
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГО-ПАРНИКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОКСОВЫХ И БЕСКОКСОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ ЧУГУНА И СТАЛИ

Работа №	102110
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	металлургия
Объем работы	24
Год сдачи	2016
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	125

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Введение

Актуальность темы исследования
Металлургический комплекс играет значительную роль в экономическом развитии страны. В металлургии расходуется большинство из всех энергетических ресурсов, используемых в промышленности. Значительная доля этих ресурсов приходится на черную металлургию.
В черной металлургии функционирует наряду с традиционным аглодоменным процессом ряд развивающихся бескоксовых технологий. Важным аспектом их деятельности является экономия энергетических ресурсов, и в связи с этим большую актуальность приобретает сравнительный анализ технологий по такому важному показателю энергосбережения как энергоёмкость выпускаемой продукции. С расходованием энергоресурсов тесно связаны так называемые выбросы парниковых газов в атмосферу, влияющие на климатические условия на планете. Необходимость и конкретные цифры снижения выбросов парниковых газов в нашей стране обоснована в докладах Президента Российской Федерации В. В. Путина на VII сессии Генеральной Ассамблеи ООН и на XXI Конференции по климату (2015 год), что еще раз подчеркивает актуальность данного исследования.
Об актуальности работы также свидетельствует Федеральный закон от 21 июля 2014 года № 219-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные Законодательные акты Российской Федерации». В этом законе определена необходимость формирования банка наилучших доступных технологий, нацеливающих предприятия как на экономию энергоресурсов, так и на предотвращение негативного воздействия на окружающую среду.
Степень разработанности проблемы
Проблемы экономии энергоресурсов в промышленности, и, в частности, в черной металлургии рассматривались и развивались в ряде научных школ. Так, в представлении Уральской научной школы, важным инструментом решения данной проблемы является сквозной энергоэкологический анализ (СЭЭА) технологических процессов (ТП), органически сочетающий рассмотрение тесно связанных энергетических и экологических характеристик. В рамках данной научной школы проанализирован целый ряд ТП черной металлургии.
Тем не менее, развитие металлургических процессов, появление целого ряда альтернативных бескоксовых процессов требует активного продолжения использования методов СЭЭА для оценки их особенностей и преимуществ в этом важном аспекте.
С определением эмиссии парникового газа СО2 (наиболее характерного для черной металлургии) связаны работы по инвентаризации этих газов.
Цели и задачи работы
На основании вышеизложенного были сформулированы цели настоящей работы:
1. Определение и сравнительная оценка энергетических характеристик и характеристик эмиссии парникового газа СО2 (парниковых характеристик) традиционных (коксовых) и альтернативных (бескоксовых) процессов производства чугуна и стали. Выявление рангов процессов по этим характеристикам и наиболее экономичных и экологически совершенных альтернативных процессов.
В рамках поставленных целей сформулированы следующие задачи:
1. Усовершенствовать методику СЭЭА с разработкой методики парникового анализа ТП производства чугуна и стали.
2. Уточнить модели эмиссий СО2 в натуральном и энергетическом представлении для процессов производства чугуна и стали, пригодных для сравнения сочетаний различных процессов по значению эмиссии СО2.
3. Разработать методики парникового анализа ТП и модели интегральных эмиссий СО2 в натуральном и энергетическом представлении для процессов производства чугуна и стали с целью сравнения сочетаний различных процессов.
4. Провести ранжирование ТП по энергоёмкости и углеродному следу в натуральном и энергетическом представлении и их сумме, т. е. в рамках оценки наилучших доступных технологий. В частности провести оценку особенностей прямого легирования стали ванадием (ЛП-В) в ряду процессов производства чугуна и стали.
5. Разработать показатели степени воздействия на окружающую среду - индикаторы устойчивого развития - процессов производства чугуна и стали, связанных с эмиссией СО2. С помощью этих индикаторов выявить наилучших доступных технологий.
6. Разработать новые процессы получения легированной ванадием стали с более полным использованием вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - новых модификаций процесса ЛП-В и анализом энергоёмкости продукции.
7. Разработать и проанализировать с энергопарниковой точки зрения новые устройства получения стали, характеризуемые более полным использованием ВЭР в самих процессах - новых модификаций процесса ЛП-В производства легированной ванадием стали с электродуговой плавкой и анализом энергоёмкости продукции.
Научная новизна
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
• усовершенствована методика СЭЭА (Лисиенко В. Г. и др.) с ведением новых структурных элементов: технологического амортизационного число (ТАЧ) и технологического парникового число (ТПЧ);
• разработана методика определения интегральной эмиссии СО2 в ТП, при-годная для сравнительного анализа различных вариантов технологий;
• предложена новая методика определения сквозной эмиссии СО2 или угле-родного следа, основанная на использовании теории графов;
• представлены результаты сравнительных энергетических и парниковых исследований процессов производства чугуна и стали;
• предложены индикаторы устойчивого развития, основанные на относительных параметрах: сквозной эмиссии СО2, себестоимости и энергоёмкости стали, получаемой в различных сочетаниях процессов производства чугуна, стали, губчатого железа, металлизованных окатышей (МО);
• разработаны новые способы производства легированной ванадием стали.
Теоретическая и практическая значимость
В работе усовершенствована методика энергетического анализа и разработана методика определения эмиссии парникового таза СО2 в применении к традиционному аглодоменному и альтернативным бескоксовым процессам, в том числе предложены индикаторы устойчивого развития.
Практическая значимость определяется рекомендациями по оценке энерго-экологических характеристик процессов производства чугуна и стали, выявлением наиболее эффективных в этом плане процессов.
Предложенный методический подход к определению углеродного следа может быть использован для комплексной оценки экологической и технической эффективности вновь создаваемых и реконструируемых предприятий разработчиками и проектировщиками металлургических предприятий.
Анализ различных процессов производства чугуна, губчатого железа и стали позволяет выявить перспективные направления модернизации с целью снижения эмиссии СО2.
Разработаны новые процессы производства стали - процесс ЛП-В.
Результаты работы использованы при анализе ТП, а также в учебном процессе, в частности, при чтении учебных курсов «Управление и информатика в энергосбережении и экологии», «Математическое моделирование объектов и систем управления».
Методология и методы исследования
Методологической основой являлся метод СЭЭА, дополненный и усовершенствованный в части сквозного энергетического анализа (СЭА) и развитый в части парникового анализа - определение эмиссий СО2 в процессах выплавки чугуна и стали.
Для анализа процессов применена теория графов. Использованы методики сравнительного анализа рассматриваемых процессов с применением специально усовершенствованного программного обеспечения (ПО).
Объектами исследования явились как традиционный аглодоменный процесс, так и альтернативные бескоксовые (в том числе и разработанные при участии автора) металлургические процессы.
Положения, выносимые на защиту
На защиту автором выносятся:
1) Усовершенствованная методика энергетического анализа при введении в его структуру ТАЧ и ТПЧ, позволяющие перевести амортизационные отчисления (АО) и ущерб от эмиссии парниковых газов в энергетические параметры.
2) Методика определения интегральной эмиссии СО2 в ТП, предназначенная для сравнительного анализа различных видов технологий производства чугуна и стали.
3) Методика вычисления сквозной эмиссии СО2 углеродного следа, основанная на использовании теории графов.
4) Результаты энергетического и парникового (эмиссий СО2) анализов различных сочетаний коксовых и бескоксовых процессов в металлургии с использованием разработанных математических моделей (ММ) и алгоритмов и ранжированием этих процессов. При этом выделено шесть типов (цепочек) металлургических процессов в соответствии с механизмом образования СО2. Для этих типов разработаны ММ, позволяющие оценить эмиссию СО2 соответствующего процесса. С использованием этих ММ проведены исследования различных металлургических процессов.
5) Новые модификации процесса ЛП-В.
Степень достоверности полученных результатов
Достоверность полученных результатов определяется применением современных методов СЭЭА.
При проведении расчетов использовались известные показатели ТП (аглодоменное производство, процесс Ромелт, М1бгех, НуЬ-3). В ряде случаев проведен сравнительный анализ с известными энергетическими показателями (аглодоменный процесс, процесс Ромелт).
Апробация результатов работы
Результаты работы представлялись на региональных, всероссийских и международных конференциях, в том числе: V Международная научно-практическая конференция «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология. Безопасность технологических процессов» (Москва, 2010); IX Международный симпозиум «Проблемы экоинформатики» (Москва, 2010); XVI Международная конференция «Теплотехника и энергетика в металлургии» (Днепропетровск, 2011); VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Л8’2011. Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2011); Международная научная конференция «Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии» (Магнитогорск, 2012); Международная научно-практическая конференция «Металлургия: технологии, инновации, качество» (Новокузнецк, 2015).
Публикации
По результатам диссертационного исследования опубликованы 24 научные работы, в том числе 12 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК России; 2 патента на полезные модели; 10 статей в научных журналах и сборниках материалов всероссийских и международных конференций.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 8-ми глав, заключения, списка использованных источников и 4-х приложений. Содержит 186 страниц основного текста, 52 рисунка, 72 таблицы. Список использованных отечественных и зарубежных источников включает 136 наименований. Приведены результаты расчетов: в приложении А - эмиссии СО2 при легировании стали феррованадием, в приложении Б - материальные и энергетические балансы запатентованного нового устройства производства стали, в приложение В - расходы в процессе прямого легирования стали (ЛП) при производстве 1 т стали, в приложении Г помещены копии актов об использовании результатов исследования.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Усовершенствована методика СЭА и разработана методика парникового анализа процессов производства чугуна и стали введением параметров, преобразующих экономические показатели в энергетические: энергетического эквивалента АО в форме ТАЧ и введением энергетического эквивалента сквозной эмиссии СО2 в форме ТПЧ. ТПЧ разделено на три типа: ТПЧП, ТПЧТ и ТПЧС. Выявлены связи между ТТЧ и ТПЧ. Оценена сквозная энергоёмкость ряда бескоксовых металлургических процессов: твердофазных с получением МО, в том числе ванадийсодержащих; жидкофазных с получением чугуна и последующего получения стали в ЭДП или в КК. При этом уточнена энергоёмкость отдельных составляющих процессов. Выявлено, что альтернативные бескоксовые процессы по уровню энергоёмкости получаемой стали с использованием ЭДП вполне конкурентоспособны с традиционным аглодоменным процессом, а в случае эффективного использования ВЭР даже его превосходят.
2. В результате анализа ТП по производству чугуна и стали предложена классификация металлургических ТП на основе механизмов образования интегральной эмиссии СО2 процесса с целью разработки формул - ММ - для вычисления значений этих эмиссий. Выделено шесть типов металлургических процессов. Каждому типу процесса соответствует конкретная ММ.
3. Разработаны методики определения интегральных сквозной эмиссии парникового газа - СО2 - по количеству сгоревшего углерода в топливе, выгоревшего углерода из шихты, разложившихся карбонатов Са и Мд - с целью проведения сравнения различных сочетаний металлургических процессов, на выходе которых получается сталь.
4. Предложена и применена методика для оценки индикаторов устойчивого развития по углеродному следу - по сквозной эмиссии СО2 - различных сочетаний переделов производства чугуна и стали, на выходе которых получается сталь. В основу методики положены формулы и компактная табличная модель для вычисления себестоимости сочетаний переделов. Приведено сравнение различных процессов по значениям индикаторов по углеродному следу, энергоёмкости и себестоимости продукции и найдены предпочтительные процессы.
5. Разработаны и запатентованы новые устройства для производства стали с использованием металлизованного железорудного сырья и жидкого чугуна (две полезные модели).
6. Наименьшими значениями сквозной эмиссии СО2 (углеродного следа) при производстве стали обладают тандемы Нук-3 + ЭДП и М1йгех + ЭДП. Тандем ДП + ЭДП с точки зрения углеродного следа лучше традиционного тандема ДП + КК.
7. Установлено, что по сквозной эмиссии СО2 разработанные устройства ЛП-В занимают 10-ое и 11-ое места среди исследованных тандемов. Процесс ЛП- В имеет ранг 12. Таким образом, разработанные устройства имеют меньшую сквозную эмиссию СО2 по сравнению с ЛП-В. При этом на их выходе получается качественная ванадиевая сталь, что свидетельствует о достоинствах этих устройств. Установлено, что процессы получения легированной ванадием стали с использованием феррованадия занимают последнее место по энерго-парниковым параметрам из 13-ти возможных. Данное обстоятельство свидетельствует о пре-имуществах технологии ЛП-В в схемах процессов, изложенных в данной работе.
8. Результаты работы внедрены на ОАО «Уралтрансмаш» при разработке проекта реконструкции литейного цеха ПТК 820. Материалы работы использовались в ООО «Уральский центр энергосбережения и экологии» при решении вопросов энергосбережения и экологической безопасности и на ПАО «Синарский трубный завод» в части определения энергоёмкости продукции и оценки углеродного следа. Методики расчетов СО2 в процессах производства чугуна и стали внедрены в учебном процессе кафедры «Автоматика» ИРИТ-РтФ УрФУ.

Литература

1. Лаптева, А. В. Энергоэкологический анализ выплавки никелевого штейна в шахтной печи и печи Ванюкова / З. Г. Салихов, В. Г. Лисиенко, А. Е. Пареньков, Ф. Л. Скуридин, А. В. Лаптева // Цветные металлы. - 2008. - № 1. - С. 101-104 (0,375 п. л. / 0,075 п. л.)
2. Лаптева, А. В. Энергетические возможности бескоксовых технологий производства чёрных металлов / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, А. В. Лаптева // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. - 2008. - № 9. - С. 56-61 (0,625 п. л. / 0,208 п. л.)
3. Лаптева, А. В. Оценка энергоэффективности альтернативных бескоксовых металлургических технологий / В. Г. Лисиенко, А. Е. Пареньков, А. В. Лаптева // Сталь. - 2009. - № 2. - С. 72-77 (0,625 п. л. / 0,208 п. л.)
4. Лаптева, А. В. Сравнительный эколого-парниковый анализ альтернативных бескоксовых процессов производства чугуна и стали / В. Г. Лисиенко, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Металлург. - 2011. - № 7. - С. 40-45 (0,625 п. л. / 0,208 п. л.)
5. Лаптева, А. В. Математические модели косвенных оценок эмиссии СО2 в некоторых металлургических процессах / Ю. Н. Чесноков, В. Г. Лисиенко,
А. В. Лаптева // Сталь. - 2011. - № 8. - С. 74-77 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
6. Лаптева, А. В. Разработка графов эмиссии диоксида углерода металлургическими предприятиями / Ю. Н. Чесноков, В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева. // Металлург. - 2012. - № 12. - С. 23-26 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
7. Лаптева, А. В. Анализ возможности снижения расходов топлива, эмиссии диоксида углерода и получения углеродных инвестиций на примере предприятий Свердловской области / В. П. Ануфриев, В. Г. Лисиенко, А. П. Кулигин,
A. В. Лаптева, Ю. Н. Чесноков, Ю. К. Маликов, Т. П. Рыжова // Металлург. - 2013. - № 4. - С. 24-29 (0,625 п. л. / 0,089 п. л.)
8. Лаптева, А. В. Оценка углеродного следа при выплавке стали в электродуговой печи / Ю. Н. Чесноков, В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева // Металлург. - 2013. - № 9. - С. 23-26 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
9. Лаптева, А. В. Исследование конкурентоспособности по углеродному следу продукции различных сочетаний металлургических переделов /B. П. Ануфриев, В. Г. Лисиенко, Н. В. Стародубец, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Экономика и предпринимательство. - 2013. - № 10. - С. 312-316 (0,5 п. л. / 0,1 п. л.)
10. Лаптева, А. В. Анализ энергоёмкости и эмиссии CO2при различных сочетаниях коксовых и бескоксовых процессов при производстве стали /
B. Г. Лисиенко, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Металлург. - 2015. - № 5. -
C. 18-24 (0,75 п. л. / 0,25 п. л.)
11. Лаптева, А. В. Сравнительная эмиссия парникового газа CO2 в переделах черной металлургии / В. Г. Лисиенко, Ю. Н. Чесноков, В. В. Луговкин, А. В. Лаптева // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2015.- № 9. - С. 625-629 (0,5 п. л. / 0,125 п. л.)
12. Лаптева, А. В. Показатели конкурентоспособности продукции различных сочетаний металлургических переделов с учётом их углеродного следа / В. Г. Ли- сиенко, В. В. Криворотов, Д. Б. Берг, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Вестник УрФУ. Серия экономика и управление. - 2015. - № 6. - С. 868-884 (2 п. л. / 0,4 п. л.)
Патенты:
13. Пат. 132076 Российская Федерация. Устройство для производства стали с использованием металлизированного железорудного сырья и жидкого чугуна / Чесноков Ю. Н., Лисиенко В. Г., Лаптева А. В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина". - № 2012RU-U145581; заявл. 25.10.12; опубл. 10.09.13, Бюл. № 69. - 96 с. (1,125 п. л. / 0,375 п. л.)
14. Пат. 156072 Российская Федерация. Устройство выплавки легированной ванадием стали с использованием металлизированного железорудного сырья / Чесноков Ю. Н., Лисиенко В. Г., Лаптева А. В. ; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина". - № 2015RU-U111966; заявл. 01.04.15; опубл. 27.10.15, Бюл. № 79. (1,125 п. л. / 0,375 п. л.)
Другие публикации:
15. Лаптева, А. В. Энергетические проблемы развития технологий производства чёрных металлов / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, А. В. Лаптева // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Чёрная металлургия». - 2008. - № 8. - С. 60-67 (0,875 п. л. / 0,292 п. л.)
16. Лаптева, А. В. Сравнительная энергоэффективность технологических процессов / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, А. В. Лаптева // Труды V Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология. Безопасность технологических процессов». - М.: МИСиС, 2010. - С. 126 (0,125 п. л. /0,042 п. л.)
17. Лаптева, А. В. Сравнительный эколого-парниковый анализ альтернативных бескоксовых процессов / В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева // Труды V Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология. Безопасность техно-логических процессов». - М.: МИСиС, 2010. - С. 127-133 (0,75 п. л. / 0,375 п. л.)
18. Лаптева, А. В. Сравнительный эколого-парниковый анализ металлургических бескоксовых процессов / В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева // Материалы IX Международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». - М.: МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2010. - С. 113-116 (0,375 п. л. / 0,188 п. л.)
19. Лаптева, А. В. Энергоёмкость и энергоэкологоёмкость бескоксовых металлургических процессов / В. Г. Лисиенко, Я. М. Щелоков, А. В. Лаптева // Материалы IX Международного симпозиума «Проблемы экоинформатики». - М.: МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2010. - С. 144-147 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
20. Лаптева, А. В. Методика расчета эмиссии диоксида углерода коксохимического процесса / Ю. Н. Чесноков, В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева // Сборник научных трудов XVI Международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии». - Днепропетровск: НМетАУ, 2011. - С. 215-217 (0,25 п. л. / 0,083 п. л.)
21. Лаптева, А. В. Оценка эмиссии диоксида углерода по технологическому топливному числу / Ю. Н. Чесноков, В. Г. Лисиенко, А. В. Лаптева // Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции «Инженерная экология». - М.: МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2011. - С. 37-40 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
22. Лаптева, А. В. Развитие методики вычисления эмиссии диоксида углерода металлургическими предприятиями / В. Г. Лисиенко, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Материалы Международного симпозиума «Инженерная экология - 2013». - М.: МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2013. С. 143-146 (0,375 п. л. / 0,125 п. л.)
23. Лаптева, А. В. Энергоемкость и эмиссия CO2 различных сочетаний переделов при производстве стали / В. Г. Лисиенко, Ю. Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2014. - № 6. - С. 105-111 (0,75 п. л. / 0,25 п. л.)
24. Лаптева, А. В. Технологии обеспечения энергоэкологической эффективности черной металлургии / Я.М. Щелоков, В.Г. Лисиенко, Ю.Н. Чесноков, А. В. Лаптева // Материалы XII Международного симпозиума «Инженерная экология - 2015». - М.: МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2015. - С. 125-128 (0,375 п. л. / 0,094 п. л.)