МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК F27D19/00 H02J4/00 

Настоящее изобретение касается металлургической установки, а также способа снабжения металлургической установки электрической энергией.

КРУММ В. и др., Оптимизация распределения энергии в интегрированном металлургическом заводе, «Сталь и железо», Дюссельдорф (Германия), 1088, том 108, №22, стр. 95-104, описывают модель для оптимизации распределения энергии в интегрированном металлургическом заводе, который включает в себя обогреваемую коксом доменную печь и паровую электростанцию для снабжения потребителей металлургического завода электроэнергией и паром.

Электросталеплавильные заводы отличаются высоким изменением электрической нагрузки, вызываемым циклическим подключением и отключением крупных электрических потребителей, электродуговых печей, сокращенно: дуговых печей или EAF (EAF = Electric Arc Furnance). При эксплуатации EAF из электрической сети периодически отбираются мощности, равные обычно более 100 МВт. При этом шкалы времени таких изменений нагрузки EAF значительно короче, чем обычные значения времени реакции турбин электростанций. Вследствие этого высокого и быстрого изменения нагрузки существует опасность нежелательных обратных воздействий на электрическую сеть, которые угрожают стабильности электрического снабжения и вместе с тем непрерывной эксплуатации сталеплавильного завода.

В мощных объединенных сетях, которые существуют в индустриальных государствах, соединены друг с другом множество электростанций и центров потребления, так что возможна регистрация и компенсация локальных различий между предложением и спросом моментальной мощности в сети, напр., сбросов нагрузки или, соответственно, толчков нагрузки, возникающих в результате эксплуатации EAF в электросталеплавильном заводе.

В противоположность этому в автономной сети, т.е. в сети, отсоединенной от общественных или других электросетей, такие возможности компенсации нагрузки до сих пор отсутствовали, что приводит к частым повреждениям сети и вместе с тем к высокому риску выхода из строя электрического снабжения. Но стабильность электрической сети и вместе с тем возможность непрерывного производства являются обязательными для экономичной эксплуатации электросталеплавильного завода. По этим причинам до сих пор избегают снабжения электросталеплавильного завода исключительно в автономном режиме, или оно возможно только при высоких инвестициях в дорогостоящие компенсационные установки.

Но при этом нельзя упускать из виду, что автономная сесть предоставляет значительные преимущества, когда относительно слабая общественная сеть не может или, соответственно, может только ненадежно поставлять электрическую мощность, необходимую потребителю, и/или для отдаленного потребителя потребовались бы длинные линии электропередачи с неприемлемыми потерями при передаче.

Поэтому задачей настоящего изобретения является указать металлургическую установку, которая может снабжаться электрической энергией через автономную сеть, а также соответствующий способ.

Эта задача решается с помощью металлургической установки для эксплуатации в автономном режиме, включающей в себя две или больше отдельные металлургические установки, автономную сеть для распределения электрической энергии, по меньшей мере одну электростанцию для обеспечения электрической энергии в автономной сети и устройство управления, при этом соединение автономной сети с внешней сетью электроснабжения допускает передачу меньше чем 20%, в частности меньше чем 10%, электрической мощности, необходимой для эксплуатации отдельных установок, электростанция включает в себя по меньшей мере одну газовую турбину, посредством устройства управления возможно управление обеспечением электрической мощности для одной первой отдельной установки за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок, и эти две или больше отдельные установки включают в себя по меньшей мере один сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь, и по меньшей мере одну отдельную установку для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода. Эта задача решается также с помощью способа снабжения металлургической установки, включающей в себя две или больше отдельные металлургические установки, электрической энергией в автономном режиме через автономную сеть, при этом электрическая энергия в автономной сети обеспечивается с помощью электростанции, причем этот способ включает в себя следующие шаги: поставка электрической мощности, необходимой для эксплуатации отдельных установок, по меньшей мере на 80%, в частности по меньшей мере на 90%, из автономной сети, при этом электростанция включает в себя по меньшей мере одну газовую турбину; и управление обеспечением электрической мощности для одной первой отдельной установки за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок, причем эти две или больше отдельные установки включают в себя по меньшей мере один сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь и по меньшей мере одну отдельную установку для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода.

«Автономной сетью» в смысле настоящего изобретения считается по существу отсоединенная от других, в частности общественных, сетей электроснабжения электросеть с подключенными к ней потребителями электроэнергии, при этом под термином «по существу» понимается, что либо некоторая доля, равная по меньшей мере 80%, в частности по меньшей мере 90%, электрической мощности, получаемой потребителями автономной сети, покрывается одной или несколькими электростанциями в автономной сети, либо что имеющаяся в распоряжении в «автономной сети» мощность короткого замыкания на вышестоящей сборной шине электростанций и потребителей электроэнергии по меньшей мере на 80%, в частности по меньшей мере на 90% обеспечивается генераторами одной или нескольких электростанций в автономной сети. При этом присоединение автономной сети более низкого уровня к другой, в частности общественной, сети электроснабжения безопасно, поскольку электрическая мощность, поставляемая через это присоединение в автономную сеть более низкого уровня, составляет долю, равную меньше 20%, в частности меньше 10%, от всей электрической мощности, расходуемой в автономной сети. При этих обстоятельствах эксплуатация потребителей электроэнергии автономной сети называется «автономным режимом». Такое присоединение более низкого уровня может быть первоначально, напр., во время сооружения металлургической установки, в первую очередь предусмотрено для снабжения отдельных, относительно незначительных потребителей электроэнергии автономной сети, напр. помещений для рабочих или аварийного электроснабжения.

«Автономная сеть» в соответствии с данным выше определением ведет себя практически как «чистая» автономная сеть, т.е. полностью отсоединенная от других, в частности общественных, сетей электроснабжения электросеть с подключенными к ней потребителями электроэнергии. В основе этого лежит тот известный факт, что в автономной сети генерируемый EAF скачок нагрузки, в частности в случае обрыва электрической дуги, т.е. внезапной разгрузки одного или нескольких генераторов, может приводить к нестабильности в сети. В то время как это представляет собой положительный скачок нагрузки, т.е. повышение нагрузки, то отрицательный скачок нагрузки, т.е. скачкообразное исчезновение нагрузки, которое приводит к повышению частоты вращения на валу генератора, следует считать даже еще более критическим, потому что он меньше поддается воздействию. Этот случай становится тем более критическим, чем ближе подходит мощность дуговой печи к мощности электростанции вблизи этой печи, и чем меньше отдельных блоков генератора имеет электростанция (в самом неблагоприятном случае только один блок/генератор), и чем меньшей поддержки можно ожидать от общественной сети, т.е. «чем более внезапное изменение нагрузки» должно выдерживаться генератором, который вследствие этого мог бы стать нестабильным.

При этом важную роль играют также вид генераторов, регулирование электростанции, конфигурация сети и пр., так что приведенное выше определение термина «автономная сеть» указано в смысле простого «обозначения предела», равного 80% или соответственно 90%.

Настоящее изобретение преодолевает этот технический предрассудок. До сих пор в области металлургии считалось технически сложным и неэкономичным снабжать электросталеплавильный завод электрической энергией в автономном режиме. Экономичный автономный режим электросталеплавильного завода в соответствии с изобретением достигается с помощью комбинации разных признаков:

- интеграция в металлургическую установку двух или больше отдельных металлургических установок, которые могут эксплуатироваться независимо друг от друга. Благодаря эксплуатации в автономной сети большего количества отдельных установок, чем до сих пор (чем больше количество потребителей электроэнергии в автономной сети, тем лучше), удается осуществлять регистрацию и компенсацию различий между предложением и спросом моментальной мощности в автономной сети, в частности, когда имеются некритичные в отношении времени установки с основной нагрузкой, которые могут отключаться в пользу EAF.

- Современная выработка энергии с помощью одной или нескольких газовых турбин. Газовые турбины имеют относительно короткие значения времени пуска и обладают более высокой динамикой при смене рабочих состояний, чем паровые турбины, что дает возможность быстрых изменений нагрузки. Интеллектуальное управление выработкой электроэнергии с помощью одной или нескольких газовых турбин (англ.: Generation Control) учитывает положительные и отрицательные резервы нагрузки при выборе турбин.

- Интеллектуальное управление распределением энергии с помощью устройства управления, которое управляет обеспечением электрической мощности для одной первой отдельной установки за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок. При нескольких потребителях электроэнергии с различными приоритетами, в частности, когда имеются некритичные в отношении времени установки с основной нагрузкой, которые могут отключаться в пользу EAF, удается осуществлять регистрацию и компенсацию различий между предложением и спросом моментальной мощности в автономной сети.

Эти две или больше отдельные металлургические установки могут представлять собой две или больше EAF, в частности N EAF, где N - натуральное число. Но возможно также, чтобы эти две или больше отдельные металлургические установки представляли собой одну или больше EAF и по меньшей мере одну установку, которая в металлургическом процессе находится до или после одной или нескольких EAF.

В соответствии с изобретением эти одна или больше отдельные установки включают в себя по меньшей мере один сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь и по меньшей мере одну отдельную установку для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода.

Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

По одному из усовершенствований изобретения указанная по меньшей мере одна отдельная установка для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода, представляет собой одну или несколько из следующих установок: установку для добычи руды, установку для обогащения руды, установку для производства окатышей, установку для производства чугуна, установку для прямого восстановления, литейную установку, установку для формообразования, установку для облагораживания, конвейерную установку, вспомогательную установку. Эти отдельные установки могут служить для добычи, транспортировки и предохранения. Отдельными установками могут также считаться экскаваторы, ленточные и цепные конвейеры, буровые каретки, угольные струги и погрузочные и транспортировочные транспортные средства или другие установки для подсобных работ, вспомогательные установки («auxiliary units») и подсобные установки, напр. инфраструктурные подсобные установки, такие как помещения для рабочих, бытовки или помещения для мытья.

По одному из усовершенствований изобретения первая отдельная установка представляет собой сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь. Предпочтительно, что указанная по меньшей мере одна EAF представляет собой точно одну EAF, или две EAF, или больше двух EAF.

По одному из усовершенствований изобретения указанная по меньшей мере одна электродуговая печь выполнена так, что загрузка, и/или выпуск, и/или замена электродов могут осуществляться быстро и просто. Так, EAF может, например, иметь предпочтительно внецентренно расположенный донный выпуск, благодаря чему выпуск значительно упрощается. Возможно также, чтобы EAF имела водяное охлаждение стенок, и/или крышки, и/или электродов. Благодаря энергосберегающим металлургическим методам или соответственно системам сокращается потребность в энергии и/или динамика нагрузки, что очень предпочтительно для автономной сети.

Предпочтительно указанная по меньшей мере одна электродуговая печь представляет собой дуговую печь, имеющую по меньшей мере один электрод.

По одному из усовершенствований изобретения устройство управления посредством каналов передачи данных для обмена технологическими данными, в частности посредством редунтантно выполненных каналов шины и/или оптических каналов передачи данных, соединено по меньшей мере с одной из двух или нескольких отдельных установок и с указанной по меньшей мере одной электростанцией. Чтобы можно было гарантировать надежную, быструю передачу данных, кабельные линии предпочтительно выполнены в виде постоянной кабельной проводки. Обмен данными между двумя или больше отдельными установками и указанной по меньшей мере одной электростанцией может осуществляться посредством кольцевого канала передачи данных.

По одному из усовершенствований изобретения указанная по меньшей мере одна электростанция представляет собой ПГТ электростанцию (ПГТ = парогазотурбинная). Предпочтительно указанная по меньшей мере одна электростанция имеет по меньшей мере один парогазотурбинный блок. С помощью ПГТ электростанции или соответственно надлежащего выбора турбины может использоваться динамика современной выработки энергии, в частности короткие значения времени пуска и возможность быстрых изменений нагрузки. При этом возможно создание положительного или соответственно отрицательного резерва нагрузки.

По одному из усовершенствований изобретения установка имеет по меньшей мере один аккумулирующий узел для промежуточной аккумуляции электрической энергии, при этом с помощью устройства управления может осуществляться управление временной аккумуляцией электрической энергии в аккумулирующем узле. Возможно, чтобы указанный по меньшей мере один аккумулирующий узел представлял собой узел для электролиза воды, аккумулятор или пневмоаккумуляторный узел. С помощью аккумулятора энергии могут создаваться положительные или соответственно отрицательные резервы нагрузки.

По одному из усовершенствований изобретения способ включает в себя также следующие шаги: сбор информации, основанной на технологических данных, которая посылается производителем электрической энергии в автономной сети и двумя или больше отдельными установками; и управление обеспечением электрической энергией в автономной сети на основе этой информации. Благодаря этому может осуществляться интеллектуальное управление с регулированием нагрузки (англ.: Load Management). В интеллектуальном управлении может также, напр., осуществляться «Initiation and Supervision of Synchronisation» (инициация и контроль синхронизации).

EP 2015011 A1 (СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ) 12.07.2007 описывает алгоритм регулирования нагрузки для установки для сжижения газа на основе интеллектуального управления с регулированием нагрузки. Этот алгоритм может аналогичным образом переноситься на настоящее изобретение для управления электрической энергией в металлургической установке.

По одному из усовершенствований изобретения способ включает в себя также следующие шаги: обеспечение электрической энергии с помощью по меньшей мере одной электростанции, имеющей две или больше турбин; расчет требуемого количества и загруженности турбин, так чтобы энергия, необходимая для эксплуатации этих двух или больше отдельных установок, обеспечивалась с учетом резерва нагрузки.

По одному из усовершенствований изобретения одна из отдельных установок представляет собой сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь, при этом управление обеспечением мощности включает в себя: обеспечение электрической мощности для указанной по меньшей мере одной электродуговой печи за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок.

По одному из усовершенствований изобретения способ включает в себя следующий шаг: прерывание электрического снабжения по меньшей мере одной из других отдельных установок или снабжение по меньшей мере одной из других отдельных установок ограниченным объемом электрической мощности во время эксплуатации указанной по меньшей мере одной электродуговой печи.

По одному из усовершенствований изобретения способ включает в себя также следующий шаг, в случае если сталеплавильный завод включает в себя две или больше электродуговых печей: эксплуатация электродуговых печей в отдельные друг от друга периоды времени.

По одному из усовершенствований изобретения способ включает в себя также следующий шаг: загрузка, предпочтительно непрерывная загрузка, указанной по меньшей мере одной электродуговой печи горячим железом прямого восстановления (= HDRI, Hot Direct Reduced Iron, ГЖПВ), которое обеспечивается установкой для прямого восстановления металлургической установки. Благодаря этому отпадает необходимость в энергозатратном повторном нагреве железа и некоторых технологических шагах, благодаря чему снижается потребность в энергии. С помощью энергосберегающих металлургических методов, таких как применение ГЖПВ и/или непрерывная загрузка или, соответственно, эксплуатация EAF, сокращается потребность в энергии и/или динамика нагрузки, что очень предпочтительно для автономной сети.

Ниже изобретение поясняется на примерах осуществления с помощью прилагаемых чертежей. Показано:

фиг. 1: схематичное изображение металлургической установки;

фиг. 2: схема автоматизации металлургической установки;

фиг. 3: система контроля и управления энергосети (= ENMC, Energy Network Monitoring and Control) металлургической установки; и

фиг. 4: алгоритм устройства расчета нагрузки устройства управления для отключения предварительно выбранных турбин.

На фиг. 1 схематично показана металлургическая установка 1. Установка 1 включает в себя в качестве потребителей 2 электроэнергии пять отдельных металлургических установок 21-25, а именно установку 21 для добычи руды, установку 22 для производства чугуна, электросталеплавильный завод 23, имеющий EAF, конвейерную установку 24 и инфраструктурные подсобные установки 25. Установка 21 для добычи руды включает в себя рудник, установку для обогащения руды и вспомогательные установки. Установка 22 для производства чугуна включает в себя установку для производства окатышей, установку ГЖПВ и вспомогательные установки. Электросталеплавильный завод 23 включает в себя плавильную установку, литейную установку, прокатный стан и вспомогательные установки, напр., для снабжения кислородом и водой. Конвейерная установка 24 включает в себя три конвейерные системы. Инфраструктурные подсобные установки 25 включают в себя помещения, моечную, столовую и снабжение питьевой водой.

Металлургическая установка 1 включает в себя, кроме того, электростанцию 3, имеющую газовую турбину для выработки электрической энергии в электросети 4, а также электросеть 4 для распределения электрической энергии. Электросеть 4 соединяет электростанцию 3 с потребителями 2 электроэнергии.

Электросеть 4 с подключенными к ней потребителями 2 электроэнергии и электростанцией 3 образует автономную сеть, т.е. электросеть, в которой отдельные металлургические установки 21, 22, 23 на 100% получают необходимую для их эксплуатации электрическую энергию от электростанции 3.

Кроме того, металлургическая установка 1 включает в себя устройство 5 управления, которое через каналы 51 управления может управлять электростанцией 3, распределительной электросетью 4 и потребителями 2 электроэнергии.

Металлургическая установка 1 включает в себя, кроме того, аккумулирующий узел 6 для промежуточной аккумуляции электрической энергии. С помощью устройства 5 управления посредством канала 51 управления может осуществляться управление временной аккумуляцией электрической энергии в аккумулирующем узле 6.

Благодаря интеграции отдельных металлургических установок 21, 22 и 23, которые могут эксплуатироваться независимо друг от друга, в металлургическую установку, современной выработке энергии воздухопроницаемому с помощью газовой турбины и интеллектуальному управлению распределением энергии с помощью устройства 5 управления, которое управляет обеспечением электрической мощности для сталеплавильного завода 23 за счет установки 21 добычи руды, установки 22 для производства чугуна, конвейерной установки 24 и инфраструктурных подсобных установок 25, можно снабжать электросталеплавильный завод 23 электрической энергией в автономном режиме.

При подключении EAF потребители электроэнергии более низкого уровня либо полностью отключаются, либо переключаются в рабочее состояние с более низким расходом энергии. При отключении EAF эти потребители электроэнергии более низкого уровня снова эксплуатируются в том рабочем состоянии, в котором они были до включения EAF, или даже в рабочем состоянии с более высоким расходом энергии.

На фиг. 2 показана характерная автоматизация металлургической установки, имеющей четыре блока электростанции.

Выполненные в виде участков автоматизации группы производителей 3, распределителей 4 и потребителей 2 объединены друг с другом в сеть посредством каналов быстрой передачи данных. Устройство 5 управления, напр., в виде устройства для расчета нагрузки, получает со стороны производителей 3 и со стороны потребителей 2 непрерывно рассчитываемую по технологическим данным информацию, чтобы при незапланированном выходе из строя генератора и/или выходе из строя/отключении одного или нескольких крупных потребителей, напр., одной или нескольких EAF, можно было осуществлять ответное управление так быстро, чтобы не превышались ни пределы стабильности электрический сети 4, в частности, в отношении частоты и напряжения, ни электрические EAF не оказывались в состояниях нестабильной нагрузки. Для этого в устройство 5 управления закладываются соответствующие алгоритмы выбора решения.

Производитель 3 электроэнергии имеет несколько блоков B1-B4, включающих в себя по одной ПГТ установке GT&ST (= Gas Turbine and Steam Turbine). ПГТ установкой или соответственно ПГТ блоком называется узел установки для совместного применения по меньшей мере одной газовой турбины и по меньшей мере одной паровой турбины, у которого отходящее тепло, как правило, двух газовых турбин используется в Waste Heat Recovery Boiler (котле-утилизаторе) для выработки пара для паровой турбины. Регулировки и управления отдельными агрегатами (регулятор и управление генератора и турбины; англ.: «TCS» = Turbine Control System; система управления турбиной) посредством двунаправленных каналов обмена сигналами соединены друг с другом и с управлением PPC (= Power Plant Control; управление электростанцией) электростанцией более высокого уровня.

Каждый из блоков B1-B4 находится в двунаправленном обмене сигналами с управлением PPC электростанцией, которое, со своей стороны, находится в двунаправленном обмене сигналами с системой ENMC (= Energy Network Monitoring and Control System) контроля и управления энергосети распределительной электросети 4.

В настоящем примере изображены четыре блока B1-B4 электростанции, но, разумеется, что производитель 3 электроэнергии может включать в себя любое количество N блоков электростанции, где N натуральное число.

Система ENMC контроля и управления энергосети включает в себя автоматизацию SA (= Substation Automation) высоковольтной подстанции, узел P (= Protection) защиты, интерфейс HMI (= Human Machine Interface) человек-машина/диспетчерское управление и сбор данных SCADA (= Supervisory Control and Data Acquisition), узел LS (= Load hedding) сброса нагрузки, а также статическую компенсацию SVC (= Static VAr Compensation; VAr = Volt-Ampere reaktiv, Вольт-ампер реактивный) в ВАр.

Каждый из блоков B1-B4 находится также в двунаправленном обмене сигналами с главной станцией MSS (= Main Sub-Station) распределения нагрузки, которая имеет выключатели и трансформаторы. Параллельно этому главная станция MSS распределения нагрузки находится в двунаправленном обмене сигналами с системой ENMC контроля и управления энергосети. Каждая из турбин GT&ST парогазотурбинного блока находится также в двунаправленном обмене сигналами с главной станцией MSS распределения нагрузки.

Потребители 2 электроэнергии включают в себя две дуговые печи EAF, для каждой из которых предусмотрено собственное устройство EAF Control управления EAF. Между дуговыми печами EAF и устройствами EAF Control управления EAF происходит двунаправленный обмен сигналами. Для каждого устройства EAF Control управления EAF предусмотрен интерфейс HMI человек-машина, при этом между устройствами EAF Control управления EAF и интерфейсами HMI человек-машина происходит двунаправленный обмен сигналами. Устройства EAF Control управления EAF и система ENMC контроля и управления энергосети находятся в двунаправленном обмене сигналами.

Устройство 5 управления включает в себя электрическую систему ECS (= Electrical Control System) управления и другие станции SS (= Sub-Stations) вторичного распределения нагрузки металлургической установки. От станций SS вторичного распределения нагрузки идут двунаправленные сигнальные линии к блокам B1-B4, системе ENMC контроля и управления энергосети и устройствам EAF Control управления EAF. Электрическая система ECS управления находится в двунаправленном обмене сигналами с блоками B1-B4 и устройствами EAF Control управления EAF. От системы ENMC контроля и управления энергосети идет двунаправленная сигнальная линия к электрической системе ECS управления.

На фиг. 3 показана система контроля и управления энергосети (= система ENMC) металлургической установки по другому примеру осуществления. Кольцевой канал 330 передачи данных напр., кольцевой канал эзернет, соединяет разные узлы металлургической установки.

Главная станция MSS распределения нагрузки включает в себя ведущую станцию 301 и контроллер 325 главной станции распределения нагрузки, которые подключены каждый к кольцевому каналу 330 передачи данных. К контроллеру 325 главной станции распределения нагрузки через другой канал передачи данных подключено периферийное устройство (англ.: Field Device), которое управляет основной сборной шиной 322 (англ.: Main Bus-Bar).

Зал 302 измерительной техники электростанции включает в себя ведущую станцию 303, управление 304 (= PPC) электростанции более высокого уровня, управления 305 (= TCS) узлами электростанции и серверы 307 и 308 SCADA/HMI, которые подключены каждый в кольцевому каналу 330 передачи данных. Управление 304 электростанции и управления 305 узлами электростанции не включены в объем мощности системы ENMC.

Центральный зал 309 управления включает в себя ведущую станцию 310 и инженерную станцию 311, которые подключены каждая к кольцевому каналу 330 передачи данных.

Другой узел 312, который не включен в объем мощности системы ENMC, включает в себя шлюз/конвертер (Gateway/Converter) 313, который подключен к кольцевому каналу 330 передачи данных. Со шлюзом/конвертером 313 соединены электрическая система ECS управления металлургической установки и заводская информационная система 314.

Система ENMC включает в себя, кроме того, два контроллера 316 и 317 сброса нагрузки (Load Shedding Controller), которые подключены к кольцевому каналу 330 передачи данных. Контроллеры 316 и 317 сброса нагрузки включают в себя, напр., контроллеры SIMATIC® S7-400 PLC.

Сталеплавильный завод включает в себя ведущую станцию 320 и узел 326 управления сталеплавильным заводом, состоящие из контроллеров 318 EAF и компенсации SVC (Static Var Compensation) в ВАр, при этом ведущая станция 320 и узел 326 управления сталеплавильным заводом подключены каждый к кольцевому каналу 330 передачи данных.

Контроллеры 316 и 317 сброса нагрузки через редундантные последовательные каналы DP шины и каждый через одну периферийную станцию 306, 315, 324, 327 шины ввода/вывода (Remote I/O Busstation) соединены с управлениями 305 узлами электростанции, другим узлом 312, основной сборной шиной 322 и узлом 326 управления сталеплавильным заводом. В качестве периферийной станции 306, 315, 324, 327 шины ввода/вывода могут, например, использоваться станции SIMATIC® ET 200M, в качестве последовательных каналов DP шины может, напр., использоваться шина PROFIBUS DP с волоконно-оптической линией связи.

На фиг. 4 показан алгоритм выбора решения, который применим для незапланированного отключения крупных потребителей электроэнергии, таких как дуговые печи. Этот алгоритм заложен в устройстве 5 управления. Техника управления электростанцией и машинами рассчитана так, что она может регулировать сбросы нагрузки этого порядка величины без участия устройства для расчета динамической нагрузки.

Для оценки условий нагрузки устройство для расчета динамической нагрузки непрерывно получает информацию 101 от техники управления электростанции для всех ПГТ установок GT&ST, напр. текущую мощность, положительный резерв, отрицательный резерв и степень готовности турбины. Кроме того, устройство для расчета динамической нагрузки непрерывно получает информацию 106 от сталеплавильного завода для всех дуговых печей, напр. текущую нагрузку и резерв.

Если сумма отрицательного резерва нагрузки, достижимого посредством регулирования частоты, больше, чем наибольший приемлемый сброс нагрузки (англ.: load shedding) при отключении дуговых печей, устройство для расчета динамической нагрузки не оказывает воздействия. В ином случае предварительно выбранный турбоагрегат (= ПГТ установка) регулируется на понижение или переводится на пониженную нагрузку и результирующий положительный резерв нагрузки компенсирует оставшийся недостаток. При этом ссылочное обозначение 113 обозначает расчет отрицательного резерва нагрузки и определение дуговых печей с наибольшей нагрузкой. В шаге 114 эти два значения сравниваются. Если отрицательный резерв нагрузки больше, чем наибольшая нагрузка дуговых печей, вычислительное устройство выдает сообщение «n+1 доступно» 115. В другом случае оно выдает сообщение «n+1 недоступно» 116.

На основании данных техники 101 управления электростанции, а также данных дуговых печей 106 осуществляется координация 117 турбоагрегатов и дуговых печей. С помощью этой координации предварительно выбранные турбины регулируются на понижение или переводятся на пониженную нагрузку, когда отрицательный резерв нагрузки меньше 116, чем потребность в энергии наибольших дуговых печей и 124 либо одна дуговая печь простаивает 122, либо 123 скорость 120 регулирования частоты в сети энергоснабжения металлургической установки превышает 121 заданный предел.

При еще больших сбросах 126 нагрузки, напр. в случае частичных аварийных выключений из технологического процесса, при необходимости несколько надлежащих турбоагрегатов посредством быстрого выключения, т.е. наиболее быстрого возможного отъема движущей энергии с целью отключения турбины, должны убираться 128 из сети. Если протекание и величина 118 такого аварийного отключения известны, управление таким процессом возможно, в принципе, также с помощью устройства для расчета нагрузки, напр., когда делается предварительный выбор 119 отключаемых турбин, чтобы при необходимости можно было продолжать осуществление отдельного процесса. Большие сбросы 126 нагрузки и превышения 121 предела скорости 120 изменения частоты в смысле не исключающей дизъюнкции 127 связаны друг с другом.

Хотя изобретение было более подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительных примерах осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами и специалист может вывести отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.

Изобретение относится к снабжению металлургической установки (1) электрической энергией. Технический результат - повышение надежности. Металлургическая установка (1) получает электрическую энергию от автономной сети (4) для распределения электрической энергии по меньшей мере от одной электростанции (3) с по меньшей мере одной газовой турбиной. Отдельные установки (21, 22, 23) получают необходимую для их эксплуатации электрическую мощность по меньшей мере на 80%, в частности по меньшей мере на 90%, через автономную сеть (4) от указанной по меньшей мере одной электростанции (3). Посредством устройства (5) управления осуществляют управление обеспечением электрической мощности для одной первой отдельной установки (21, 22, 23) за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок (21, 22, 23). Две или больше отдельные установки (21, 22, 23) включают в себя по меньшей мере один сталеплавильный завод, имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь (EAF), и по меньшей мере одну отдельную установку (21, 22, 24, 25) для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода (23). 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления энергоснабжением металлургического комплекса, включающий поставку электрической энергии для эксплуатации отдельных установок (21-25) в автономном режиме через автономную сеть (4), причем электрическая энергия предоставляется с помощью по меньшей мере одной электростанции (3), отличающийся тем, что
поставку электрической энергии из автономной сети (4), необходимой для эксплуатации отдельных установок (21-25), осуществляют по меньшей мере на 80%, при этом электростанция (3) включает в себя по меньшей мере одну газовую турбину,
осуществляют поставку остальной электрической энергии, необходимой для эксплуатации отдельных установок (21-25), за счет соединения автономной сети (4) с внешней сетью электроснабжения,
при этом управление поставкой электрической энергии для одной первой отдельной установки (21-25) осуществляют за счет по меньшей мере одной другой из двух или больше отдельных установок (21-25), причем эти две или больше отдельные установки (21-25) включают в себя по меньшей мере один сталеплавильный завод (23), имеющий по меньшей мере одну электродуговую печь (EAF) и по меньшей мере одну отдельную установку (21, 22, 24, 25) для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода (23).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поставку электрической энергии из автономной сети (4), необходимой для эксплуатации отдельных установок (21-25), осуществляют по меньшей мере на 90%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют сбор информации, основанной на технологических данных, которая посылается производителем электрической энергии в автономной сети (4) и двумя или больше отдельными установками (21-25), и
осуществляют управление поставкой электрической энергии в автономной сети (4) на основе этой информации.

4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что осуществляют поставку электрической энергии с помощью по меньшей мере одной электростанции (3), имеющей две или больше турбин (GT&ST), осуществляют расчет требуемого количества и загруженности турбин (GT&ST), так чтобы энергия, необходимая для эксплуатации этих двух или больше отдельных установок (21-25), обеспечивалась с учетом резерва нагрузки.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что осуществляют прерывание электрического снабжения по меньшей мере одной из других отдельных установок (21, 22, 24, 25) или осуществляют снабжение по меньшей мере одной из других отдельных установок (21, 22, 24, 25) ограниченным объемом электрической энергии во время эксплуатации упомянутой по меньшей мере одной электродуговой печи (EAF).

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в случае если сталеплавильный завод (23) содержит две или больше электродуговые печи (EAF), эксплуатацию этих электродуговых печей (EAF) осуществляют в отдельные друг от друга периоды времени.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в случае если сталеплавильный завод (23) содержит две или больше электродуговых печей (EAF), эксплуатацию этих электродуговых печей (EAF) осуществляют в отдельные друг от друга периоды времени.

8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первая отдельная установка представляет собой сталеплавильный завод (23) с по меньшей мере одной электродуговой печью (EAF).

9. Способ по пп. 4, 5 или 7, отличающийся тем, что осуществляют загрузку, предпочтительно непрерывную загрузку, указанной по меньшей мере одной электродуговой печи (EAF) горячим железом прямого восстановления (ГЖПВ), которое обеспечивается установкой для прямого восстановления металлургической установки (1).

10. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна отдельная установка (21, 22, 24, 25) для металлургического процесса, осуществляемого до или после сталеплавильного завода (23), представляет собой одну или несколько из следующих установок: установку (21) для добычи руды, установку для обогащения руды, установку для производства окатышей, установку (22) для производства чугуна, установку для прямого восстановления, литейную установку, установку для обработки давлением, установку для термообработки, конвейерную установку (24), вспомогательную установку (25).

11. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управление поставкой электрической энергии осуществляют посредством устройства (5) управления, которое посредством каналов (51) передачи данных для обмена технологическими данными, в частности посредством редунтантно выполненных каналов шины и/или оптических каналов передачи данных, соединено по меньшей мере с одной из двух или больше отдельных установок (21-25) и с упомянутой по меньшей мере одной электростанцией (3).

12. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна электростанция (3) содержит по меньшей мере один парогазотурбинный блок (В1-В4).

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что с помощью устройства (5) управления осуществляют управление временной аккумуляцией электрической энергии в аккумулирующем узле (6) для промежуточной аккумуляции электрической энергии.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один аккумулирующий узел (6) выполнен в виде узла для электролиза воды.