Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Повышение экологической и энергетической эффективности работы вагранок на основе разработки и исследования новых способов снижения выбросов окиси углерода и расхода топлива

Диссертация: Повышение экологической и энергетической эффективности работы вагранок на основе разработки и исследования новых способов снижения выбросов окиси углерода и расхода топлива
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработан новый способ повышения эффективности вагранки, заключающийся в снижении реакционной способности кокса с помощью изоляции последнего от газовой атмосферы вагранки путём предварительной пропитки кокса раствором шамотной глиной или готовым плавильным продуктом (чугуном или шлаком), подтверждённый патентом РФ. Экономический эффект от внедрения данного способа в производство составляет… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Анализ существующих способов повышения экологической и энергетической эффективности вагранок и постановка задачи исследований
    • 1. 1. Существующие конструкции вагранок
    • 1. 2. Обоснование необходимости повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
    • 1. 3. Способы повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
      • 1. 3. 1. Способы повышения экологической эффективности вагранок
      • 1. 3. 2. Комплексные способы повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
    • 1. 4. Постановка задачи исследований
  • Выводы по главе
  • 2. Разработка способов повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
    • 2. 1. Постановка задачи
    • 2. 2. Разработка способов повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
      • 2. 2. 1. О влиянии реакционной способности кокса на экологическую и энергетическую эффективность вагранок
      • 2. 2. 2. Способ повышения экологической и энергетической эффективности вагранок с искусственным снижением реакционной способности кокса
    • 2. 3. Способ повышения экологической эффективности вагранок с помощью воздушной завесы загрузочного окна и горелки дожигания
  • Выводы по главе
  • 3. Экспериментальные исследования способов понижения реакционной способности кокса
    • 3. 1. Постановка задачи
    • 3. 2. Описание экспериментальной установки
    • 3. 3. Проведение экспериментов
      • 3. 3. 1. Особенности выполнения опытов
      • 3. 3. 2. Результаты экспериментов
    • 3. 4. Методика обработки экспериментальных данных
      • 3. 4. 1. Моделирование условий протекания реакции
  • С + С02 = 2СО — С) на экспериментальной установке
    • 3. 4. 2. Оценка погрешности определения состава газов по хроматограмме
    • 3. 4. 3. Определение реакционной способности кокса
    • 3. 4. 4. Обработка экспериментальных данных
    • 3. 5. Анализ результатов экспериментов
  • Выводы по главе
    • 4. Математическое моделирование нового способа повышения экологической и энергетической эффективности вагранок
    • 4. 1. Постановка задачи
    • 4. 2. Упрощения математического описания
    • 4. 2. 1. Краткое описание реального объекта
    • 4. 2. 2. Допущения, принятые при переходе от реального слоя к его математической модели
    • 4. 3. Математическое описание теплообмена в слое
    • 4. 4. Решение задачи методом конечных разностей
    • 4. 5. Решение задачи методом прогонки
    • 4. 5. 1. Определение коэффициентов a?, b?, cj, fj
    • 4. 5. 2. Определение коэффициентов прогонки
    • 4. 5. 3. Расчёт температурного поля коксового брикета
    • 4. 5. 4. Расчёт температурного поля чугунной чушки
    • 4. 6. Расчёт температуры продуктов сгорания на входе в слой и на выходе из слоя
    • 4. 7. Разработка алгоритма и программы расчёта
    • 4. 7. 1. Разработка алгоритма расчёта
    • 4. 7. 2. Разработка программы расчёта
    • 4. 8. Учёт зависимости теплофизических характеристик твёрдых тел и газов от температуры
    • 4. 9. Построение и принципы работы подпрограмм-функций определения теплофизических характеристик материалов и газов
    • 4. 10. Определение приведённого коэффициента теплоотдачи в вагранке
    • 4. 11. Построение и принципы работы подпрограммы-функции определения приведённого коэффициента теплоотдачи
    • 4. 12. Определение влияния слоевой разбивки на точность расчётов
    • 4. 13. Результаты расчётов теплообмена в слое
  • Выводы по главе
    • 5. Практическая реализация результатов исследований 123 5.1. Промышленные испытания вагранки с коксом, обладающим искусственно пониженной реакционной способностью
    • 5. 1. 1. Методика проведения экспериментов
    • 5. 1. 2. Результаты испытаний
    • 5. 1. 3. Анализ результатов 132 5.2. Промышленные испытания вагранки с воздушной завесой загрузочного окна и горелкой дожигания окиси углерода СО
    • 5. 2. 1. Методика проведения экспериментов
    • 5. 2. 2. Методика обработки экспериментальных данных
    • 5. 2. 3. Результаты испытаний
    • 5. 2. 4. Анализ результатов
  • Выводы по главе 1
  • Выводы по диссертации
  • Список литературы
  • Приложения

Повышение экологической и энергетической эффективности работы вагранок на основе разработки и исследования новых способов снижения выбросов окиси углерода и расхода топлива (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Литейное производство — основная заготовительная база машиностроения, во многом определяющая его дальнейшее развитие.

Масса литых деталей, по оценкам некоторых специалистов [1,2], достигает 40−80% массы машин, в то время как примерная стоимость не превышает 20% стоимости машин [1].

Наиболее распространённым литейным сплавом, из которого выполняется более 70% отливок, является чугун [1]. Такое положение дел может быть объяснено рядом причин. Во-первых, чугун обладает достаточно высокими литейными качествамиво-вторых, сравнительно дёшеви, наконец, в-третьих, обладает высокими прочностными характеристиками, которые позволяют деталям, отлитым из чугуна, работать в меняющихся условиях, особенно при переменных по направлению нагрузках.

Для плавки чугуна создано и успешно используется достаточно большое количество агрегатов, однако с момента создания (примерно в XVIII веке) и до настоящего времени основой литейных цехов является вагранка: по разным источникам в настоящее время от 70 до 90% всего чугуна выплавляется в вагранках [1,3,4].

Вагранка имеет ряд преимуществ перед другими чугуноплавильными агрегатами: она проста по конструкции и, что не менее важно, в обслуживании, позволяет получать чугун различных марок, может использоваться в составе конвейерных цепочек из-за возможности реализации непрерывного процесса плавки, достаточно экономична и т. д. С теплотехнической точки зрения вагранка, как шахтная печь, обрабатывающая материал в плотном фильтрующем слое (характерными особенностями которого являются высокая удельная поверхность реагирования, противоточная схема движения, открывающая возможность глубокой регенерации. теплоты отходящих газов, низкие потоки теплоты через ограждение и т. д.), теоретически является весьма совершенным агрегатом [5].

Однако, наряду с очевидными преимуществами, изложенными выше, вагранка имеет и ряд недостатков.

Так, например, коксовые и коксогазовые вагранки, составляющие по разным оценкам от 95 до 99% всего парка вагранок Российской Федерации [1], при выплавке около 25 млн. тонн в год жидкого чугуна, потребляют около 3 млн. тонн кокса, на производство которого расходуется до 4.5 млн. тонн в год дорогостоящего высококачественного коксующегося угля [2]. Кроме того, вагранки такой конструкции выбрасывает в атмосферу большое количество пыли и окислов серы, азота, углерода и пр. Установка же очистных сооружений, не дающих к тому же зачастую ожидаемого эффекта, резко увеличивает стоимость выплавляемого в коксовых и коксогазовых вагранках чугуна и, соответственно, снижает их экономическую эффективность.

Использование газовых вагранок, разработка которых в настоящее время ведётся особенно интенсивно, решает как проблему снижения затрат на приобретение топлива (природный газ стоит намного дешевле кокса), так и проблему уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу (продукты сгорания природного газа не содержат пыли и токсичной окиси углерода СО).

Однако, как показали исследования [24], традиционные методы полной замены литейного кокса природным газом приводят не к уменьшению, а к росту общей энергоёмкости процесса производства литейного чугуна в масштабе теплотехнологического комплекса данного производства на 50%.

Из всего вышесказанного представляется правильным сделать вывод о необходимости приложения серьёзных усилий в направлении разработки и исследования новых способов ведения плавки прежде всего в коксовых и коксогазовых вагранках, как наиболее простых и надёжных агрегатах для плавки чугуна, обращая при этом особое внимание на снижение расхода топлива и уменьшение количества вредных выбросов, прежде всего окиси углерода СО, в атмосферу.

Выводы по диссертации:

В результате комплексных исследований вагранок разработаны новые способы ведения плавки, позволяющие снизить выбросы окиси углерода СО и расход топлива, а также разработаны и адаптированы к экспериментам алгоритм и математическая модель расчёта теплообмена в слое ваграночной шихты.

Наиболее существенными результатами выполненной работы являются:

1. Разработан новый способ повышения эффективности вагранки, заключающийся в снижении реакционной способности кокса с помощью изоляции последнего от газовой атмосферы вагранки путём предварительной пропитки кокса раствором шамотной глиной или готовым плавильным продуктом (чугуном или шлаком), подтверждённый патентом РФ. Экономический эффект от внедрения данного способа в производство составляет 281 474 руб/год (в ценах 1998 г.).

2. Разработан новый способ повышения эффективности вагранки, заключающийся в совместном использовании воздушной завесы загрузочного окна и горелки дожигания окиси углерода СО в уходящих газах вагранки. Экономический эффект от внедрения данного способа в производство составил 117 429 рублей (в ценах 1998 г.).

3. Проведены экспериментальные исследования реакционной способности кокса как одного из основных факторов, влияющих на полноту и скорость протекания эндотермической реакции восстановления двуокиси углерода С02 углеродом кокса С до окиси углерода СО.

4. Определено влияние на реакционную способность кокса его пропитки разными веществами. Выявлено, что максимальной из испытанных веществ возможностью снижения реакционной способности кокса обладает водный раствор шамотной глины с соотношением масс глины и кокса примерно 0,3/1.

5. Разработано математическое описание, алгоритм и программа расчёта теплообмена в слое ваграночной шихты, состоящей из совокупности однослойных (чугунные чушки) и двухслойных (куски кокса с оболочкой) тел с учётом зависимости теплофизических свойств от температуры.

6. Вычислительные эксперименты, проведённые с использованием разработанной математической модели, выявили возможность снижения выбросов окиси углерода СО приблизительно на 10% (относительных, при использовании оболочки из шамотной глины), и приблизительно на 63% (относительных, при использовании чугунной оболочки), и расхода топлива приблизительно на 1 и 13%, соответственно.

7. Адекватность разработанной математической модели проверена по результатам промышленных испытаний вагранок, установленных в литейном цехе АО «ИЗТС» .

8. Проведены натурные испытания вагранок АО «ИЗТС» с применением новых способов снижения расхода топлива и выбросов окиси углерода СО.

9. Результаты диссертационной работы приняты отделом главного металлурга АО «ИЗТС» для практической реализации мероприятий по снижению расхода кокса и выбросов окиси углерода СО в атмосферу чугуноплавильными вагранками литейного цеха.

Ю.Комплекс программ для расчёта параметров теплообмена в слое ваграночной шихты принят вычислительным центром.

Инженерно-Физического факультета для использования в учебном процессе студентами кафедры ТЭВП.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.К., Сухарчук Ю. С. Плавка чугуна в вагранках. -М. Машиностроение, 1989. 178 с.
  2. Ю.В., Еринов А. Е. Использование природного газа при плавке чугуна. Киев.: Наукова Думка, 1976. — 288 с.
  3. A.M., Бауман Б. В., Благов Б. Н. Литейное производство: учебник для металлургических специальностей вузов. -2-е изд., перераб. и доп. М. Машиностроение, 1987. — 256 с.
  4. Ю.С., Юдкин А. К. Пути повышения эффективности использования кокса в вагранках // Литейное производство. 1989. -№ 4. — С.23.
  5. А.Д., Кузьмин В. Н., Попов С. К. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах: Учебное пособие для вузов. -М.:Энергоатомиздат, 1990. 176 с.
  6. В.И., Струков В. Н. Опыт работы блока вагранок с использованием тепла ваграночных газов для подогрева дутья // Литейное производство. 1977. — № 2. — С.40.
  7. Об обезвреживании ваграночных газов / А. И. Резник,
  8. B.И.Виноградов, Е. В. Рябко и др. // Литейное производство. 1985. -№ 4. — С.29.
  9. Очистка ваграночных газов в дезинтеграторе / Ф. Е. Дубинская, Н. А. Пантюхов, Г. Ф. Власова и др. // Литейное производство. 1984. -№ 8. — С.32.
  10. Е.В., Портнов A.A., Беляков Б, П. Горение СО в дымовой трубе вагранки // Литейное производство. 1984. — № 2. — С.29.
  11. А.Д., Пронин Б. П., Райхельсон Г. Р. Особенности ваграночной плавки с вторичным дутьем // Литейное производство.- 1981. № 5.1. C.6.
  12. JI.E., Глазман Б. С. Экономия топлива при дожигании ваграночных газов // Литейное производство. 1983. — № 8. — С.32.
  13. Г. Р., Смолянский A.C. Очистка ваграночных газов в системе «вторичное дутье мокрый пылеуловитель» // Литейное производство. — 1983. — № 1. — С.27.
  14. Л.В., Пронин Б. П., Утевский Ю. И. Внедрение вторичного дутья // Литейное производство.- 1982. № 3. — С.27.
  15. Л.Е., Закерничный В. И., Занимон В. Н. Система тонкой очистки ваграночных газов // Литейное производство.- 1982. № 4. -С.31.
  16. В.И., Дилоян А. Г., Сидоренко Г. Н. Плавка чугуна с вдуванием пылеугольного топлива в вагранку // Литейное производство. 1985. — № 5. — С.32.
  17. Установка для дожигания окиси углерода в трубе вагранки / В. П. Бугаев, А. Д. Демченко, В. Д. Бурьян и др. // Литейное производство.- 1985. № 8. — С.32.
  18. H.H., Андронов В. Н. Об эффективности вдувания угольной пыли в горн вагранки // Литейное производство. 1982. — № 1. — С.29.
  19. Опыт реконструкции и эксплуатации вагранок со вторичным дутьем / Д. М. Крымский, А. Т. Дарий, М. Б. Занверь и др. // Литейное производство. 1979. — № 3. — С.27.
  20. H.H., Герасимов Л. А., Шакин Н. И. Эффективность вдувания дополнительного топлива через фурмы вагранки // Литейное производство. 1985. — № 8. — С.28.
  21. Опыт применения кислорода в ваграночной плавке / Е. В. Ковалевич, И. Н. Тимофеев, Е. В. Кривицкий и др. // Литейное производство. 1985. — № 8. — С.ЗО.
  22. Опыт эксплуатации вагранок с расширенной зоной горения / И. Ф. Селянин, Г. Л. Маркс, Н. А. Кудрявцев и др. // Литейное производство. 1989. — № 1. — С.34.
  23. A.c. 1 775 586 СССР, МКИ3 F27 Bl/OO. Способ плавки в вагранке. Опубл. в БИ № 42, 1977.
  24. A.c.582 445 СССР, МКИ3 F27 В1/00. Коксовая вагранка. Опубл. в БИ № 44, 1977.
  25. И.А. Разработка энергосберегающих направлений повышения эффективности чугуноплавильного процесса на основе использования природного газа: дисс. на соиск. учен. степ, к.т.н. -Москва, 1987.-325 с.
  26. Г. П., Кондаков Е. А. Конструкция и расчёт заводских печей и сушил. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М. Машиностроение, 1973. -273 с.
  27. В.А., Чёрный A.A. Современные методы плавки чугуна. -Саратов.: Приволжское книжное издательство, 1973. — 342 с.
  28. Модернизация фурменного пояса вагранки / И. Ф. Селянин, Г. Л. Маркс,
  29. B.И.Шараев и др. // Литейное производство. 1982. — № 5. — С.27.
  30. М.Н., Осипов A.A. Низконапорный скруббер Вентури для очистки ваграночных газов // Литейное производство. 1977. — № 6.1. C.37.
  31. Снижение вредных выбросов из вагранок / А. А. Чёрный, В. А. Грачёв, В. А. Кузьмин и др. // Литейное производство. 1976. — № 5. — С.39.
  32. A.M. Загрязнение окружающей среды выбросами литейных цехов // Литейное производство. 1989. — № 2. — С.28.
  33. Ю.А., Семененко В. В., Цветков В. И. Совершенствование процессов ваграночной плавки чугуна // Литейное производство. 1982. — № 3. — С.2.
  34. B.C. Об экологических проблемах литейного производства // Литейное производство. 1998. — № 1. — С.35.
  35. A.B., Тарасова Т. А. Метод очистки газовоздушных выбросов литейного производства// Литейное производство. 1995. — № 2. — С.35.
  36. С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы (введение в теорию): Учебное пособие. М.: Наука, — 1973. — 400 с.
  37. A.A. Теория разностных схем. 3-е. изд., испр. — М.:Наука, — 1989.-616 с.
  38. Л.М. Металлургические основы ваграночного процесса. -М.:Машгиз, 1960. — 327 с.
  39. А.Н., Гнездов E.H., Сидоров A.B. Расчёт теплообмена в слоевых печах с учётом температурных полей элементов // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «VIII Бенардосовские чтения». Иваново, 1997. — С.223.
  40. ЮдкинА.К. Автореферат диссертации на соискание учёной степени к.т.н. М.:ЦНИИТМАШ, 1968.
  41. Патент 2 110 741 РФ. Способ ведения плавки в вагранке /
  42. A.Н.Коротин, Е. Н. Гнездов, А. В. Сидоров и др. // Опубл. в БИ № 13, 1998.
  43. Теплотехнические расчёты металлургических печей: Учебное пособие для вузов / В. С. Зобнин, М. Д. Князев, Б. И. Китаев и др. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М. Металлургия, — 1982. — 360 с.
  44. Е.И. Металлургические печи. 2-е издание, дополненное и переработанное. — М. Металлургия, — 1975. — 368 с.
  45. ГОСТ 10 089–73. Каменноугольный кокс. Определение реакционной способности. М.:Издательство стандартов, 1994. — 224 с.
  46. Расчёт нагревательных и термических печей: справочное издание /
  47. B.М.Тымчак, М. М. Генкина, В. Л. Гусовский и др- Под редакцией В. М. Тымчака и В. Л. Гусовского. М. Металлургия, — 1983. — 480 с.
  48. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: справочник. М-Л.:Энергия, — 1967. — 240 с.
  49. Совершенствование теплотехнологии ваграночной плавки с целью уменьшения расхода кокса и выбросов окиси углерода / Л. А. Бровкин, А. Н. Коротин, Е. Н. Гнездов и др. // Промышленная энергетика. 1996. — № 8. — С.50.
  50. E.H. Тепловой расчёт чугуноплавильной вагранки на ЭВМ: Учебное пособие / Иван, энерг. инст. им. В. И. Ленина. Иваново: ИЭИ, 1991.-44 с.
  51. Тепло- и массообмен в плотном слое / Б. И. Китаев, В. Н. Тимофеев, Б. А. Боковиков и др. М. Металлургия, — 1972. — 432 с.
  52. А.И., Коростиленко П. А. Плавка и разливка чугуна. -Ленинград. Машиностроение, 1980. — 56 с.
  53. Тепловая работа шахтных печей и агрегатов с плотным слоем / Я. М. Гордон, Б. А. Боковиков, В. С. Швыдкий и др. ММеталлургия, -1989.- 120 с.
  54. Шур А.Б., Шур Ю. А. Математическая модель для исследования динамических характеристик доменного процесса // Проблемы автоматизированного управления доменным процессом: Сборник научных трудов под ред. К. А. Шумилова. Киев, 1977. — 152 с.
  55. Н.М.Бабушкин, Б. А. Боковиков, В. И. Мойкин. Анализ тепловых процессов доменной плавки на основе математической модели / Металлургическая теплотехника, № 8. М. Металлургия, 1979. — 140 с.
  56. О.И., Сухарчук Ю. С., Немцов JI.A. Работа вагранки с расширенной зоной горения // Литейное производство. 1980. — № 7. -С.7.
  57. .И., Ярошенко Ю. Г., Сучков В. Д. Теплообмен в шахтных печах. Свердловск. :Металлургиздат, — 1957. — 279 с.
  58. А.Н., Гнездов E.H., Сидоров A.B. Снижение выбросов окиси углерода при ваграночной плавке // Труды международной конференции «Теплотехника и экология 1996». Днепропетровск, 1996.-С.154.
  59. .И., Ярошенко Ю. Г., Лазарев Б. Л. Теплообмен в доменной печи. М. Металлургия, -1966. — 350 с.
  60. Соловьёв П.В. FORTRAN для персонального компьютера: Справочное пособие. М.:Арист, -1991. — 223 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!