冶金設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于在單機(jī)運(yùn)行中運(yùn)行的冶金設(shè)備(1)，以及用于在單機(jī)運(yùn)行中為冶金設(shè)備(1)供電的方法。冶金設(shè)備(1)包括兩個(gè)或多個(gè)冶金子設(shè)備(21，22，23)、用于分配電能的獨(dú)立電網(wǎng)(4)、至少一個(gè)具有至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的發(fā)電站(3)以用于提供獨(dú)立電網(wǎng)(4)內(nèi)的電能、和控制裝置(5)。子設(shè)備(21，22，23)通過(guò)獨(dú)立電網(wǎng)(4)從至少一個(gè)發(fā)電站(3)中吸取至少80％，特別是至少90％的用于其運(yùn)行所必需的電功率。借助控制裝置(5)能夠控制對(duì)用于負(fù)載兩個(gè)或多個(gè)子設(shè)備(21，22，23)中至少一個(gè)其他子設(shè)備的第一子設(shè)備(21，22，23)的電能的提供。兩個(gè)或多個(gè)子設(shè)備(21至25)包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電弧爐(EAF)的煉鋼機(jī)和至少一個(gè)用于布置在煉鋼機(jī)(23)上游或下游的冶金過(guò)程的子設(shè)備(21，22，24，25)。
【專利說(shuō)明】冶金設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種冶金設(shè)備以及一種用于為冶金設(shè)備供給電能的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] KRUMM，W.等人在 Stahl und Eisen，Diisseldorf(DE) 1988,第 108 卷，第 22 號(hào)， 第95-104頁(yè)的"冶煉廠中的能量分配的優(yōu)化"（Optimierung der Energieverteilung im integrierten Hiittenwerk)，描述了一種用于優(yōu)化冶煉機(jī)中的能量分配的模型，冶煉廠包 括利用焦炭加熱的高爐和用于為冶煉廠的載荷供給電和蒸汽的蒸汽發(fā)電站。
[0003] 電煉鋼機(jī)的特征在于高的電負(fù)載轉(zhuǎn)換，其通過(guò)大型電氣載荷、電弧爐，簡(jiǎn)稱：電弧 爐（Lichtbogenoefen)或者 EAFs (EAF = Electric Arc Furnace 電弧爐），的循環(huán)接通和關(guān) 斷而引起。在運(yùn)行EAF時(shí)，有時(shí)從電網(wǎng)獲取典型地高于100MW的功率。在此，這種EAF負(fù)載 轉(zhuǎn)換的時(shí)間尺度明顯短于發(fā)電站渦輪機(jī)的典型的反應(yīng)時(shí)間。由于這種高度的且快速的負(fù)載 轉(zhuǎn)換，存在不期待的反作用于電網(wǎng)的危險(xiǎn)，這種反作用危害了供電的穩(wěn)定性且因此危害了 煉鋼機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。
[0004] 在高功率的聯(lián)合電網(wǎng)中，如存在于工業(yè)城市中的聯(lián)合電網(wǎng)，多個(gè)發(fā)電站和集電中 心彼此相連,從而能夠攔截并補(bǔ)償該電網(wǎng)內(nèi)部的瞬時(shí)功率的供應(yīng)和需求之間的局部差距， 例如通過(guò)運(yùn)行EAFs而在電煉鋼機(jī)中導(dǎo)致的負(fù)荷減少或負(fù)荷沖擊。
[0005] 相反地，至今在獨(dú)立電網(wǎng)中，即在與公共的或者其他的電網(wǎng)脫耦的電網(wǎng)中，缺乏此 類負(fù)載補(bǔ)償?shù)目尚行?，這導(dǎo)致了頻繁的電網(wǎng)故障且因此導(dǎo)致高的供電故障風(fēng)險(xiǎn)。但是，電網(wǎng) 的穩(wěn)定性以及連續(xù)生產(chǎn)的可行性對(duì)于經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行電煉鋼機(jī)而言不是可有可無(wú)的。由于所述 原因，至今只是避免在單機(jī)運(yùn)行中對(duì)電煉鋼機(jī)的供電或者只有通過(guò)在昂貴的補(bǔ)償設(shè)備上的 高投入才可行。
[0006] 但同時(shí)不能忽略，當(dāng)較弱的公共電網(wǎng)不能或僅能不可靠地供應(yīng)載荷所需的電功率 時(shí)，和/或當(dāng)遙遠(yuǎn)的載荷要求具有不可接受的傳輸損失的長(zhǎng)流線路時(shí)，獨(dú)立電網(wǎng)體現(xiàn)了明 顯的優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的是，提供一種通過(guò)獨(dú)立電網(wǎng)能夠供給電能的冶金設(shè)備，以及一 種相應(yīng)的方法。
[0008] 該目的通過(guò)用于在單機(jī)運(yùn)行中運(yùn)行的冶金設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，該冶金設(shè)備包括了兩個(gè)或 者多個(gè)冶金子設(shè)備、用于分配電能的獨(dú)立電網(wǎng)、至少一個(gè)用于供給該獨(dú)立電網(wǎng)中的電能的 發(fā)電站和控制裝置，其中，獨(dú)立電網(wǎng)與外部供電網(wǎng)絡(luò)的連接允許傳輸小于20%的，特別是 小于10%的，運(yùn)行該子設(shè)備所必需的電功率；該發(fā)電站包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)；借助控 制裝置能夠控制用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備中至少一個(gè)其他子設(shè)備的第一子設(shè)備的電 功率供給；并且兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電弧爐的煉鋼機(jī)和至少一 個(gè)用于布置在該煉鋼機(jī)上游或下游的冶金過(guò)程的子設(shè)備。此外，該目的還通過(guò)一種用于在 單機(jī)運(yùn)行中通過(guò)獨(dú)立電網(wǎng)為包括兩個(gè)或者多個(gè)冶金子設(shè)備的冶金設(shè)備供給電能的方法，其 中，通過(guò)發(fā)電站供給獨(dú)立電網(wǎng)中的電能,其中，該方法具有下述步驟：從獨(dú)立電網(wǎng)中供應(yīng)至 少80 %，特別是90 %的運(yùn)行該子設(shè)備所必需的電功率，其中，該發(fā)電站包括至少一個(gè)燃?xì)?渦輪機(jī)；以及控制對(duì)用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備中至少一個(gè)其他子設(shè)備的第一子設(shè)備的 電功率供給，其中，兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電弧爐的煉鋼機(jī)和至 少一個(gè)用于在該煉鋼機(jī)上游或者下游的冶金過(guò)程的子設(shè)備。
[0009] 在本發(fā)明的意義上，"獨(dú)立電網(wǎng)"是盡可能與其他的、特別是公共的供電網(wǎng)絡(luò)脫耦 的、具有連接在其上的電載荷的電網(wǎng)，其中，概念"盡可能地"理解為，或者通過(guò)獨(dú)立電網(wǎng)中 的一個(gè)或者多個(gè)發(fā)電站滿足了獨(dú)立電網(wǎng)的載荷所吸取的電功率的至少80%，特別是至少 90 %的份額，或者在發(fā)電站和電載荷上級(jí)的母線上于"獨(dú)立電網(wǎng)"中可用的短路功率的至少 80%，特別是至少90%，由獨(dú)立電網(wǎng)中的一個(gè)或者多個(gè)發(fā)電站的發(fā)電機(jī)來(lái)供給。此時(shí)，只要 通過(guò)該下級(jí)連接供應(yīng)到獨(dú)立電網(wǎng)中的電功率構(gòu)成了小于在獨(dú)立電網(wǎng)中消耗的所有電功率 的20 %，特別是小于10 %的份額，獨(dú)立電網(wǎng)到其他的、特別是公共的供電網(wǎng)絡(luò)上的下級(jí)連 接是無(wú)害的。在這種情況下，獨(dú)立電網(wǎng)的電載荷的運(yùn)行稱為"單機(jī)運(yùn)行"。這種下級(jí)連接能 夠初始地設(shè)置，例如在建立該冶金設(shè)備期間，首要用于供給獨(dú)立電網(wǎng)的單個(gè)的、相對(duì)不重要 的電載荷，例如工人的住所或者緊急供電。
[0010] 實(shí)際上，根據(jù)上面所給的定義，"獨(dú)立電網(wǎng)"如"純粹地"獨(dú)立電網(wǎng)一樣，即完全地與 其他的、特別是公共的，供電網(wǎng)絡(luò)脫耦的、具有連接在其上的電載荷的電網(wǎng)。其基于以下認(rèn) 知，即在獨(dú)立電網(wǎng)中，特別是在電弧斷裂的情況下，由EAF產(chǎn)生的負(fù)載躍變，即一個(gè)或者多 個(gè)發(fā)電機(jī)的突發(fā)去負(fù)載，能夠?qū)е码娋W(wǎng)中的不穩(wěn)定。在以上代表了正的負(fù)載躍變、即負(fù)載升 高期間，負(fù)的負(fù)載躍變、即導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸上轉(zhuǎn)數(shù)升高的、負(fù)載的跳躍式間斷甚至視為更關(guān)鍵 的，因?yàn)槠淠苁艿捷^弱的影響。當(dāng)該電弧爐功率越接近所述爐附近的發(fā)電站的功率，并且該 發(fā)電站有越少的單個(gè)發(fā)電機(jī)組（在最不利的情況下僅一個(gè)組/發(fā)電機(jī)），并且預(yù)期來(lái)自公共 電網(wǎng)的支持越少，即發(fā)電機(jī)必須承受"越多的突發(fā)負(fù)載改變"，由此發(fā)電機(jī)可能變得不穩(wěn)定 時(shí)，這種情況越關(guān)鍵。
[0011] 在此,發(fā)電機(jī)的類型、發(fā)電站調(diào)節(jié)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等也起重要的作用，從而概念"獨(dú)立電 網(wǎng)"的上述定義是在80%或90%的簡(jiǎn)單"界限劃分"的意義下給出的。
[0012] 本發(fā)明克服了技術(shù)上的成見：截至目前在該冶金學(xué)領(lǐng)域，僅在單機(jī)運(yùn)行中為電煉 鋼機(jī)供電視為技術(shù)上復(fù)雜的且不經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)本發(fā)明，利用不同措施的組合實(shí)現(xiàn)電煉鋼機(jī) 的經(jīng)濟(jì)的單機(jī)運(yùn)行：
[0013] -兩個(gè)或者多個(gè)能夠彼此獨(dú)立運(yùn)行的冶金子設(shè)備集成到該冶金設(shè)備中。通過(guò)在該 獨(dú)立電網(wǎng)中運(yùn)行比目前更多的子設(shè)備（獨(dú)立電網(wǎng)中集電器的數(shù)量越大，則越好），特別是當(dāng) 存在時(shí)間非關(guān)鍵的基礎(chǔ)負(fù)載設(shè)備時(shí)，該基礎(chǔ)負(fù)載設(shè)備能夠有利于EAF地關(guān)斷，達(dá)到了對(duì)在 獨(dú)立電網(wǎng)內(nèi)部的瞬時(shí)功率的供給和需求之間的差距的攔截和補(bǔ)償。
[0014] _通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)現(xiàn)代化地生產(chǎn)能量。燃?xì)鉁u輪機(jī)有較短的啟動(dòng)時(shí) 間并且在轉(zhuǎn)換運(yùn)行狀態(tài)時(shí)具有比蒸汽渦輪機(jī)更高的動(dòng)態(tài)性，這給出了更快速地改變負(fù)載的 可行性。在選擇渦輪機(jī)時(shí)，對(duì)利用一個(gè)或者多個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電的智能控制考慮正的和負(fù) 的負(fù)載儲(chǔ)備。
[0015] -通過(guò)控制裝置智能控制能量分配，控制裝置控制對(duì)用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè) 備中至少一個(gè)其他的第一子設(shè)備的電能供給。在多個(gè)具有不同優(yōu)先級(jí)的電載荷的情況下， 特別是當(dāng)存在能夠有利于EAF地關(guān)斷的時(shí)間非關(guān)鍵的基礎(chǔ)負(fù)載設(shè)備時(shí)，達(dá)到了對(duì)在獨(dú)立電 網(wǎng)內(nèi)部的瞬時(shí)功率的供給和需求之間的差距的攔截和補(bǔ)償。
[0016] 兩個(gè)或多個(gè)冶金子設(shè)備能夠是兩個(gè)或者多個(gè)EAF，特別是N個(gè)EAF，其中，N是自然 數(shù)。但是也可行的是，兩個(gè)或者多個(gè)冶金子設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)EAF和至少一個(gè)設(shè)備，該設(shè) 備布置在冶金過(guò)程中的一個(gè)或者多個(gè)EAF上游或者下游。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電弧爐的煉鋼機(jī)和 至少一個(gè)用于布置在該煉鋼機(jī)上游或者下游的冶金過(guò)程的子設(shè)備。
[0018] 本發(fā)明優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案在附屬權(quán)利要求中給出。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，至少一個(gè)用于布置在煉鋼機(jī)上游或者下游的冶金過(guò) 程的子設(shè)備是下述設(shè)備中的一個(gè)或者多個(gè)：采礦設(shè)備、選礦設(shè)備、造粒設(shè)備、生鐵生產(chǎn)設(shè)備、 直接還原設(shè)備、澆鑄設(shè)備、成型設(shè)備、精煉設(shè)備、輸送設(shè)備、輔助設(shè)備。該子設(shè)備能夠用于采 礦、輸送和安全保障。挖掘機(jī)、帶式和鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、鉆車、米煤機(jī)和載貨與運(yùn)輸車輛、或者其 他的用于輔助作業(yè)的設(shè)備、輔助設(shè)備（"auxiliary units"）和附屬設(shè)備，例如基礎(chǔ)設(shè)施附 屬設(shè)備如工人的住所、停留處或者洗漱間也能夠作為子設(shè)備。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，第一子設(shè)備是具有至少一個(gè)電弧爐的煉鋼機(jī)。有利 的是，至少一個(gè)EAF是恰好一個(gè)EAF或者兩個(gè)EAF或者多于兩個(gè)的EAF。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，如下地構(gòu)造至少一個(gè)電弧爐，即能夠快速并且簡(jiǎn)單 地實(shí)現(xiàn)裝料和/或出料和/或電極變化。如此，EAF能夠具有例如優(yōu)選地離心地布置的底 部出料，由此，明顯地簡(jiǎn)化出料。也可行的是，EAF具有壁和/或蓋和/或電極的水冷系統(tǒng)。 通過(guò)節(jié)能的冶金方法或系統(tǒng)，降低了能量需求和/或負(fù)載動(dòng)態(tài)性，這對(duì)獨(dú)立電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非 常有利的。
[0022] 優(yōu)選地，至少一個(gè)電弧爐是具有至少一個(gè)電極的電弧爐。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，控制裝置通過(guò)用于交換過(guò)程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線路，特別 是通過(guò)冗余設(shè)計(jì)的總線線路和/或光學(xué)數(shù)據(jù)線路，與兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備的至少一個(gè)相連 并且與至少一個(gè)發(fā)電站相連接。為了能夠保證可靠的、快速的數(shù)據(jù)傳輸，該線路優(yōu)選地實(shí)施 為固定布線。在兩個(gè)或多個(gè)子設(shè)備與至少一個(gè)發(fā)電站之間的數(shù)據(jù)交換能夠借助環(huán)形數(shù)據(jù)線 路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，至少一個(gè)發(fā)電站是GuD發(fā)電站（GuD =燃?xì)夂驼羝麥u 輪機(jī)）。優(yōu)選地，至少一個(gè)發(fā)電站具有至少一個(gè)燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)組。通過(guò)GuD發(fā)電站或適 當(dāng)?shù)臏u輪機(jī)選擇，能夠利用現(xiàn)代化的能量生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)性，特別是短的啟動(dòng)時(shí)間和快速改變 負(fù)載的可行性。因此，能夠形成正的或負(fù)的負(fù)荷儲(chǔ)備。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，該設(shè)備具有至少一個(gè)用于中間存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)單 元，其中，通過(guò)控制裝置能夠控制電能在存儲(chǔ)單元內(nèi)的臨時(shí)存儲(chǔ)。可行的是，至少一個(gè)存儲(chǔ) 單元是水電解單元、蓄電池或者壓縮空氣存儲(chǔ)單元。通過(guò)能量存儲(chǔ)器能夠形成正的或負(fù)的 負(fù)荷儲(chǔ)備。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，該方法還具有下述步驟：收集基于過(guò)程數(shù)據(jù)的信息， 該信息由獨(dú)立電網(wǎng)內(nèi)的電能發(fā)生器和由兩個(gè)或多個(gè)子設(shè)備發(fā)送；以及基于該信息，控制獨(dú) 立電網(wǎng)內(nèi)部的電能供給。由此，利用負(fù)載管理（英文：Load Management)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控 制。在智能控制中，也能夠例如實(shí)現(xiàn)"同步的初始化和監(jiān)控（Initiation and Supervision of Synchronisation)，'。
[0027] EP 2015011 Al (西門子股份公司）12. 07. 2007描述了一種對(duì)基于利用負(fù)載管理 的智能管理的燃?xì)庖夯O(shè)備的負(fù)載調(diào)節(jié)算法。為了控制冶金設(shè)備的電能，這種算法能夠與 本發(fā)明類似地傳輸。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，該方法還具有下述步驟：通過(guò)至少一個(gè)具有兩個(gè)或 者多個(gè)渦輪機(jī)的發(fā)電站供給電能；計(jì)算必需的渦輪機(jī)數(shù)量和負(fù)荷，從而在考慮負(fù)載儲(chǔ)備的 情況下供給運(yùn)行兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備所必需的能量。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，子設(shè)備中的一個(gè)是具有至少一個(gè)電弧爐的煉鋼機(jī)， 其中，對(duì)功率供給的控制包括：為用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)子設(shè)備中至少一個(gè)其他子設(shè)備的 至少一個(gè)電弧爐供給電功率。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，該方法具有下述步驟：在運(yùn)行至少一個(gè)電弧爐期間， 中斷向該其他子設(shè)備中的至少一個(gè)的電能供給，或者為該其他子設(shè)備中的至少一個(gè)供給限 額的電功率。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，如果煉鋼機(jī)包括兩個(gè)或者多個(gè)電弧爐，該方法還具 有下述步驟：在彼此隔開的時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行兩個(gè)或者多個(gè)電弧爐。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案，該方法還具有下述步驟：為至少一個(gè)電弧爐裝載、優(yōu) 選地連續(xù)地裝載由冶金設(shè)備的直接還原設(shè)備供給的熱直接還原鐵（=HDRI)。由此，取消 了費(fèi)能的鐵的反復(fù)加熱和若干過(guò)程步驟，由此降低了能量需求。通過(guò)節(jié)能的冶金方法，如使 用HDRI和/或EAF的連續(xù)的裝料或運(yùn)行，減小能量需求和/或者負(fù)載動(dòng)態(tài)性，這對(duì)獨(dú)立電 網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常有利的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 下面，借助附圖根據(jù)實(shí)施例闡述本發(fā)明。其示出：
[0034] 圖1是冶金設(shè)備的示意圖；
[0035] 圖2是冶金設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)的示意圖；
[0036] 圖3是冶金設(shè)備的能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng)（=ENMC);和
[0037] 圖4是對(duì)用于關(guān)斷預(yù)選的渦輪機(jī)的控制裝置的負(fù)載計(jì)算機(jī)算法。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 圖1示意性示出了冶金設(shè)備1。設(shè)備1包括作為電載荷2的五個(gè)冶金子設(shè)備21至 25,即采礦設(shè)備21、生鐵生產(chǎn)設(shè)備22、具有EAF的電煉鋼機(jī)23、輸送設(shè)備24和基礎(chǔ)設(shè)施性附 屬設(shè)備25。采礦設(shè)備21包括礦山、選礦設(shè)備和輔助設(shè)備。生鐵生產(chǎn)設(shè)備22包括選粒設(shè)備、 HDRI設(shè)備和輔助設(shè)備。電煉鋼機(jī)23包括熔煉設(shè)備、澆鑄設(shè)備、乳鋼機(jī)和例如用于供給氧氣 和水的輔助設(shè)備。輸送設(shè)備24包括三個(gè)輸送系統(tǒng)。基礎(chǔ)設(shè)施性附屬設(shè)備25包括住所、洗 衣房、職工食堂和飲用水供給系統(tǒng)。
[0039] 此外，冶金設(shè)備1包括具有用于生產(chǎn)電網(wǎng)4內(nèi)的電能的燃?xì)鉁u輪機(jī)的發(fā)電站3,以 及用于分配電能的電網(wǎng)4。電網(wǎng)4連接了發(fā)電站3與電載荷2。
[0040] 具有連接在其上的電載荷2的電網(wǎng)4和發(fā)電站3形成了獨(dú)立電網(wǎng)，即電網(wǎng)，其中， 冶金子設(shè)備21，22, 23,從該發(fā)電站3吸取100%的其運(yùn)行所必需的電能。
[0041] 此外，冶金設(shè)備1包括控制裝置5,其能夠通過(guò)控制線路51操控發(fā)電站3、配電網(wǎng) 4和電載荷2。
[0042] 此外，冶金設(shè)備1包括用于中間存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)單元6。通過(guò)控制裝置5,借助控 制線路51能夠控制電能在存儲(chǔ)單元6內(nèi)的臨時(shí)存儲(chǔ)。
[0043] 通過(guò)能夠彼此獨(dú)立地運(yùn)行的兩個(gè)或者多個(gè)冶金子設(shè)備21，22和23到冶金設(shè)備內(nèi) 的集成、通過(guò)借助燃?xì)鉁u輪機(jī)的現(xiàn)代化的能量生產(chǎn)以及通過(guò)借助控制裝置5的對(duì)能量分配 的智能控制，能夠?yàn)閱螜C(jī)運(yùn)行中的電煉鋼機(jī)23供給電能，所述控制裝置控制了對(duì)用于負(fù)載 采礦設(shè)備21、生鐵生產(chǎn)設(shè)備22、輸送設(shè)備24與基礎(chǔ)設(shè)施性附屬設(shè)備25的煉鋼機(jī)23的電功 率供給。
[0044] 在接通該EAF時(shí)，或者完全地關(guān)斷下級(jí)的電載荷，或者切換到具有較少能耗的運(yùn) 行狀態(tài)中。在關(guān)斷該EAF時(shí)，下級(jí)的電載荷再次在接通EAF之前其所處的運(yùn)行狀態(tài)中運(yùn)行， 或者甚至切換到具有高能耗的運(yùn)行狀態(tài)。
[0045] 圖2示出了具有四個(gè)發(fā)電站組的冶金設(shè)備的典型自動(dòng)化。
[0046] 該構(gòu)造為獨(dú)立自動(dòng)化的發(fā)生器3、分配器4和載荷2的組通過(guò)快速的數(shù)據(jù)連接彼此 聯(lián)網(wǎng)。例如負(fù)載計(jì)算機(jī)形式的控制裝置5,從發(fā)生器側(cè)3和載荷側(cè)2獲取連續(xù)地從過(guò)程數(shù)據(jù) 算出的信息，以便在發(fā)電機(jī)的計(jì)劃外故障時(shí)和/或在一個(gè)或者多個(gè)大型載荷，例如一個(gè)或 者多個(gè)EAF，故障/關(guān)斷時(shí)，能夠快速地針對(duì)性操控，這樣既不超出電網(wǎng)4的穩(wěn)定性界限，特 別是關(guān)于頻率和電壓的穩(wěn)定性界限，電的EAF也不陷入不穩(wěn)定的負(fù)荷狀態(tài)。為此，在控制裝 置中存儲(chǔ)相應(yīng)的判斷算法。
[0047] 電發(fā)生器3具有多個(gè)組Bl至B4,其分別包括了 GuD設(shè)備GT&ST ( = Gas Turbine and Steam Turbine燃?xì)鉂?rùn)輪機(jī)和蒸汽潤(rùn)輪機(jī)）。聯(lián)合使用至少一個(gè)燃?xì)鉂?rùn)輪機(jī)和至少一個(gè) 蒸汽渦輪機(jī)的設(shè)備單元稱為GuD設(shè)備或GuD組，其中，通常是兩個(gè)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的廢熱在廢 熱回收鍋爐中得到充分利用，以便為蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生蒸汽。各個(gè)機(jī)組調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)（發(fā) 電機(jī)與潤(rùn)輪機(jī)調(diào)節(jié)器與控制系統(tǒng)；英文："TCS" =Turbine Control System潤(rùn)輪機(jī)控制系 統(tǒng)）通過(guò)雙向的信號(hào)交換線路彼此相連并且與上級(jí)發(fā)電站控制系統(tǒng)PPC ( = Power Plant Control電站控制）相連。
[0048] 組Bl至M中的每一個(gè)都與發(fā)電站控制系統(tǒng)PPC存在雙向的信號(hào)交換，發(fā)電站控 制系統(tǒng)本身與配電網(wǎng)4的能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng)ENMC( = Energy Network Monitoring and Control System)存在雙向的信號(hào)交換。
[0049] 在本實(shí)例中示出了四個(gè)發(fā)電站組BI至M ;然而顯而易見，電發(fā)生器3能夠包括任 意數(shù)量N的發(fā)電站組，其中N是自然數(shù)。
[0050] 能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng)ENMC包括高壓子站自動(dòng)化系統(tǒng)SA( = Substation Automation)、保護(hù)單元P ( = Protection)、人機(jī)界面/監(jiān)控控制與數(shù)據(jù)獲取HMI ( = Human Machine Interface人機(jī)界面）/SCADA( = Supervisory Control and Data Acquisition監(jiān) 控控制與數(shù)據(jù)獲?。?、去負(fù)載單元LS ( = Load Shedding)以及無(wú)功電流補(bǔ)償SVC ( = Static VAr Compensation ;VAr = Volt-Ampere reaktiv 伏特安培作用）。
[0051] 同樣，組Bl至M中的每一個(gè)都與具有開關(guān)和變壓器的主負(fù)載分配站MSS ( = Main Substation主配電站）存在雙向的信號(hào)交換。同時(shí)，主負(fù)載分配站MSS與能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與 控制系統(tǒng)ENMC存在雙向的信號(hào)交換。同樣，GuD組的渦輪機(jī)GT&ST中的每一個(gè)都與主負(fù)載 分配站MSS存在雙向的信號(hào)交換。
[0052] 電載荷2包括兩個(gè)電弧爐EAF，這些電弧爐分別附屬有各自的EAF控制單元EAF Control。在電弧爐EAF和EAF控制單元EAF Control之間發(fā)生雙向的信號(hào)交換。EAF控制 單元EAF Control分別附屬有人機(jī)界面HMI，其中，在EAF控制單元EAF Control和人機(jī)界 面HMI之間發(fā)生雙向的信號(hào)交換。EAF控制單元EAF Control和能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng) ENMC存在雙向的信號(hào)交換。
[0053] 控制裝置5包括電控制系統(tǒng)ECS ( = Electrical Control System)和冶金設(shè)備的 其他的負(fù)載子分配站SS ( = Sub-Station)。從負(fù)載子分配站SS出發(fā)有通向組BI至B4、能 量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng)ENMC和EAF控制單元EAFControl的單向信號(hào)線路。電控制系統(tǒng) ECS與組Bl至M和EAF控制單元EAF Control存在雙向的信號(hào)交換。從能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與 控制系統(tǒng)ENMC出發(fā)有通向電控制系統(tǒng)ECS的單向信號(hào)線路。
[0054] 圖3示出了根據(jù)另一實(shí)施例的冶金設(shè)備的能量網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制系統(tǒng)（=ENMC系 統(tǒng)）。環(huán)形數(shù)據(jù)線路330,例如以太網(wǎng)環(huán)形線路，連接了冶金設(shè)備的不同單元。
[0055] 主負(fù)載分配站MSS包括分別主控站301和主負(fù)載分配站控制器325,二者分別連接 到環(huán)形數(shù)據(jù)線路330處。通過(guò)另一數(shù)據(jù)線路，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（英文：Field Device)連接到主負(fù) 載分配站控制器325上，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制主母線322 (英文：Main Bus-Bar)。
[0056]發(fā)電站計(jì)量室302包括主控站303、上級(jí)的發(fā)電站控制系統(tǒng)304( = PPC)、發(fā)電站 單元控制系統(tǒng)305 ( = TCS)，和SCADA/HMI服務(wù)器307與308,這些分別連接到環(huán)形數(shù)據(jù)線 路330上。發(fā)電站控制系統(tǒng)304和發(fā)電站單元控制系統(tǒng)305不包括在ENMC系統(tǒng)的管理范 圍之中。
[0057] 中央控制室309包括主控站310和工程站311，其分別連接到環(huán)形數(shù)據(jù)線路330 處。
[0058] 另一個(gè)不包含在ENMC系統(tǒng)的管理范圍內(nèi)的單元312,包括連接到環(huán)形數(shù)據(jù)線路 330處的網(wǎng)關(guān)/轉(zhuǎn)換器（Gateway/Converter)313。冶金設(shè)備的電控制系統(tǒng)ECS和工廠信息 系統(tǒng)314與網(wǎng)關(guān)/轉(zhuǎn)換器313相連。
[0059] 此外，ENMC系統(tǒng)包括兩個(gè)連接到環(huán)形數(shù)據(jù)線路330處的去負(fù)載控制器（Load SheddingController) 316 和 317。去負(fù)載控制器 316 和 317 包括例如SIMATICk3 S7-400PLCs。
[0060] 煉鋼機(jī)包括主控站320和由EAF控制器318和無(wú)功電流補(bǔ)償SVC構(gòu)成的煉鋼機(jī)控 制單元326,其中，主控站320和煉鋼機(jī)控制單元326分別連接到環(huán)形數(shù)據(jù)線路330處。
[0061] 去負(fù)載控制器316和317通過(guò)冗余串聯(lián)的總線線路DP和各一個(gè)遠(yuǎn)程1/0總線站 306, 315, 324, 327與發(fā)電站單元控制系統(tǒng)305、另一單元312、主母線322和煉鋼機(jī)控制單元 326相連接。例如311^八丁1(： 1<￡了20011能夠用作遠(yuǎn)程1/0總線站306,315,324,327，例如具 有玻璃纖維線路的PR0FIBUS DP能夠用作串聯(lián)的總線線路。
[0062] 圖4示出判斷算法，該算法用于對(duì)大型電載荷如電弧爐的計(jì)劃外的關(guān)斷。該算法 存儲(chǔ)在控制裝置5內(nèi)。如下地設(shè)計(jì)發(fā)電站與機(jī)器控制系統(tǒng)，使得其在沒有動(dòng)態(tài)的負(fù)載計(jì)算 機(jī)的協(xié)作時(shí)能夠調(diào)整該數(shù)量級(jí)的去負(fù)載。
[0063] 為了鑒定負(fù)載比例，動(dòng)態(tài)的負(fù)載計(jì)算機(jī)連續(xù)地獲取來(lái)自發(fā)電站控制系統(tǒng)的、關(guān)于 所有GuD設(shè)備GT&ST的信息101，例如當(dāng)前的功率、正儲(chǔ)備、負(fù)儲(chǔ)備和渦輪機(jī)的可用性。此 夕卜，動(dòng)態(tài)的負(fù)載計(jì)算機(jī)連續(xù)地獲取來(lái)自煉鋼機(jī)的、關(guān)于所有電弧爐的信息106,例如當(dāng)前的 負(fù)載和該儲(chǔ)備。
[0064] 如果通過(guò)頻率調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)的負(fù)的負(fù)載儲(chǔ)備的總和大于通過(guò)關(guān)斷電弧爐而導(dǎo)致 的最大待接收的去負(fù)載（英文：l〇ad shedding)，則動(dòng)態(tài)的負(fù)載計(jì)算機(jī)不介入。否則，調(diào)低 或者關(guān)閉預(yù)選的渦輪機(jī)組（=GuD設(shè)備），并且所導(dǎo)致的正的負(fù)載儲(chǔ)備補(bǔ)償了余下的缺口。 在此，標(biāo)號(hào)113表示對(duì)負(fù)的負(fù)載儲(chǔ)備的計(jì)算和對(duì)具有最大負(fù)載的電弧爐的確定。在步驟114 中,對(duì)比這兩個(gè)值。如果負(fù)的負(fù)載儲(chǔ)備大于電弧爐的最大負(fù)載,則計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)"n+1可 用"115。在其他情況下計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)"n+1不可用"116。
[0065] 根據(jù)來(lái)自發(fā)電站控制系統(tǒng)101的數(shù)據(jù)以及電弧爐106的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了渦輪機(jī)組和 電弧爐的對(duì)應(yīng)關(guān)系117。當(dāng)負(fù)的負(fù)載儲(chǔ)備小于最大的電弧爐的能量需求即116,并且124或 者一個(gè)電弧爐故障即122、或者在123中冶金設(shè)備的能量供給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的頻率改變速度120超 過(guò)121給定的界限時(shí)，借助這種對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)低或者關(guān)閉預(yù)選的渦輪機(jī)。
[0066] 在去負(fù)載126更大時(shí)，例如在過(guò)程中的部分緊急關(guān)斷的情況下，在可能的情況下， 必須通過(guò)快速關(guān)閉，即盡可能快地去除用于關(guān)斷渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)能量，從網(wǎng)絡(luò)中移出多個(gè)適 合的渦輪機(jī)組即128。如果這種緊急關(guān)斷的變化過(guò)程和參量118是已知的，原則上這種過(guò)程 還能夠由負(fù)載計(jì)算機(jī)來(lái)控制，例如通過(guò)預(yù)選119應(yīng)關(guān)斷的渦輪機(jī)的方式，以便在可能的情 況下能夠繼續(xù)運(yùn)行子過(guò)程。在非排他性分離127的意義中，大型去負(fù)載126和對(duì)頻率改變 速度120的界限的超出121彼此互相作用。
[0067] 機(jī)關(guān)通過(guò)優(yōu)選的實(shí)施例在細(xì)節(jié)上詳述地闡述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于公開 的實(shí)例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠推導(dǎo)出其它變體，而不離開本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在單機(jī)運(yùn)行中運(yùn)行的冶金設(shè)備（1)，包括 -兩個(gè)或者多個(gè)冶金的子設(shè)備（21至25)， -用于分配電能的獨(dú)立電網(wǎng)（4)， -至少一個(gè)用于提供在所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)中的所述電能的發(fā)電站（3)，以及 -控制裝置（5)， 其特征在于， -所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)與外部的供電網(wǎng)絡(luò)的連接允許傳輸小于20%的，特別是小于10% 的對(duì)于運(yùn)行所述子設(shè)備（21至25)所必需的電功率， -所述發(fā)電站（3)包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)， -借助所述控制裝置（5)能夠控制對(duì)第一子設(shè)備（21至25)的所述電功率的提供，所述 第一子設(shè)備用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)中的至少一個(gè)其他子設(shè)備，并且 -兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)電弧爐（EAF)的煉 鋼機(jī)（23)和至少一個(gè)用于布置在所述煉鋼機(jī)（23)上游或者下游的冶金過(guò)程的所述子設(shè)備 (21,22,24,25) 〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金設(shè)備（1)，其中，用于布置在所述煉鋼機(jī)（23)上游或者 下游的冶金過(guò)程的至少一個(gè)所述子設(shè)備（21，22,24,25)是以下設(shè)備中的一個(gè)或者多個(gè)：采 礦設(shè)備（21)、選礦設(shè)備、造粒設(shè)備、生鐵生產(chǎn)設(shè)備（22)、直接還原設(shè)備、澆鑄設(shè)備、成型設(shè) 備、精煉設(shè)備、輸送設(shè)備（24)、輔助設(shè)備（25)。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冶金設(shè)備（1)，其中，所述第一子設(shè)備是具有至 少一個(gè)電弧爐（EAF)的煉鋼機(jī)（23)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冶金設(shè)備（1)，其中，所述控制裝置（5)通過(guò)用 于交換過(guò)程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線路（51)，特別是通過(guò)冗余地敷設(shè)的總線線路和/或者光學(xué)數(shù)據(jù)線 路，與兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)中的至少一個(gè)以及與至少一個(gè)所述發(fā)電站（3) 相連接。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冶金設(shè)備（1)，其中，至少一個(gè)所述發(fā)電站（3)具 有至少一個(gè)燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)組（B1至M)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冶金設(shè)備（1)，其特征在于，具有至少一個(gè)用于 中間存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)單元￠)，其中，通過(guò)所述控制裝置（5)能夠控制電能在所述存儲(chǔ)單元 (6)內(nèi)的臨時(shí)存儲(chǔ)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冶金設(shè)備（1)，其中，至少一個(gè)所述存儲(chǔ)單元（6)是水電解單 J Li 〇
8. -種用于在單機(jī)運(yùn)行中通過(guò)獨(dú)立電網(wǎng)（4)為包括兩個(gè)或者多個(gè)冶金的子設(shè)備（21至 25)的冶金設(shè)備（1)供給電能的方法，其中，通過(guò)發(fā)電站（3)提供所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)中的電 能， 其特征在于， 所述方法具有以下步驟： 從所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)中輸送至少80%的，特別是90%的用于運(yùn)行所述子設(shè)備（21至 25)所必需的電功率，其中，所述發(fā)電站（3)包括至少一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)；并且 控制對(duì)用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)中至少一個(gè)其他子設(shè)備的第一子 設(shè)備（21至25)的電功率的提供，其中，兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)包括至少一個(gè) 具有至少一個(gè)電弧爐（EAF)的煉鋼機(jī)（23)和至少一個(gè)用于布置在所述煉鋼機(jī)（23)上游或 者下游的冶金過(guò)程的所述子設(shè)備（21，22, 24, 25)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法還具有以下步驟： 收集基于過(guò)程數(shù)據(jù)的信息，所述信息由所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)內(nèi)的所述電能的發(fā)生器并由 兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)發(fā)送；并且基于這個(gè)信息，控制在所述獨(dú)立電網(wǎng)（4)內(nèi) 部的電功率的提供。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述方法還具有以下步驟： 通過(guò)至少一個(gè)具有兩個(gè)或者多個(gè)渦輪機(jī)（GT&ST)的所述發(fā)電站（3)提供電能； 計(jì)算所述渦輪機(jī)（GT&ST)必需的數(shù)量和所述渦輪機(jī)的負(fù)荷，從而在考慮到負(fù)載儲(chǔ)備的 情況下提供用于運(yùn)行兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21至25)所必需的功率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述子設(shè)備中的一個(gè)是具有至少 一個(gè)電弧爐（EAF)的煉鋼機(jī)（23)，其中，對(duì)功率的提供的控制包括 ： 為用于負(fù)載兩個(gè)或者多個(gè)所述子設(shè)備（21，22,24,25)中的至少一個(gè)其他子設(shè)備的至 少一個(gè)所述電弧爐（EAF)提供電功率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于以下步驟：在運(yùn)行至少一個(gè)所述電弧爐 (EAF)期間，中斷向所述其他子設(shè)備（21，22,24,25)中的至少一個(gè)的電能供給，或者為所述 其他子設(shè)備（21，22, 24, 25)中的至少一個(gè)供給限額的電功率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，當(dāng)所述煉鋼機(jī)（23)包括兩個(gè)或者多個(gè)電 弧爐（EAF)時(shí)，所述方法還具有以下步驟： 在彼此隔開的時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行兩個(gè)或者多個(gè)所述電弧爐（EAF)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法還具有以下步驟： 為至少一個(gè)所述電弧爐（EAF)裝載，優(yōu)選地連續(xù)地裝載HDRI，所述HDRI由所述冶金設(shè) 備（1)的直接還原設(shè)備提供。
【文檔編號(hào)】F27B19/04GK104272050SQ201380023178
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月3日
【發(fā)明者】拉爾夫-赫伯特·巴克, 阿爾諾·德貝勒, 安德列斯·海內(nèi)曼, 托馬斯·馬楚拉特 申請(qǐng)人:西門子公司