Введение к работе
Актуальность темы
Научно-техническая революция и овладение дополнительными источниками энергии привели к значительной энерговооруженности человеческого труда. Однако ограниченность ископаемых источников энергии, экономические и экологическое соображения сделали энергосберегающую политику одним из главных факторов технического прогресса, поскольку экономия топлива и энергии приводит не только к уменьшению энергоемкости продукции, но и к уменьшению вредных выбросов в окружающую среду.
Более 12 тыс. крупных предприятий России, составляющих основу ее промышленности, используя практически все виды природных ресурсов и самые разнообразные технологии их переработки, оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды. Преобладающее воздействие па загрязнение окружающей среды оказывают предприятия энергетической, топливной и металлургической промышленности.
Экологические вопросы могут решаться по-разному: это и мониторинг загрязнения окружающей среды, и штрафы предприятий за выбросы для компенсации экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, .и оценка риска для здоровья населения, и экологизация производства: экономное расходование сырья, комплексное использование природных ресурсов, создание новых технологических систем, обеспечивающих малоотходное и безотходное производство, замкнутые циклы водоворота, утилизацию отходов.
Однако становится все более ясным, что вопросы экологизации промышленности, в частности металлургии, надо решать комплексно в тесной связи с задачами энергосбережения, при этом детально анализируя особенности технологии, учитывая энергетические и материальные затраты на предыдущих стадиях производства, утилизацию отходов, производство побочной продукции.
Поэтому является актуальной проблема разработки алгоритмов и моделей сквозного энерго-экологического анализа (СЭЭА) технологических процессов, учитывающих вопросы энергосбережения, экологизации и экономичности технологий.
Цель работы
На основании вышеизложенного целью настоящей работы явилась разработка алгоритмов и моделей сквозного энерго-экологического анализа технологических процессов для исследования и оценки энергозатрат на тримере металлургических технологий.
.Методы исследования: теория графов, методы математической ггатистикн, теория вероятности, численные методы, системный анализ, метод жиозного энергетического анализа.
Научная потопа
Разработана модель комплексного СЭЭЛ технологическими процессами. Модель построена с учетом компенсации экономического ущерба от вредных выбросов и затрат энергии в единицах условного топлива на единицу продукции. Разработан новый показатель - ТЭЧ, характеризующий количество килограмм условного топлива, требуемого для погашения стоимости экологического ущерба от вредных выбросов на единицу выпускаемой продукции. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для сквозных энергетического и экологического анализа технологических процессов, в том числе в диссипативной форме. Проведен СЭЭА бескоксовых и малококсовых технологий и выявлены перспективные варианты.
Практическая ценность
С помощью программного продукта, представляющего собой расчет технологических топливных чисел (ТТЧ) и технологических экологических чисел (ТЭЧ) в структурированном и дисснпатнвном виде, проанализирован ряд металлургических производств и технологических процессов, представляющих значительный интерес в плане экономии энергоресурсов, снижения энергозатрат, уменьшения расхода кокса. В частности проанализировано производство бескоксовых процессов с применением металлизации окатышей. Проведен СЭЭА многостадийного производства АО ЧусМЗ и предложены перспективные энергосберегающие схемы производства легированных ванадием сталей, в частности с использованием феррованадия, выплавляемою в доменной печи с применением газификатора ПЖВ. Программное обеспечение расчета ТТЧ и ТЭЧ внедрено для использования в АСУ доменного цеха АО ЧусМЗ. Разработан способ и подана заявка на изобретение способа бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали, отличающегося снижением энергозатрат и вредных выбросов, атак же повышением содержания ванадия в стали.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и сообщениях: Международном семинаре «Modeling, Advanced Process Technology, Expert and Control Systems of Heat and Mass Transfer Phenomena» (г.Екатериибург, 1996), Региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития эффективного использования энергии в Пермской области» (г.Пермь, 1997), Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы управления и электроника» (г.Екатеринбург, 1997), Юбилейной на\чно-технической конференции «Подготовка кадров и экологические проблемы энергетики», посвященная 65-летию кафедры ГЭС (г.Екатеринбург, 1997), Второй всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии и электроника» (г.Екатериибург, 1997), научно-техническом
совещании у генерального директора ЛО Чуе\13 «„г.Чусоноп. !9ч7), международной научно-технической конференции «С творческим наследием К.И.Китаєва- в XXI пек» (г.Екатеринбург, 1998).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 9 публикациях и заявке па изобретение.
Положения, выносимые на защиту
-
Модели и алгоритмы сквозного энерго-экологического анализа применительно к металлургическим процессам и производствам.
-
Разработанный новый показатель технологического экологического числа, с учетом энергозатрат на компенсацию экономического ущерба от вредных выбросов в единицах условного топлива.
-
Результаты исследований комплексной оценки энергозатрат и вредных выбросов энерготехнологических производств с помощью разработанной модели сквозного энерго-экологического анализа различных традиционных и новых малококсовых и бескоксовых металлургических технологий.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 155 страницах машинописного текста, иллюстрирована 16 рисунками и 29 таблицами, включает библиографический список литературы из 118 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и 2 приложений на 4 страницах.
