УДК 669.162

Сазонов Сергій Іванович

ЗНИЖЕННЯ ПАЛИВОВИКОРИСТАННЯ МЕТАЛУРГІЙНОГО КОМБІНАТУ НА ОСНОВІ ВДОСКОНАЛЕННЯ ЕНЕРГОТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ ДОМЕННИХ ПЕЧЕЙ

05.16.02 – металургія чорних металів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ –2006

Дисертація є рукописом.

Робота виконана у Національній металургійній академії України.

Науковий керівник | доктор технічних наук, професор

Губинський Михайло Володимирович,

Національна металургійна академія України ,

завідуючий кафедрою промислової теплоенергетики.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, старший науковий співробітник Бородулін Олександр Васильович, Інститут чорної металургії НАН України ;

доктор технічних наук, професор Лялюк Віталій Павлович, Національна металургійна академія України, кафедра металургійних технологій Криворізького металургійного факультету.

Провідна установа | Дніпродзержинський державний технічний університет, м Дніпродзержинськ

Захист дисертації відбудеться “_11__” _квітня_____ 2006 г. о _1230_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 Національної металургійної академії України за адресою 49600, г Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою 49600, г Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий ______6_________березня 2006 року

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 08.084.03, доктор

технічних наук, професор Камкіна Л.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Чорна металургія є найбільш енергоємною галуззю економіки України й має значний потенціал енергозбереження. Досягнутий рівень енергоємності металургійної продукції європейських виробників на 20-40% нижче, ніж на вітчизняних підприємствах. Доля витрат на покупні енергоносії в собівартості продукції складає від 30% до 50% . Це підтверджує, що енергозбереження – є одним з основних напрямків підвищення конкурентноздатності вітчизняної металургійної продукції й зниження техногенного впливу на навколишнє середовище.

Основними споживачами енергоносіїв на металургійному комбінаті є промислові агрегати, пов’язані між собою відповідною технологічною послідовністю. Тому вирішення питання енергозбереження, як правило, пов’язано з вибором режиму роботи як конкретних агрегатів, так і всього комплексу в цілому. Окрім вибору раціонального режиму, необхідно забезпечення його реалізації з використанням діючої системи управління. Насамперед виконання останньої умови й забезпечить отримання конкретного результату.

Впровадження відомих систем глобального оптимуму роботи металургійного комбінату потребує виміру й коректування багатої кількості параметрів у різних технологічних елементах, зміни в структурі підприємства й системі управління ним. Все це заважає реалізації оптимальних режимів на практиці.

Таким чином, у теперішній час та на оглядну перспективу для вітчизняних металургійних підприємств актуальною є задача розробки раціональних енергозберігаючих режимів роботи усього металургійного комплексу, що відповідає можливостям практичної їх реалізації, в тому числі й основних споживачів палива - доменних печей.

Зв’язок роботи з науковими програмами і планами. Дисертація виконана у відповідності з державною програмою розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010р (КДНЗ-88-2-94) й тісно пов’язана з планами науково-дослідних робіт Національної металургійної академії України і Алчевського металургійного комбінату (В217-02-2000, № 020/993, 018/1606, Ф007010012) .

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка й впровадження енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату.

Задачі роботи:

- аналіз енергоспоживання металургійного підприємства й постановка задач оптимізації енерготехнологічних режимів роботи металургійного комплексу;

- розробка математичних моделей паливовикористання найбільш енергоємними технологічними агрегатами чорної металургії (доменними печами, блоками повітронагрівачей, вапняково-обпалювальними печами, ТЕЦ-ППС й інщими споживачами доменного газу) ;

- розробка, дослідження й впровадження на практиці оптимальних режимів роботи комплекса доменних печей по мінімуму витрат коксу;

- розробка і дослідження енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату .

Об’єкт дослідження – енерготехнологічні агрегати виробництва чавуну та інші елементи системи виробництва металургійної продукції, що споживають доменний газ.

Предмет дослідження – оптимізація паливоспоживання основними технологічними агрегатами доменного виробництва та всього металургійного комплексу.

Методи дослідження. Моделювання споживання палива основними технологічними агрегатами проводилося на основі статистичної обробки виробничих даних з використанням багатофакторного нелінійного регресійного аналізу. Адаптація математичної моделі вапняково-обпалювальної печі базується на результатах виробничих експериментальних досліджень. Розробка і дослідження раціональних режимів роботи комбінату проводилися за допомогою чисельних розрахунків на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів:

Уточнено рішення задачі оптимального розподілу дуттєвих добавок і продуктивності доменних печей, що враховує технологічні особливості агрегатів на основі багатофакторних нелінійних енерготехнологічних характеристик доменних печей.

Вперше проведено комплексне дослідження впливу температури доменного дуття, використання коксового газу і інших енергозберігаючих заходів на споживання різних видів палива у рамках металургійного комбінату при оптимізації його паливного балансу, зокрема встановлено, що підвищення температури доменного дуття призводить до росту споживання природного газу (в т у.п.) на комбінаті на 20-40% від економії коксу , що буде отримана.

Розроблено новий комплексний показник - коефіцієнт зниження споживання природного газу при впроваджені енергозберігаючих заходів, що дозволяє ранжирувати цехи і агрегати металургійного комбінату по ефективності енергозбереження.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено і впроваджено енергозберігаючі режими роботи доменних печей ВАТ “Алчевський металургійний комбінат”, що забезпечили зменшення споживання коксу на 1 кг/т, природного газу на 5,7м3/т, добавок вугілля - на 2,16 кг/т з економічним ефектом 5855283 грн. в 2004 році.

Розроблено раціональні режими розподілу доменного, природного і коксового газу між основними енерготехнологічними елементами системи виробництва металургійної продукції на ВАТ “Алчевський металургійний комбінат”.

Створено оптимізаційну модель, що дозволяє визначати енергозберігаючі режими роботи доменного цеха і комбіната у цілому.

Особистий внесок здобувача. Експериментальні і теоретичні дослідження, що наведені у дисертаційній роботі, виконані під керівництвом та при безпосередній участі автора разом з співробітниками ВАТ “Алчевський металургійний комбінат” та Національної металургійної академії України. В наукових трудах автора, що виконані разом з співавторами, особистий вклад міститься: в проведенні статистичних досліджень та розробці математичних моделей 2,3,4,5,8; в постановці задачі оптимізації паливного балансу 1; в розрахунковому рішенні і аналізі отриманих результатів оптимізації роботи доменних печей, в промисловому впровадженні оптимальних режимів роботи6; в оптимізації розподілу газового палива між споживачами 7 .

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися на:

-

-

-

-

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в 8 друкованих роботах, зокрема: 3 – статі в спеціалізованих наукових журналах, 4 – в збірниках наукових праць, 1 – у збірнику тез доповідей. 7 робот опубліковано у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України.

Структура роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків й додатків. Загальний об’єм роботи становить 131 сторінку, 38 таблиць, 24 рисунка, 7 додатків . Список використаної літератури складає 94 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані цілі і задачі дисертації, а також основні наукові та практичні результати. Визначено особистий вклад автора й надані данні про апробацію роботи.

В першому розділі роботи на основі системного підходу виконано аналіз структури енерговитрат при виробництві металопродукції, особливостей управління енергоспоживанням на вітчизняних підприємствах. Результати аналізу показали можливість розгляду задачі оптимізації паливного балансу підприємства як основи енергозберігаючих режимів роботи комбінату.

Аналіз публікацій по оптимізації роботи металургійних підприємств наукових колективів УкрГІПРОМЕЗ, МЕІ, Центренергочермет, ІЧМ, УПІ показав, що досягнутий науковий рівень дозволяє вирішувати складні оптимізаційні задачі з великою кількістю параметрів, які керуються та оптимізуються. Однак напрямок глобалізації в вирішені задач оптимізації з розробкою найбільш ефективних рішень одночасно потребує зміни великої кількості параметрів в різних технологічних елементах. Відповідно це потребує взаємопов’язаної роботи всіх елементів системи й керування ними, що і є, на наш погляд , основною перешкодою при реалізації оптимальних планів в діючих умовах виробництва.

Аналіз споживання палива на комбінаті і фінансових витрат на його придбання дозволив сформулювати задачу вибору енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату як послідовне вирішення двох задач оптимізації:

·

·

В основу створення оптимізаційних моделей покладені енерготехнологічні характеристики - залежності витрат енергії від продуктивності і інших технологічних параметрів роботи агрегату чи цеху. Енерготехнологічні характеристики - багатофакторні нелінійні моделі споживання палива, які враховують особливості реальних умов виробництва: реальні показники сировини, суб’єктивні фактори, технічні характеристики обладнання і його стан, особливості технології. Такий підхід забезпечує надійність отриманих результатів.

У другому розділі роботи наведені результати математичного моделювання споживання палива основними елементами системи виробництва металургійної продукції відповідно до умов ВАТ “Алчевський металургійний комбінат”. Енеротехнологічна система включала: три доменні печи и блоки повітронагрівачів до них, котли ТЕЦ-ППС, вапняково-обпалювальні печи, нагрівальні печі, відділення нагрівальних колодязів обтискного цеха.

Статистичні дослідження масивів даних о роботі цехів і агрегатів за п’ятирічний період показали, що доцільно використовувати зв’язки абсолютних показників, що забезпечить підвищення якості вибіркових даних у порівнянні з використанням відносних показників.

У зв’язку з цим у якості незалежних параметрів для визначення витрат коксу доменними печами використовувалися продуктивність печі, витрати кисню, витрати природного газу и температура дуття. Вид енерготехнологічної характеристики представляв собою поліном другого ступеня:

(1)

Статистичний аналіз виборки і отриманої залежності дозволив уточнити вид зв’язків і визначити коефіцієнти рівняння регресії в виді:

Коефіцієнти рівняння регресії

Піч №3 | 15940 | 0,496 | -0,225 | -13,04 | 0 | 0 | 0

Піч №4 | 14636 | 0,453 | 0 | -9,24 | 0 | 0 | 0

Піч №5 | 0 | 1,071 | -2,195 | -12,40 | -3,60·10-6 | 1,51·10-4 | 0

Коефіцієнт детермінації для характеристик усіх печей перевищує 0,90. Величина стандартної помилки складає от 2,5% до 5,6%.

Для визначення виходу доменного газу на кожній печи були отримані статистичні залежності кількості і хімічно зв’язаної теплоти доменного газу від основних технологічних параметрів доменної плавки. Коефіцієнт детермінації склав більш 0,93 для всіх печей, стандартна помилка - 5% - 7%.

Особливістю моделі паливоспоживання доменними повітронагрівачами явилося те, що у якості показника продуктивності використано здобуток витрат дуття на його температуру, окрім цього враховувався вплив витрат природного газу. Отримані енерготехнологічні характеристики в дослідженому діапазоні параметрів для печі №3 і печі №5 носили лінійний характер, а печи №4 - квадратичний (табл. 1).

При розробці моделі ТЕЦ –ППС розглядалися два варіанти характеристик: визначена на основі реальних даних споживання палива, паропродуктивності і складу паливної суміші (табл. 1) та отриманої на основі оптимального розподілу доменного газу між котлами.

Для нагріву метала перед пластичною деформацією в прокатних цехах комбінату експлуатується 10 методичних печей. Особливість їх роботи полягає у тому, що декілька печей працюють паралельно, обслуговуючи один прокатний стан, який визначає загальну продуктивність. У зв’язку з цим знаходилася сумарна енерготехнологічна характеристика для кожного цеха вцілому. Паралельна робота печей у першому наближені розглядалася як багаторучьова методична піч. Модель споживання палива печами основана на відомій експоненціальній залежності витрат палива від продуктивності і уточнена показником, що визначає склад паливної суміші (табл. 1). В якості такого показника виступає доля природного газу в природно-доменній суміші газів і доля доменного газу при опаленні печей природно - коксо - доменною сумішшю.

Основними факторами, які визначають енергоспоживання відділення нагрівальних колодязів обтискного цеху, є: продуктивність, температура посада, угар металу, тривалість простоїв по стану, теплова доля доменного газу в енерговитратах на нагрів, різниця в технічному стані колодязів. Стабільна робота обтискного цеху з високими температурами посада привели до того , що коливання в питомих витратах палива за останні роки практично були відсутні. Тому енерготехнологічна характеристика відділення нагрівальних колодязів прийняла лінійний характер по відношенню до к продуктивності відділення.

Дефіцит вапна на металургійних підприємствах України обумовлює стабільний характер роботи вапняково-обпалювальних печей: коливання місячної продуктивності не перевищують 7%, а якість вапна практично не змінюється. В вапняково-обпалювальні печі шахтного типа обпалюються природним газом, с подачею рециркулята (продуктів згоряння, що відходять з печі) з метою зниження температури горіння. Таким чином, вапняково-обпалювальні печі є потенційними споживачами доменного газу.

Енерготехнологічна характеристика для вапняково-обпалювальних печей (табл1) отримана на основі математичного моделювання їх роботи. Використана модель шахтної печі, що основана на поділу печі на технологічні зони : зону нагріву вапняку, зону обпалення, зону охолодження вапна. Алгоритм розрахунку містив зональні матеріальні і теплові баланси. Теплофізичні властивості матеріалу прийняті незмінними у кожній зоні. Для адаптації математичної моделі проведені промислові дослідження шахтних вапняково-обпалювальних печей, які дозволили адаптувати модель до реальних умов. Похибка розрахунків споживання палива склала 5-7%.

Результати моделювання показали, що припустимим для виробничих умов є використання природно-доменної суміші з вмістом доменного газу до 70 – 75 % по об’єму. При цьому практично не змінюються умови теплообміну и нема необхідності в реконструкції пальникових пристроїв, форми шахти печи та вентиляторів. З підвищенням долі доменного газу збільшуються питомі витрати умовного палива, що пов’язано на сам перед з ростом втрат з відхідними газами (рис. 1), при цьому споживання природногоТаблиця 1

Моделі споживання палива (енерготехнологічні характеристики) основних елементів системи виробництва

металургійної продукції

Елемент енерготехнологічної системи | Вид

енерготехнологічної характеристики | R2 | Стандартна похибка, %

ТЛЦ1 | | 0,82 | 10,9

ТЛЦ2 | 0,95 | 6,3

СПЦ | 0,8 | 5,3

Обтискний Цех | 0,91 | 3,5

Блок повітронагрівачів доменної печі №3 | 0,75 | 8,2

Блок повітронагрівачів доменної печі №4 | 0,77 | 5,9

Блок повітронагрівачів доменної печі №5 | 079 | 5,9

ТЕЦ-ППС | 0,89 | 3,4

Дільниця вапняково-обпалювальних печей | 0,98 | 1,0

де - коефіцієнти регресії; - продуктивність технологічного агрегату, т/міс; - температура дуття, С; - витрати дуття, тис м 3/міс; - об’ємна доля доменного газу в паливній суміші; - теплова доля природного и доменного газів в паливній суміші; - виробництво пари на ТЕЦ-ППС, т /міс; - витрати палива, тут/міс; - витрати доменного газу, тут/міс.

газу зменшується.

В третьому розділі роботи наведено рішення задачі оптимального розподілу продуктивності, кисню і природного газу між печами доменного цеха. Подібні задачі досліджувалися Товаровським І.Г., Бородуліним О.В., Довгалюком В.П., Спіріним Н.А. та іншими. Дана задача оптимального розподілу продуктивності і дуттьових добавок між печами доменного цеха відрізняється від відомих рішень тим, що:

· в основу створення оптимізаційної моделі положено багатофакторні енерготехнологічні характеристики, які отримані шляхом статистичної обробки даних роботи печей с реальним співвідношенням основних технологічних факторів;

· задача вирішується з метою середньострокового керування паливоспоживанням і визначенням базового енергозберігаючого режиму роботи цеха, а не поточного керування параметрами роботи печей.

Задача оптимізації включала цільову функцію – мінімум споживання коксу в доменному цеху

(2)

і обмеження на задану (планову) продуктивність цеха и продуктивність печей, на обмежені витрати природного газу і кисню в цілому на цех та на кожній печі окремо. Крім того при рішенні використані багатофакторні енерготехнологічні характеристики для кожної печи (1), а також додаткові залежності споживання природного газу від продуктивності печей.

Задача оптимізації вирішувалася чисельним методом з використанням пакета прикладних програм додатку Microsoft Excel. В результаті отримано, що практично у всьому дослідженому діапазоні продуктивності виявлено присутність двох локальних екстремумів (рис 2). При роботі по оптимальному режиму №1 підвищення продуктивності печей проводиться в послідовності: піч №4, далі піч №3, піч №5. При роботі по оптимальному режиму №2 інтенсифікація роботи печей проводиться в зворотному порядку з відповідними змінами дуттьового режиму.

Дослідження потенціалу енергозбереження при впроваджені оптимальних режимів роботи стосовно до умов 2003 року (рис 3) показало можливість зниження споживання коксу на 1,1-1,2% і одночасно зменшення виходу доменного газу та його хімічного потенціалу на 1,5% і 2,6% відповідно. Розробка і реалізація оптимальних режимів роботи доменного цеха у другому півріччі 2004 року показала практичну можливість їх впровадження і дозволила досягнути зниження питомої витрати коксу на 1 кг/т, природного газу - на5,7м3/т, вугілля - на 2,6 кг/т у порівнянні з першим півріччям 2004 р. В результаті отримано економічний ефект 5855283 грн.

В четвертому розділі роботи представлена оптимізаційна модель енергоспоживання металургійним комбінатом, що містить два основних блока: модель матеріального балансу і модель енергоспоживання.

В основу моделі матеріального балансу положено нелінійна модель, що використовує витратні коефіцієнти і послідовний розрахунок виробництва полуфабрикатів на базі заданого об’єму виробництва готової продукції. При розробці моделі витратні коефіцієнти розглядалися як функції сортаменту і продуктивності кожного цеха. Таким чином, отримана система рівнянь, що дозволяє розраховувати потребу в переробному чавуні, сталевих зливках, заготовці і слябах для двох листопрокатних цехів. Результати розрахунків свідчать, що стосовно до умов 2003р. погрішність визначення матеріального балансу для всіх продуктів виробництва не перевищує 2%.

Оптимізаційна модель споживання газового палива енерготехнологічними агрегатами і цехами, що використовують доменний газ, включає наступні елементи:

· цільову функцію - суму витрат природного газу агрегатами і цехами, які використовують доменний газ

, (3)

· обмеження на споживання доменного газу з урахуванням оптимального розподілу продуктивності між доменними печами

, (4)

· обмеження на споживання коксового газу прокатними цехами

. (5)

Величини витрат природного, доменного и коксового газів, які входять в цільову функцію (3) і обмеження (4) і (5) визначали на основі балансових співвідношень, заданої теплоти згоряння палива и енерготехнологічних характеристик агрегатів и цехів (табл. 1).

На основі реальних даних о виробництві продукції в 2003 році, провели розрахунки балансів споживання доменного, природного и коксового газів, котрі показали, що погрішність розрахунків газового балансу не перевищує 3%. Абсолютна похибка визначення балансів природного и доменного газів має той же порядок .

На базі оптимізаційної моделі, досліджено вплив технологічних параметрів, виробничих факторів, показників паливоспоживання агрегатів на паливний баланс комбінату при роботі по раціональним режимам.

Зміна температури доменного дуття одночасно вливає як на продуктивність печі і витрати коксу, так і на споживання доменного и природного газів при опаленні повітронагрівачів та на виробництво пари ТЕЦ-ППС. При цьому споживання газового палива також пов’язано з оптимальним його розподілом між іншими споживачами.

Дослідження впливу температури доменного дуття проводилося в діапазоні 1000…1100C при базовій продуктивності комбінату. В якості вихідного параметра розглядалося відношення росту витрат природного газу на комбінаті до зниження витрат коксу . Граничні значення цього показника при підвищенні температури дуття від 1000 C до 1100C на всіх печах складає = 0,38. Тобто біля 40% палива, що було зекономлено в виді коксу (в тут), повинно бути додатково використано в виді природного газу на опалення котлів, кауперів і других агрегатів – споживачів доменного газу. Дослідження показали, що для різних печей цей показник може коливатися від 0,23 до 0,43, при цьому з підвищенням ефективності зниження витрат коксу він зростає. Враховуючи це, економічний ефект від скорочення споживання кожної тони коксу відповідно знижується на 20,8% в цінах 2003 року.

Вплив втрат доменного газу на свічі на зміну паливного балансу комбінату пов’язано в першу чергу зі зниженням витрат доменного газу на ТЕЦ – ППС і відповідним підвищенням споживання природного газу. Таким чином, додаткові витрати покупного палива визначаються коефіцієнтом заміни доменного газу на природний в котлах ТЕЦ, величина котрого складає 0,49. Відповідно підвищення втрат доменного газу на 1000м3 приводить до росту витрат природного газу на 54 м3 .

Отримана оптимізаційна модель дозволяє однозначно ранжирувати заходи з енергозбереження і може бути використана при оцінці ефективності кожного з них. В якості показника ефективності пропонується використання коефіцієнта зниження витрат природного газу, що представляє собою відношення зменшення витрат природного газу на комбінаті до зниження споживання палива елементом енерготехнологічної системи

. (6)

Максимальна величина коефіцієнта свідчить о найбільшому ефекті від впровадження енергозберігаючих заходів. Результати розрахунків, проведені для умов базового режиму, показали (рис.4), що найбільший ефект може бути досягнуто при зниженні споживання палива в прокатних цехах. Так, зменшення витрат палива в ТЛЦ1 на 1 кг у.п., дозволить зекономить більш 3 кг у.п. в виді природного газу. Це пов’язано в первую чергу з тим, що зниження витрат палива в прокатних цехах супроводжується зміною складу природно – коксо - доменної суміші та перерозподілом доменного і коксового газу між споживачами.

Дослідження оптимальних режимів роботи показало, що при підвищенні споживання коксового газу на кожний додатковий кубометр відбувається економія от 1,25м3 до 0,88м3 природного газу. Такий ефект пов’язаний з додатковою економією природного газу за рахунок зниження витрат палива в нагрівальних печах та перерозподілом доменного газу між повітронагрівачами і ТЕЦ-ППС. Потенційний ефект економії природного газу при оптимальному розподілі газового палива між споживачами складає більш 30% по відношенню до базового режиму.

Дослідження енергозберігаючого режиму роботи комбінату з урахуванням використання доменного газу в вапняково-обпалювальних печах показало , що зміна газового балансу пов’язана з перерозподілом доменного газу між ТЕЦ і вапняково-обпалювальних печами. Очікуване зниження споживання природного газу складає 100-400 тут/міс.

ВИСНОВКИ

В дисертації вирішена важлива науково-технічна задача визначення енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату на основі оптимізації роботи доменних печей і паливного балансу комбінату з використанням багатофакторних нелінійних енерготехнологічних характеристик основних цехів і агрегатів. Розроблені режими пройшли промислову апробацію. Проведені дослідження дозволяють зробити наступні узагальнення та висновки:

1. Системний аналіз споживання палива на комбінаті і фінансових витрат на його придбання дозволив сформулювати рішення задачі вибору енергозберігаючих режимів роботи підприємства як послідовне вирішення двох задач :

·

·

2. На основі багатофакторного регресійного аналізу отримані нелінійні енерготехнологічні характеристики доменних печей , блоків повітронагрівачів і інших технологічних агрегатів металургійного комбінату, що споживають доменний газ, котрі враховують реальні умови виробництва, показники сировини, суб’єктивні фактори, технічний стан обладнання.

3. На основі математичного моделювання і промислових досліджень визначені залежності споживання палива шахтними вапняково-обпалювальними печами від продуктивності і об’ємної долі доменного газу в паливній суміші, можливий діапазон зміни котрої досягає 75%.

4. Стосовно до умов доменного цеха Алчевського металургійного комбінату вирішена задача оптимізації режимів роботи комплексу доменних печей по мінімуму витрат коксу і проведена оцінка їх ефективності. Встановлено, що у всьому дослідженому діапазоні продуктивності доменного цеха існує два локальних екстремума. Оптимальні режими роботи доменного цеха можуть бути досягнуті при підвищенні продуктивності печей в наступній послідовності: піч №4, далі піч №3, піч №5 (оптимальний режим №1) чи в зворотному порядку (оптимальний режим №2).

5. Впровадження оптимальних режимів роботи доменного цеха в другому півріччі 2004 року показало практичну можливість їх реалізації і дозволила досягти зниження питомих витрат коксу на 1 кг/т, природного газу – на 5,7м3/т, вугілля - на 2,6 кг/т у порівнянні з першим півріччям 2004 року. В результаті отримаю економічний ефект 5855283 грн.

6. На основі рішення задачі оптимального розподілу доменного газу між споживачами розроблені і досліджені енергозберігаючі режими роботи металургійного комбінату. В тому числі:

· визначені кількісні данні о впливі температури нагріву доменного дуття на зміни споживання коксу і природного газу на підприємстві; в дослідженому діапазоні параметрів підвищення температури дуття приводить до росту споживання природного газу на 20-40% від отриманої економії коксу (в тут), в результаті чого економічна ефективність від зниження витрат коксу зменшується в середньому на 20%;

· встановлені величини додаткових витрат природного газу, що пов’язані з ростом втрат доменного газу на свічі, при умовах базового режиму роботи (додаткові фінансові витрати на придбання природного газу складають 25%);

· встановлено додатковий ефект зниження витрат природного газу шляхом його заміни коксовим в зв’язку з зменшенням споживання доменного газу нагрівальними печами і його перерозподілом між елементами системи (потенціал економії природного газу за рахунок підвищення поставок коксового газу складає більш 30% по порівнянню з базовим режимом роботи).

7. Розроблено новий комплексний показник - коефіцієнт зниження витрат природного газу при впровадженні енергозберігаючих заходів, що дозволяє ранжирувати цехи і агрегати металургійного комбінату по ефективності енергозбереження.

Позначення: - коефіцієнти рівняння регресії; продуктивність i-го технологічного агрегату (елемента системи), т/мес; - температура дуття, С; - витрати дуття тис м 3; - об’ємна доля доменного газу в паливній суміші; - теплова доля природного газу в паливній суміші; - виробництво пари на ТЕЦ-ППС, т /міс; - витрати умовного палива i-им елементом системи тут/мес; - втрати доменного газу тут/міс, - коефіцієнт зниження витрат природного газу i-им елементом системи, тут/тут.

Індекси : КОМБ, ТЛЦ1, ТЛЦ2,СПЦ, ОБЖ, ИОП, ДЦ, ТЭЦ, ВН – комбінат, товстолистовий цех№1, товстолистовий цех №2, сортопрокатний цех, обтискний цех, дільниця вапняково-обпалювальних печей, доменний цех, ТЕЦ-ППС, блок повітронагрівачів; 3, 4, 5 - номера доменних печей; ДУТ – доменне дуття.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Сазонов С.И., Цкитишвили Э.О., Губинский М.В. Влияние эффективности использования доменного газа на энергосбережение металлургического комбината// Металлургическая теплотехника: Сб. научн. тр. НМетАУ.- Днепропетровск, 2004.- С. 102-109.

2. Сазонов С.И., Шевченко Г.Л., Федоров О.Г. Оптимизация режимов работы группы котельных агрегатов ТЭЦ-ПВС// Металлургическая теплотехника: Сб. научн. тр. НМетАУ.- Днепропетровск, 2004.- С. 109-115.

3. Сазонов С.И. Моделирование использования топлива при производстве чугуна на Алчевском металлургическом комбинате// Интегрированные технологии и энергосбережение.- 2002.- №2.-С. 82-85

4. Расчет эксплуатационных показателей известково-обжиговых печей/ В.Н. Бойко, О.Г.Федоров, С.И.Сазонов, С.Н.Форись // Металлургическая и горнорудная промышленность – 2003.-№3.-с 110 –113

5. Федоров О.Г., Бойко В.Н., Сазонов С.И., Форись С.Н Определение теплотехнологических показателей работы газовых шахтных известково-обжиговых печей//Сб. “Вопросы тепломассообмена, энергосбережения и экологии в теплотехнологических процессах”.- Иваново,2003,- С.68-69.

6. Губинский М.В., Сазонов С.И., Шевченко Г.Л. Оптимизация топливного баланса – основа энергосбережения металлургического предприятия.// Сучасні проблеми металургії. Наукові праці, Т7.-Днепропетровск:Системні технології, 2004. - С.4-11.

7. Сазонов С.И., Губинский М.В. Исследование рациональных энерготехнологических режимов работы металлургического комбината на основе оптимизации его топливного баланса// Металлургическая теплотехника: Сб. научн. тр. НМетАУ.-Днепропетровск, 2005.-С.281-294

8. Сазонов С.И., Форись С.Н., Федоров О.Г. Эффективность замены природного газа доменным при отоплении шахтных известково-обжиговых печей// Теория и практика металлургии.-2005.-№4.С.7-10

АНОТАЦІЯ

Сазонов С.І. “Зниження паливовикористання металургійного комбінату на основі вдосконалення енерготехнологічних режимів роботи доменних печей ”.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.16.02.- металургія чорних металів. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ-2006.

Дисертаційна робота присвячена розробці енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату на основі оптимізації роботи доменних печей і паливного балансу комбінату з використанням багатофакторних нелінійних енерготехнологічних характеристик основних цехів і агрегатів.

На основі системного аналізу енерговитрат при виробництві металопродукції сформульована задача вибору енергозберігаючих режимів роботи металургійного комбінату як послідовність вирішення двох задач :мінімум витрат коксу в доменних печах при виконанні заданої виробничої програми і мінімум витрат природного газу споживачами, що використовують доменний газ.

Рішення задач оптимізації засновано на використанні енерготехнологічних характеристик агрегатів і цехів комбінату - багатофакторних нелінійних статистичних залежностях споживання палива від продуктивності і основних технологічних параметрів процесів.

Встановлено, що при реалізації оптимального розподілу продуктивності і дуттєвих добавок між доменними печами зниження споживання коксу складає 1,1-1,2% з одночасним зменшенням виходу доменного газу і його хімічного потенціалу на 1,5% - 2,6% .

На основі рішення задачі оптимального розподілу доменного газу між споживачами розроблені і досліджені енергозберігаючі режими роботи металургійного комбінату. В тому числі визначені кількісні данні о впливі температури доменного дуття на зміни споживання коксу і природного газу на підприємстві; в дослідженому діапазоні параметрів підвищення температури дуття приводить до росту споживання природного газу на 20-40% від отриманої економії коксу (в т у.п.).

Розроблено новий комплексний показник - коефіцієнт зниження витрат природного газу при впровадженні енергозберігаючих заходів, що дозволяє ранжирувати цехи і агрегати металургійного комбінату по ефективності енергозбереження.

Впровадження оптимальних режимів роботи доменного цеха у другому півріччі 2004 року показало практичну можливість їх реалізації.

Ключові слова: доменна піч, металургійний комбінат, енергозберігаючий режим, енерготехнологічна характеристика, задача оптимізації, споживання коксу, природний газ.

Сазонов С.И. “Снижение топливопотребления металлургического комбината на основе совершенствования энерготехнологических режимов доменных печей ”.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05,16,02.- металлургия черных металлов Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск,-2006.

Диссертационная работа посвящена разработке энергосберегающих режимов работы металлургического комбината на основе оптимизации работы доменных печей и топливного баланса комбината с использованием многофакторных нелинейных энерготехнологических характеристик основных цехов и агрегатов.

На основе системного анализа энергозатрат при производстве металлопродукции сформулирована задача выбора энергосберегающих режимов работы металлургического комбината как последовательное решение двух задач оптимизации: минимум расхода кокса в доменных печах при выполнении заданной производственной программы и минимум расхода природного газа потребителями, использующими доменный газ.

Решение задач оптимизации основано на использовании энерготехнологических характеристик технологических агрегатов и цехов комбината – многофакторных нелинейных регрессионных зависимостях расхода топлива от производительности и основных технологических параметров процессов.

Установлено, что при использовании оптимального распределения производительности и дутьевых добавок между доменными печами снижение потребления кокса составит 1,1-1,2% с одновременным уменьшением выхода доменного газа и его химического потенциала на 1,5% - 2,6% .

На основе решения задачи оптимального распределения доменного газа между потребителями разработаны и исследованы энергосберегающие режимы работы металлургического комбината. В том числе: определены количественные данные о влиянии температуры подогрева доменного дутья на изменение потребления кокса и природного газа на предприятии - увеличение температуры дутья приводит к росту потребления природного газа на 20-40% от полученной экономии кокса (в тут).

Разработан новый комплексный показатель - коэффициент снижения расхода природного газа при внедрении энергосберегающих мероприятий, позволяющий ранжировать цехи и агрегаты металлургического комбината по эффективности энергосбережения.

Внедрение оптимальных режимов работы доменного цеха во втором полугодии 2004г. показало практическую возможность их реализации.

Ключевые слова: доменная печь, металлургический комбинат, энергосберегающий режим, энерготехнологическая характеристика, задача оптимизации, потребление кокса, природный газ.

Sazonov S.I. “Reduction of fuel consumption at a metallurgical plant resulting from power technology regimes for blast furnaces improvement”.- Manuscript.

Dissertation seeking the Candidate of Sciences (Technology) degree in specialty 05.16.02.- Ferrous metallurgy – National metallurgical academy of Ukraine, Dnipropetrovsk - 2006.

The dissertation research is devoted to the development of fuel saving regimes at a metallurgical plant on the basis of blast furnace operation and fuel balance optimization applied to multifactor non-liner power technology characteristics of the main shops and units.

The systemic analysis of energy consumption in metal production is used for setting the task of selecting energy saving regimes of the metallurgical plant operation as a consecutive solution of two optimization tasks: minimum consumption of coke in blast furnaces under a given manufacturing program and minimum consumption of natural gas by the consumers utilizing blast gas.

Solution of optimization tasks takes into account power technology characteristics of the plant shops and units reflected in multifactor nonlinear regressive correlations between fuel consumption efficiency and principal technological parameters of processes.

It has been stated that optimum distribution of efficiency and blasting additions among blast furnaces brings about coke consumption reduction by 1.1 – 1.2 % and simultaneous reduction of the output of blast gas and its chemical potential by 1.5 - 2.6 %. Solving the task of the optimum distribution of blast gas among the consumers resulted in development and research into the energy saving regimes of metallurgical plant operation. Within the frames of this tasks, it was essential to get the data describing the influence of temperature blast heating on coke and natural gas consumption which demonstrated that the increase of the blasting temperature results in the growth of natural gas consumption that comprises 20-40% from the obtained coke economy.

A new complex characteristic has been suggested – coefficient of natural gas consumption reduction related to energy saving policy implementation which makes it possible to rank shops and units of the metallurgical plant according to their energy saving efficiency.

Incorporating optimum regimes of the blast furnace shop operation in the second half of the year 2004 proved the ultimate viability and feasibility of these regimes.

Key words: blast furnace, metallurgical plant, energy saving regime, power technology characteristics, optimization task, сoke consumption, natural gas.