Теоретичне узагальнення та впровадження енергозберігаючих технологій в доменних повітронагрівачах - Автореферат

Національна металургійна академія України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукДиссертация посвящена теоретическому обоснованию, разработке, исследованию и внедрению на воздухонагревателях доменных печей новых энергосберегающих технологий нагрева дутья, обеспечивающих экономию кокса, доменного и природного газа, а также снижение вредных выбросов в окружающую среду. На основе обобщенных данных теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые способы отопления воздухонагревателей только доменным газом с полным исключением природного газа. Выполнены экспериментальные исследования на воздухонагревателе и на "холодной" модели по определению неравномерности распределения теплоносителей по сечению насадки. Исследованы причины низкой стойкости кладки камеры горения воздухонагревателей и разработаны несколько способов двухстадийного (нестехиометрического) сжигания топлива в них, что позволяет не только увеличить стойкость камеры горения, но и снизить выбросы оксидов азота. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований на доменных воздухонагревателях по определению их температурно-напряженного состояния в периоды сушки, разогрева и эксплуатации.Біля 30% доменного газу, виробленого доменними печами, споживається повітронагрівачами для нагрівання дуття. Для забезпечення проектної температури дуття 1150-1250°С рівень теплоти спалення доменного газу є недостатнім, тому цей газ збагачують природним газом в кількості, що відповідає 15-20 млн м3 на рік для однієї доменної печі обємом 1513 м3. В останні роки в повітронагрівачах стали використовувати динасові вогнетриви, які мають низьку термостійкість при температурах нижче 670°С. Теоретичне обгрунтування, розробка, дослідження і впровадження на повітронагрівачах доменних печей енерго-природозберігаючих технологій нагрівання дуття, що забезпечують зниження питомих витрат коксу,природного та доменного газів, підвищення кампанії повітронагрівачів та скорочення шкідливих викидів в довкілля. удосконалено метод розрахунку повітронагрівачів (Семикіна Й.Д. і Гольдфарба Е.М.) для заново розроблених типів насадки, яка складається з динасових, високоглиноземних та шамотних вогнетривів, в частині визначення пірометричного коефіцієнту, витрат палива та розподілу температур продуктів спалення по висоті насадки з урахуванням втрат тепла через кладку, уточнення граничних умов по висоті насадки та використання поняття теплової потужності повітронагрівачів та теплового дефіциту;Для розробки енергозберігаючих технологій нагрівання дуття необхідно мати слідуючі достатньо точні методи розрахунку: параметрів горіння різноманітних видів палива і варіантів опалення для одержання заданої температури під куполом; розподілу температур теплоносіїв (насадка, продукти спалення і дуття) по висоті насадки і товщині кладки в періоди нагрівання та дуття; впливу тривалості періодів експлуатації повітронагрівачів, теплової потужності і розмірів насадки на параметри теплообміну та температуру нагріву дуття; коливання температур в періоди нагрівання і дуття. Але, якщо прийняти мінімальне та максимальне значення hпір, то при температурі під куполом 1400°С необхідна температура нагріву повітря буде відрізнятися на 160°С (710 і 550°С), а відсотковий вміст кисню в повітрі горіння - на 10% (37,5 і 27,5%). В звязку з цим розроблена методика розрахунку hпір, яка враховує втрати тепла, тип конструкції повітронагрівачів, а також температуру під куполом. Розрахунки показали, що при використанні рециркуляції продуктів спалення витрати палива зменшуються на 7,5%, витрати продуктів спалення, які проходять через насадку, збільшуються на 14%, що привело до зростання коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією у насадці і, як наслідок, до збільшення температури дуття на 18°С. Розглянуто 7 варіантів і способів опалення повітронагрівачів тільки доменним газом (природний газ повністю вилучається) при температурах під куполом 1300 і 1400°С: використання технологічного кисню для збагачення повітря; нагрівання компонентів спалення до однакової температури; використання частки гарячого дуття для підвищення температури повітря; нагрівання доменного газу в теплообмінниках з проміжним теплоносієм; нагрівання повітря в рекуператорах та регенераторах; використання повітронагрівачів зупинених доменних печей для нагрівання повітря спалення.Установлені залежності між пірометричним коефіцієнтом спалення і температурою під куполом для різноманітних конструкцій доменних повітронагрівачів, а також між питомими втратами тепла і температурою кожуха, що дозволило збільшити точність розрахунків повітронагрівачів. Розроблено метод розрахунку повітронагрівачів для нових типів насадки, яка складається з динасових, високоглиноземних і шамотних вогнетривів, в якому ураховуються втрати тепла через кладку і уточнюються граничні умови по висоті насадки.

2. Основний зміст роботи