DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-158-174

Чайка Олексій Леонідович, к.т.н., с.н.с., зав. лабораторією, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-1678-2580. E-mail: chaykadp@gmail.com

Корнілов Богдан Володимирович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-5544-3023. E-mail: balesan2209@gmail.com

Москалина Андрій Олександрович, к.т.н., н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-9552-2853. E-mail: moskalina.aa@gmail.com

Лебідь Віталій Васильович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.

Ізюмський Микола Микитович, к.т.н., с.н.с, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-5164-4450

Джигота Марина Георгіївна, провідний інж., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-3062-5127

АНАЛІЗ СКОРОЧЕННЯ ВИКИДІВ ВУГЛЕКИСЛОГО ГАЗУ З ДОМЕННОЇ ПЕЧІ В УМОВАХ ВИКОРИСТАННЯ ПЕРСПЕКТИВНИХ ТА ІСНУЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ

Анотація. У статті обговорюються результати теплоенергетичного та ексергетичного розрахунків можливостей нових та існуючих технологій скорочення викидів діоксиду вуглецю та зниження витрати коксу, збільшення виробництва чавуну за рахунок вдування в горн водню та водневмісних паливних добавок (коксовий та природний газ), застосування металодобавок, збільшення температури дуття, теплових втрат та покращення газорозподілу в доменній печі. Розрахунки виконані з використанням розробленої в ІЧМ НАНУ математичної моделі повного енергетичного балансу доменної плавки, виконано оцінку впливу потенціалу нових та існуючих технологій на зменшення викидів СО₂ та техніко-економічні показники доменної плавки при зміні витрати пиловугільного палива, водню та водневмісних паливних добавок та їх комбінацій широкому діапазоні. Встановлено граничні значення вдування водню та водневмісних паливних добавок у горн доменній печі, які визначаються такими факторами: ступенем прямого відновлення заліза, теоретичною температурою горіння, наявністю технічного кисню та температурою колошникового газу. Результати дослідження показали, що викиди СО₂ у доменному виробництві можна знизити на 25–30% за рахунок внесення змін до технології доменної плавки і залежать від інвестицій, сировинної та енергетичної бази металургійного підприємства, рівня існуючої технології доменної плавки. Розглянуто вплив маловитратних заходів щодо збільшення температури дуття, застосування чистих металодобавок, зменшення теплових втрат та покращення газорозподілу у доменній печі на скорочення викидів діоксиду вуглецю та техніко-економічні показники доменної плавки. Результати можуть бути корисними для визначення економічної доцільності того чи іншого заходу щодо зниження викидів СО₂ у доменному виробництві.

Ключові слова: домена піч, декарбонізація, природний газ, коксовий газ, витрата коксу

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-158-174

Посилання для цитування: Аналіз скорочення викидів вуглекислого газу з доменної печі в умовах використання перспективних та існуючих технологій доменної плавки / О. Л. Чайка, Б. В. Корнілов, А. О. Москалина, В. В. Лебідь, М. М. Ізюмський, М. Г.Джигота // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. С. 158-174. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-158-174

Перелік посилань

1. Чайка О. Л., Корнілов Б. В., Меркулов О. Є., Москалина А. О., Лебідь В. В., Ізюмський М. М. Аналіз тенденцій розвитку уявлень та технологій, спрямованих на зменшення емісії діоксиду вуглецю в доменному виробництві. Метал і лиття України. 2022. № 2 (329). С. 8–19.
2. Парижское соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН. Париж. 2015. URL: https://unfccc.int/sites/default/files/russian_paris_agreement.pdf (дата звернення: 26.10.2023).
3. 25-я сессия конференции ООН по изменению климата. Мадрид. 2019. URL: https://unfccc.int/event/cop-25 (дата звернення: 26.10.2023).
4. 26-я сессия конференции ООН по изменению климата. Глазго. 2021. URL: https://unfccc.int/ru/peregovornyy-process-i-vstrechi/parizhskoe-soglashenie/klimaticheskiy-pakt-glazgo/itogi-ks-26-voprosy-otchyotnosti#eq-9 (дата звернення: 26.10.2023).
5. Buergler T., Kofler I. Direct Reduction Technology as a Flexible Tool to Reduce CO₂ Intensity of Iron and Steelmaking. Berg Huettenmaenn Monatsh. 2017. № 162. Р 14–19. https://doi.org/10.1007/s00501-016-0567-2
6. Курунов И. Ф. Современное состояние и ожидаемые мировые тенденции развития металлургии железа. Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия». 2017. № 2. С. 3–11.
7. А. с. 73905 Україна. «Методика розрахунку «Повний енергетичний баланс доменної плавки» / О.В. Бородулін, О.Л. Чайка, О.А. Сохацький, А.О. Москалина. № 73841; заявл. 15.05.17; опубл. 27.10.17, Бюл. № 46. URL: https://ukrpatent.org/atachs/Avt_Pravo_%E2%84%9646_2017.pdf (дата звернення: 26.10.2023).
8. Jan Szargyt, David R. Morris, Frank R. Steward. Exergy analysis of Thermal, chemical and metallyrgical processes. New York, Toronto. 1988. 517 p.
9. Степанов В. С., Степанова Т. Б. О методах расчета кумулятивных затрат энергии и эксергии (на примере производства стали). Промышленная теплотехника. 1990. № 6. С. 65–71.
10. Stepanov V. S. Analisis of energy effecienty of industrial processes. Heidelberg. Springer-Veclag. 1992. 220 р.
11. Степанов В. С., Степанова Т. Б. Эффективность использования энергии. Новосибирск : Наука, 1994. 256 с.
12. Степанов В. С. Анализ энергетического совершенства технологических процессов. Новосибирск : Наука, 1984. 273 с.
13. Айзатулов Р. С., Бородулин А. В., Ковтун А. Ф. Энергетическая и эксергетическая характеристика чугуна. ИЧМ, 1989, 19 с. Деп. рукопись в Черметинформации, 30.11.89, №5311 ‒ ЧМ89.
14. Ижевский В. П. Система учета доменного баланса. ЖРМО. 1912. Ч. 1-я. № 2. С. 180–214.
15. Бородулин А. В., Горбунов А. Д., Романенко В. И., Сущев С. П. Домна в энергетическом измерении. Днепродзержинск : ДГДУ, 2006. 542 с.
16. Готлиб А. Д. Доменный процесс. М. : Металлургия, 1958. 510 с.
17. Рамм А. Н. Современный доменный процесс. М. : Металлургия, 1980. 304 с.
18. Павлов М. А. Исследование плавильного процесса доменных печей Климковского завода. Горный журнал. 1994. Т. 3. С. 265.
19. Красавцев Н. И. Развитие представлений о влиянии прямого и косвенного восстановления на удельный расход кокса в доменных печах. В кн.: «Научные исследования в помощь доменному производству». Днепропетровск, 1960. С. 9–57.
20. Рамм А. Н. О необоснованной критике принципа Грюнера. Сталь. 1965. № 8. С. 686–689.
21. Лозовой В. П., Шаркевич Л. Д. Прямое восстановление железа в современном доменном процессе. Сталь. 1995. № 3. С. 8–10.
22. Chaika A. L., Lebed V. V., Kornilov B. V., Moskalina A. A., Karikov S. A. Heat and Power Analysis of Technologies for Reducing Carbon Dioxide Emissions and Increasing the Energy Efficiency of Blast-Furnace Production. Steel in Translation. 2021. Vol. 51 (1). P. 68–72.
23. Chaika O., Kornilov B., Alter M., Lebid V., Izumskyi M., Moskalyna A., Naboka V. Analysis of new and existing technologies for reducing carbon dioxide emissions based on the energy balance of blast furnace. METEC & 6th ESTAD. Düsseldorf, Germany. 12-16 June 2023.
24. Чайка О. Л., Корнілов Б. В., Москалина А. О., Меркулов О.  Є., Лебідь В.  В., Ізюмський М.  М. Дослідження впливу технологій використання ПВП, природного та коксового газу на декарбонізацію доменного виробництва. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2022. Вип. 36. С. 49–66. DOI: 10.52150/2522-9117-2022-36-49-66.