РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАГРЕВЕ МЕТАЛЛА И РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ С ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ПОДОГРЕВОМ ВОЗДУХА

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульована мета і
завдання, об'єкт, предмет і методи дослідження, розкрито наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про публікацію результатів дисертаційних досліджень, особистий внесок здобувача в спільні праці, апробацію результатів роботи, зв'язок дисертації з бюджетною тематикою науково-дослідних робіт.

В першому розділі наведено аналіз літературних джерел, що стосується сучасного стану паливних нагрівальних печей металургії і огляд напрямків
вдосконалення їх теплової роботи.

Відзначено вагомий внесок у розвиток пічної теплотехніки, теорії та практики конструювання металургійних печей російської та української наукових шкіл, таких відомих вчених як В.Є. Грум-Гржимайло, М.М. Доброхотов, Й.Д. Семікин, М.Є. Скарєдов, Г.П. Іванцов, В.М. Тімофеєв, М.О. Глінков, Б.І. Кітаєв, В.О. Крівандін, Е.М. Гольдфарб, В.О. Арутюнов, Б.С. Мастрюков, Ю.Г. Ярошенко, Н.О. Спірін, І.О. Прібитков, Н.Ю. Тайц, Є.І. Казанцев, І.М. Карп, О.Є. Єринов, В.Й. Губинський, Б.С. Сорока, М.П. Рєвун, М.П. Свінолобов, С.І. Аверін та багатьох інших. Ними сформульований сучасний підхід до конструювання і експлуатації паливних нагрівальних пристроїв металургії та машинобудування. В даний час, поряд з проблемою інтенсифікації теплообміну, підвищення продуктивності, все більш актуальними стають питання економічної складової виробництва.

Напрями розвитку сучасної теорії печей формують такі основні завдання вдосконалення їх теплової роботи: ефективне використання матеріальних і енергетичних ресурсів і приведення питомих витрат ресурсо- та енергоспоживання до теоретично обґрунтованих показників; отримання кінцевого продукту високої якості; розробка конструкції печей, що мають низькі викиди шкідливих речовин в атмосферу і мінімальний негативний вплив на навколишнє середовище.

За результатами проведеного аналізу наукових праць відмічається, що
вітчизняний парк нагрівальних печей все менше відповідає сьогоднішнім вимогам виробництва. Багато печей обладнано застарілими пальниками та теплообмінниками, у ряді випадків теплоутилізатори і зовсім відсутні, системи автоматичного керування технологічним процесом примітивні і часто не виконують своїх функцій. Штучне «продовження життя» таких агрегатів за рахунок
відновлення неефективних теплових утилізаторів, застосування застарілих пальників, вогнетривів і устаткування зумовлює високу витрату енергоносіїв в нагрівальних печах.

На підставі аналізу факторів, що впливають на питому витрату палива, розглянута ефективність різних методів зниження споживання енергії в нагрівальних печах. Зроблено висновок про те, що основним резервом економії палива в паливних нагрівальних печах металургії є утилізація теплоти димових газів. Економія палива, у свою чергу, є одним з головних чинників поліпшення екологічних показників роботи печей. Максимальний ефект від повернення
теплоти димових газів в піч можливо отримати за допомогою сучасних регенеративних теплообмінників з високорозвиненою поверхнею теплообміну
кулькової, стільникової, трубної або іншої насадок.

Проведено огляд літератури, що стосується якості теплової обробки металу в нагрівальних печах в аспекті стандартності нагріву металу в усьому
обсязі робочої камери, рівномірності нагріву по товщині, довжині і висоті
виробів і по його окремих гранях. Основними методами підвищення рівномірності нагрівання садки в печах є ефективна організація спалювання палива та раціональне управління рухом газів, що забезпечує перенесення теплоти до локальних ділянок металу і футерівки. Зроблено висновок про можливість управління температурним полем в нагрівальних печах за рахунок імпульсного
нагріву, контрольованого перемішування палива з повітрям, рециркуляції і реверсу пічних газів.

У першому розділі наводиться огляд наукових праць з питань утворення шкідливих речовин при спалюванні палива. Розглянуто методи зниження шкідливих викидів, що пов'язані зі зменшенням температури горіння: зі ступінчатим спалюванням палива, з вприскуванням в факел води і пари, з об'ємним горінням, з організацією рециркуляції продуктів згоряння до кореня факела (технологія FLOX^®) та інші. Відзначено, що, незважаючи на чисельні переваги об'ємного спалювання палива з пальниками FLOX^®, актуальними ще залишається ряд питань, зокрема регулювання теплової потужності, розігрів печі до необхідної температури, забезпечення максимальної теплової потужності таких пальників, утворення окалини в печі та інші.

З урахуванням проведених досліджень був зроблений висновок про необхідність розробки сучасних рішень, які спрямовані на підвищення якості нагріву металу з мінімальними витратами палива і забрудненням атмосфери. Виникла необхідність створення наукової бази і розробки методології конструювання і експлуатації сучасних теплотехнічних агрегатів з високотемпературним підігрівом повітря у високоефективних регенераторах.

Вирішити питання рівномірності нагріву металу, зниження шкідливих викидів та економії палива можливо за допомогою організації розподіленого об'ємного горіння палива з повітрям, підігрітим до високих температур в сучасних високоефективних регенераторах, шляхом заданого регламентованого перемішування палива з повітрям. За наявності в об'ємній зоні горіння температури паливно-повітряної суміші, що перевищує температуру займання палива за рахунок високотемпературного повітря, стає можливим займання при будь-якій кількості кисню і розподілення горіння уздовж всієї траєкторії руху пічних газів за допомогою регламентованого перемішування реагентів горіння. Завдяки регламентованому процесу перемішування, паливо в робочому просторі печі згоряє на всій траєкторії руху пічних газів та без утворення локальних високотемпературних зон. Горіння може не закінчуватися в робочій камері печі, а продовжуватися в димових каналах до регенераторів (або навіть у верхніх рядах теплообмінної насадки). На відміну від багатоступінчатого способу спалювання палива, стає можливою локальна подача повітря в робочу камеру печі в кількості, необхідній для повного спалювання палива, а зважаючи на розподілене горіння створюється малоокислювальна атмосфера в печі.