Введение к работе
Актуальность работы. Задачи рационального использования энергетических и сырьевых ресурсов, а также сохранения природы приобретают все большее значение из-за прогрессирующего, в результате увеличивающегося промышленного потребления, сокращения сырьевых и топливно-энергетических запасов планеты и возрастающего загрязнения окружающей среды промышленными отходами.
Эти проблемы особенно остро стоят перед предприятиями черной металлургии, которые являются крупнейшими потребителями энергоресурсов, минерального сырья воды, воздуха и, одновременно, крупными источниками нарушения экологического равновесия в природе.
В металлургических процессах теряется и рассеивается в окружающей среде более половины потребляемых ими энергоресурсов, а в технологических процессах металлургических производств полезно используется менее четверти потребляемого сырья, а остальное возвращается в окружающую среду в виде отходов загрязняющих воду, воздух и почву.
В настоящее время разработано и внедрено значительное количество мероприятий по полезному использованию сырьевых и энергетических потенциалов жидких и газообразных отходов металлургических производств и защите окружающей среды от их вредного воздействия. В тоже время, мероприятиям по рациональному использованию твердых отходов металлургии и защите от их вредного воздействия окружающей среды уделяется недостаточное внимание.
Вместе с тем, на металлургических комбинатах России образуется огромное количество твердых отходов в виде шлаков, шламов, окалины и пыли, которые требуют значительных материальных и денежных затрат на организацию их складирования и хранения и представляют значительную экологическую опасность для окружающей среды.
Многие из перечисленных отходов, главным образом шлаки, масса которых составляет более половины всех твердых отходов, могут использоваться в качеств сырья технологических процессов металлургии и других отраслей промышленности, а их, зачастую значительный, энергетический потенциал участвовать в энергообеспечении предприятий.
В связи с этим, в настоящее время остро встала потребность в разработке и внедрении новых высокоэффективных способов переработки и использования шлаков позволяющих получать качественную пользующуюся спросом продукцию с использованием их энергетического потенциала.
Целью работы является разработка методики, позволяющей осуществить сопоставление, оценку и отбор наиболее эффективных
способов переработки и, на их основе, синтезировать комплексную энерго-технологическую систему (ЭТС) переработки и использования металлургических шлаков оптимальную для конкретных условий любого металлургического комбината (МК).
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи :
- проведен анализ различных способов переработки шлаков и
отобраны наиболее перспективные из них ;
- разработаны математические модели отобранных технологических
систем реализующих наиболее перспективные способы утилизации
металлургических шлаков;
для ряда металлургических агрегатов, выдающих шлаки в процессе своего функционирования (сталеплавильный конвертор, доменная и мартеновская печь), проведена адаптация приведенных в литературе математических моделей, к условиям проведения оптимизационных расчетов;
произведен синтез разработанных и адаптированных локальных математических моделей в общую математическую модель комплексной энерго-технологической системы металлургического комбината с полным технологическим циклом производства;
создан программный продукт позволяющий проводить исследование и оптимизацию структуры и режимов работы комплексной энерго-технологической системы переработки и использования шлаков в увязке с энергобалансом металлургического комбината.
Методы исследования. В процессе решения поставленной задачи, ввиду многообразия способов шлакопереработки и сложности ЭТС МК, использовались методы системного анализа и математического моделирования. Исследования проводились на персональной 'JBM при помощи созданного программного продукта.
Научная новизна работы заключается в том, что для решения проблемы утилизации шлаков металлургических производств была использована методология системного анализа. Впервые все перспективные способы переработки и использования твердых отходов объединены в единую энерго-технологическую систему и анализируются в комплексе с жерго-жологичееким балансом МК. Іі результате такого подхода была создана универсальная методика сопоставления и оценки различных направлений переработки и использования шлаков предприятии черной металлургии.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика реализована и виде расчетного программного модуля, который включен в состав программно-информационной системы ENERMK. Система ENERMK, предназначенная для расчета и
оптимизации энергетического и экологического балансов МК, имея в своем составе созданный расчетный модуль, позволяет:
- осуществить комплексный энергетический , экологический и
экономический анализ новых перспективных технологических решений по
использованию шлаков с утилизацией их ВЭР;
- разработать оптимальную, с точки зрения энергетики и экологии
энерго-технологическую систему переработки и использования шлаков
металлургического производства.
Использование разработанной методики расчета и созданного па ее основе программного продукта, позволило провесні комплексный энергоэкологический анализ следующих перспективных направлений переработки и использования шлаков:
выработка из высокотемпературных жидких шлаков щебеня и гранулированного шлака с утилизацией содержащегося и них тепла;
производство из огненно-жидких шлаков цементного клинкера;
- добавление сталеплавильных шлаков в аглодоменную шихту.
Использование результатом иісріо-жологичсскоіо акали ш и
предлагаемого программного продукта позволяет получать надежные рекомендации по созданию оптимальной энерго-технологической системы переработки шлаков для конкретных условий функционирования любого металлургического комбината.
І^'аЛЦХ^ІІІІ^с'зулькиоМ'і'бУІІ'Ь ' Іредскішіспііая рабо і а выполнялась в отраслевой лаборатории кафедры II ГС М')И "Теплоэнергетическое хозяйство металлургических заводов". Использование разработанной методики и программного продукта, адаптированного к условиям работы АО "Северсталь", позволило выработать предложения по повышению эффективности работы системы шлакопереработки Череповецкого МК. В соответствии с договором между МЭИ и АО "Северсталь" № 2365930 рекомендации и программный продукт переданы заказчику для использования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-й международной конференции "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики"(Москва, 1995 г.) и ііа 3-м международном конгрессе доменыциков "Современный опыт и перспективы доменного производства" (Новокузнецк, 1995 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в пяти печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Изложена на 165 страницах основного текста; содержит 25 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 53 наименования.
