WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

На правахрукописи

Копцев ВалерийВладимирович

ТЕОРИЯЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙИЗВЕСТИ

ВО ВРАЩАЮЩИХСЯПЕЧАХ

Специальность05.16.02

Металлургиячерных, цветных и редкихметаллов

Специальность05.14.04

Промышленнаятеплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора техническихнаук

Челябинск, 2009

Работа выполнена в ГОУВПО «Магнитогорский государственный техническийуниверситет им. Г.И.Носова» на кафедре«Теплотехнические и энергетическиесистемы»

Официальныеоппоненты:

заслуженный деятель науки и техникиРФ

доктор технических наук,профессор Торопов Е.В. (ЮУрГУ,каф. «Теплоэнергетика»),

доктор технических наук, профессорДевятов Д.Х. (МГТУ, каф. «Прикладнаяматематика и вычислительнаятехника»)

доктор технических наук, профессорПотапов В.И. (Златоустовский филиалЮУрГУ)

ВедущеепредприятиеОткрытое акционерноеобщество «Магнитогорскийметаллургический комбинат»

Защитасостоится в 14 00 «25» февраля 2009 года назаседании диссертационногосовета Д212.298.01. приЮжно-Уральскомгосударственном университете по адресу:454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственногоуниверситета

Автореферат разослан «20» января 2009г.

Ученый секретарь

диссертационногосовета,

профессор, д. физ. – мат.наук___/МирзаевД.А./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее времяразвитие мировой черной металлургииотмечено двумя основными тенденциями:повышением качества металлопродукции и снижениемудельных материально-сырьевых иэнергетических затрат при ее производстве. ВРоссийской Федерации эти проблемыобостренывдвойне, так как по сравнению с передовымизарубежными странами удельные расходы этих ресурсовзначительно выше

Актуальность работы.Одной из основных тенденций на современномэтапе развития мировой металлургииявляется снижение удельныхматериально-сырьевых и энергетическихзатрат. Высокая энергоемкостьметаллургического производства приотносительно высокой стоимостиэнергоресурсов обуславливаетисключительную важность энергосбереженияна всех его переделах.

На предприятиях чернойметаллургии РФ одним из крупнейшихпотребителей газообразного топлива(природного газа) являются вращающиесяпечи для производства металлургическойизвести, а также печи цементногопроизводства, используемые дляпроизводства доломитизированной извести.В Российской Федерации выплавляетсяежегодно порядка 50 млн. т стали ежегодно. Вчастности на ОАО «Магнитогорскийметаллургический комбинат» (ОАО «ММК»)ежегодно выплавляется более 10 млн. т стали.При этом при выплавке стали необходимо 60– 100 кг известина каждую выплавляемую тонну стали.Актуальность темы работы определяетсясуществующей народно-хозяйственнойпроблемой необходимости сниженияэнергетических затрат при производствеизвести для удовлетворения всевозрастающей потребностисталеплавильного производства.

Вращающиеся печи наотечественных металлургическихпредприятиях эксплуатируются с чрезмернымудельным расходом топлива и обладают рядомдругих недостатков. Эффективная тепловаяработа вращающихсяизвестняковообжигательных печей, какпоказывает многолетний опыт, взначительной мере определяется работойгорелочного устройства, формой факела иконфигурацией рабочей зоны обжигаматериала. Формирование сэтих позицийтребований к конструктивным особенностям горелки длявращающихся печей непредпринималось. Поэтомусуществует научная проблема разработкитеории сжигания высокоскоростных потоковгаза, требований к конструктивнымособенностям и создания на их основегорелочных устройств дляизвестняковообжигательных вращающихсяпечей, а также проблема комплекснойметодики исследования работы вращающейсяпечи и ее горелочных устройств,позволяющей оценивать эффективностьтепловой работы.

Наиболее действенным,экономичным и удобным методомисследо-

ваниявысокотемпературных процессов, к каким,несомненно, относятся процессы полученияметаллургической извести, на современномэтапе развития науки и техники являетсяматематическое моделирование сиспользованием результатов физическогомоделирования. Совершенствование работы печных агрегатовдолжно идти не только в направлениисоздания более совершенных горелочныхустройств, но и по направлению созданиясовременных математических моделей функционирования,отражающих аспекты работы горелочных устройств иработы печи в целом. Совершенствование работы иконструкций различного рода агрегатов иустройств, а также непрерывное управлениевысокотемпературными динамическимипроцессами в металлургическомпроизводстве в целях получения требуемыхсвойств готовой продукции иэнергосбережения невозможно без развитойбазы математических моделей, адекватноописывающих рассматриваемые процессы.

Цели и задачи работы.

Целью работы являетсясоздание теории энергосберегающегосжигания высокоскоростныхпотоков природного газа, создание на ееоснове методики расчета энергосберегающихвысокоскоростных горелочных устройств,совершенствование их на основематематического моделирования и улучшениятепломассопереноса во вращающихсяпечах, обеспечивающих снижение энергетических затрат припроизводстве качественнойметаллургической извести.

Основныезадачи работы:

  1. Разработать научно обоснованныетребования к горелочным устройствам длявращающейся печи по обжигу известняка иразработатьконструкциюгорелок, обеспечивающихснижение расхода топливапри повышенииметаллургических свойств извести.
  2. Разработать теорию энергосберегающегосжигания высокоскоростных горелочных устройств,обеспечивающих эффективное сжиганиетоплива и совершенствование тепловой работывращающейся печи.
  3. Создать математическую модельвращающейся печи по обжигу известняка в целях совершенствования ее работы, а также прогнозирования технико-экономическихпоказателей ее работы

Научная новизна.

  1. Разработанкритерий оценки эффективности работывращающейся печи по обжигу известняка,позволяющий увязать металлургическиесвойства извести и удельные энергозатратыпри ее производстве с параметрами тепловойработы печи.
  2. На основепредложенного критерия с использованиемметодов статистического моделирования пометодике Бокса исследована тепловаяработа и определена рациональнаяконфигурация зоны обжига известняка вовращающейся печи. Показано, что онаопределяется углом ориентировки факела,расстоянием ядра факела от горячей головкипечи и скоростью истечения газового потокаиз сопла горелки.
  3. Разработанынаучно-обоснованные требования, сформулирована концепция и определены основныеконструктивные параметры газовой турбулентной горелки ГГТ – нового горелочного устройствадля вращающихся печей по обжигуизвестняка, в котором используется эффект Коанда (Henri-Marie Coanda, 1885-1972 г.г. экспериментально установил, что изгибаемаягазовая струя засасывает (эжектирует) изокружающего пространствавоздух, количество которого может вдвадцать раз превышать количество газа в самойструе).
  4. Методамиматематического моделирования сиспользованием разработанного критерияоценки эффективности работы сожигательныхустройств вращающейся печи исследованыусловия сжигания топлива во вращающейсяпечи, оборудованной горелкой ГГТ.Установлено, что новое горелочноеустройство ГГТ значительно улучшаетсмешивание газо-воздушной среды,обеспечивает более полное сгораниетоплива, легкое регулирование формы факелаот «мягкого» до «жесткого», а такжеобеспечивает улучшение металлургическихсвойств извести.
  5. Набазе результатов математическогомоделирования газодинамики горелочных устройств разработана теорияэнергосберегающего сжигания высокоскоростных потоковприродного газа и методикарасчета параметров новогогорелочного устройства для вращающихсяпечей по обжигу известняка – газовой турбулентной горелки с центральным телом (ГЦТ).
  6. Получены новыенаучные данные по распределению скоростейи давлений газовых потоков,создаваемых горелками ГГТ и ГЦТ и характеризующихся развитымизонами рециркуляции вобласти факела, что обеспечивает улучшениетепловой работы печи. Результатыфизического моделирования подтверждают результаты, полученные с помощью методовматематического моделирования.
  7. Разработанаматематическая модель работы вращающейсяпечи по обжигу известняка, которая учитывает особенностифизико-химических процессов, происходящих впроцессе обжига известняка, характердвижения материала, пылеобразование, пылеунос ипылеулавливание в рабочем пространствепечи, чтопозволяет прогнозироватькачество производимойметаллургической извести исовершенствовать технологию обжигаизвестняка.

Внедрение разработанныхтехнических и технологических решений, атакже математических моделей в практикувносит вклад в ускорение научно-техническогопрогресса в черной металлургии в областипроизводства металлургической извести.

Практическаяценность.

  1. Применение вовращающихся печахизвестняково-доломитовогопроизводства (ИДП) ОАО«ММК» новых разработанныхгорелок типа ГГТ обеспечивает благоприятную конфигурацию зоныобжига и наиболее полное и интенсивноесжигание газообразного топлива, что позволило снизить температуру уходящихгазов на 30 оС,уменьшить расход топлива на 15 % иулучшить качествоизвести, т.е. снизить потериматериала при прокаливании (ПМПП) – основнойпоказатель качества извести – с 8 % до 6 %.
  2. Улучшениекачества извести позволило существенноуменьшитьрасходэнергии вконвертерном производствепри уменьшении расхода извести с80-90 до 60 кг/тстали.
  3. Разработанныеконструкции сожигательных устройств типаГГТ могут использоваться нетолько для сжигания основного топлива(природногогаза), но и дляутилизации вторичных энергоресурсов(мелкого коксика) иэкологически вредных веществ(использованной смазочно-охлаждающей жидкости),позволяя при сохранениипроизводительности печи ивысокого качества извести сжигать до 270 л/чиспользованной смазочно-охлаждающейжидкости прокатных цехов(эмульсола),что обеспечивает экономию газа 300 м3/ч.
  4. Разработанная теория высокоскоростныхэнергосберегающих горелочных устройств на базе сопла сцентральным телом позволяет рассчитывать параметры горелочныхустройств для широкого диапазона расходов: от 13 до 7000 м3/ч.
  5. Разработаннаясхема организации истеченияпотока газа через сопло с центральнымтелом горелки типа ГЦТ с образованием наповерхности центрального тела тонкогопограничного слоя можетбыть успешно адаптирована для многих другихтягодутьевых устройств металлургическогопроизводства.В частности, она обеспечиваетполучение длинного высокотемпературногофакела с малым углом раскрытия струи и снаибольшей степенью сгорания топлива принаименьшем коэффициенте расхода воздуха( =1,02 – 1,03).
  6. Разработанныеинженерные методики, созданныечисленные математические модели ипрограммные средства используются имогут быть использованы предприятиями, техническимилабораториями, проектными, исследовательскими и учебными организациямипри исследовании и созданиирациональныхконструкций сожигательныхустройств и технологий обработки сыпучих гранулированныхматериалов.

Реализациярезультатовработы.

  1. Эксплуатацияопытно-промышленной газовойтурбулентной горелки ГГТ-1 наИДП ОАО «ММК» в 1998 г.обеспечила повышение производительности вращающейся печи по обжигуизвестняка на 1 т/ч при среднейпроизводительности 20 т/ч.
  2. Улучшеннаяконструкция горелки типа ГГТ-1 в 1999 г. далаэкономический эффект в 559 576руб./год на одну печь.
  3. Внедрениерезультатов модернизации горелки типа ГГТв 2000 г., которая эксплуатируется вдоломито-обжиговом цехегорно-обогатительного производства (ДОЦ ГОП)ОАО «ММК» до настоящего времени, позволило получить экономическийэффект в 19 826500 руб./год.
  4. Разработаннаяконструкция горелки с центральным теломГЦТ-К с номинальнымрасходом в 13,5 м3/ч в рамках выполненияхоздоговорной работы внедряется в колпаковых печахлистопрокатного цеха № 5 ОАО «ММК»с экономическим эффектом 553000 руб./год.
  5. Разработаннаяконструкция горелки с центральным теломГЦТ-Ц с номинальнымрасходом в 6000 м3/ч в рамках выполненияхоздоговорной работы внедрена навращающихся печах по обжигудоломитизированной извести ОАО «Магнитогорский цементно-обжиговыйзавод» (ОАО «МЦОЗ»), гдеэксплуатируется до настоящего времени,что позволяет получитьэкономический эффект 1500000 руб/год.
  6. Математическаямодель вращающейся печи в настоящее время планируется к внедрению в управлениетехнологическим процессом работывращающейсяпечи по обжигу известняка известняково-доломитовогопроизводства (ИДП) ОАО «ММК».

Общий учтенныйэкономический эффект от реализацииразработокдиссертации впромышленности составил свыше 20 млн. руб. вгод.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены иобсуждены на международныхнаучно-технических конференциях: «Современныепроблемы электрометаллургии стали»(Челябинск, 1992 г., 1993г.), «Новыетехнологииполученияслоистых материалов и композиционныхпокрытий» (Сочи, 1992 г.) «Энергосбережение на промышленных предприятиях»(Магнитогорск, 2000 г.), «Автоматизированный печнойагрегат – основа энергосберегающих технологийметаллургии XXI века» (Москва, 2000 г., 2001г.); «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии вметаллургии» (Москва, 2002 г.), «NinthInternationalPHOENICS user Conference» (Moscow, 2002 г.), «XI Бенардосовские чтения» (Иваново, 2003г.), Международный промышленныйФорум-выставка «Реконструкция промышленных предприятий– прорывныетехнологии в металлургии имашиностроении» (Челябинск, 2007 г.); «Печные агрегаты иэнергосберегающие технологии вметаллургии и машиностроении» (Москва,2008); всероссийской: «Энергетики и металлурги – настоящему и будущему России»(Магнитогорск, 1998 г.).

Публикации. По теме диссертациииздано 39научных иучебно-методическихработ, в том числе 2 учебныхпособия с грифом УМО, 1монография, 5свидетельств на полезные модели. Крометого, материалы диссертации приведены в отчетах понаучно-исследовательским работам,выполненным под руководством и приучастииавтора.

Структура и объемработы. Диссертация состоитиз введения, шести глав,заключения, библиографического списка из206 наименований и 7 приложений, изложена на245 страницахмашинописного текста(включая приложения), содержит 93 рисунка и 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»