Введение к работе
Актуальность работы. Рассмотренные- в данной работе вопросы связаны с Комплексной государственной программой энергосбережения и с Основными направлениями государственной политики Украины в области обеспечения экологической безопасности.
На Украине потребляется в 2-3 раза больше энергии, топлива, материальных ресурсов на единицу готовой продукции, чем в развитых странах. Возрождаемые промышленность и наука Украины требуют в доменном производстве коренного улучшения использования топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, огнеупоров, металлоконструкций, осуществления технического перевооружения, существенного снижения удельного расхода всех видов топлива, кокса, сокращения вредных выбросов.
Объектом исследований и областью приложения являются воздухонагреватели (ВН) доменных печей (традиционный объект) .
Предметом исследований являются тепломассообменные, физико-химические, гидродинамические и восстановительные процессы в воздухонагревателях доменных печей для совершенствования технологии получения горячего доменного дутья, теории, и технологии доменного производства.
Связь работы с научными программами, планами и темами.
Диссертация выполнена в соответствии с планами НИР Министерства промышленности Украины и Национальной металлургической академии Украины и относится к темам: "Разработка и проверка новой энергосберегающей технологии нагрева дутья, повьплающеи уровень эксплуатации доменных воздухонагревателей и обеспечивающей экономию кокса", № государственной регистрации 01880022887; "Разработка и внедрение мероприятий по эффективному использованию топлива на доменных воздухонагревателях и уменьшению вредных выбросов в окружающую среду", № государственной регистрации 018900124 87; "Анализ работы воздухонагревателей доменных печей металлургических предприятий Минпрома Украины", № государственной регистрации 0193U043643.
Цель и задачи исследований: сокращение удельного расхода кокса за счет повышения температуры доменного дутья;, высвобождение природного газа при отоплении ВН; увеличение их межремонтных периодов, снижение вредных выбросов в атмосферу-
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
разработать математическую модель тепломассообменных процессов в доменном ВН и метод расчета ВН с учетом зависимости теплофизических свойств и коэффициентов теплоотдачи теплоносителей от температуры;
выбрать экономико-экологические критерии эффективности эксплуатации ВН и рассчитать их значения с учетом тепломассообменных, физико-химических и восстановительных процессов в ВН;
разработать новый способ сушки и разогрева ВН с использованием доменного дутья.
Научная новизна:
разработан аналитико-численный метод расчета тепломассообменных процессов при работе ВН, температурных полей насадки, дутья и продуктов сгорания, отличающийся от известных тем, что учитываются теплофизиче/ские свойства теплоносителей и значения коэффициентов теп/лоотдачи на каждом шаге расчета, а также производятся итерации значений температуры уходящих продуктов сгорания до получения сходимости с заданной точностью;
теоретически обоснована и усовершенствована комплексная технология нагрева доменного дутья, имеющая по сравнению с существующей технологией лучшие показатели по удельному расходу кокса, потреблению топлива, электроэнергии, огнеупоров, металлоконструкций, а также по вредным выбросам в окружающую среду;
выполнена оценка стойкости кладки ВН при изменяющихся условиях службы; .
-. разработан расчегно-экспериментальный метод определе-.ния газоплотности футеровки ВН с использованием гидродинамических характеристик изменения давления в рабочем пространстве ВН и у кожуха при наполнении ВН дутьем;
- определена связь между КИТ, КПД пирометрическим коэф
фициентом, позволяющая повысить точность расчета тепломассо
обменных процессов в ВН.
Практическая ценность. Разработанный аналитико-численный метод расчета тепломассообменных процессов в ВН использован для расчета температурных полей теплоносителей, основных параметров тепловой работы ВН и может быть применен при выборе распределения огнеупоров по высоте ВН, при определении физико-химических условий образования флюсующей пробки в насадке, при анализе условий работы динаса и др.
Разработанные новые способы сушки и разогрева ВН позволяют увеличить их межремонтный период, а новые конструкции ВН и предложения по модернизации элементов ВН - повысить эффективность их работы.
Используя гидродинамический метод определения газоплотности футеровки ВН можно вести текущий контроль за состоянием его футеровки для своевременной остановки ВН на ремонт.
Разработаны новые способы отопления ВН, которые позволяют повысить температуру ГД и срок службы ВН, сократить расход топлива и снизить вредные выбросы в окружающую среду.
В работе получены научно обоснованные теоретические и экспериментальные результаты по совершенствованию конструкций и режиму работы ВН, которые в совокупности являются существенными для дальнейшего развития теории и технологии доменного производства в направлении ресурсо- и энергосбережения, снижения вредных выбросов.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
аналитическо-численный метод расчета тепломассообмен-ных процессов при работе ВН, температурных полей неподвижного теплоносителя (насадки) и движущихся теплоносителей (дутья и продуктов сгорания);.
результаты исследований эффективности различных способов эксплуатации ВН с использованием целевой функции, представляющей собой сумму текущих, капитальных и амортизационных затрат, а также сумму штрафов за загрязнение окружающей среды;
усовершенствованную методику расчета пирометрического коэффициента, КИТ и КПД, позволяющую повысить точность расчета тепломассообменных процессов в ВН;
результаты исследований стойкости огнеупоров и долговечности ВН с использованием фактических условий;
разработанную гидродинамическую методику определения газоплотности огнеупорной кладки в процессе эксплуатации ВН;
результаты разработок новых конструкций ВН;
результаты разработок по снижению вредных выбросов в окружающую среду при получении горячего доменного дутья;
метод оценки эффективности использования усовершенствованной технологии нагрева доменного дутья.
Реализация работы в промышленности. Основные полученные в работе результаты использованы на металлургических предприятиях Украины и в проектах УкрГипромеза. Внедрены:
- модернизация штуцера горячего дутья {на предприяти-
ях: Краматорском, Енакиевском, "Криворожсталь и "Запрож-сталь";
способ разогрева ВН с регламентированными наполнениями дутьём и его выпуском на предприятиях отрасли;
модернизированный купольный люк на блоке ВН предприятий "Криворожсталь" и им. Петровского;
установка кессона между внутренним и наружным окатами камеры горения на предприятиях "Криворожсталь" и им. Петровского;
установка на днище ВН влагосборника для улучшения качества сушки ВН на Предприятиях "Криворожсталь" и им. Петровского;
модернизированная кладка купола для повышения равномерности распределения продуктов горения по сечению насадки на ВН МК Череповецком и "Криворожсталь".
В рабочей документации УкрГипромеза использован: модернизированный купол ВН - на блоке ВН МГД - генератора Рязанской ГЭС для бескахтного отопления ВН.
Доля автора в реальном экономическом эффекте от внедрения разработок составила 246,783 тыс. руб. Долевой экономический эффект от внедрения в проекты реконструкции ВН составляет 1897,5 тыс. руб. (в ценах 1990г.). Использование-результатов настоящей работы в проектной документации УкрГипромеза позволило обеспечить высокий уровень проектов, повысить при использовании на предприятиях отрасли межремонтные периоды воздухонагревателей доменных печей на 3-5%, уменьшить расход кокса на 1-3%.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на:
III международной научно-технической конференции "Теория и практика решений экологических проблем в горнодобывающей и металлургической промышленности (к 100-летию ГМе-тАУ), Днепропетровск, 17-18 ноября 1998 г.;
- международной конференции "Проблемы печной теплотех
ники (к 100-летию со дня рождения профессора И.Д.Семи/кина),
Днепропетровск, 18-20 мая 1999 г.;
- V-ом международном Конгрессе доменщиков, Днепропет
ровск-Кривой Рог, 7-11 июня 1999 г.
Основное содержание работы опубликовано в 19-ти печатных работах, а также в 25 авторских свидетельствах на изобретения по теме диссертации, не вошедших в прилагаемый список трудов.
Работа выполнена в Национальной металлургической академии Украины.
Личный вклад диссертанта в выполненную работу.
Экспериментальные и теоретические исследования, вошедшие в диссертационную работу, выполнены непосредственно автором при участии сотрудников УкрГипромеза, комбинатов "Криворожсталь", "Запорожсталь", им. Дзержинского, Краматорского метзавода, НМетАУ, ВНИИМГ, ОАО "Днепрпроект-стальконструкция", УкрГНИИО. Результаты опубликованы в соавторстве с ними. Обработка данных исследований и обобщение результатов их проведены автором самостоятельно.
Автор выражает благодарность научному руководителю работы доценту Гресу Л.П., профессору Свинолобову Н.П., ст . н. сотруднику Флейшману Ю.М., начальнику доменного отдела УкрГипромеза Жарикову А.Н. за плодотворное сотрудничество при выполнении исследований.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Она содержит 143 стр. машинописного текста, а также 8 таблиц, 27 иллюстраций, 23 библиографический список, включающий 18 8 наименований, приложения на 21 странице. Общий объём работы 222 стр.