Эксергетический анализ доменного производства

Москалина А.А., руководитель к.т.н. Сохацкий А.А.

Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины

Эксергетический анализ позволяет определить меру совершенства материально–энергетического баланса доменного производства на разных комбинатах, доменной печи в сравнении с альтернативными способами получения чугуна, разрабатывать направления уменьшения энергоемкости металлопродукции и загрязнения окружающей среды.

Основополагающая идея эксергетического метода анализа доменной плавки заключается во введении наряду со всеобщим, фундаментальным понятием энергии, дополнительного показателя – эксергии, которая позволяет учесть тот факт, что энергия в зависимости от внешних условий может иметь разную ценность для практического использования (например, одно и то же количество теплоты при разном температурном потенциале источников).

Эксергетическая концепция рационального выбора материальных и энергетических потоков не подвержена влиянию конъюнктурных изменений на рынке сырья и энергетических носителей, она направлена на термодинамическое совершенствование технологических (химических, физических или физико-химических) процессов в доменной печи с точки зрения минимизации необратимых потерь в окружающую среду энергии и отходов производства.

Результаты эксергетического расчета доменной плавки для доменных печей ПАО «АМК», ПАО «Запорожсталь», ОАО «ЗСМК», ОАО «НЛМК» и «Фокуяма» показали неоднозначность оценки эффективности работы доменной печи исходя лишь из уменьшения расхода кокса и роста производства, замены природного газа более дешевым пылеугольным топливом (ПУТ). Например, с точки зрения термодинамического совершенства организации работы доменных печей ПАО «АМК» и «Запорожсталь» с природным газом и ПУТ, последний был менее совершенен.

К вопросу газодинамической работы свободной области от шихтовых материалов колошника доменной печи

Корнилов Б. В., научный руководитель к.т.н. Чайка А. Л.

Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины

Сложность и многообразие процессов, сопровождающих доменную плавку, выдвигает целый ряд задач, связанных с обеспечением экономичной и продолжительной эксплуатации доменных печей и агрегатов их обслуживающих. Одной из таких задач является исследование газодинамического режима в свободной от шихтовых материалов области колошника доменной печи.

Для решения этой задачи разработана двухмерная газодинамическая модель области колошника, свободной от шихты, использующая полные уравнения Навье–Стокса и уравнения неразрывности для осесимметричной системы координат. Численная реализация модели выполнена в среде Compaq Visual Fortran.

Исследование газодинамического режима работы проводились применительно к условиям работы доменной печи №9 объемом 5000 м³ ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог».

Результаты численного моделирования показали, что в зависимости от параметров колошникового газа и конструкции колошникового устройства потери давления составляют от 4-10% давления на колошнике.

Установлены закономерности изменения давления, скорости в колошнике в зависимости от его конструкции, расхода, скорости и температуры колошникового газа и газа, используемого на охлаждение элементов загрузочного устройства и давления на колошнике. Определено, что потери давления на колошнике наименьшие при отсутствии газа, идущего на охлаждения бесконусного загрузочного устройства (БЗУ). Однако отказ от использования охлаждающего газа может привести к более быстрому износу загрузочного устройства, так как охлаждающий газ предотвращает поступление горячего колошникового газа к элементам БЗУ.

В процессе выбора газодинамического режима отмечено, что наиболее рационально использовать центральное распределение газа в рабочем пространстве печи, потому что при его использовании были получены наименьшие потери давления на колошнике. Наибольшие потери давления на колошнике наблюдались при использовании периферийного газораспределения.

При прочих равных условиях наибольшее влияние на изменение перепада давлений на колошнике оказывает расход колошникового газа, который увеличивает потери газодинамического напора. Увеличение температуры колошникового газа снижает потери давления, а увеличение давления газа – увеличивает.

Разработанная математическая модель движения газового потока в колошнике перспективна для анализа и разработки рекомендаций, направленных на совершенствование конструкции колошника и засыпного аппарата и согласованность газодинамической работы воздуходувных машин, верха и низа печи, ее дроссельных механизмов с учетом газодинамической работы свободной от шихты области печи.