Научная статья на тему 'Analysis of efficiency and reliability of blast-furnace process waste heat recovery systems'

Analysis of efficiency and reliability of blast-furnace process waste heat recovery systems Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
60
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДОМЕННі ПОВіТРОНАГРіВАЧі / ПРОДУКТИ ЗГОРЯННЯ / ДИМОВі ГАЗИ / УТИЛіЗАЦіЯ ТЕПЛОТИ / РЕКУПЕРАТОР / ДОМЕННЫЕ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛИ / ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ / ДЫМОВЫЕ ГАЗЫ / УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ / HEAT RECOVERY / HOT BLAST STOVE / RECUPERATIVE HEAT EXCHANGER / EFFICIENCY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Ganzha A., Zaiets O., Koshelnik A.

The object of research is a hot blast generating system, which consists of three hot blast stoves with sequential mode of operation. One of the factors that reduce the hot blast stove block efficiency is the existence of losses with the waste gases, the heat of which can be recovered and used for combustion air preheating. In order to improve the efficiency of a hot blast generating system the possibility of using of recuperative heat exchanger for waste heat recovery is observed. The process of initial parameters determining (the required level of combustion air preheating, waste gases temperature and flow rate at the inlet of the heat exchanger) is described. Software based on using of an original mathematical model and used for calculating of the parameters of the waste heat recovery heat exchanger was created. These data provide tools for refined calculation of heat recovery systems based on recuperative heat exchangers. It is shown that the combustion air preheating results in a reduction of the coke oven gas flow rate. The calculations results in building of temperature distribution diagrams that allow to define the areas of corrosion. Such areas in the observed recuperative heat exchanger model appear at temperatures below 26 °C. Thus, the set approaches can be used to refine the calculation of heat-transfer equipment of waste heat recovery systems to improve their reliability, long life, analyze their technical and economic parameters. This will improve the energy efficiency of the hot blast stoves block and reduce the cost of iron production.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Analysis of efficiency and reliability of blast-furnace process waste heat recovery systems»

УДК 669.162.231:658.567.1 БОТ: 10.15587/2312-8372.2017.92912

АНАЛ1З ЕФЕКТИВНОСТ1 ТА НАД1ЙНОСТ1 СИСТЕМ УТИЛ1ЗАЦ11 СКИДНО1 ТЕПЛОТИ ДОМЕННОГО ВИРОБНИЦТВА

Ганжа А. М., Заець О. М., Кошельшк О. В.

1. Вступ

Для забезпечення пщ^ву доменного дуття зазвичай використовуеться блок з 3-4 доменних повiтронагрiвачiв. Вони являються теплообмiнниками регенеративного типу, що мiстять насадки з розвиненою поверхнею теплообмiну. Цi апарати працюють циклiчно. В перший перюд, що називають газовим, в пальнику доменного повпрона^вача спалюеться паливо, димовi гази проходять скрiзь насадку та на^вають И. В наступний перюд, що називають перюдом дуття, в протилежному напрямку проходить повiтря, вщбирае акумульоване насадкою тепло i попм надходить в доменну пiч [1].

Паливом в доменних повiтронагрiвачах виступае доменний газ, що зазвичай збагачуеться бшьш калорiйною добавкою: природним чи коксовим газом. Ц добавки слугують для пiдвищення теплоти згоряння палива та досягнення температури пiд куполом повггрона^вача в 1300-1450 °С. Одночасно вони е високовартюними паливно-енергетичними ресурсами, витрату яких можна скоротити завдяки застосуванню систем утилiзaщi теплоти димових газiв з метою пщ^ву компонента горiння доменних повiтронагрiвачiв [2].

Розроблення методик i засобiв розрахунку оснащення для утилiзацii теплоти димових газiв доменних повiтронагрiвачiв е актуальною задачею в умовах висо^' вартостi паливно-енергетичних ресурсiв. Окрiм цього, застосування теплоутилiзаторiв е запорукою зниження негативного впливу промисловост на оточуюче середовище. А точш методи розрахунку теплоутилiзаторiв дозволять тдвищити iх надiйнiсть та робочий термш.

2. Об'ект досл1дження та його технолопчний аудит

Об'ект дослщження - система високотемпературного нагрiву доменного дуття, що складаеться з трьох повiтронагрiвачiв з виносною камерою згоряння з послщовним режимом роботи. Проектна температура тд куполом повiтронагрiвачiв складала 1350 °С. Коефiцiент надлишку повпря: а = 1,08. Тривaлiсть перюду нагрiву (газового перiоду) становила 1,83 год, охолодження (дуття) - 1 год [3].

В якост палива для доменних повiтронaгрiвaчiв розглядалась сумш доменного та коксового гaзiв [4]. Паливо для повггрона^вача мало температуру - 50 °С. Склад доменного та коксового гaзiв наведено в табл. 1, 2.

Таблиця 1

Склад сухого доменного газу_ _

Склад газу за об'емом, % Вологiсть -5 доменного газу, г/м

СО2 СО Н2 N2 О2 СН4

21 23 3 53 0 0 50

Таблиця 2

Склад сухого коксового газу _ _ _

Склад газу за об'емом, % Вологiсть коксового газу, г/м

СО2 СО Н2 N2 О2 СН4 СтНп Г

2,6 7,1 58,4 3,2 1 24,8 2,9 50

Одним з найбiльш проблемних мюць системи е наявнють димових газiв, що скидаються пiсля доменних повiтронагрiвачiв з температурою 200^400 °С. Ця теплота може бути утилiзована i використана для пiдiгрiву повггря чи палива, яке поступае на горшня. При використаннi теплового потенщалу скидних газiв може бути зменшеш витрата палива у собiвартостi продукцп, а також негативне навантаження на оточуюче середовище.

Хоча на даний час функщонують системи утилiзацii цiеi теплоти, однак методи аналiзу iх ефективносп, якi повиннi бути придатнi на етапах iх розробки, експлуатацii чи модершзаци потребують удосконалення та доопрацювання.

3. Мета та задачi дослiдження

Метою дослгдження е шдвищення ефективностi роботи доменних повiтронагрiвачiв за рахунок утаизаци теплоти димових газiв для пщ^ву iх компонентiв горiння.

Для досягнення поставлено!' мети необхщно вирiшити наступи задачi:

1. Визначити вихiднi даш для розрахунку системи утилiзацii.

2. Застосувати авторську математичну модель та створити програмно-розрахунковий комплекс до обрано1' конф^урацп утилiзатора та заданих експлуатацшних умов.

3. Отримати ряд розрахункових результат для оцiнки ефективност та надiйностi обрано1' моделi рекуперативного утаизатора.

4. Аналiз лiтературних даних

Ощнка потенцiалу виробничих об'ектiв для впровадження систем утилiзацii описана в [5]. При цьому утаизащя теплоти димових газiв розглядаеться як один з перспективний шляхiв розвитку металургп [6]. В Gвропi встановлено 18 теплоутилiзаторiв теплоти димових газiв доменних

noBnpoHarpiBa4ÏB [7]. В [8] приведено порядок i результати оцшки ефективностi застосування системи утилiзацiï теплоти димових ra3iB доменних noBiTpoHarpiBa4iB з використанням теплообмшниюв на теплових трубах. В [9] наведено опис розроблення i анаизу системи утилiзaцiï, що також базуеться на використaннi теплообмiнникa на теплових трубах, проте одночасно вiдмiчaеться, що в якост теплоутилiзaторiв теплоти димових гaзiв доменних повiтронaгрiвaчiв можуть застосовуватися й iншi рiзномaнiтнi теплообмiнники. Так, у [10] описана можливють використання у якост утилiзaторa компактного регенератора та наведено розрахунок подiбного теплообмшника. У [11] проведено порiвняльну характеристику мiнiрегенерaторiв з кульковою та трубчатою насадками. У джерелi [12] описано новггню модель теплоутилiзaторa на теплових трубах, а у [13] описано та дослщжено абсолютно новий цилшдричний теплообмшник, що включае чотири сшввюш труби, i е перспективою моделлю для теплоутилiзaцiï. У [14] йдеться про можливють та ефективнють застосування рекуперaторiв-утилiзaторiв.

На теренах Укрaïни система утилiзaцiï теплоти димових гaзiв доменних повiтронaгрiвaчiв була вперше впроваджена на доменнш печi № 2 металургшного комбiнaту «ЗaпорiжстaльN [15]. Система складалась з трубчатих рекуперaторiв, перший з яких застосовувався для пщ^ву повпря, а другий -для пщ^ву палива доменних повiтронaгрiвaчiв за рахунок теплоти 1'х димових гaзiв. Але суттевим недолжом впровадження систем виявилась недостатня надшнють повiтряного теплообмiнникa в зимовий перюд, обумовлена кислотною корозiею [16]. Це вказуе на наявнють неточностей при проектуванш та потребуе вдосконалення методик розрахунку подiбного роду оснащення. Окрiм цього, в дослщжених джерелах йдеться про ефективнiсть застосування утилiзaцiйних систем, проте не наводиться чггких aлгоритмiв та методик 1'х розрахунку для утилiзaцiï теплоти димових гaзiв доменних повтiронaгрiвчiв з метою пщ^ву ïx компонентiв горiння.

5. Матерiали та методи досл1дження

5.1. Визначення вихщних даних

До вихщних даних, що необхщш для розрахунку системи утаизацп теплоти димових гaзiв доменних повiтронaгрiвaчiв, належать:

- параметри блоку повiтронaгрiвaчiв та ïх палива;

- режимш параметри та склад димових гaзiв;

- необхiдний рiвень пiдiгрiву повiтря горiння;

- характеристики теплообмiнникiв-утилiзaторiв.

Параметри блоку повiтронaгрiвaчiв наведено в роздш 2.

Процентний вмют коксового газу в пaливнiй сумiшi вaрiювaвся в межах 016 %. А температура повiтря горшня, що подаеться на доменний повпрона^вач, розглядалась для лiтнього та зимового перюду у киматичнш зонi Украши (3 °С, 33 °С).

На основi методики, наведено!' в [17], було виконано розрахунок горшня палива в доменному повiтронaгрiвaчi та отримано дшсний об'ем повпря горшня й об'еми продуклв згоряння, склад димових гaзiв в частках

компоненлв.

Дал^ знаючи температуру пiд куполом доменного повпрона^вача (1350 °С), температури палива (50 °С) та повггря (3 °С, 33 °С) за рiвнянням теплового балансу горiння палива була встановлена взаемозалежнiсть рiвнiв пщ^ву повiтря горiння вiд частки коксового газу в паливi (розглянуто холодний i теплий перiод). Методика розрахунку представлена в [18].

За одержаними даними в [18], для забезпечення необхгдно1' калориметрично1', а значить i проектной температури пiд куполом повггрона^вача необхiдно спалювати паливо з часткою коксу 16 %.

Якщо здшснюеться пiдiгрiв повiтря горiння, то частка коксового газу може скоротитися до 9-12 %. При цьому необхщна температура пщ^ву повiтря коливатиметься в межах 178-224 °С Так при пiдiгрiвi повiтря в зимовий перюд з 3 °С до 176 °С та в лггнш з 33 °С до 222 °С частка коксового газу скоротиться з 16% до 11%. Вгдмовитися вгд використання коксового газу повшстю за рахунок пiдiгрiву повггря горiння неможливо, оскiльки в цьому разi температура пiдiгрiву повiтря повинна сягати 780-953 °С

В подальших розрахунках розглядалося паливо з вмютом коксового газу 10-12 %.

Визначення температури та витрати димових газiв, а також компоненлв горiння, велося за допомогою програми «Регенератор», розроблено1' на кафедрi теплотехнiки та енергоефективних технологш Нацiонального технiчного унiверситету «Харювський полiтехнiчний шститут» (Украша) [19].

Температура димових газiв пiсля одного повпрона^вача для всiх випадкiв складу палива подiбна i ск да 90-400 °С. Витрати палива, повiтря i димових газiв для одного повiтронагрiвача наведено в табл. 3.

Таблиця 3

Витрата палива, повпря i димових газiв для одного повпрона^вача

Частка коксового газу % Период Витрата сумiшi " -5 палива, м /год Витрата пов^ря горiння, м /год Витрата димових -5 газiв, м /год

10 Лгтнш 74751,47 75274,73 139860,00

Зимовий 73632,05 75178,32 139680,00

11 Лiтнiй 73906,66 77158,55 140940,00

Зимовий 72595,66 76878,80 140400,00

12 Лгтнш 72778,18 78745,99 141408,00

Зимовий 71598,17 78543,20 141120,00

Як було зазначено вище, доменнi повiтронагрiвачi е апаратами регенеративного типу та в даному випадку працюють у послiдовному режим^ тобто по черзi стають на дуття. Це означае, що необхгдним кроком е визначення температури та витрати димових газiв у загальному для всiх повiтронагрiвачiв лежаку. За методикою, наведеною в [20], були визначеш режимш параметри димових газiв. На рис. 1 зображенi залежност температур димових газiв вiд

моменту часу для кожного повпрона^вача окремо та шсля змшування в загальному лежаку. На рис. 2 показана залежнють витрати димових газiв в загальному лежаку.

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

у» ЗП*

«С у*

зз.з/уЛ : >40 ^'Об ¿[Л 24 ) ^ - гЛ 240

21о/, ^ /ио >

165 1« 5 У 16! 165

206

т. с

0

2000 4000 6000 8000 10000 12000 - температура димових ггиив теля першого повлронагр1вача; -■— температура димових газ1в теля другого повпроиагр1вача;

температура димових газ1в теля третього повпронагр1вача; • температура димових газ1в теля змипуваиия

Рис. 1. Температура димових газiв батаре! повiтронагрiвачiв в залежностi вiд часу: t - температура; т - момент часу

Уд, м /с 100

80 60 40 20

0

11 78 11 -

-*— —*- —»— —*-- -*— —♦—

39 )

т. с

0 1500 3000 4500 6000 7500 9000 10500 Рис. 2. Витрата димових газ1в при робст трьох повпронагр1вач1в в залежност1 вщ часу: Уд - витрата; т - момент часу

Середня температура змшування визначена як середне арифметичне значення реперних точок пилоподiбноi криво!' з рис. 1, та для димових г^в з вмютом коксового газу 11 % склала 246 °С. Витрата газiв - 78 м/с.

5.2. Опис конф^ращУ рекуперативного утилiзатора та основних положень математичноУ моделi його розрахунку

1з широкого рiзноманiття теплообмiнного оснащення в якост теплообмiнника-утилiзатора було обрано гладкотрубний рекуператор з перехресно-протиточною схемою руху теплоноспв, аналогiчною до то!, що вперше використовувалась на територii Украши. Теплообмiнник е одноходовим за напрямком димових газiв та двоходовим за напрямком руху повiтря. Повiтря подаеться в трубки, димовi гази - мiж трубками. Схема рекуператора зображена на рис. 3. Основш геометричш характеристики поверхнi нагрiву теплообмiнника таю:

- зовшшнш дiаметр - 0,040 м;

- товщина стiнки труби - 0,0016 м;

- вщстань мiж центрами трубок в ряду - 0,070 м;

- вщстань мiж рядами трубок - 0,040 м'

- довжина трубок одного ходу - 3,52 м

- кiлькiсть трубок за шириною пучка - 50;

- кшьюсть трубок за висотою пучка одного ходу - 50.

Рис. 3. Схема трубчатки теплообмшника

Для спрощення процедури визначення ефективност теплообмшниюв зi складною змшано! схемою току i нерiвномiрним розподiлом параметрiв тепловiддачi i теплопередачi запропонована методика i алгоритм дискретного розрахунку [21]. Цей метод передбачае, що елементами, з яких скомпонований теплообмшник, е прост схеми однократного перехресного току з повним перемшуванням обох теплоноспв за напрямком руху.

Розрахунок кожного елементу вiвся за P-NTU-методом [22], що враховуе характери руху теплоноспв i базуеться на рядi безрозмiрних величин, використання яких призводить до скорочення змшних величин, а значить i до

бшьш зручних обчислень.

Кожна труба кожно!' секцii розбивалась на 10 елеменлв (мiкротеплообмiнникiв). Розрахункова схема зображена на рис. 4.

Рис. 4. Розрахункова схема

Теплофiзичнi властивост кожного з компоненлв димових rBSiB та повпря зазвичай вибирають з таблиць [23]. Проте для проведення розрахунюв на ЕОМ необхщним кроком стало визначення функщональних залежностей теплофiзичних параметрiв повпря та складових димових газiв вщ температури. За допомогою програми Excel були побудоваш дiаграми залежностi теплофiзичних властивостей вiд температури. До них було додано полiномiальнi лiнii тренду, що вiдобразили функцiональнi залежностi теплофiзичних властивостей вiд температури.

У запропонованш методицi ефективнiсть кожного елемента перехресного току з рис. 4 (тобто мшротеплообмшника) i температури теплоносiiв на виходi з елементiв розраховувалися з урахуванням вiдомоi залежностi ефективностi [22] для класичноi схеми перехресного току з повним перемшуванням теплоносiiв:

AIR

R

AIR

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1

1-е

-NTU

2

1-е

NTU:

(1)

Температури на виход1 з елементу вщпукують з р1внянь (2), (3), С0

¿AIR2 ^AIR1 + ¿AIRl)>

(2)

f =tE -PE -RE (tE -tE )

l-n Isr-ACI ^AIR 1\AIR^GAS1 L-AIR1S-

GAS2 GAS1

GAS1 AIRV

Середш в елемени температури (локальш), С0

£Е =гЕ + зЕ -гЕ (4)

АШ АШ1 ^ АШ \ СА31 АШ1 )> V V

_ п Е

ЬСАЗ СА31 ^САЗ

\1СА31 АШ1

(5)

де &Ат, 3САЗ - вцщосш середш температури повпря та димових газ1в в елеменп вiдповiдно:

1

1-е

тт

ши.

(6)

2 У

&ГЛС — Р

'САЗ

(7)

Число одиниць переносу теплоти збоку повпря та димових газiв у вщповщност з [22]:

и ре

МТиЕ — ' Ат

I? РЕ

тиЕ —^£СА5_

(8) (9)

де ^ А1к, ^ оаб - площа теплообмшу зi сторони теплоносiя, що на^ваеться, та теплоносiя, що грiе, м2;

^еам, - водний е^валент теплоносiя, що нагрiваеться, та

теплоношя, що грiе вiдповiдно, Дж/(сС°);

л

к - коефiцiент теплопередачi, Вт/(м С°). Характеристичнi параметри Р i R визначались за рiвняннями:

рЕ — АШ2 ЬАШ1 АШ ,Е _.Е

1'СА31 1АШ1

(10)

в.

Ат

СА51 САЗ2

гЕ -гЕ

АШ2 АШ1

(11)

Для протиточно! схеми провести послщовний розрахунок по елементам неможливо. Тому уточнення вiдбувалось одночасно для вшх елементiв, а також для значень температур i тискiв на входi в кожний елемент та на виходi з апарату. Застосовувався штервально-перацшний метод.

6. Результати досл1джень

На 0CH0Bi розроблено! математично! моделi були CTBopeHi методики, алгоритми та nporpaMHi продукти, що дозволяють аналiзувати процеси у peKynepaTopi для пiдiгрiву повiтря горiння доменних повiтронагрiвачiв. Аналiз ефективностi i надшност роботи пiдiгрiвача повiтря було виконано при рiзних початкових температурах повпря, що подаеться: +2 °С, +8 °С, +14 °С, +20 °С, +26 °С +34 °С.

Блоки результат розрахунку складались 3i значень кшцевих температур газiв та повпря, температур поверхш стiнки труб зi сторони газiв та повiтря, рiзницi мiж температурою насичення парiв у газах i температурою стiнки. Вс цi значення були одержанi для кожного елемента, на який розбивався теплообмшник.

На основi цих значень були побудоваш багаточисельнi температyрнi дiаграми площi поверхнi, найважливiшi з них наведено на рис. 5, 6. Також були одержат загальш резyльтyючi параметри, що характеризують ефективнiсть роботи рекуператора (табл. 4).

Таблиця 4

Деяк загальш результати розрахунюв__

Площа поверхнi теплообмiн у, м2 Температур Температур Температур Середня рiзниця Утилiзована

а повпря на вход^ °С а повпря на виход^ °С а газiв на виход^ °С температур теплоноспв, °С теплота, МДж/год

2212 2 133,781 62,982 75,081 10575

2212 8 136,613 67,344 73,106 10328

2212 14 139,432 71,711 71,139 10080

2212 20 142,236 76,08 69,18 9833

2212 26 " 45,022 80,45 67,229 9585

2212 34 148,706 86,272 64,64 9255

Методика дала можливiсть визначити розподш температур стiнок у кожнш точцi поверхнi теплообмiнника. Biд'емне значення рiзницi мiж температурою насичення водяно! пари та температурою зовнiшньоi стшки вказуе на область випадiння (конденсацп) вологи та корозiю поверхнi у даному мющ (рис. 5). Розрахунки показали, що така область присутня при значеннях температури повпря, що подаеться, вщ +26 °С i нижче. При цьому кiнцева температура димових газiв становила менше 80 °С, що вiдповiдае загальновiдомомy значенню температури, при якiй вiдбyваеться корозiя. Biдсyтнiсть компонентiв сульфуру у складi палива не гарантуе вiдсyтнiсть корозп, оскiльки з повiтрям горiння в рекуператор можуть потрапляти пил i домiшки.

Рис. 5. Рiзниця мiж темперaтyрою тасичення водяно!' пaри y rasax Ta темперaтyрою стiнки при почaтковiй темперaтyрi повiтря нa входi 2 °С

Рис. б. Рiзниця мiж темперaтyрою нaсичення водяно1' пaри y rasax Ta темперaтyрою стiнки при почaтковiй темперaтyрi повiтря нa входi 26 °С

Як видно з рис. 5, облaсть випaдiння вологи Ta корозп поверхш

спостериаеться у першому ходi за напрямом руху повiтря та бiля виходу ra3iB. При пiдвищеннi температури повпря, що подаеться, вона зменшуеться та зникае зовсiм при темперaтурi +26 °С i вище (рис. 6).

Отже, результати анаизу з застосуванням уточнено! математично! моделi вказали на ненадшшсть дослщжено! моделi теплоутилiзaторa. Для розв'язання ще! проблеми необхiдно розглянути таю вaрiaнти:

1) попередньо до^вати повiтря у окремому теплообмiннику до температури вище тсе!, при якш виникають корозiйнi явища;

2) перекомпонувати поверхню та змiнити схему руху теплоноспв у теплоутилiзaторi;

3) виготовити трубний пучок всього апарату або тшьки першого ходу за напрямом руху повпря зi стiйкого до корозп мaтерiaлу, наприклад з нержавшчо! стaлi.

7. SWOT-аналiз результатiв дослщження

Strengths. Впровадження систем утамзацп теплоти димових гaзiв доменних повiтронaгрiвaчiв з метою пщ^ву повiтря горiння е енергозбериаючим заходом, який направлений на економш коксового газу, а значить i на скорочення загальних витрат виробництва чавуну. Розроблеш методики розрахунку та рекомендацп щодо пiдвищення ефективност роботи теплообмiнникiв можуть бути використаш при модершзацп систем утамзацп на вже юнуючих блоках повiтронaгрiвaчiв та при проектуванш нових.

Weaknesses. Створена методика та програмно-обчислювальний комплекс можуть застосовуватися для систем утамзацп, в яких використовуються теплообмiнники лише рекуперативного типу. О^м цього, впровадження системи утамзацп теплоти димових гaзiв доменних повiтронaгрiвaчiв потребуе додаткових мaтерiaльних затрат, що повинш оцiнювaтися з точки зору термшу окупностi.

Opportunities. Доопрацювання програмного комплексу дозволить виконувати розрахунки не лише пщ^вача повiтря горшня, а й штучного гaзоподiбного палива. Сукупнiй пiдiгрiв компонентiв горiння е шляхом до бшьш значно! економп коксового газу та скорочення термшу окупност енергозберiгaючих зaходiв.

Threats. Ризиком впровадження систем утамзацп е теоретично можливе зниження цiни на коксовий газ, що призведе до збшьшення термшу окупност системи утамзацп теплоти. О^м того, збiльшення температури доменного дуття з метою економп коксу змшить мaтерiaльний баланс доменно! печ^ що викличе необхiднiсть додаткових до^джень, якi нaпрaвленi на вивчення цього фактора в контекст змiни пaрaметрiв системи доменного дуття.

8. Висновки

1. За допомогою розроблено! методики були розрaховaнi параметри димових гaзiв блоку доменних повiтронaгрiвaчiв (див. п. 5.1), необхщна витрата повiтря горшня. Отримаш дaнi застосовуються у якост вихiдних пaрaметрiв для розрахунку i aнaлiзу роботи рекуперaторa-утилiзaторa. При розрахунку

необхщно!' температури пщ^ву повiтря горiння було встановлено, що тдвищення температури повпря з 3 С° до 176 °С в зимовий перiод i з 33 °С до 222 °С в лiтнiй перiод призведе до скорочення частки коксового газу в nanmi з 16 % до 11 %.

2. Розроблено методики, алгоритми та прогрaмнi продукти для дискретного розрахунку на бaзi P-NTU-методу для бaгaтосекцiйного гладкотрубного рекуператора з перехресно-протиточною схемою руху. Отримано блоки розподшення пaрaметрiв теплоносiïв та стшок за площею теплообмiнy та резyльтyючi параметри на виходi з апарату:

- температури гaзiв;

- температури повпря;

- температури стшки поверхш труб зi сторони гaзiв;

- температури стiнки поверхнi труб зi сторони повiтря;

- рiзницi мiж температурою насичення пaрiв у газах i температурою стшки.

Ц параметри дозволяють проводити aнaлiз ефективност та нaдiйностi.

3. На основi одержаних даних про розподiл температур виявлено област корозiï поверхнi рекуператора при рiзних режимах роботи. Област утворення корозiï виникають при початковш темперaтyрi повiтря нижче +26 °С, що дало можливiсть зробити висновок про ненадшнють обраних режимiв роботи та конструкцп рекуператора. Для тдвищення надшност роботи системи yтилiзaцiï теплоти запропоновано ряд рiшень, а саме перекомпонування теплообмшника, зaмiнa мaтерiaлy труб або попереднш догрiв повiтря до температури, при якш не виникають корозшш явища.

Розробленi методи та засоби aнaлiзy i синтезу yтилiзaторiв скидноï теплоти доменного виробництва враховують специфiкy розподiлення теплофiзичних характеристик по 1'х поверхнi та експлyaтaцiйнi фактори i дозволяють розробити новi та удосконалити iснyючi системи, що зменшить споживання палива на виробництво продукцп та негативний вплив на оточуюче середовище.

Лггература

1. Shkliar, F. R. Domennye vozduhonagrevateli (konstruktsiia, teoriia, rezhimy raboty) [Text] / F. R. Shkliar, V. M. Malkin, S. P. Kashtanova, Ya. P. Kalugin, V. L. Sovetkin. - Moscow: Metallurgiia, 1982. - 176 p.

2. Gres, L. P. Vysokoeffektivnyi nagrev domennogo dut'ia [Text]: Monograph / L. P. Gres. - Dnepropetrovsk: Porogi, 2008. - 492 p.

3. Koshelnyk, V. M. Teplotekhnichni rozrakhunky ta vybir parametriv domennoho povitronahrivacha № 2 DP № 1 VAT «Donetskyi metalurhiinyi zavod» [Text]: Research Report / NTU «KhPI»; V. M. Koshelnyk. - № 16201/21720. -Kharkiv, 2003. - 23 p.

4. Koshelnik, A. V. Osobennosti rezhimov otopleniia i raboty vozduhonagrevatelei domennyh pechei pri zamene prirodnogo gaza iskusstvennym gazoobraznym toplivom [Text] / A. V. Koshelnik, V. M. Koshelnik,

P. D. Davydenko // Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. - 2007. - № 8. -P. 18-22.

5. Oluleye, G. Evaluating the potential of process sites for waste heat recovery [Text] / G. Oluleye, M. Jobson, R. Smith, S. J. Perry // Applied Energy. - 2016. -Vol. 161. - P. 627-646. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.07.011

6. Vatanakul, M. Waste Heat Utilization to Increase Energy Efficiency in the Metals Industry [Text] / M. Vatanakul, E. Cruz, K. McKenna, R. Hynes, J. Sarvinis // Energy Technology. - 2011. - P. 1-16. doi: 10.1002/9781118061886.ch1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Pardo, N. Prospective scenarios on energy efficiency and CO2 emissions in the European Iron & Steel industry [Text] / N. Pardo, J. A. Moya // Energy. - 2013. -Vol. 54. - P. 113-128. doi:10.1016/j.energy.2013.03.015

8. Lin, P.-H. Efficiency improvement of the hot blast generating system by waste heat recovery [Text] / P.-H. Lin, P.-H. Wang, H.-T. Chen, W.-L. Chung // Energy and Sustainability. - 2007. - P. 113 -121. doi:10.2495/esus070121

9. Rao, K. N. Design and Analysis of Waste Heat Recovery System to Improve the Performance of Blast Furnace [Text] / K. N. Rao, C. Hiregoudar, M. Jeethendra // International Journal for Ignited Minds (IJIMIINDS). - 2016. - Vol. 03, № 03. -P. 12-19.

10. Gubinskii, V. I. Teploobmen v metallicheskom trubchatom regeneratore [Text]: Collection of Scientific Papers / V. I. Gubinskii, L. A. Vorobieva // Metallurgicheskaia teplotehnika. - 2006. - P. 121-131.

11. Vorobieva, L. A. Sravnitel'nye harakteristiki miniregeneratorov s sharikovoi i trubnoi nasadkoi [Text]: Collection of Scientific Papers / L. A. Vorobieva, V. I. Gubinskii // Metallurgicheskaia teplotehnika. - 2008. - P. 55-68.

12. Tian, E. Research on a new type waste heat recovery gravity heat pipe exchanger [Text] / E. Tian, Y.-L. He, W.-Q. Tao // Applied Energy. - 2017. -Vol. 188. - P. 586-594. doi:10.1016/j.apenergy.2016.12.029

13. Muszynski, T. Design and experimental investigations of a cylindrical microjet heat exchanger for waste heat recovery systems [Text] / T. Muszynski // Applied Thermal Engineering. - 2017. - Vol. 115. - P. 782-792. doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.01.021

14. Soroka, B. S. Modern State and Efficient Analysis of Heat Recovery in Fuel Furnaces Using High Temperature Recuperators. Part 1 [Text] / B. S. Soroka, N. V. Vorobiev, V. A. Zgurskiy // Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. - 2013. - № 3. - P. 60-68.

15. Gres, L. P. Povyshenie energoeffektivnosti nagreva domennogo duttia na ekspluatiruemyh domennyh pechah putem ustanovki sistemy teploobmennikov dlia nagreva komponentov goreniia i modernizatsii vozduhonagrevatelei [Text] / L. P. Gres, E. A. Karakash, S. A. Karpenko, S. V. Koldomasov // Metall i lite Ukrainy. - 2014. - № 5/6. - P. 43-47.

16. Karpenko, S. A. Sistemy utilizatsii teploty othodiashchih gazov vozduhonagrevatelei domennyh pechei v proektah GP «Ukrgipromez» [Text] / S. A. Karpenko, S. L. Stasevskii, A. N. Stepanenko, V. S. Zaslavskii, B. N. Vishnevskii, A. S. Gusarov, N. B. Sopikova, E. I. Grigorenko // Metallurgicheskaia i gornorudnaia promyshlennost'. - 2012. - № 1. - P. 103-104.

17. Averin, S. I. Raschety nagrevatel'nyh pechei [Text]: Tutorial / S. I. Averin et al.; by ed. N. Yu. Taits. - Ed. 2. - Kyiv: Tehnika, 1969. - 540 p.

18. Zaiets, O. Influence of the coke gas share in the fuel on the required level of heating of blast stoves combustion air using their flue gase heat [Text] / O. Zaiets // Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New Solutions in Modern Technologies. - 2016. - № 42 (1214). - P. 43-48. doi:10.20998/2413-4295.2016.42.07

19. Koshelnik, A. Metodyka stvorennia universalnoho obchysliuvalnoho kompleksu dlia modeliuvannia reheneratyvnykh teploobminnykiv vysokotemperaturnykh plavylnykh ahrehativ [Text] / A. Koshelnik // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2007. - № 2/3 (26). - P. 47-50.

20. Koshelnik, A. Determination features of flow rate and temperature of combustion products in the wastegas pipeline of the hot blast stoves [Text] / A. Koshelnik, O. Zaiets, V. Koshelnik // Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New Solutions in Modern Technologies. - 2012. -№ 50 (956). - P. 133-139.

21. Ganzha, A. Analysis of the efficiency of heat-exchangers - heat recovery units for energy technology systems and units [Text] / A. Ganzha, O. Zaiets, V. Pidkopai, N. Marchenko // Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment. - 2016. -№ 10 (1182). - P. 56-60. doi:10.20998/2078-774x.2016.10.08

22. Shah, R. K. Fundamentals of Heat Exchanger Design [Text] / R. K. Shah, D. P. Sekulic. - Hoboken, NJ: Wiley, 2003. - 976 p. doi:10.1002/9780470172605

23. Kazantsev, E. I. Promyshlennye pechi. Spravochnoe rukovodstvo dlia raschetov i proektirovaniia [Text] / E. I. Kazantsev. - Ed. 2. - Moscow: Metallurgiia, 1975. - 368 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.