DOI: 10.52150/2522-9117-2025-39-10

Л. П. Грес¹, д.т.н., проф., ORCID 0000-0002-5343-3438
О. В. Гупало^1,*, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0003-3145-9220
Є. О. Каракаш¹, к.т.н., доцент, ORCID 0000-0003-3833-2396
О. О. Єрьомін¹, д.т.н., проф., ORCID 0000-0001-8306-578X
Є. В. Перетятько¹, магістр, ORCID 0009-0009-2026-2239

¹Український державний університет науки і технологій
^*Автор для листування: o.v.gupalo@ust.edu.ua

ОСОБЛИВОСТІ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОТИ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИХ ВІДХІДНИХ ДИМОВИХ ГАЗІВ ДОМЕННИХ ПОВІТРОНАГРІВАЧІВ

Анотація. 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.

Ключові слова: утилізація теплоти, теплообмінники, доменні повітронагрівачі, сірчанокислотна корозія металу.

Посилання для цитування: Особливості утилізації теплоти низькотемпературних відхідних димових газів доменних повітронагрівачів / Л. П. Грес, О. В. Гупало, Є. О. Каракаш, О. О. Єрьомін, Є. В. Перетятько // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2025. Вип. 39. С. 175-194. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2025-39-10

Перелік посилань

Мазур В.Л. Металургія України: стан, конкурентоспроможність, перспективи. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2010. № 2. С. 12-16.
Ямада А. Использование тепла отходящих газов воздухонагревателей доменной печи в Хорохате. Тэцу то хаганэ. 1970. Т. 65. № 4. С. 35.
Кадзикова С., Ониси Д. Утилизация тепла отходящих газов доменных воздухонагревателей с использованием тепловых труб. Се энергии. 1982. Т. 10. № 4. С. 69-73.
Ямасита Я., Ямакаго К. Теплообменники с тепловыми трубами. Мицубиси дэнки гихо. 1982. Т. 2. № 11. С. 27-29.
Система утилизации теплоты отходящих дымовых газов воздухонагревателей доменных печей в проектах ГП Укргипромез / С. А. Карпенко, С. Л. Стасевский, А. Н. Степаненко и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2012. № 1. С. 103-104.
Повышение срока службы системы утилизации теплоты отходящих дымовых газов блока доменных воздухонагревателей / Л. П. Грес, А. Е. Миленина, С. А. Карпенко // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2011. № 2. С. 14-16.
Патент 98741, Україна, С28В 9/00. Пристрій для утилізації тепла відхідних димових газів блоку доменних повітронагрівачів / Л. П. Грес, С. А. Карпенко, О. О. Науменко, О. О. Єрьомін та інші. Заяв. 16.05.2011, опубл. 11.06.2012, Бюл. № 11.
Устранение низкотемпературной кислотной коррозии в системе утилизации теплоты блока доменных воздухонагревателей / Л. П. Грес, С. А. Карпенко, А. А. Науменко, А. О. Еремин // Материалы XVI Международной конференции “Теплотехника и теплоэнергетика в металлургии”, Днепропетровск, Украина, 04-06.10.2011. Днепропетровск : НМетАУ, с. 59-60.
Шатоха В. И. Охрана окружающей среды в доменном производстве: конспект лекций. Днепропетровск : Пороги, 1996. 86 с.
Готлиб А. Д. Доменный процесс. М. : Металлургия, 1966. 505 с.
Остроухов М. Я., Шпарбер Л. Я. Справочник мастера-доменщика. М. : Металлургия, 1977. 304 с.
Кондирал А. С., Котов В. И., Кацман В. Х., Бондаренко П. К. Удаление серы с колошниковыми газами при современной технологии доменной плавки. Бюл. ин-та Черметинформация. 1979. № 20. С. 38-40.
Бенедиктов А. В., Петерс Н. Н., Сердаков Г. С. Измерение температуры точки росы дымовых газов. Промышленная энергетика. 1991. № 9. С. 19-20
Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. Л. : Химия, 1982. 592 с.
Резников М. И., Липов Ю. М. Паровые котлы тепловых электростанций. М. : Энергоиздат, 1981. 240 с.
Клячко Б. И. Коррозия и загрязнение поверхностей нагрева паровых котлов при сжигании сернистых мазутов. Низкотемпературная коррозия. Энергетика за рубежом, БТИ ОРГРЭС, 1962. № 7. С. 5-7.
Щукин А. А. Экономия топлива в черной металлургии. М. : Металлургия, 1973. 272 с.
Магадеев В. Ш. Коррозия газового тракта котельных установок. М. : Энергоатомиздат, 1986. 272 с.
Патент на корисну модель № 158030 Україна. Пристрій для утилізації теплоти відхідних димових газів доменних повітронагрівачів / Верещак В. І., Верещак Д. В., Грес Л. П., Гупало О. В., Каракаш Є. О., Чайка О. Л. // Заявл. 21.12.2023; Опубл. 25.12.2024, Бюл. № 52.

Рукопис надійшов до редакції 11.07.2025
Рекомендовано до друку 21.10.2025
Опубліковано онлайн 01.12.2025