Browsing by Author "Гупало, Олена В’ячеславівна"

Now showing 1 - 8 of 8

Вибір початкової теплової потужності нагрівального колодязя в умовах нестабільної роботи підприємства
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2024) Радченко, Юрій Миколайович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Ребриков, О. А.; Штацький, М. О.
UKR: Роботу присвячено пошуку шляхів покращення теплотехнічних показників рекуперативних нагрівальних колодязів при роботі в сучасних умовах, для яких характерна непередбачуваність із забезпеченістю металургійного заводу паливно-енергетичними ресурсами, відсутність сталої виробничої програми, різноманітність виробів, що піддаються тепловій обробці і таке інше. Метою дослідження є визначення раціонального режиму нагрівання зливків (заготовок), який забезпечить мінімум питомої витрати палива при виконанні виробничого замовлення. В якості метода дослідження використано методики розрахунку нагріву металу і показників теплової роботи, які базуються на інженерній теорії нагріву. Інженерна модель розповсюдження теплоти дозволила отримати данні, щодо розподілу температури по перетину заготовки на протязі нагрівання без розв’язання диференційного рівняння теплопровідності, а також розрахувати тривалість окремих періодів нагрівання, теплові втрати робочої камери колодязя до навколишнього середовища. Використання поняття про теплові потужності дозволило визначити основні показники теплової роботи колодязя: продуктивність; питому витрату палива на нагрівання металу; коефіцієнт корисної дії колодязя. В роботі досліджено теплову роботу рекуперативного нагрівального колодязя за типовим режимом нагрівання заготовок: перший період – нагрівання з постійною тепловою потужністю, другий – витримка заготовок при постійній температурі камери колодязя. Визначено, що при нагріванні прямокутних заготовок м’яких марок сталі холодного посаду, мінімум питомої витрати палива на нагрівання металу забезпечує робота колодязя з початковою годинною витратою природного газу 269–398 м3/год. Така теплова потужність колодязя забезпечує прийнятну тривалість нагріву маси металу 29–32 тони на рівні 3,4–4,6 годин. При цьому питома витрата умовного палива складає 48,2 кг/т нагрітого металу.
Вплив збагачення повітря горіння киснем на стійкість кладки доменних повітронагрівачів
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова Національної академії наук України, Дніпро, 2022) Грес, Леонід Петрович; Єрьомін, Олександр Олегович; Гупало, Олена В’ячеславівна
UKR: Статтю присвячено проблемі підвищення ефективності роботи обладнання доменних печей. Нині доменний газ не забезпечує заданих технологічних температур високотемпературних теплових агрегатів (доменні повітронагрівачі, нагрівальні печі, тощо), так як його теплота спалення незначна (3200-3500 кДж/м3). В роботі виконано розрахунково-порівняльний аналіз двох способів підвищення температури горіння: збагачення доменного газу природним (базовий варіант) та збагачення повітря горіння киснем для умов доменних повітронагрівачів с температурою під куполом 1300 та 1350 °С. Показано, що для забезпечення цих температур необхідно доменний газ з теплотою спалення 3228 кДж/м3 збагачувати природним газом (відповідно 4,0 та 5,37 %) або збагачувати повітря горіння киснем (відповідно 29,4 та 32,3 %). При цьому необхідно мати резерв по наявності достатньої кількості технологічного кисню. При збагаченні повітря горіння киснем зменшується питомий вихід продуктів спалення, а для збереження тих же параметрів теплообміну в насадці повітронагрівачів необхідно значно збільшувати витрати доменного газу. При цьому загальні витрати повітря горіння практично не змінюються. Виконані розрахунки довжини факелу, розподілу температур та дійсних і допустимих навантажень по висоті камери горіння доменних повітронагрівачів при забезпеченні температури під куполом 1350 °С за рахунок збагачення доменного газу природним (базовий варіант) та збагачення повітря горіння технологічним киснем. Показано, що при опаленні повітронагрівачів з використанням кисню зменшується довжина факелу і максимум температур зміщується в нижню зону, де більше статичне навантаження на вогнетривку цеглу. Але при цьому допустимі навантаження більші дійсних і таким чином стійкість кладки камери горіння буде забезпечена. При сучасних дефіциті та вартості природного газу його використання є нераціональним. Підігрів компонентів горіння потребує значних капітальних витрат для будівництва комплексу теплообмінників. В деяких випадках на існуючих теплових агрегатах відсутні площі для розміщення теплообмінників. В той же час пристрої для використання кисню прості та дешеві.
Дослідження впливу інтенсифікації доменного процесу шляхом збільшення витрат дуття на параметри експлуатації системи підводу та нагрівання дуття
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Грес, Леонід Петрович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Єрьомін, Олександр Олегович; Радченко, Юрій Миколайович; Суліменко, Сергій Євгенійович
UKR: Метою роботи є дослідження впливу збільшення витрат дуття на параметри експлуатації системи подачі та нагрівання дуття для умов доменної печі корисним об’ємом 1754 м3. Методика. Для виконання досліджень використано чисельно-розрахунковий метод, який передбачає виконання розрахунків спалення палива, тепломасообміну та газодинаміки з визначенням експлуатаційних параметрів системи подачі та нагрівання дуття на дільницях «турбоповітродувка – блок повітронагрівачів – тракт гарячого дуття – доменна піч». Результати. Визначено, що забезпечення температури під куполом повітронагрівачів 1350 °С потребує збагачення доменного газу природним до вмісту природного газу в природно-доменній суміші 5,6 %. Нагрівання збільшеної на 18,5 % витрати дуття потребує підвищення теплової потужності повітронагрівачів до максимально можливої і призводить до зниження температури нагріву дуття на 30 °С. При цьому теплові втрати трубопроводу гарячого дуття на ділянці «повітронагрівачі-фурми доменної печі» майже не змінюються, в той час як витрати димових газів та втрати їх тиску в димовому тракті повітронагрівачів суттєво зростають. Оскільки евакуація димових газів із повітронагрівачів відбувається в основному за рахунок тиску компонентів спалення, рекомендовано використання централізованої подачі повітря з вентилятором більшої продуктивності. Наукова новизна роботи полягає у виявленому взаємозв’язку між витратами дуття та експлуатаційними параметрами системи його нагрівання та підводу до доменної печі. До практичної значущості роботи слід віднести розроблені рекомендації щодо забезпечення експлуатації системи підводу та нагрівання дуття при збільшенні його витрат.
Дослідження ефективності використання суміші повітря, димових газів та технологічного кисню в якості окиснювача при опаленні доменних повітронагрівачів
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2023) Петряков, Миколай Володимирович; Грес, Леонід Петрович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Верещак, Віктор Іванович; Єрьомін, Олександр Олегович; Григор’єв, Антон Сергійович
UKR: Підвищення температури нагріву доменного дуття є одним із відомих способів економії коксу при виробництві чавуну. Для нагрівання дуття використовуються повітронагрівачі, які зазвичай опалюються доменним газом. Оскільки склад і теплота згоряння доменного газу недостатні для досягнення температури горіння доменного газу, яка забезпечує достатнє підігрівання насадок повітронагрівачів для нагрівання дуття на рівні 1160-1230 °С, використовуються різні методи збільшення температури горіння доменного газу. В даній роботі досліджено ефективність застосування одного з таких методів – використання в якості окиснювача для спалення доменного газу в повітронагрівачах суміші повітря, димових газів та технологічного кисню. Для підготовки суміші блок повітронагрівачів оснащується додатковим обладнанням: теплогенератором для спалювання доменного газу с атмосферним повітрям, та змішувачем, в якому високотемпературні димові гази, що утворюються при спалювання палива в теплогенераторі, змішуються з атмосферним повітрям та технологічним киснем з утворенням повітро-димової суміші у складі якої міститься 21 % кисню. Використання підготованої таким чином суміші збільшує температуру горіння палива в повітронагрівачах і забезпечує підвищення температури нагріву насадки, що в свою чергу сприяє підвищенню температури нагріву доменного дуття. Результати роботи містять порівняння ефективності даного методу з іншими відомими методами збільшення температури горіння палива в повітронагрівачах: збагачення доменного газу природнім, підігрів компонентів горіння перед спалюванням палива в повітронагрівачах; збагачення повітря горіння киснем. В роботі показано, що використання повітро-димової суміші при інших рівних умовах, має деякі переваги у порівнянні з іншими методами, а саме не призводить до суттєвого зниження виходу димових газів, які утворюються при спалюванні палива в повітронагрівачах, що не погіршує теплообмін в насадці теплообмінників, а також підвищує повноту використання власних енергоресурсів підприємства (доменного газу і технологічного кисню) при наявності їх залишків. До недоліків використання повітро-димової суміші слід віднести можливість утворення вибухонебезпечної суміші під час змішування технологічного кисню з високотемпературними продуктами згоряння палива, які можуть містити угарний газ. Тому питання безпечної реалізації змішування димових газів, кисню і атмосферного повітря потребують подальшого дослідження і детальної розробки конструкції змішувача.
Дослідження процесів тепло- та масообміну в металургійній печі при збагаченні повітря горіння технологічним киснем
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Єрьомін, Олександр Олегович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Радченко, Юрій Миколайович; Римар, Мірослав; Кізек, Ян; Куликов, Андрій
UKR: Метою роботи є підвищення енергоефективності нагрівальних пристроїв металургійних підприємств шляхом застосування технології спалювання палива при збагаченні повітря горіння технологічним киснем. Методика дослідження заснована на використанні методів математичного моделювання та фундаментальних законів газодинаміки та тепло- і масообміну. Розроблено математичну модель, яка враховує конвективну та випромінюючу складові процесу теплообміну між димовими газами і металом, дозволяє визначати температурні поля металу і газів та поле швидкості газів уздовж робочого простору печі безперервної дії. Відмінною рисою розробленої моделі є можливість застосування її для печей, в яких спалювання палива відбувається з використанням атмосферного або збагаченого киснем повітря. Результати. З використанням розробленої математичної моделі досліджено теплову роботу печі, в яку на спалювання палива подається повітря з вмістом кисню 21, 27 або 33 %. Розроблено енергоефективні режими нагрівання металу та визначено зміну температурних полів металу в робочій камері печі, витрат палива, атмосферного повітря та технологічного кисню, а також показників енергоефективності печі в залежності від вмісту кисню в повітрі горіння. Розрахунки виконано при нехтуванні конвективною складовою теплообміну та при врахуванні конвективної складової тепловіддачі від димових газів до металу. Наукова новизна роботи полягає у визначенні похибки розрахунків при нехтуванні конвективною складовою теплообміну в робочій камері печі, яка не перевищує 3,8 % для температурного поля металу, 5,1 % для температурного поля димових газів, 5,9 % для температури повітря горіння та 1,2 % для питомих витрат атмосферного повітря й кисню, а також показників енергоефективності печі. Отримані результати доказують правомірність використання математичних моделей, в яких конвективна складова теплообміну не береться до уваги, при розробці енергоефективних режимів нагрівання металу при збагаченні повітря горіння киснем до 33%. Практична значущість роботи полягає в розробленій математичній моделі, яка може використовуватися для розробки енергоефективних режимів нагрівання металу в металургійних печах безперервної дії при спалюванні палива з використанням атмосферного або збагаченого киснем повітря.
Збільшення температури підігріву доменного дуття шляхом удосконалення системи утилізації теплоти відхідних димових газів повітронагрівачів
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2024) Грес, Леонід Петрович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Верещак, Віктор Іванович; Єрьомін, Олександр Олегович; Радченко, Юрій Миколайович; Верещак, Денис Вікторович
UKR: Для нагрівання доменного дуття використовуються повітронагрівачі, які опалюються доменним газом. Збільшення температури горіння доменного газу шляхом підвищення температури підігріву компонентів горіння перед їх спалюванням в повітронагрівачах дозволяє підвищити температуру нагріву доменного дуття. Проте відносно низька температура відхідних димових газів повітронагрівачів обмежує можливості збільшення температур підігріву компонентів горіння. Дослідження, виконані в роботі, спрямовані на подолання зазначеного обмеження шляхом обладнання системи утилізації теплоти димових газів теплогенератором, що опалюється доменним газом. Димові гази, які утворюються в теплогенераторі, змішується з відхідними димовими газами доменних повітронагрівачів, що дозволяє підвищити їх температуру. Далі суміш димових газів подається в теплообмінники для підігріву доменного газу і повітря перед їх спаленням в повітронагрівачах. Розроблені авторами технічні рішення дозволяють збільшити температуру підігріву компонентів горіння на 140 °С, досягти температури підігріву доменного дуття 1210-1220 °С і забезпечити економію коксу 3,1 – 4,2 %.
Реконструкція камерної печі періодичної дії
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Радченко, Юрій Миколайович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Єрьомін, Олександр Олегович; Грес, Леонід Петрович; Штацький, М. О.
UKR: Мета. В роботі розглянуто питання реконструкції камерної печі періодичної дії з метою підвищення енергоефективності агрегату. Методика. Піч, що розглядається в роботі, працює при постійній температурі в робочій камері, опалюється природним газом та має номінальну продуктивність 100 кг/год. За проектом стіни печі двошарові: вогнетривкий шар 120 мм виконано з шамоту класу Б; теплоізоляційний шар 60 мм – з діатомової цегли. Для дослідження температурних полів та втрат теплоти через футеровку при експлуатації печі авторами розроблено двомірну математичну модель теплопровідності через плоску стінку для нестаціонарного температурного стану. Результати. З використанням математичної моделі виконано чисельні розрахунки для печі базової конструкції та трьох варіантів реконструкції її футеровки. Реконструкція передбачає заміну цегляної футеровки печі на футеровку, виконану з мулітокремнеземістого волокна МКРВ-340, товщиною 180, 120 та 60 мм, відповідно до варіанту реконструкції, що розглядається. Визначено зміну теплових втрат та розподілу температур в футеровці, обчислено витрати палива та його вартість, що витрачаються на покриття теплових втрат, а також масу та вартість футеровки. Наукова новизна роботи полягає у виявленому взаємозв’язку між конструктивними та експлуатаційними показниками печі, а практична значущість роботи – в розроблених рекомендаціях щодо вибору раціональної товщини шару футеровки печі із мулітокремнеземістого волокна в залежності від очікуваного терміну експлуатації теплового агрегату.
Розробка АСК режимом дуття кільцевої печі при його збагаченні технологічним киснем
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2024) Михайловський, Микола Володимирович; Гупало, Олена В’ячеславівна; Єгоров, Олександр Петрович; Шибакінський, Володимир Іванович
UKR: Перспективними заходами підвищення енергоефективності кільцевих печей є збільшення температури підігріву повітря шляхом їх переведення на регенеративну систему опалення та утилізації теплоти димових газів і збагачення повітря горіння технологічним киснем. Застосування регенеративних пальникових пристроїв потребує значних інвестицій. В той же час, при наявності надлишків технологічного кисню і обмеженій інвестиційній можливості підприємства доцільним є реалізація технології нагрівання металу при збагаченому киснем повітрі. Досліджено теплову роботу кільцевої печі трубопрокатного цеху № 4 ПАТ «Інтерпайп НТЗ», яка працює на атмосферному та збагаченому киснем повітрі. Розглянуто два варіанти організації змішування технологічного кисню з атмосферним повітрям: 1) після підігріву атмосферного повітря в рекуператорі; 2) перед рекуператором з наступним підігрівом в рекуператорі суміші атмосферного повітря та технологічного кисню. Для впровадження заходу розроблено температурний режим роботи печі на збагаченому киснем повітрі. На основі аналізу техніко-економічної ситуації на підприємстві рекомендовано здійснити варіант змішування підігрітого атмосферного повітря з технологічним киснем після рекуператора. Опрацьовано алгоритм керування таким комбінованим дуттям кільцевої печі. З урахуванням вимог технічного завдання розроблено відповідну систему керування з використанням мікропроцесорного обчислювального комплексу. За результатами комп’ютерного моделювання керування співвідношенням «газ-повітря-кисень» вибрані закони регулювання і визначені налаштування регуляторів витрати палива, підігрітого повітря і технологічного кисню, що забезпечують заданий тепловий режим нагрівальної кільцевої печі. Визначено, що з використанням в кільцевій печі наявного ресурсу технологічного кисню 2000 м3/год можливо збільшити концентрацію кисню у повітрі дуття до 33,6 %. Це забезпечує підвищення енергоефективності печі та економію палива до 18 %. Річний економічний ефект від впровадження заходу складе майже 10 млн. грн. Результати роботи можуть бути базою для створення автоматизованої системи керування (АСК) комбінованим дуттям кільцевої печі.