Удосконалення технології нагріву дуття у доменних повітронагрівниках з метою енергозбереження

Наукова новизна отриманих результатів. Дисертантом особисто виконано нові наукові розробки:

- уперше розв'язано задачу вибору оптимальної питомої поверхні нагріву блоку повітронагрівників за критерієм мінімуму зведених витрат, де ураховується оплата за шкідливі викиди у довкілля;

- уперше розв'язано задачу плавління речовини, яка знаходиться у теплообмінній масі теплового акумулятора для стабілізації температури гарячого дуття, у результаті чого установлено залежність тривалості та динаміки плавління цієї речовини від її теплофізичних властивостей та параметрів теплообміну; розроблено науково-методичні основи розрахунку теплового акумулятора, що дає можливість визначити його технологічні та конструктивні параметрі;

- знайшов подальший розвиток теоретичних основ регенеративного теплообміну у доменних повітронагрівниках; обгрунтована доцільність уточнення граничних умов уздовж висоти насадки та урахування втрат теплоти через кладку при визначенні витрати палива та розподілу температур уздовж висоти насадки, яка складається із різноманітних вогнетривів;

- теоретично обгрунтовано можливість розрахункового аналізу, прогнозування та вибору параметрів експлуатації доменних повітронагрівників з використанням діалогової системи «Радник газівника доменної печі», алгоритм якої реалізує комплекс математичних моделей і забезпечує на їхній основі виконання заданих функцій системи;

- на основі фізичного моделювання, а також аналізу реальних температурних умов експлуатації піднасадочної решітки доведена залежність між ступенем різноманітності розподілу потоку теплоносіїв по поперечному перетину насадки і режимом уводу холодного дуття у піднасадочний пристрій повітронагрівника;

- уперше установлена залежність концентрацій «паливних» оксидів азоту у продуктах спалення доменного газу від кількості у вихідному доменному газі азотомістких сполук (аміаку, ціанідів, родонідів), які утворюються у процесі доменної плавки.

Достовірність одержаних результатів забезпечується використанням класичної теорії теплопровідності, тепломасообміну, механіки рідини та газів, а також узгодженістю результатів, які одержані різними методами досліджень, з практикою роботи доменних печей та їх повітронагрівників.

Практична цінність одержаних результатів.

У результаті виконання роботи запропоновані:

- методика розрахунку сучасних повітронагрівників, яка забезпечує правильний вибір їх габаритів, поверхні нагріву, типу вогнетривких матеріалів по висоті та товщині кладки;

- комп'ютерна діалогова система «Радник газівника доменної печі», що дозволяє розраховувати, прогнозувати та вибирати параметри експлуатації повітронагрівників;

- конструкція теплового акумулятора для стабілізації температури гарячого дуття, у теплообмінній масі якого використано ефект фазового перетворення твердої речовини у рідину та навпаки; методика розрахунку теплового акумулятора та вибір типу плавкої речовини;

- конструкція повітронагрівників з винесеним керамічним пальником, яка дозволяє використовувати існуючі апарати з внутрішньою камерою горіння під час їх капітального ремонту;

- динамічний спосіб подачі холодного дуття та конструкція піднасадочного пристрою, які забезпечують підвищення середньої температури гарячого дуття;

- спосіб нагріву повітронагрівників при роздільній подачі доменного та природного газів, що дає змогу економити природний газ та збільшити температуру дуття;

- система теплообмінників з проміжним теплоносієм для нагріву компонентів горіння;

- конструкція повітронагрівника, в нижній частині якого розташовано рекуператор типу «термоблок», або автономний регенератор для нагріву повітря горіння;

- двостадійний спосіб спалення палива у доменних повітронагрівниках, що призводить до збільшення стійкості кладки камери спалення та зниження викидів оксидів азоту у довкілля;

- способи та пристрої для сушіння та розігріву повітронагрівників та їх керамічних пальників;

- удосконалені пристрої для взяття доменної печі на «тягу»;

- удосконалені конструкції купола повітронагрівника та штуцера гарячого дуття.

Використання результатів роботи. Результати теоретичних та експериментальних досліджень, що впроваджені у виробництво:

- режим сушіння та розігріву повітронагрівників ДМК ім. Дзержинського, ДГМК «Криворіжсталь», МК «Запоріжсталь» та Єнакіївського металургійного заводу;

- удосконалена конструкція штуцера гарячого дуття повітронагрівників доменної печі № 3 Краматорського металургійного заводу;

- новий пристрій для взяття доменної печі на «тягу» ДМК ім. Дзержинського, а також № 5 Єнакіївського металургійного заводу;

- пристрій для сушіння повітронагрівників Краматорського металургійного заводу;

Результати роботи використані у робочій документації Укрдіпромезу, Азовдіпромезу та ДПІ «Дніпропроектстальконструкція».

Фактично досягнутий економічний ефект від впровадження розробок у виробництво складає 1548000 грн/рік (частка автора -774200 грн/рік). Очікуваний економічний ефект – 13862000 грн/рік).

Матеріали дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі при читанні лекцій та виконанні курсових проектів і дипломних робіт.

Особистий внесок автора у виконану роботу. Автор був керівником робіт, пов'язаних із збільшенням температури дуття та терміну експлуатації повітронагрівників. Він приймав безпосередню участь у постановці та розв'язанні задач, розробці методу та алгоритмів розрахунку повітронагрівників, підготовці та проведенні експериментальних досліджень, теоретичному обгрунтуванні та узагальненні одержаних результатів. Автору належать основні ідеї, теоретичні та технологічні положення, які представлені у роботі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались на: 8th international scientific conference «Energy transformations in industry», Slovak republic, Zemplincka Sirova. – 2002; міжнародній конференції «Теплотехніка та енергетика у металургії», (Дніпропетровськ, 2002) ; міжнародному форумі TMS-2000 «High temperature processes for waste treatment and minimization» (Idoho, USA, 2000) ; V міжнародному конгресі доменщиків (Дніпропетровськ-Кривий Ріг, 1999р.) ; міжнародній конференції «Проблеми пічної теплотехніки» (до 100-річчя з дня народження І. Д. Семікина), Дніпропетровськ, 1999р. ; VI та VII міжнародних конференціях «Gospodarka ciеplna I