DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-120-145
Чайка Олексій Леонідович, к.т.н., с.н.с., зав. лабораторією, лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, 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., лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, 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
Муравйова Ірина Геннадіївна, д.т.н., с.н.с., пров.н.с., відділ металургії чавуну, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-5926-7787. E-mail: irinamuravyova@gmail.com
Гармаш Лариса Іванівна, к.т.н., с.н.с., відділ металургії чавуну, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-6873-6685. E-mail: larysagar@gmail.com
Москалина Андрій Олександрович, к.т.н., н.с., лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, 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., лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. Email: vitalii.lebid@gmail.com
Ізюмський Микола Микитович, к.т.н., мл.н.с, лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-5164-4450. Email: izumnick@gmail.com
Джигота Марина Георгіївна, провідний інж., лабораторія теплотехніки і енергозберігаючих технологій (ТЕТ), відділ металургії чавуну, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-3062-5127
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ТА ПЕРСПЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ, ЩО ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ЗМЕНШЕННЯ ВИКИДІВ ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ ДЛЯ СУЧАСНИХ ТА ПЕРСПЕКТИВНИХ УМОВ ВИРОБНИЦТВА ЧАВУНУ В УКРАЇНІ
Анотація. У статті обговорюються результати теплоенергетичного та ексергетичного розрахунків можливостей нових та існуючих технологій зменшення викидів діоксиду вуглецю та витрати коксу, збільшення виробництва чавуну за рахунок вдування в горн різних паливних добавок – ПВП, водню, мазуту, природного, коксового та угарного газу, 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 паливних добавок та їх комбінацій в широкому діапазоні, використання металодобавок та зміни технологічних параметрів роботи доменної печі. 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. Встановлено граничні значення вдування різних паливних добавок у горно доменній печі, які визначаються такими факторами: ступенем прямого відновлення заліза, теоретичною температурою горіння, наявністю технічного кисню та температурою колошникового газу. 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/10.52150/2522-9117-2024-38-120-145
Посилання для цитування: Аналіз існуючих та перспективних технологій доменної плавки, що забезпечують зменшення викидів діоксиду вуглецю для сучасних та перспективних умов виробництва чавуну в Україні / О. Л. Чайка, Б. В. Корнілов, І. Г. Муравйова, Л. І. Гармаш, А. О. Москалина, В. В. Лебідь, М. М. Ізюмський, М. Г. Джигота // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 120-145. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-120-145.
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
3. 25-я сессия конференции ООН по изменению климата. Мадрид. 2019. URL: https://unfccc.int/event/cop-25
4. 26-я сессия конференции ООН по изменению климата. Глазго. 2021. URL: http://surl.li/zpltla
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. DOI: 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
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. Nathan Barrett, Subhasish Mitra, Hamid Doostmohammadi, Damien O’dea, Paul Zulli, Sheng Chew, Tom Honeyands. Assessment of Blast Furnace Operational Constraints in the Presence of Hydrogen Injection. ISIJ International. 2022, Vol. 62 Iss. 6, P. 1168-1177.
17. Martino Guilherme, Marchal Emmanuel. The environmental impacts of hydrogen injection in a blast furnace. Консалтинговая фирма, Бразилия. October 07, 2021. https://www.cassotis.com/insights/environmental-impacts-hydrogen-blast-furnace (дата звернення: 26.10.2023).
18. Металлургия чугуна: Учебник для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Ю.С.Юсфина. М. : ИКЦ «Академкнига», 2004, 774 с.
19. Готлиб А. Д. Доменный процесс. М. : Металлургия, 1958. 510 с.
20. Рамм А. Н. Современный доменный процесс. М. : Металлургия, 1980. 304 с.
21. Павлов М. А. Исследование плавильного процесса доменных печей Климковского завода. Горный журнал. 1994. Т. 3. С. 265.
22. 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.
23. Рамм А. Н. О необоснованной критике принципа Грюнера. Сталь. 1965. № 8. С. 686–689.
24. Лозовой В. П., Шаркевич Л. Д. Прямое восстановление железа в современном доменном процессе. Сталь. 1995. № 3. С. 8–10.
25. 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.
26. 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.
27. 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.
28. Prospects for the Use of Hydrogen and Hyd rogen-Containing Additives to Reduce CO2 Emissions and to Improve the Performance of Blast Furnace Smelting. Chaika O., Kornilov B., Myravyova I., Moskalyna A., Lebid V., Ivancha M. (2024). Science and Innovation, 20(5), 35–52. https://doi.org/10.15407/scine20.05.035
