Введение к работе
Актуальность работы
Объектом данного исследования является теплотехнологический комплекс черной металлургии - один из самых экономически масштабных комплексов промышленности. По объему энергопотребления - это самый крупный среди промышленных комплексов, что и дает первое естественное основание для его системного энергетического исследования Продукция черной металлургии считается весьма энергоемкой, причем фактические затраты энергии на ее производство в несколько раз превышают теоретический минимум энергозатрат, что указывает на крупные резервы энергосбережения в этом самом масштабном промышленном комплексе
Максимальное, среди промышленных отраслей, валовое потребление энергии в сочетании с высокой энергоемкостью продукции и значительными резервами энергосбережения определяет несомненную актуальность системных энергетических исследований крупного промышленного комплекса черной металлургии, направленных на вскрытие и реализацию резервов энергосбережения и достижение масштабного энергосберегающего отраслевого эффекта
Цель работы
Разработка энергетического сценария совершенствования теплотехнологи-ческого комплекса черной металлургии на базе концепции интенсивного энергосбережения при комплексном обеспечении предельно высокого уровня энер-гоматериалосберегающего эффекта и высокого уровня экологической защиты
Основные задачи работы
Эта цель достигается на базе решения следующих задач
Определение структуры и границ объекта теоретического исследования -замкнутого теплотехнологического комплекса производства лидирующего продукта черной металлургии, обеспечивающего наиболее потное и объективное решение поставленных задач
Выполнение объективной диагностики энергоиспользования действующих вариантов теплотехнологического комплекса
Формирование технологической схемы термодинамически идеальной модели - эталона энергетической эффективности реализации технологии
Разработка термодинамически идеальной модели теплотехнологического комплекса с экстремальной тепловой схемой, представляющего образец энергетической эффективности теплотехнологического комплекса "руда-сталь-прокат''
Разработка структурной схемы перспективной модели теплотехнологического комплекса
Оценка возможных практических энергосберегающих и материалосбере-гающих характеристик перспективной модели
Научная новизна работы заключается в следующих основных моментах Методология интенсивного энергосбережения впервые применена к решению задач энергосбережения и технического прогресса в черной металлургии в границах "руда-сталь-прокат"
Сформирован новый объект системного исследования - замнутый тепло-технологический комплекс производства стального холоднокатаного термооб-рабоганного листа из железных руд 10 конкретных месторождений железорудной базы одного из предприятий, определен состав смеси сырых руд в пропорции, заданной действующим производством, который впервые положен в фундамент сравнительного анализа энергоматериалосберегающих характеристик действующего и перспективного комплексов
Рассчитаны для действующего комплекса энергоемкость производства стального листа, физическое теплопотребление материалов в термодинамически идеальных условиях и эти величины впервые сопоставлены в рамках первичной диагностики энергоиспользования Энергоемкость стального листа впервые использована в качестве масштаба оценки эффектов известных реализованных энергосберегающих мероприятий в черной металлургии
Впервые сформирована, ча основе наиболее эффективных известных технологических решений, безотходная технологическая схема производства стального листа из тех же руд и рассчитано общее ресурсоизвлечение по ней
Предложена классификация вариантов восстановительной плавки железа и установлена ранее неисследованная область жидкофазное восстановление железа на энергетической базе природною газа, впервые поставлена и решена задача ее исследования
Проведены исследования восстановительных и топливных свойств продуктов конверсии природного газа в восстановительной плавке железа и дан сравнительный анализ их характеристик с соответствующими характеристиками чистого углерода и углей Разработан процесс энергохимической аккумутя-ции (ЭХА) высокотемпературных продуктов сгорания природным газом, теоретически и экспериментально изучены его характеристики Природный газ выбран в качестве энергетической базы процессов черной металлургии
Разработана экстремальная тепловая схема безотходного производства листа, на ее основе определен теоретический минимум затрат энергии в термодинамически идеальных условиях и впервые выполнена объективная диагностика энергоиспользования в действующем теплотехнологическом комплексе производства листа
Определен потенциал резерва энергосбережения в ТТК производства листа, а также, впервые - структура его технологической части, определяющая основные направления интенсивного энергосбережения и технического прогресса черной металлургии
Впервые поставлена и решена теоретически и экспериментально задача использования высокопотенциальной теплоты жидкой затвердевающей стали при ее разливке
На основе разработанных технических решений впервые сформирована перспективная модель энергоматериалосберегающего теплотехнологического комплекса производства стальною листа из железных руд и определены ее практические характеристики
Практическая ценность работы
Разработанная методика первичной диагностики энергоиспользования в черной металлургии может быть непосредственно использована в текущей деятельности предприятий черной металлургии, что значительно повысит качество энергетического анализа
Энергоемкость продукции может быть непосредственно использована на промышленных предприятиях в качестве масштаба оценки известных и разрабатываемых мероприятий энергосбережения, что дает дополнительные практические возможности ранжировки их значимости
Полученные потенциал и структура резерва энергосбережения в действующем теплотехнологическом комплексе черной металлургии может стимулировать и интенсифицировать технический прогресс
Вскрытые направления энергетического прогресса черной металлургии могут быть практически использованы научными и проектными организациями для создания металлургической техники нового поколения, способствуя ускоренному техническому прогрессу отрасли
Методика объективной диагностики энергоиспользования в черной металлургии может быть использована в учебном процессе при подготовке специалистов в области энергетики и металлургии, что повысит качество их образования
Предложения по использованию высокотемпературного восстановителя и топлива из природного газа - сажеводородной смеси (СВС), организации жид-кофазного восстановления с применением СВС, охлаждению конвертерных газов путем энергохимической аккумуляции, - могут быть использованы научно-исследовательскими и проектными учреждениями и подразделениями для научных, проектных и экспериментальных работ
Основные положения, выносимые на защиту
Методология и результаты объективной диагностики энергоиспользования в теплотехнологическом комплексе черной металлургии
Перспективная модель энергоматериалосберегающего теплотехнотогиче-ского комплекса черной металлургии
Потенциал и структура резерва энергосбережения в черной металлургии
Вывод о целесообразности ориентации черной металлургии на топливо -природный газ при жидкофазном восстановлении сырых или слабообогащен-ных руд
Выявленные пределы общего энерго- и материалосбережения в черной металлургии
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на
международных научных конференциях - "Металлургическая теплотехника история, современное состояние, будущее К столетию со дня рождения МА Глинкова", Москва, МИСиС, 1-3 февраля 2006 г , "Рациональное использование природного газа в металлургии", Москва, МИСиС, ВНИИПРОМГАЗ, 13-14 ноября 2003 г; "Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии", Москва, МИСиОТУ), 3-5 декабря 2002 г, "Авто-
матизированный печной агрегат - основа энергосберегающих технологий XXI века", Москва, МИСиС, 15-17 ноября 2000 г, "Энергосбережение на промышленных предприятиях", Магнитогорск, ОАО ММК, 3-6 октября 2000 г., "Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", Москва, МЭИ, 3 -5 октября 1995 г
всероссийских и всесоюзных конференциях -
Седьмой конгресс сталеплавильщиков, Магнитогорск, ОАО ММК, 15-17 октября 2002 г, "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 21 -29 сентября 2006 г; "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 19-21 октября 2004 г, "Энергосбережение - теория и практика", Москва, МЭИ, 15-18 апреля 2002 г., "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 17-19 сентября 1991 г, "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 1987 г, "Проблемы энергетики теплотехнологии", Москва, МЭИ, 1983 г, "Состояние и перспективы развития электротехнологии (Вторые Бе-нардосовские чтения)", Иваново, ИЭИ, 1985 г
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения в виде коротких выводов, списка литературы из 262 наименований, изложенных на 305 страницах компьютерного набора, содержит 56 иллюстраций, 58 таблиц.
