Математическое моделирование и комплекс программ для решения задач утилизации вторичной энергии отходящих газов металлургических агрегатов струйно-эмульсионного типа

• Автор: Оленников, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБОСНОВАНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Механизм процессов в струйноэмульсионных реакторах.

1.1.1. Процесс и агрегат типа струйноэмульсионный реактор.

1.1.2. Зонные модели.

1.2. Отходящие газы черной и цветной металлургии.

1.3. Задача утилизации энергии отходящих газов металлургических агрегатов

1.4. Обоснование математического объекта исследования

1.5. Постановка задачи создания комплекса математических моделей процессов утилизации энергии отходящих газов.
ГЛАВА 2. ТИПЫ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННЫХ ЗАДАЧ
2.1. Материальный и тепловой баланс в металлургическом процессе
2.2. Уравнения вынужденного движения газов.
2 Удельные потери давления на трение.
2.2.2. Потери давления на местные сопротивления.
2.2.3. Потери давления в узлах котлаутилизатора.
2.2.4. Потери давления в аппарате кипящего слоя
2.2.5. Потери давления в циклоне и группе циклонов.
2.2.6. Потери давления в электрофильтре
2.3. Сложный теплообмен в энергоутилизирующих аппаратах
2.4.Теплоотдача при течении жидкости в трубах
ГЛАВА3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
3.1. Разработка модифицированной математической модели
металлургического агрегата.
3.2 Модель для определения потерь давления на трение
3.3. Разработка комплексной математической модели.котлаутилизатора
3.4. Модель низкопотенциальных теплообменников.
3.5. Модель аппарата кипящего слоя.
3.5.1. Соотношения для расчета параметров агрегата кипящего слоя
3.5.2. Алгоритм расчета коррекции скоростей загрузки и выгрузки материала
3.5.3. Методика расчета расхода газа.
3.6. Критерии оптимизации для выбора оптимального варианта энергоутилизации.
3.7. Алгоритм для выбора оптимального варианта использования вторичной энергии
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Программная реализация модифицированной модели агрегата струйноэмульсионного типа.
4.2. Программная реализация модели для расчета термодинамических и теплофизических параметров.
4.3. Программная реализация модели для потерь давления.
4.4. Программная реализация модели и алгоритма для конструипрования
и выбора оптимального варианта утилизации
4.5. Разработка имитационной обучающей модели кипящего слоя.
4.6. Физическое и математическое моделирование процессов в аппарате кипящего слоя.
4.7. Обоснование адекватности сложных систем, создаваемых из подсистем.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Автору принадлежит: постановка задачи исследований и разработка математических моделей но утилизации энергии отходящих газов металлургических агрегатах струйно-эмульсионного типа; разработка методики минимизации сквозного коэффициента использования энергии исходного топлива, методики оптимизации конструктивных параметров теплоиспользующих агрегатов и конкретных вариантов; проведение вычислительных, натурных экспериментов и анализ результатов; программная реализация имитационных систем на ЭВМ. Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на Второй Всероссийской научно-практической конференции, посвященной -летию кафедры “Информационные технологии в металлургии” (Новокузнецк, ); Четвертой международной научно-технической конференции “Современная металлургия начала нового тысячелетия” (Липецк, ); IX Международной научно-практической конференции: Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах, (Пенза ); Второй Международной научно-практической конференции “Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия в Кузбассе” (Новокузнецк, ); Международной научно-практической конференции “Творческое наследие Б. И.Китаева”, (Екатеринбург, ). Публикации: По теме диссертации опубликовано печатных работ (из них статья в журнале, рекомендованном ВАК для публикаций материалов докторских диссертаций). Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, библиографического списка, включающего 5 наименований, и содержит 9 страниц основного текста, 8 таблиц, рисунка. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы, Заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Валентину Павловичу Цымбалу; коллективам кафедр информационные технологии в металлургии, теплогазоснабжения и вентиляции за помощь и поддержку при выполнении работы. ГЛАВА 1. Современные мощные доменные печи имеют высокий технический уровень, управление процессом детально отработано, расход первичной энергии составляет около 0 кг у. Некоторые показатели доменного процесса в альтернативных вариантах восстановительных процессов ещё не достигнуты. Однако дефицитность кокса, трудности его замены углями более низкого качества постоянно ставят задачи разработки способов восстановления с гораздо меньшим расходом кокса или без его использования. Перспектива представляется в замене кокса в качестве восстановителя дешёвыми видами угля в связи с их большими запасами, чем природного газа. Но для этого необходима разработка новых металлургических процессов. В настоящее время известно [1] достаточно большое количество различных вариантов твердо- и жидкофазных процессов, находящихся на разных уровнях проработки. СЭР) впервые в мировой металлургии была предпринята попытка последовательного использования идей и принципов синергетики (самоорганизации) [2-4]. Этот процесс является дальнейшим развитием эмульсионного процесса- фирмы “ИРСИД” [5, 6], а также, в определенной степени, процессов Согех [7, 8] и Кошек [7-9], которые относятся к процессам жидкофазного восстановления. Шихтовые материалы руда. Рисунок 1. Система шихтоподачи 1 предназначена для транспортировки, смешения и подачи в агрегат в замкнутом режиме под давлением с помощью дозатора 2 пылевидных шихтовых материалов, что позволяет исключить стадии окомко-вания, присущие большинству известных металлургических процессов, и использовать большую реакционную поверхность пылевидных материалов. Главным назначением реакционной камеры 3 является создание газовзве-си с большим (и изменяющимся) объемным газосодержанием, сжигание с недостатком кислорода (конверсия или газификация) природного газа, мазута или пылеугольного топлива, выведение процесса в сильно неравновесное состояние и содержание высокого потенциала давления реакционных газов, что достигается благодаря использованию эффекта критического истечения двухфазной среды в канале 4 в сочетании с изменением газосодержания в камере 3 вследствие торможения и ускорения химических реакций с газовыделением.