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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора техническихнаук

Челябинск, 2009

Работа выполнена вГОУ ВПО«Магнитогорскийгосударственныйтехническийуниверситетим. Г.И. Носова» накафедре «Теплотехнические иэнергетические системы»

Официальныеоппоненты:

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 «___»____________2009 года назаседании диссертационногосовета Д212.298.01. при Южно-Уральскомгосударственном университете по адресу:454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственногоуниверситета

Автореферат разослан«___»__________2009г.

Ученый секретарь

диссертационногосовета,

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Согласно современнойноменклатуре специальностей, утвержденнойприказом ВАК РФ от 24.03.2000 г.специальность 05.16.02 «Металлургиячерных,цветных и редких металлов» включает разработку«…технологийи конструкцийагрегатов подготовки рудных, топливных ииных материалов, необходимых для получения металлов исплавов», подготовку «…мероприятий поэнерго- и металлосбережению» и создание«…математических моделей металлургическихпроцессов».Поэтому диссертационная работапредставлена по специальности 05.16.02.

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 позиций требований 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 методомисследования высокотемпературныхпроцессов, к каким, несомненно, относятсяпроцессы получения металлургическойизвести, на современном этапе развитиянауки и техники является математическоемоделирование с использованиемрезультатов физического моделирования.Совершенствование работыпечных агрегатов должно идти не только внаправлении создания более совершенныхгорелочных устройств, но и по направлениюсоздания современных математических моделейфункционирования, отражающих аспектыработы горелочных устройств и работы печив целом. Совершенствованиеработы и конструкций различного родаагрегатов и устройств, а также непрерывноеуправление высокотемпературнымидинамическими процессами вметаллургическом производстве в целяхполучения требуемых свойств готовойпродукции и энергосбережения невозможнобез развитой базы математических моделей,адекватно описывающих рассматриваемыепроцессы.

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 вращающихся печах,обеспечивающих снижение энергетических затрат припроизводстве качественнойметаллургической извести.

Основныезадачи работы:

  1. Разработать научно обоснованныетребования к горелочным устройствамдля вращающейся печи по обжигу известнякаи разработатьконструкциюгорелок, 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 иопределены основные конструктивныепараметры газовойтурбулентнойгорелки 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 в двадцатьраз 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 горелочныхустройств разработана теорияэнергосберегающего сжигания высокоскоростных потоковприродного газа и методикарасчета параметров новогогорелочногоустройства для вращающихся печей по обжигуизвестняка– газовой турбулентной горелки с центральным телом (ГЦТ).
  6. Получены новыенаучные данные по распределению скоростейи давленийгазовых потоков,создаваемых горелками ГГТ и ГЦТ и характеризующихсяразвитыми зонамирециркуляции в области факела, чтообеспечивает улучшение тепловой работыпечи. Результаты физическогомоделирования подтверждают результаты, полученные с помощью методовматематического моделирования.
  7. Разработанаматематическая модель работы вращающейсяпечи по обжигу известняка, которая учитывает особенностифизико-химических процессов, происходящих впроцессе обжига известняка, характер движенияматериала, 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 % и улучшить 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 не только длясжигания основного топлива (природногогаза), но и дляутилизации вторичных энергоресурсов(мелкого коксика) иэкологически вредных веществ(использованной смазочно-охлаждающей жидкости), позволяя присохранении производительности печи и высокого качества известисжигать до 270 л/ч использованной смазочно-охлаждающей жидкостипрокатных 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 многихдругих тягодутьевых устройств металлургическогопроизводства. В частности, она обеспечивает получение длинноговысокотемпературного факела с малым угломраскрытия струи и с наибольшей степеньюсгорания топлива при наименьшемкоэффициенте 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 гранулированных материалов.

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 выполнения хоздоговорной работывнедряется 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 на вращающихся печах пообжигу доломитизированной извести ОАО «Магнитогорский цементно-обжиговыйзавод» (ОАО «МЦОЗ»), гдеэксплуатируется до настоящеговремени, что позволяетполучить экономический 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 намеждународных научно-техническихконференциях: «Современные проблемы электрометаллургиистали» (Челябинск, 1992 г., 1993г.), «Новыетехнологии получения слоистых материалов икомпозиционных покрытий» (Сочи, 1992 г.)«Энергосбережение напромышленных предприятиях»(Магнитогорск, 2000 г.), «Автоматизированный печнойагрегат – основа энергосберегающихтехнологийметаллургии XXI века» (Москва, 2000 г., 2001г.); «Автоматизированные печные агрегатыи энергосберегающиетехнологии в металлургии» (Москва, 2002 г.), «NinthInternationalPHOENICS user Conference» (Moscow, 2002 г.), «XI Бенардосовские чтения» (Иваново, 2003г.), Международныйпромышленный Форум-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 ибудущемуРоссии» (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 из203 наименований и 7 приложений, изложена на246 страницах машинописного текста (включая приложения),содержит 93рисунка и18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

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






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