автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Повышение эффективности топливоиспользования и интенсификация процессов теплообмена в камерных нагревательных печах

<-\ч-\л

, <\ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

и ■

ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

На правах рукоппсу

Чепрасов Олександр Івааошгі

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПЛЛИВОВИКОРИСТЛННЯ ТА ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ В КАМЕРНИХ НАГРІВАЛЬНИХ ПЕЧАХ

Спеціальність 05.14.04 - "Промислова теплоенергетика"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 1995

Дисертацією е рукопис Робота викопана на кафедрі автоматизації технологічних процесів Запорізької державної інженерної академії.

Науковий керівник -

Офіцшни опоненти -

Провідна установа -

Захист відбувається " 49' / £ 1995р. в / «2 * . год. на

засіданні спеціалізованої вченої ради К 03.11.03 при Державній металургійній академії України за адресою: 320635, «.Дніпропетровськ, цр.Гагаріиа,4

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ДМАУ

Автореферат розісланий -І- 41 _ 1995 р.

доктор технічних наук, професор М.П. Ревун

доктор технічних наук, професор ВМ. Ольшансьхий кандидат технічних наук доцент ОЛ. Ліггипм комбінат ”Запоріжсталь" ім. С.Орджонікідзе, м. Запоріжжя.

Вчений секретар спеціалізованої ради к.т.н., доцент

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В наші дні гостро стоїть проблема зниження собівартості продукції, яка в першу чергу може бути вирішена шляхом використання енергозберігаючих технологій.

Підвищення ефективності використання енергоносіїв в області пічної теплотехніки може бути досягнуто за допомогою інтенсифікації теплообмінних процесів і поліпшення якості нагрівання металу шляхом оптпмізації режиму роботи діючих печей, використання сучасних систем автоматичного керування тя розробки конструкцій печей з новими видами пальникових пристроїв. Інтенсифікацію процесів теплообміну в свою чергу можна забезпечити шляхом використання кисню та імпульсного опалення.

Таким чином, підвищення ефективності паливовикористаннн п нагрівальних і термічних печах є важлмвою та актуальною справою, -вирішення якої можливе при комплексному її дослідженні теоретичними та експериментальними методами.

Метою роботи є упровадження елементів енергозберігаючих технологій в паливних печах металургійного виробництва; розробка математичними та експериментальними методами оптимальних режимів нагріву металу прп використанні для збагачення повітря кисню: розробка та випробування пальникових пристроїв, з широкими межами регулювання для реалізації імпульсного опалення.

Наукова новизна. Сформульована та вирішена задача визначення оптимальних режимів нагріву металу при збагаченні повітря киснем, яка відрізняється від відомих тим, що в міиімізуємиії критерій, окрім вартості палива та кисню, включені також витрати від окаликоутвореиня.

Сформульована та вирішена задача оптимального нагріву металу при використанні двох видів палива та кисню. Наукова иоші.іна задачі полягає в тому, що в число керуючих впливів входять витрати

4 •

двох видів палива та питомі витрати кисню, які віднесені до кожного виду палива, а обмеження накладені на чотири керуючі впливи та температуру гріючого середовища.

Практична значимість. В роботі одержані рішення, які дозволяють оцінити вплив ряду теплотехнічних та економічних параметрів на ефективність використання кисню при нагріві металу.

Запропоновані технічні рішення, які підвищують ефективність використання палива та кисню на регенеративних нагрівальних колодязях; впроваджений спосіб опалення, який поліпшує якість нагріву, підвищує продуктивність та економічність рекуперативних нагрівальних колодязів; розроблені та досліджені пальникові пристрої з розширеними межами регулювання, які дозволяють удосконалити схему опалення нагрівальних та термічних печей.

Промислове впровадження. Спосіб нагріву металу з використанням для збагачення повітря кисню впроваджений у відділенні нагрівальних колодязів Алчевського (Комунарського) металургійного комбінату. Сумарний економічний ефект від впровадження у 19811986 рр. склав 281,6 тис.крб.

Пальникові пристрої, які стійко працюють без запальників та дозволяють реалізувати імпульсний спосіб опалення, впроваджені на двокамерних нагрівальних печах цеху порошкової металурги, на термічних печах з впкотнпм йодом сталеплавильного цеху №5, та на печах з підподовпмп топками термічного цеху заводу " Д ніцроспецсталь".

З використанням результатів експериментальної апробації впроваджено імпульсний спосіб опалення рекуперативних нагрівальних колодязів заводу "Дншроспецсталь", що дозволило знизити витрати палива, підвищити продуктивність та зменшити угар металу. Економічний ефект від впровадження результатів роботи склав 146 тпс.крб. за рік (в цінах 1988р.)

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідались і обговорювались на Республіканській конференції "Повышение эффектпв-

б

ностп использования топлпвно-экергетпческпх ресурсов в черной ме-талургпп" (м. Дніпропетровськ, 1989р.); па Всесоюзній науково-технічній конференції "Горелочные устройства в черной металлургии

- опыт разработки, изготовления п эксплуатации, перспектива разви-тяя" (м. Свердловськ, 1988р.); на Всесоюзній науково-технічній конференції "Теплотехническое обеспечение технологических процессов черной металлургии" (м. Свердловськ, 1990р.); на міжнародному сйміпарі "Научные основы конструирования митлллугическнх печен: теплотехника п экология" (м. Дніпропетровськ, 1993р.).

Публікації. За матері плямі» дисертації опубліковано 22 науки»! роботи, отримано 3 авторських свідоцтва та 1 патент.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку та списку літератур;*; викладена на 145 аркушах машинописного тексту, вміщує 67 малюнків, 4 таблиці та 12 додатків. Бібліографія включає 164 найменування. Особистий внесок дисертанта:

- розроблена математична модель вибору оптимального режиму нагріву металу при використанні кисню з урахуванням утворення окалини;

- розроблена математична модель оптнмізації нагріву металу при використанні кисню та двох видів палива (задача вирішена для чотирьох керуючих впливів);

- досліджені циклічні методи опалення;

- розроблені та випробувані па вогневому стенді та в промислових умовах нові конструкції газових пальників з розширеними межами регулювання;

• розроблено, досліджено та впроваджено спосіб опалення регснера-гнвппх нагрівальних колодязів, який включає подачу кисню в імпульсному режимі;

• розроблені, досліджені та впроваджені скорочені режими нагріву нержавіючих марок сталі при застосуванні в рекуперативних нагрівальних колодязях імпульсного способу опалення;

б

- з використанням навкх пальників розроблена та оцробувана у промислових умовах система імпульсного опалення двокамерних нагрівальних печей, удосконалена схема опалення рециркуляційної термічної печі з викотним подом;

- впроваджені пальники, які розроблені на базі пальників "труба в

трубі", що дозволило для організації імпульсного опалення рецирку-ляційних термічних печей з підподовими топками використати систему автоматичного регулювання. .

Методи досліджень. В роботі використані теоретичні та експериментальні методи досліджень. При моделюванні процесів нагріву металу застосовувались фундаментальні положення теорії тепломасо-обміну, методи математичного аналізу, диференціального та інтегрального числення. Задачі оптимального нагріву металу вирішені з використанням принципу максимуму Понтрягіна. Дослідження розроблених пальників виконувались по 'єдиній методиці Державних випробувань пальникових пристроїв. Ефективність способів опалення визначалась експериментальними методами на базі різних лабораторних установок та під час промислових експериментів на нагрівальних та термічних печах в умовах заводу “Дніпроспецсталь”.

. КОРОТКИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ.

У вступі обгрунтовано вибраний напрямок досліджень, впзва-чеш мета і шляхи й досягнення.

В першому розділі проаналізовано сучасний етап паливовикорп-стання, інтенсифікації та оптимізації нагріву металу в пламепевих печах. Важливими методами інтенсифікації теплообміну е підвищення температурного потенціалу палива при використанні для збагачення повітря кисню та впровадження імпульсного опалення печей.

Вирішення задач оптимального нагріву металу є важливим науковим напрямком. Необхідна розробка та вирішення нових задач оптимізації з використанням сучасних методів інтенсифікації процесу нагріву.

■ г

В другому розділі наводяться результати математичного моделювання процесів нагріву металу з використанням кисню. Моделювання дозволяє вибрати оптимальну ступінь збагачення повітря киснем, визначити необхідний момент його вмикання, виконати оцінку впливу використання кисню на зміну показників нагріву.

Розглянемо задачу оптимального режиму нагріву, в якій як критерій застосована сумарна вартість палива, кисню та окисленого металу, а як керуючі виливи використані втрата палива та питома витрата кисню.

Залежність температури металу від істотних факторів наведена рівнянням

де от,, - температура металу та гріючого середовища, 'С; ц - інтенсивність нагріву (величина, обернена постійній часу), с"1; а -коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2К); £м - площа поверхні металу, м2; М- маса металу, кг; См - теплоємність металу, Дж/(кг К); т - час, с.

Процес окалгшоутаорення описано рівнянням Еванса

X і”*ГЇ2н)

>іт лг2(-і + 273)

(2)

де х2 - маса окисленого металу, кг/м2; Х-> Р ' постійні величніш, які

залежать від складу пічної атмосфери, кгг/(м4с К) і К.

Вартість викоростаннх для нагріву металу палива та кисню представлена у вигляді .

■

х3= + (3)

б

де Гд- - заданий час нагріву, с; н1 - витрата палива, м3/с; и2 - питома витрата кисню, м3/м3; Ят, 5* - вартість палива та кисню, руб/м3.

Температуру гріючого середовища знаходимо з рівняння теплового балпнсу

1Г _________~ У” + ^*1_________________(4)

аТм + ^А- + и.СДК, - 2игXI - А,) ’

Лс Он - теплота згорання палива, кДж/м3; к - коефіцієнт теплопередачі через кладку, Вт/(м‘К); /*А- - площа поверхні кладки, м2; Сі

- теплоємність продуктів згорання, Дзк/(м3К); д - питомий об'єм продуктів згорання, м3 /м3; (1Ы - постійні утрати тепла, Вт; кр -коефіцісит рекуперації тепла; £ = 79/21=3,76.

Обмеження накладені на керуючі впливп та иа температуру гріючого середовпща, що відповідає реальним умовам нагріву металу

„І* - ®І ^ **ітях• У2тім - *2 ^ ^Гтія ^ ^ ^Гяах’

Задача формулюється слідуючим чином: необхідно нагріти метал від початкового х,(0) = хш; х2(0) = х2ці х3(0) = 0 до кінцевого стану лг^г*) = хік за заданий час, прп цьому витрати / повинні бути мінімальними

Г—5—1

х‘+т]А,

(6)

де £'*=0,01 ҐМ[БМ - Бо) - коефіцієнт, який визначає збитки від окислення, м2руб/кг; , Б0 - вартість металу та окалини, крб/т.

Задача розв'язана з використанням принципу максимуму Пон-трягіна. Функція П, крб/с, має вигляд

і-1 «г

«іб£ - С™ + г

-------------------------------

+ иі^(^ ~ _ */)

____________„і

■ х2(х, + 273)

де Р, - сполучені велпчпнп, які визначаються із співвідношення

+Р2 + ЪФг + *А). (7)

Розв'язуючи диферешііальпі рівняння (8) отримуймо значення іполучешіх величин /*,, Р;, -р< •

Температуру та масу окисленого металу х« отримуймо я р.1-іультаті вирішення рівнянь (1) та (2). При вирішенні задачі на ООМ гасельким методом час нагріву розбивався на ряд г.-ергмлі» \т . Для соленого інтервалу визначаємо сполучену величину і*,, температуру іеталу хі та масу металу що скпслппзл л->. Знайдені исличнип гочатг.отш.ми для наступного інтервалу. З використанням (7) нідшу-:усмо оптимальні керуючі впливи и\ та и\ на наступному інтервалі, ’азрахукок закінчується, коли з заданою точністю досягаються кін-[ева температура металу х)к. '

Аналіз результатів разрахунків показує, що прп абільшегші іількості керуючих дій зменьшуються загальні пптратп ти збитки під кислення металу'.

Досліджено вплив різних факторів на показники нагріву. Іідвищення теплоти згорання палива веде до зниження загальних іітрат та збитків від окалиноутворення. Збільшення допустимого тупеню збагачення повітря киснем зменьпгує загальні витрати на наріз та збитки від окалиноутворення. За перечислених умов при знп-ення.ч. коефіцієнту рекуперації менш за 0,3 використання кисюо доїльно для всіх вплів палива. Прп вирішенні питання про доціль-ість збагачення повітря киснем головну роль видіграє співвідношек-я цін на паливо та кисень.

Друга задача оптимізації нагріву металу передбачає виявлення емгаму застосування кисню в нагрівальних печах, коли для нагріву іеталу використовується два вида палива з різною теплотою ягораіі-я, або їх суміш. Використана а задачі питома витрата кисню відновна До кожного з видів палива, що а урахуванням двох рндів палива ае чотири керуючи впливи.

Задача формулюється слідуючим чином: необхідно нагріти метал від початкового стану з температурою х(0) = хн до кінцевого стану х(тк) = хк за заданий час гк, прп цьому витрати на паливо та

кисень повинні бути мінімальними.

Процес нагріву металу описаний рівнянням

| = (9)

де х, 1'г - температура металу та гріючого середовища, ‘С.

Температуру гріючого середовища визначаємо із відповідного рівняння теплового балансу

______________Дп<2і + ВтіОі + мх_____________________,,01

г ” аРм + + БпСДИ, - 3,76ДА|)+ ЯГ2С2(К2 - 3,76/?*,) ‘ 1 '

де Вт - витрата палива, м3/с; 2?^ - питома витрата кисню, м3/м3; б

- теплота сгорання палива Дж/м3; С, - об'єм та теплоємність продуктів сгорания м3/м3; Дж/(м3К), індекси 1 і 2 відносяться до пере

шого (низька теплота згорання) та другого (висока теплота згорання) видів топлива. .

За критерій оптимальності прийнята вартість витрачених на нагрів палива та кисню - -

І - 1 [^л^і + Втг^г + + ^тг^кг)^к ]^г»

о ' л

де Б1,Б2,Бк - вартість першого, другого видів палива і кисню, руб/м3.

На керуючі впливи та температуру гріючого середовища накладені слідуючі обмеження ■

їВт1їВт 2им; (12)

-®Л як* 5 Вп ^ВПяях; В ТІ тія

Яхіяй 2 ■®Ж1 ^ ВХіяюх* Вг-, А2

Функція Т\{Вц,Вт1,Вх{,ВК2) має вигляд

П = Рц

ДпОї + ВТ202 + аРщХ

1

І

арм + кРк + ВТХС,{У| - 2>,16ВК]] + ВТ2С2(У2 - 3,76і>К2)

-Игі^, + ВТ2Б2 +(ВтіВкі + ВТ2ВК2)5К^, (15)

де Р - сполучена змінна, яка визначається із співвідношеная (8).

Задача влріпгується чисельним методом по інтервалам часу Аг. На кожному інтервалі з урахуванням початкових значень х, Р визначаються оптимальні керуючі впливи , В’к2. Знаходимо

температуру гріючого середовища t'г та кінцеві значення х, Р. Процес розрахунку продовжуймо до тА. Прп несумісності .г(т А-) з хг змінюється початкозе значення Р, тобто Рц. Методом послідовних наближень знаходиться оптимальне рішення задачі.

Аналіз результатів розрахунків на ЕОМ показує, що оптимальні режими нагріву пря використанні двох видів палива та кисню характеризуються слідуючими тенденціями: зростанням у часі теплової потужності, використанням для нагріву палива з низькою теплотою згорання при низьких температурах та палива з високою теплотою згорання і кисню - при високих температурах, стрибкоподібним характером включення або виключепня палива та кисню; підвищенням ефективності нагріву зі зростанням кількості керуючих впливів. Доцільно зихористовуь: ш різні впди палива по часовим дільницям нагріву у чистому виді, а не в суміші. В залежності від тривалості нагріву чітко виявляється мінімум витрат на паливо та кисень (мініліум мініморум). Аналіз впливу початкової температури металу показує, що при рівних умовах загальні витрати та кількість підве-денного тепла при збільшенні температури від 0 до 800 “С змень-шується удвоє.

Наведеш математичні моделі та алгоритми дозволяють вирішувати широке коло задач по вибору параметрів керування з метою мінімізації витрат на нагрів при використанні кисню та палива зі змінною теплотою згорання.

У третьому розділі наводяться результати експериментальних досліджень режимів нагріву, методів опалення та пальниковпх пристроїв.

Оптимальні по вартості енергоресурсів режими нагріву характеризуються збільшенням у часі величини керуючого впливу. Експериментальну перевірку та порівняння ефективності режимів нагріву з постійною та зростаючою потужністю проводили на лабораторній муфельній печі. Шамотну заготовку нагрівали як "масивне тіло".

Встановлено, що при тривалості нагріву 4,5 тод в режимі зі зростаючою потужністю печі кількість витраченої енергії зменшується на 18,5%. Середні за нагрів температури заготовки та печі в режимі зі зрастаючою потужністю завжди нижчі, тому знижуються іштрати енергії, що акумулюється кладкою та в оточеішк.

Для експериментальної перевірки ефективності циклічних методів опалення впготовлен вогневий стенд, що обладнано пальниками, які встановлені на протележнпх сторонах стенду. Для організації

♦

циклічного опалення змінювали по встановленій програмі положення регулюючих органів для подачі палива і повітря. Температура факела змінювалась по залежності, яка близька до синусоїди. Температура по перерізу заготовки вимірювалась в п’яти точках. Встановлено, що амплітуда коливань температури поверхні значно перевищує амплітуду коливань температури внутрішніх слоїв. В інтервалі (300...400)°С при зростанні періоду коливань від 4 до 24 хвилин амплітуда коливань температури факела збільшилась від 70 до 100 С, а поверхні - від 3 до 12’С. Переміщення високотемпературної зони факела уздовш заготівки довжиною 1600 мм здійснювали зміною витрат ттп ттття та повітря на зустрічні пальники у протифазі. Встановлено, що використовуючи циклічну подачу палива можаа скоротити перепад температур по довжині заготовки. Для температури газавого середовища на рівні (900-1000)*С робочі значення періоду циклу повинні складати не більше 6 хвилин.

іа

В роботі приведені результата розробки та дослідження пальниковпх пристроїв з широкими межами регулювання, які необхідні для імпульсного опалення. Пальника розроблені на базі широко ви-користовуемих пальників ГНП та типу "трубе в трубі". Встановлено, що пальники стійко гграцгоготь на доменному, коксовому та природному газах, а також на їх суміші .Два типорозмірп пальника часткового потфеднього змішування про йшли у 1992 році приймалыш іспнти е Деря?авному центрі, одержано дозвіл на їх використання у технологічних печах.

Розроблено налышй (а.с. СРСР №1229617), у якому рогрід;кєп-ня у соплі та частку первинного повітря можно змінювати, переміщуючи поперечну перегородку з отворами для проходу газу відносно бокових радіальних отворів. Досліджувались чотири варіанти. рухомої перегородки з однаковою площею прохідних отворів. Дослідженнями встановлено, що при спалюванні 10 м3/ч коксодомен-кої суміші для усіх типів перегородок можлива стійка робота пальників при збільшенні коефіцієнта витрати повітря від 1 до 11; при ■ цьому коефіцієнт витрати первинного повітря збільшувався в середньому від 0,1 до 0,?й.

На базі пальників тппу "труба в трубі" розроблено пальник часткового попередт-с-го змішування (патент РФ №2021558), центральна газова труба якого має ділянку раптового поширення зз сторони газового каналу. Відношення, внутрішніх діаметрів газової трубн і наконечника складає 0,3...0,6.'Канали для подачі первинного повітря розташовані на ділянці раптового поширення, у зоні стійкого ро-врідження, що забезпечує постачання необхідної кількості повітря для його попереднього змішування з паливом. ‘

Дослідження на вогневому стенді та на термічній печі пальника показали, що при використанні коксодоменної суміші пальипк стабільно працює при співвідношені "газ-повітря" 1:25, а межа регулювання -по втратах газу складає 1:40 (від 4 до 160 м3/ч).

Два типорозміру пальника у 1993 року пройшли приймальні к\:;:тп в Дсрлслвному центрі. Пальпикп тепловою потужністю 300 та 8(10 кВт дозволяється використовувати для опалення нагрівальних та тормічшіх печей газами з низькою теплотою сгорания. Для цпх пальників концентрація окслдів азоту в продуктах сгоралня не пере-ппщуг 100 мг/м3, що нижче норми, встановленої ТА ІиіЧ (ЗоОмг/м1).

5' четвертому роділі наведені результата промислових дослід-:і:сиь та ишіроиупань різ них засобів опалення і пальників на двокамерних нагрівальних печах, регенеративних і рекуперативних нагрівальних колодязях, термічних печах з викотним йодом та реціїр-куляційних термічних печах з цідподовнмп топками.

На двокамерних нагрівальних печах у заводу "Дніпроспецсталь" п.ільшікі ГНП були змінені на нові палькикі, котрі стійко ’Працюють у всіх режимах. Розроблена та випробувана система автоматичного регулювання, яка реалізує імпульсний спосіб опалення двокамерної печі. Результати дослідних нагрівів показали, що максимальний пе-

9

репад температур по садці зменшився майже у два рази і склав 15'С.

Використання б регенеративних нагрівальних колодязях для збагачення повітрю кисню шдвшцує температуру горіння та поліи-іпує умови теплообміну. На нагрівальних колодязях Алчевського (Комунарського) металургійного комбінату використання кисню дозволило скоротити період підвищення температури при нагріві холодних зливків на 2 години, а гарячих - на 1 годину. Внесені доповнення в технологічну інструкцію по нагріву металу. •

Розроблено, випробувано та впроваджено в практику засіб опалення нагрівальних колодязів (а.с. СРСР №885304), якій включає подачу у робочій простір палива, повітря та кисню в імпульсному режимі. При імпульсній подачі кисню його витрата в порівнянні з безперервною подачею зменьшується па (10...15)%.

Результати досліджень показують, що збагачення повітря киснем забезпечує зниження витрат палива на (6...8)%, скорочення загальної тривалості нагріву на (8...15)%.-При стабілізації концентра-

ції кисню в димовому борові в межах (0...2) .• збагачення повирл киснем не збільшує угар металу і позитивно виливав на оточоннч. Завдяки змеишеїшю питомих витрат палива відповідно зменшу»>; і,< шкідливії викиди в атмосферу окспдів азоту та вуглекислого ге-у, п також скорочується загальне спожнванчл кисню із атмосфера.

Особливості теплової роботи рекуперативних нлгрівлм::\ к-. ЛОДЯЗІЯ з олалениям ІЗ центру ПОДУ Прії ВОЛИТЬ до Н-'РІИН'ІЧІРНІ •<• ;і її гріву зливків. На заводі "Дніпроспецсталь", де режими нагріву мають трнна^гу витримку, максимальний лерсиад т»:мш-р*иу|> т> »п-соті злизну складає в кінці нагріву близько 100 С і ви.ш.іч.н тьг:, нерівномірністю температурного поля в колодязі. Застосування імпульсної подачі палива та повітря у період витримки до.шол;;* зменьшити перепад температур в нагрівальному металі до (20...30)’С.

Розроблено рекуперативппй нагріпальний колодязь (а.с. Грі:}* -\Н 379327), у якому з метою інтенсіфікації теплообміну та змет.-шпння перепаду температури по товщині зливку змінена конструкція опорного поясу.

Розроблена та впроваджена на всіх колодязях стану "950” система автоматичного регулювання, яка реалізує імпульсний спосіб опалення, що крім рівномірності нагріву забезпечує зниження питомої витрати палива на 2,57 кг/т та зменшує утрати металу а окалиною на 8%.

Розроблені та впроваджені режими нагріву нержавіючих марок сталі зі зменшеною на (0,5...1,0) год тривалістю витримки.

Рециркуляціині термічні печі з викатним подом площо» 47 м-використовуються на заводі "Дніпроспецсталь" для термообробки зливків^ високолегованої сталі. Вуньки межі регулювання пальники» ІНП ускладнюють експлуатацію печей. Розроблена, пцпроііу^^на іл впроваджена схема опалення, яка передбачаг. використання розроблених пальників. Відмова від закритих топок та пальників малої продуктивності ГНП-1 дозволяє підвиснти продуктивність ночі та

зменшити експлуатаційні витрати. Заощаджується біля 1000 м3 газу на одному нагріву тобто витрата природного газу зменшується на (8...10)%. ' '

Рециркуляційні печі термічного цеху заводу "Дяіпроспецсталь призначені для термообробки заготовок сортового та бунтового прокату. В період витримку в цих печах не забезпечується стійка рециркуляція, що приводить до абільшення тривалості процесу. Застосування пальників часткового попереднього змішування, розроблених на базі пальників "труба в трубі" дає змогу використати для реалізації імпульсного способу опалення систему автоматичного керування.

Результати контрольних випробувань показали високу рівномірність нагріву, перепад температур по садці в кінці витримки не перевищує (10...15)'С, що дозволило скоротити тривалість витримки на (3...4) години. Розроблені пальники двох типорозмірів впроваджені на чотирьох печах термічного цеху і що дозволило організувати зональне керування тепловим режимом та використати імпульсний спосіб опалення. Підвищилась якість термообробки, зменшився обсяг повторних нагрівів, на 7% скоротилась середня тривалість процесу, зросла продуктивність та ефективність використання палива. -

. ВИСНОВКИ

1. У роботі сформульовані та вирішені задачі оптимізації нагріву металу при збагаченні повітря киснем з урахуванням процесу окалино-утворення і при використанні для нагріву двох видів палива. Встановлено, що ефективність оптимальних режимів нагріву підвищується зі збільшенням кількості керуючіх впливів. Визначені оптимальні режими нагріву металу для різних ступенів збагачення повітря киснем при зміні теплоти згорання палива, а також вартості палива та кисню. Показані межі відносної. ефективності збагачення повітря киснем та коефіцієнта рекуперації тепла.

2. При використанні для нагріву металу двох видів пяпияп або їх суміші відповідно до визначеного оптимального режиму у початко-

вий період нагріву подається тільки паливо з низькою теплотою згорання і без збагачення повітря киснем, а після досягнення певної температури гріючого середовища відбувається стрибкоподібний перехід до палива з високою теплотою згорання. Надалі у певний момент часу подібним чином підключається кисень. Моменти переключення видів палива та початку подачі кисню визначається співвідношенням прийнятих умов нагріву, а також економпчянх та тешготех-нічнн:: показників процесу. Чітко виявлена тенденція зростання з часом теплової потужності. Встановлено, що з точки зору економи енергоресурсів різні види палива доцільно використовувати по чзсо-впм ділянкам нагріву в чистому виді, а не як суміш.

Розроблені математичні моделі, алгоритми оптимізації та відповідні програми для ЕОМ до?золлють вирішувати широке коло задач нагріву металу при використанні для збагачення повітря кисню, та палива зі змінного теплотою згорання.

3. Експериментальна перевірка режимів нагріву "масивного тіла" в

лабораторних умовах показала, що оптимальний режим підводу . енергії в піч з нарастаючою потужністю в порівнянні з постійним п рівнем більш економічний. ■

4. Експериментальні дослідження ефективності циклічних методів опалення показали, що при зменшенні періоду коливань амплітуда температури факела та поверхні металу знижується. Переміщення високотемпературної зони в печі над поверхнею металу дозволяє зменшити перепад температур по довжині факелу, поверхні металу та збільшити продуктивність печі або досягти економії палива.

5. Розроблена серія пальникових пристроїв .з використанням прин-

ципу часткового попереднього змішування горючої суміші, котрі мають широкі межі регулювання. • ■

Два типорозміри пальників, які розроблені на базі ГНП, пройшли в 1992 році в Державному центрі приймальня іспити, одержано дозвіл на використання цих пальників в технологічних печах.

6. Розроблено та досліджено пальник частковою попереднього

змішування з перфоріровавою перегородкою, яка перемішується уздовж подовжної осі (а.с. СРСР №1229517). Досліджені пальники з чотирма варіантами рухомої перегородки з однакового площою прохідних отворів по газу.

7. Розроблені дві конструкції пальників часткового попереднього змішування^ на базі пальника типу "труба в трубі". В першій конструкції наконечник газової труби виготовлено у формі стакану з перфоріровавою донною та боковою поверхнями.

Друга конструкція (патент РФ №2021558) наділвня наконечником газової труби, котрий має плавний обтікач з повітряного боку та відрізок раптового розширення з боку газового каналу. Канали первинного повітря розташовані на відрізку раптового розширення, що забезпечує автоматичний підсос необхідного об’єму повітря.

Два типорозміри пальників пройшли у 1993 році приймальні іспити в Державному центрі. Пальники потужністю 300 та 800 кВт дозволено використовувати в термічних та нагрівальних печах для спалювання газів з низькою теплотою згорання.

8. Розроблена та вппробовааа система автоматичного регулювання, яка реалізує з використанням, нових пальників імпульсний спосіб опалення двокамерних нагрівальних печей цеха порошкової металургії заводу "Дніпроспецсталь".. Результати дослідних нагрівів показали, що її використання підвищує рівномірність нагріву металу.

9. Розроблено, досліджено та впроваджено на регенеративних нагрівальних колодязях Алчевського (Комунарського) металургійного комбінату спосіб опалення (а.с. СРСР М885304), який включає подачу в рабочій простір палива, повітря та кисеню, в імпульсному режимі. Завдяки імпульсній подачі зменшується витрата кисню та палива підвищується продуктивність колодязів. Збагачення повітря киснем не збільшує угар металу, а зменшення при цьому питомої витрати паппм - скорочує об’єми шкідливих викидів в атмосферу вуглекислого газу та оксидів азоту. •

10. Розроблена, досліджена та впроваджена яа всіх рекуперативних нагрівальних колодязях заводу "Дніпроспецсталь" система автоматичного регулювання, яка реалізує імпульсний спосіб опалення. Крім рівномірності нагріву металу система забезпечує підтримку співвідношення "гао-повітря" та тиску у рабочому просторі печі, що забезпечує зниження витрат палива на 2,57 кг/т та скорочує утрати металу з окалиною на 8%.

Розроблені, досліджені та впроваджені у виробництво режими нагріву нержавіючих марок сталі зі скороченою на (0,5...1,0) год тривалістю витримки.

11. Розроблена та досліджена схема опалення рециркуляційної термічної печі з викотним подом, яка передбачає відмову від закритих топок і пальників ГНП-1 малої продуктивності. Використання розроблених пальників дозволяє спростити схему опалення печі та підвищити її надійність, знизити на (8...10)% витрати природного газу та зменшити експлуатаційні утрати.

12. Використання пальників часткового попереднього змішування, розроблених на базі пальників "труба в трубі", в рецнркуляційніі; термічній печі з підподовими топками дає змогу для реалізації імпульсного способу опалення використати систему автоматичного регулювання та дозволяє організувати зональне керування тепловим режимом. Ці заходи підвищили якість термообробки, продуктивність лей та ефективність впкорнстування палива.

13. Розроблено рекуперативний нагрівальний колодязь (а.с. СРСР №1379327), в якому змінена конструкція опорного поясу.

14. Результати роботи впроваджені на Алчевському металургійному комбінаті та на заводі "Дніпроспецсталь". Економічний ефект від впровадження склав близько 200 тис. крб. за рік (в цінах !988р).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Опйхт внедрения горелок частичного предварительного смешения /М.П- Ревун, А.Н. Байбуз, А.Н. Андриенко, Л.Л. Бройде и

А.И.Чепрасов //Сталь.- 1985.- КЫ2-- с.71-73 // Б1ее1 Ц1 иЭвй.-1985, №12.- р.608.

2. Совершенствование теплового режима нагревательных двухкамерных печей /М.П.Ревун, А.И.Чепрасов, Ю.Н.Какжов и др. //Промышленная энергетика.-1986.- №10.- с.26-28.

3. Импульсное отопление нагревательных колодцев /М.П. Ревун, А.И. Чепрасов, Ю.Н. Каюков и др.//"Черметпиформация."-1987.-№8.- с.63-59.

4. Чепрасов А.И., Каюков Ю.Н., Маликов А.Г. Нагрев слитков нержавеющей стали при импульсном отоплении в период выдержки //Теплотехнология металлургического производства. Сб. научн. труд.- Киев, 1988.* с.8-10.

5. Чепрасов А.И., Ревун М.П., Каюков Ю.Н. Применение горелок частичного предварительного смешения на. рециркуляционных термических печах //Теплотехнология металлургического производства. Сб. научн. труд.- Киев, 1988.- с.4-7.

6. Ревун М.П., Погорелов В.Н., Чепрасов А.И. Модельная оптимизация нагрева по стоимости топлива, кислорода и окисленного металла //Нзв. вузов. Черная металлургия.- 1990,- №10.- с.63-65.

7. Ревун М.П., Погорелов В.Н., Чепрасов А.И. Оптимизация нагрева металла при использовании двух видов топлива и кислорода //Изв.вузов. Черная металлургия.- 1991.- №1.- с.79-81.

8. Погорелов В.Н., Чепрасов А.И., Гприч В.П. Исследование режимов на-грева массивных тел//Изв.вуз. Черная металлургия.-1989,-№10.- с.112.

9. Чепрасов А.И., Андриенко А.Н. Промышленное применение горелок частичного предварительного смешения //Теплотехническое обеспечение технологических процессов металлургии: Тез.докл.-Свердловск.-1990.'- с.12.

Ю.Горелка частичного предварительного смешения /М.П.Ревун, А.И. Чепрасов, С.В.Башлий и А.Н. Андриенко //Сталь.- 1993.- №9.-с.87-89.

И.А.с. №885304 (СССР). Способ отопления нагревательные колодцев /М.П. Ревун, Г.С. Якименко, Н.А. Кияшко, А.Н. Несмачный и А.И. Чепрасов.- Опу5л. Sfl.ll.81; Бюл. №44.

12. А,с, №1229517 (СССР). Газовая горелка /М.П. Ревун, А.И. Че-црасов, ГО.Н. Каюков и А.Н. Андриенко.- Опубл. 07.05.86; Бюл. №17.

13.А.С. №1379327 (СССР). Рекуперативный нагревательный колодец /М.П. Ревун, Ю.Н. Каюков, А.И. Чепрасов и др.- Опубл. 07.03.88; Бюл. №9.

14.Патевт РФ №2021558. Горелочное устройство /Ревун М.П., Ч*>-прасов А.И., Башлий С.В. и др.- Опубл. 15.10.94; Бюл. №19.

Чепрасов А.И. Повышение, зффгятивкости топливаисполъзова-ния и интенсификация процессов теплообмена в камерных на-

о

гревателъных печах. Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 -

промышленная теплоэнергетика. Государственная металлургическая -академия Украины, Днепропетровск, 1995.

Защищается 18 научных работ, 3 авторских свидетельства и 1 патент, которые содержат результаты теоретических и экспериментальных исследовании элементов энергосберегающей технологии нагрева в топливных печах металлургического производства. Получены решения задач оптимизации нагрева, позволяющие оценить влияние ряда теплотехнических п экономических параметров па эффективность применения кислорода для обогащения воздуха. Предложены технические решения, повышающие эффективность использования топлива на регенеративных нагревательных колодцах, внедрен импульсный способ отопления, повышающий равномерность нагрева и экономичность работы рекуперативных нагревательных колодцев; разработаны и исследованы горелочные устройства с расширенными пределами регулирования, позволяющее совершенствовать схему

отопления нагревательЕых и термических печей. Приводятся результаты промышленного внедрения результатов диссертации.

Cheprasov A.I. The increase of effectiveness of fuel using and intensification of ithe processes of heat exchange in chamber heating fumades. The thesis (manuscript) for searh of academic degree of the candidate of tecknical science on speciality 05.14.04. - industrial heat energetic. State metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1995. .

18 scientific works, 3 suitors' sertificates and 1 patent, which maintain theoretical and experimental research of elements of energo-preservating technolodgy of heating in fuel furnaces of metallurgical production are desend. Oftained the results of heating optimization allow to appriciate the influence of number heat engineering and economical parameters upon the effectiveness of oxygen application for air enrichment. Suggested technical furnaces increasing the effectiveness of utiligation of fuel and oxygen in regenerative heater wells; inculcated the impulsive method of heating, increasing the equality of heating and economizing work of recuperative fumer wells; elaforated and investigated turner systems with broadened limits о і regulation allow to improve the cheme of heating for the heater and thermal furnaces. Here suggested the results of industrial inculcation of the thesis outcomes.

Ключові слова; нагрівальна шчь, паливо, кисень, оптимізадія, імпульсний спосіб опалення, пальниковий пристрій.