежда специальная для защиты от повышенных температур, специальная обувь, рукавицы.

К мероприятиями по защите обслуживающего персонала котельной от шума можно отнести:

1. выделение рабочих мест операторов котлов в изолированные помещения;

2. размещение административно-бытовых помещений персонала котельной в возможном удалении от источников шума;

3. применение индивидуальных средств защиты от шума (противошумные наушники, вклады беруши).

Для ослабления вибрации под основание оборудования устанавливают виброгасители в виде прокладок, пружины или пневматические демпферы. Для исключения вибраций и сотрясений от работы машин несущие конструкции здания не должны соприкасаться с фундаментами машин.

Для обеспечения нормальных условий работы все производственные, вспомогательные и бытовые помещения, а также проходы, проезды, определённые участки территории освещаются в соответствии с требованиями СНиП. Особое внимание уделяется освещению рабочих мест. Естественное и искусственное освещение создает освещённость на рабочих местах не менее 30 лк.

Для освещения промышленных помещений применяют лампы напряжением 220 В и мощностью 40-1000 Вт. При работе персонала котельной внутри котла для освещения применяются лампы напряжением 12 В.

Во взрывоопасных зонах применяют светильники во взрывозащищённом исполнении.

Аварийное освещение предназначено для работы в аварийных условиях, и освещённость должна составлять 5% от рабочего освещения, но не менее 2лк внутри здания и не менее 1лк на территории предприятия. Аварийное освещение обеспечивает работу на пультах управления котлов, а также осмотр фронтальной части котла и освещение проходов и т.д.

Микроклимат на рабочем месте создаётся вентилированием, кондиционированием воздуха и другими мероприятиями.

Способы защиты рабочего персонала от поражения электрическим током:

1. применение малого напряжения;

2. ограждение токоведущих частей;

3. заземление всех металлических конструкций, которые могут оказаться под напряжением;

4. применение индивидуальных защитных средств при обслуживании электроустановок;

5. организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность производственных работ (проверка знаний персонала инструкций по технике безопасности и охране труда и проведение инструктажей).

Для защиты от взрывов применяются различные системы регулирования процесса и системы сигнализации. В верхней части топочной камеры и газоходе устанавливаются взрывные клапаны, которые в случае взрыва позволяют сохранить котлоагрегат.

Для предотвращения взрыва газа необходимо периодически производить обход газоопасных мест и отбор проб воздуха для определения в нём концентрации газа.

Котельная входит в категорию пожароопасных производств. Пожаробезопасность зданий и сооружений обеспечивается подбором и компоновкой огнестойких строительных конструкций и расстановкой противопожарных преград, планированием путей эвакуации и подбором систем пожаротушения.

В котельной имеется противопожарный водопровод, краны которого снабжены брезентовыми шлангами с брандспойтами. Помещение котельной оснащено также индивидуальными средствами защиты: пенными и углекислотными огнетушителями, стендами с противопожарным инвентарём, ящиками с песком.

В помещении котельной запрещается хранить легко воспламеняемые и горючие жидкости, сушить на котлах и котельном оборудовании материалы, способные возгораться, вести какие-либо работы, не связанные с эксплуатацией котельной, загромождать подходы к противопожарному инвентарю и первичным средствам пожаротушения. В помещении котельной устанавливаются комбинированные приборы оповещения из расчёта 1 на 50 - 100 м2 пола.

Режим труда и отдыха оператора котла КУ-150 сменный, продолжительность рабочей смены составляет 12 часов. Режим труда и отдыха оператора сформирован в соответствии с Трудовым кодексом РФ и другими документами и обеспечивает наибольшую производительность его труда при наименьшей утомляемости.

4.3 Расчет средств пожаротушения котельной котлов-утилизаторов КУ-150 стана "2000"

При определении видов и количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь производственных помещений, открытых площадок и установок.

Выбор типа и расчет необходимого количества огнетушителей в защищаемом помещении или на объекте следует производить в зависимости от их огнетушащей способности, предельной площади, а также класса пожара горючих веществ и материалов:

- класс А - пожары твердых веществ, в основном органического происхождения, горение которых сопровождается тлением (древесина, текстиль, бумага);

- класс В - пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ;

- класс С - пожары газов;

- класс D - пожары металлов и их сплавов;

- класс Е - пожары, связанные с горением электроустановок.

Выбор типа огнетушителя (передвижной или ручной) обусловлен размерами возможных очагов пожара. При их значительных размерах необходимо использовать передвижные огнетушители. В замкнутых помещениях объемом не более 50 м³ для тушения пожаров вместо переносных огнетушителей, или дополнительно к ним, могут быть использованы огнетушители самосрабатывающие порошковые.

Расстояние от возможного очага пожара до места размещения огнетушителя не должно превышать 20 м для общественных зданий и сооружений; 30 м для помещений категорий А, Б и В; 40 м для помещений категории Г; 70 м для помещений категории Д.

Для размещения первичных средств пожаротушения, немеханизированного инструмента и пожарного инвентаря в производственных и складских помещениях, не оборудованных внутренним противопожарным водопроводом и автоматическими установками пожаротушения, а также на территории предприятий (организаций), не имеющих наружного противопожарного водопровода, или при удалении зданий (сооружений), наружных технологических установок этих предприятий на расстояние более 100 м от наружных пожарных водоисточников, должны оборудоваться пожарные щиты. Необходимое количество пожарных щитов и их тип определяются в зависимости от категории помещений, зданий (сооружений) и наружных технологических установок по взрывопожарной и пожарной опасности, предельной защищаемой площади одним пожарным щитом и класса пожара.

В соответствии с НПБ 105-95 помещение котельной котлов-утилизаторов КУ-150 стана "2000" по взрывопожарной и пожарной опасности относится к категории "Г" - негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, горючие жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива. В котельной КУ-150 возможно возникновение пожаров классов "В" (пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ), "С" (пожары газов) и "(Е)" (пожары, связанные с горением электроустановок). Площадь помещения составляет 1200 м². В котельной имеется противопожарный водопровод, краны которого снабжены брезентовыми шлангами с брандспойтами. Помещение котельной оснащено также индивидуальными средствами защиты: пенными и углекислотными огнетушителями, стендами с противопожарным инвентарём, ящиками с песком.

В соответствии с исходными данными, по нормам оснащения помещений первичными средствами пожаротушения, представленным в НПБ-105-95, выбираем виды и количество первичных средств пожаротушения:

- пожарный гидрант с диаметром трубопровода 50 мм и длиной рукава - 10 м - 12 шт.;

- огнетушитель углекислотный вместимостью 8 л и массой огнетушащего вещества 5 кг - 2 шт.;

Помещения пульта управления котлов-утилизаторов КУ-150 также снабжаются углекислотными огнетушителями вместимостью 8 л и массой огнетушащего вещества 5 кг - 10 шт.

Котельная котлов-утилизаторов КУ-150 входит в категорию пожароопасных производств. Расчет средств пожаротушения, выполненный в данном разделе, выполняется с учетом обеспечения максимальной пожаробезопасности зданий и сооружений котельной. Также пожаробезопасность котельной обеспечивается подбором и компоновкой огнестойких строительных конструкций и расстановкой противопожарных преград и планированием путей эвакуации.

4.4 Меры по обеспечению устойчивой работы котла в условиях чрезвычайных ситуаций

На работу котельной котлов-утилизаторов КУ-150 могут оказать влияние чрезвычайные ситуации природного (наводнения, ураган и т.д.), техногенного (аварии, катастрофы) и социального (войны, забастовки) характера.

Повышение устойчивости (то есть возможности выполнять свои функции в полной мере в условиях ЧС) котельной, как и систем энергоснабжения в целом, играет значительную роль в жизнедеятельности промышленных районов и объектов народного хозяйства. Повышение устойчивости системы энергоснабжения достигается проведением различных инженерно-технических мероприятий.

Создаются дублирующие источники электроэнергии, газа, воды и пара путем прокладки нескольких подводящих электро-, газо-, водо- и пароснабжающих коммуникаций и последующего их закольцовывания.

Для обеспечения проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ, а также производства в первое время после возникновения ЧС (в случае вывода из строя основных источников энергопитания) создается резерв автономных источников электро- и водоснабжения. Обычно это бывают передвижные электростанции и насосные агрегаты с автономными двигателями, например с двигателями внутреннего сгорания.

Большое значение для повышения устойчивости работы котла имеет надежное снабжение его водой. Прекращение подачи воды может привести к приостановлению работы котельной даже тогда, когда сам промышленный объект не будет разрушен при возникновении ЧС.

Водоснабжение объекта будет более устойчивым и надежным в том случае, если объект питается от нескольких систем или от двух-трех независимых водоисточников, удаленных друг от друга на безопасное расстояние.

Для большей надежности и маневренности на случай аварии или ремонта на объектах создаются обводные линии и устраиваются перемычки, которым подают воду в обход поврежденных участков, разрушенных зданий и сооружений.

Пожарные гидранты и отключающие устройства размещаются на территории, которая не будет завалена в случае разрушения зданий и сооружений.

Внедряются автоматические и полуавтоматические устройства, которые отключают поврежденные участки без нарушения работы остальной части сети.

На объектах, потребляющих большое количество воды, применяется оборотное водоснабжение с повторным использованием воды для технических целей.

Для обеспечения устойчивого и надежного снабжения предприятия газом предусматривается его подача в газовую сеть объекта от газорегуляторных пунктов (газораздаточных станций). При проектировании, строительстве и реконструкции газовых сетей создаются закольцованные системы на каждом объекте. На случай выхода из строя газорегуляторных пунктов и газораздаточных станций устанавливаются обводные линии (байпасы).

Все узлы и линии газоснабжения располагаются, как правило, под землей, так как заглубление коммуникаций значительно уменьшает их поражение ударной волной ядерного взрыва и другими последствиями ЧС.

Для уменьшения пожарной опасности проводятся мероприятия, снижающие возможность утечки газа. На газопроводах устанавливаются автоматические запорные и переключающиеся устройства дистанционного управления, позволяющие отключать сети или переключать поток газа при разрыве труб непосредственно с диспетчерского пункта.

4.5 Меры по охране окружающей среды

При сжигании природного газа в нагревательных печах стана "2000" наряду с основными продуктами сгорания в атмосферу поступают загрязняющие вещества, а также газообразные токсичные оксиды серы (SO2, SO3) и азота (NO, NO2). В случае неполного сгорания топлива уходящие газы могут содержать СО, углеводороды СН4, С2Н6, а также канцерогенные углеводороды. Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако, при современной технологии сжигания топлива их образование можно предотвратить или свести к минимуму. То же относится и к содержанию окислов азота в уходящих газах. Из всех окислов азота наиболее часто в дымовых газах содержаться NO и NO2, причем двуокись является наиболее стойким продуктом. Высшие окислы N2O4, N2O5 существуют в атмосферных условиях только при низких температурах.

Суммарный выброс сернистых соединений определяется исходной величиной содержания серы в топливе и не может быть исключен за счет каких-либо мероприятий в организации топочного процесса.

Критерием санитарной оценки среды является ПДК вредного вещества в воздухе.

Контроль над содержанием вредных веществ в воздушной среде производственных помещений ведется промышленно-санитарными лабораториями. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены ниже в таблице 12.

Таблица 12 - Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе

Добиваться ПДК вредных выбросов в атмосфере можно выбором необходимой высоты дымовой трубы, обеспечивающей рассеивание в атмосфере оставшихся твердых частиц и вредных газов, а также путем улавливания вредных веществ на выходе из котла, и совершенствованием процесса сжигания топлива.

5. Экономическая часть

5.1 Обоснование экономической целесообразности реконструкции

На Череповецком металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" в листопрокатном цехе №2 за четырьмя нагревательными печами расположено восемь котлов-утилизаторов, предназначенных для выработки перегретого пара и работающих на дымовых газах, отходящих от печей. В настоящее время низкая температура отходящих газов не позволяет вырабатывать пар на имеющихся котлах-утилизаторах. Это приводит к тому, что тепло отходящих газов не используется. В настоящее время перед предприятием стоит проблема выбора: вырабатывать горячую воду на теплофикационные нужды предприятия (а именно: для подразделений по производству горячего и холодного проката и ККЦ) в необходимом объёме посредством котлов ПТВМ-100, как это и делалось ранее; или перевести работу котлов-утилизаторов КУ-150 на водогрейный режим и с их помощью покрывать часть теплофикационной нагрузки данных производств, чем будет достигаться экономия топлива и электроэнергии на котлах ПТВМ-100. Также в целях экономии электроэнергии, планируется перевести котлы-утилизаторы с искусственной (посредством дымососов Д-21,5х2) на естественную тягу.

5.2 Расчет капитальных затрат

В капитальные затраты на реализацию данного проекта следует включать затраты на реконструкцию газоходов котлов (включая демонтаж дымососов), реконструкцию поверхностей нагрева и трубопроводов в пределах котла (включая установку насосов НКУ-250) и на прокладку трубопроводов сетевой воды от котлов-утилизаторов до водогрейной котельной (котлы ПТВМ-100).

Расчет первоначальных капиталовложений представлен ниже в таблицах 13 и 14.

Таблица 13 - Расчет стоимости материалов для реконструкции одного котла-утилизатора

Таблица 14 - Расчет капиталовложений для реконструкции всех КУ-150 на водогрейный режим с естественной тягой

* - согласно методических указаний принимается в размере 5-7% от стоимости материалов.

Таким образом, капитальные вложения в данный проект составляют примерно 55,527 млн. руб.

5.3 Расчет эксплуатационных расходов

Для расчёта эксплуатационных расходов принято:

- штат котельной установки (операторы котла) - 3 человека в смену при 2-х сменной работе по 12 часов.

- средняя заработная плата - 12 тыс. руб./мес. (дежурный и ремонтный персонал общий на цех не учтён);

- затраты на текущий ремонт определены из расчёта 70% от амортизации или 7,7% от капитальных затрат по всей установке;

- амортизационные расходы - 10% от капитальных затрат.

При расчёте годового производства теплофикационной воды принимаем:

- отопительный сезон составляет 5856 часов, для восьми котлов-утилизаторов КУ-150 это составит часов работы;

- учитывая то, что по графику проведения ремонтов четыре методические печи за отопительный ремонт стоят на ремонте 4480 часов, получаем: часов непрерывной работы котлов-утилизаторов КУ-150;

- средняя выработка одного котла-утилизатора КУ-150 на водогрейном режиме с естественной тягой составляет примерно 4,49 Гкал/час, тогда суммарная годовая выработка восьми котлов составит: Гкал.

Для расчета экономии топлива и электроэнергии на котлах ПТВМ-100 принимаем:

- для выработки 1 Гкал теплоты на котле ПТВМ-100 расходуется 0,14 тыс. м³ природного газа, тогда на выработку 190232,32 Гкал: тыс. м³ природного газа;

- среднегодовой расход природного газа на котлах ПТВМ-100 составляет 78667 тыс. м3, тогда при реализации проекта он составит: тыс. м³;

- расход электроэнергии вентиляторов на котлах ПТВМ-100, нагнетающих воздух для горения, составляет 1 кВт на выработку 1 Гкал теплофикационной воды, тогда на выработку 190232,32 Гкал кВт;

- годовой расход электроэнергии вентиляторов составляет 547919 кВт, тогда после реализации составит кВт;

Для расчета экономии электроэнергии на котлах КУ-150 принимаем:

- при работе котлов-утилизаторов на искусственной тяге на привод дымососов Д-21,5х2 за отопительный период расходовалось около 26,69 ГВт.

Стоимость тепла отходящих газов, выплачиваемая листопрокатному цеху, составляет около 109 руб. за 1 Гкал выработанного тепла.

Стоимость 1 Гкал вырабатываемой котлами-утилизаторами теплоты - 609 руб.

Годовой расчет экономии и расходов при эксплуатации представлен в таблице 15.

Таблица 15 - Расчет экономии и затрат при эксплуатации

5.4 Расчет экономической эффективности проекта

На основании данных, приведенных в таблицах 14 и 15, рассчитаем срок окупаемости проекта и его экономическую эффективность:

экономия = 134,871 млн. руб./год (таблица 15);

капитальные затраты = 55,527 млн. руб. (таблица 14);

срок окупаемости = 55,527/134,871 = 0,412 лет;

коэффициент экономической эффективности = 134,871/55,527 = 2,43 лет-1.

Результаты расчета технико-экономических показателей проекта перевода КУ-150 на водогрейный режим с естественной тягой представлены в таблице 16.

Таблица 16 - Технико-экономические показатели

Срок окупаемости проекта перевода котлов-утилизаторов КУ-150 с парового на водогрейный режим работы с естественной тягой получился меньше одного года, таким образом, можно сделать вывод, что данный проект является целесообразным и эффективным.

Заключение

котёл утилизатор водогрейный реконструкция

В настоящее время в России, как и во всем мире, существенное значение имеет проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. Строительство новых энергетических объектов требует больших капиталовложений, поэтому на каждом предприятии изыскиваются внутренние резервы для экономии тепловой энергии.

На Череповецком металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" в листопрокатном цехе №2 за нагревательными печами расположены котлы-утилизаторы, работающие на дымовых газах, отходящих от печей, и предназначенные для выработки перегретого пара. В связи с тем, что температура уходящих дымовых газов от печей не является достаточной для выработки котлами пара, котлы-утилизаторы оказались неспособны вырабатывать пар нужных параметров и были выведены из работы, вследствие чего, теплота газов, отходящих от печей, не использовалась.

В данном дипломном проекте представлен проект перевода КУ-150 с парового на водогрейный режим с естественной тягой. Проект содержит теоретические сведения о котле-утилизаторе КУ-150 и его характеристики при работе на паровом и водогрейном режиме; тепловой расчет КУ-150 на водогрейном режиме при трех различных температурах дымовых газов перед котлом; аэродинамический расчет дымового тракта, подтверждающий возможность перевода котла на естественную тягу.

Также в проекте рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности: представлен анализ вредных и опасных производственных факторов, меры по обеспечению безопасных условий труда, проведен расчет средств пожаротушения в соответствии с требованиями норм правил пожарной безопасности, рассмотрен вопрос об обеспечении работы котельной в условиях ЧС и об охране окружающей среды.

В экономической части проекта представлен расчет экономического эффекта и срока окупаемости реконструкции. Срок окупаемости капитальных затрат составил 0,412 лет, а коэффициент экономической эффективности - 2,43 лет-1.

В результате расчета экономического эффекта реконструкции сделан вывод о целесообразности перевода котлов КУ-150 на водогрейный режим с естественной тягой, так как за счет этого:

- существенно снизятся потери теплоты в окружающую среду с уходящими газами, за счет их использования в КУ-150;

- затраты электроэнергии на привод дымососов будут отсутствовать.

Кроме того, экономические расчёты показали, что перевод котлов-утилизаторов на водогрейный режим и их эксплуатация оказывается дешевле, чем выработка такого же количества горячей воды на котлах ПТВМ-100.

Размещено на Allbest.ru