Особливості утилізації теплоти низькотемпературних відхідних димових газів доменних повітронагрівачів
| dc.contributor.author | Грес, Леонід Петрович | uk_UA |
| dc.contributor.author | Гупало, Олена В'ячеславівна | uk_UA |
| dc.contributor.author | Каракаш, Євген Олександрович | uk_UA |
| dc.contributor.author | Єрьомін, Олександр Олегович | uk_UA |
| dc.contributor.author | Перетятько, Є. В. | uk_UA |
| dc.date.accessioned | 2026-01-16T11:56:16Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Л. Грес: ORCID 0000-0002-5343-3438; О. Гупало: ORCID 0000-0003-3145-9220; Є. Каракаш: ORCID 0000-0003-3833-2396; О. Єрьомін: ORCID 0000-0001-8306-578X; Є. Перетятько: ORCID 0009-0009-2026-2239 | uk_UA |
| dc.description.abstract | UKR: З метою досягнення температури дуття вище 1080 °С для опалення повітронагрівачів зазвичай використовується доменний газ, збагачений природним. Це призводить до значних витрат природного газу. Альтернативою використання природного газу є підігрів компонентів горіння (доменного газу та атмосферного повітря) перед спаленням за рахунок утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів. Впровадження такої системи утилізації димових газів на ПАТ “Запоріжсталь” у 2004 році дозволило економити близько 30 млн. м3/рік природного газу та досягти температури дуття 1180-1230 °С. Проте, незважаючи на низьку температуру димових газів на вході в теплообмінники 260-280°C, їх термін експлуатації виявився малим (2,3-3,5 років для повітряного та 8,2-8,5 років для газового теплообмінників). Основною причиною низької стійкості теплообмінників виявилася низькотемпературна сірчанокислотна корозія сталі, з якої виконано трубчатку. Метою даної роботи є визначення впливу зміни початкових параметрів доменного газу і температури підігріву компонентів горіння на показники роботи доменних повітронагрівачів та удосконалення існуючої системи утилізації теплоти відхідних димових газів ПАТ “Запоріжсталь”. Досліджено вплив зміни початкової температури доменного газу на його вологість, теплоту згоряння та калориметричну температуру. Визначено, що підвищення температури газу з 30 до 60 °С призводить до значного зростання його вологості (з 32 до 176 г/м3 та з 34 до 189 г/м3 при повному тиску газу, відповідно, 111,132 та 102,973 кПа), що, у свою чергу, спричиняє зменшення теплоти згоряння доменного газу на 13 % та калориметричної температури на 9 %. Для досягнення температури під куполом повітронагрівачів 1350°C при підігріві доменного газу до 180 °С необхідна температура повітря горіння взимку складає 120-190 °С, а влітку 150-310 °С. При спаленні доменного газу утворюються оксиди сірки, які реагуючі з водяною парою, утворюють пари сірчаної кислоти, що містяться в продуктах згоряння. Визначено, що для умов доменних повітронагрівачів температура точки роси сірчаної кислоти знаходиться в межах 118-130°C. Виявлено, що низький термін експлуатації теплообмінників існуючої системи утилізації теплоти димових газів повітронагрівачів обумовлено вмістом сірки в сталі труб та кислим середовищем конденсату. Визначено, що існуюча система утилізації теплоти має низку недоліків, серед яких найвагомішим є відсутність заходів з попередження виникнення корозії металевої трубчатки теплообмінників. Запропоновано удосконалену систему утилізації теплоти, що передбачає використання трьох секцій у кожному теплообміннику, вертикальне розміщення труб та потрійну систему забезпечення мінімальної температури димових газів вище температури точки роси парів сірчаної кислоти. Розроблено конструктивні рішення, які забезпечують можливість очищення трубчатки теплообмінників та заміну їх секцій, найбільш вразливих до корозії. Запропонована система дозволяє збільшити міжремонтний термін експлуатації теплообмінників у 2-3 рази, підвищити середню температуру гарячого дуття на 50-60°C та забезпечити зниження собівартості виробництва чавуну. | uk_UA |
| dc.description.abstract | ENG: The aim of achieving the air-blast temperature exceeding 1080 °С for heating hot-blast stoves typically involves the use of blast furnace gas (BFG) enriched with natural gas. This practice leads to significant natural gas consumption. An effective alternative to using natural gas is to preheat the combustion components (BFG and atmospheric air) by utilising the heat of the waste flue gases of the hot-blast stoves. The implementation of such a flue gas heat recovery system at PJSC "Zaporizhstal" in 2004 enabled savings of approximately 30 million m3/year of natural gas and allowed the air-blast temperature to reach 1180-1230°. However, despite the low temperature of the flue gases at the heat exchanger inlet (260-280°C), their service life proved to be short (2.3-3.5 years for the air heat exchanger and 8.2-8.5 years for the gas heat exchanger). The primary cause of the low durability of the heat exchangers was determined to be low-temperature sulphuric acid corrosion of the steel tubes. The aim of this research is to determine the impact of changes in the initial parameters of the BFG and the preheating temperature of the combustion components on the performance indicators of the hot-blast stoves, and to improve the existing waste heat recovery system of PJSC "Zaporizhstal". The study investigated the effect of changes in the initial BFG temperature on its humidity, calorific value, and calorimetric temperature. It was determined that raising the gas temperature from 30 °C to 60°C leads to a significant increase in its humidity (from 32 to 176 g/m3 and from 34 to 189 g/m3 at total gas pressures of 111.132 and 102.973 kPa, respectively). This, in turn, causes a reduction in the BFG's calorific value by 13% and the calorimetric temperature by 9 %. To achieve a temperature under the hot-blast stove dome of 1350°C with the BFG preheated to 180°C, the required combustion air temperature is 120-190°C in winter and 150-310°C in summer. Upon combustion of the BFG, sulphur oxides are formed, which react with water vapour to create sulphuric acid vapours contained within the combustion products. It was established that, under the conditions of hot-blast stoves, the sulphuric acid dew point temperature ranges between 118-130°C. It was found that the short service life of the heat exchangers in the existing waste heat recovery system is due to the sulphur content in the steel of the tubes and the acidic nature of the condensate. Furthermore, the existing heat recovery system was identified as having a number of drawbacks, the most critical of which is the lack of measures to prevent corrosion of the metal tubes. An improved heat recovery system is proposed, which involves the use of three sections in each heat exchanger, vertical tube placement, and a triple regulation system to ensure the minimum allowable flue gas temperature remains above the sulphuric acid vapour dew point. Structural solutions have been developed to enable the cleaning of the heat exchanger tubes and the replacement of the sections most susceptible to corrosion. The proposed system is projected to increase the heat exchangers' inter-repair service life by 2-3 times, raise the average air-blast temperature by 50-60°C, and ultimately ensure a reduction in the cost of iron production. | en |
| dc.identifier.citation | Грес Л. П., Гупало О. В., Каракаш Є. О., Єрьомін О. О., Перетятько Є. В. Особливості утилізації теплоти низькотемпературних відхідних димових газів доменних повітронагрівачів. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. Дніпро, 2025. № 39. С. 175–194. DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-10. | uk_UA |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-10 | en |
| dc.identifier.issn | 2522-9117 (Print) | |
| dc.identifier.issn | 2786-6149 (Online) | |
| dc.identifier.uri | https://jrn.isi.gov.ua/?page_id=5739 | en |
| dc.identifier.uri | https://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/21515 | en |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро | uk_UA |
| dc.rights | Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | en |
| dc.subject | утилізація теплоти | uk_UA |
| dc.subject | теплообмінники | uk_UA |
| dc.subject | доменні повітронагрівачі | uk_UA |
| dc.subject | сірчанокислотна корозія металу | uk_UA |
| dc.subject | heat recovery | en |
| dc.subject | heat exchangers | en |
| dc.subject | blast furnace stoves | en |
| dc.subject | sulfuric acid corrosion of metal | en |
| dc.subject | КЕТтаОП | uk_UA |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY | en |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY::Chemical engineering | en |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY::Chemical engineering::Metallurgical process and manufacturing engineering | en |
| dc.title | Особливості утилізації теплоти низькотемпературних відхідних димових газів доменних повітронагрівачів | uk_UA |
| dc.title.alternative | Features of Heat Recovery of Low-Temperature Flue Gas from Blast Furnace Stoves | en |
| dc.type | Article | en |