В результате быстрого развития промышленности, транспорта, энергетики резко усилилась антропогенная нагрузка на природу, а также стала очевидной опасность истощения естественных ресурсов, необратимого загрязнения и изменения окружающей среды. Статистические данные свидетельствуют о том, что на планете ежегодно сжигается около 1 млрд тонн условного топлива, выбрасываются в атмосферу десятки миллионов тонн окислов азота и серы (часть из них возвращается в виде т.н. кислотных дождей), более 400 млн тонн золы, сажи и пыли. Загрязнение окружающей среды в последние десятилетия приняли глобольный характер. При этом масштабы загрязнений столь велики, что природа не в силах противостоять им, а естественные способности биосферы к нейтрализации вредных веществ и самоочищению практически исчерпаны. Рациональное использование энергоресурсов позволит сократить расход топлива в промышленности, что в свою очередь снизит выбросы дымовых газов в атмосферу. При правильной организации процесса горения топлива продуктами горения являются H2O и CO2 . Однако зачастую из-за несовершенства очистных сооружений на металлургических заводах в атмосферу попадает значительное количество сернистых соединений и окислов азота. Таким образом, перед нами стоит двойная задача: технико-экономическое обоснование рационализаторских решений и экологический аспект. Задача рационального использования топлива требует решения для всех топливоиспользующих технологий и процессов. Для Украины, являющейся одним из самых больших в мире производителей стали, значительная доля топливно-энергетических ресурсов расходуется при нагреве металла в печах под прокатку. Так, на многих современных агрегатах при нагреве металла под прокатку расход условного топлива достигает 120кг у.т/т , что обусловлено , в том числе и низким r на уровне 0,1-0,3. Расход топлива при заданных параметрах нагрева( марка стали, теплофизические величины, начальная и конечная температура нагрева) определяется этими физическими значениями. На значение расхода топлива большое влияние оказывает коэффициент использования тепла топлива (КИТ).
Существуют следующие меры для увеличения коэффициента использования тепла топлива :
– снижения температуры уходящих из камеры газов, может быть достигнуто за счет усиления теплоотдачи от газов к нагреваемым материалам (повышение светимости факела и усиление конвективной теплоотдачи).
- Снижения количества теплопопотерь в рабочей камере печи.
– повышения коэффициента рекуперации (рост теплообменной поверхности и усиление теплопередачи). Коэффициент рекуперации тепла оказывает существенное влияние на величину КИТ , так как его значение прямым образом зависит от уровня использования тепла отходящих газов.
Одним из наиболее мощных рычагов повышения величины коэффициента использования топлива на современном этапе развития металлургической теплотехники является рост значения коэффициента рекуперации. Подогрев воздуха реализуется при помощи специальных теплообменных аппаратов рекуперативного или регенеративного типа. На практике используются следующие виду рекуператоров: керамические, стальные гладкотрубные, игольчатые, спиральные и т.д. Также для оптимизации работы металлургических печей применяется пульсационный режим подачи смеси на горелку, а также пульсационный режим для подвода продуктов горения в рекуператор. Здесь можно выделить динамическую характеристику работы теплообменника. Как показали расчеты, наибольшая эффективность теплообмена между дымовыми газами и воздухом происходит не при максимальных нагрузках печи. Это значит, что выбрав оптимальный режим работы агрегата можно достичь максимального коэффициента использования топлива , а также уменьшить выбросы в атмосферу. Предложен подход для выбора рациональных конструкций рекуператоров при создании новых печей и реконструкции существующих, базирующийся на уравнениях теплового баланса и теплопередачи в рекуператоре. Необходимо иметь исходные размеры полости для рекуператора , чтобы получить расчетную модель , которая позволит дать оценку эффективности работы любого теплообменника в каждом конкретном случае. При выборе нового теплообменника или анализе работы существующей конструкции на первый план среди прочих критериев выходит эффективность тепловой работы, которая может быть оценена при помощи величины коэффициента рекуперации или энергетического коэффициента.Увеличение коэффициента рекуперации достигается при помощи применения более совершенных поверхностей нагрева и скорости теплообменивающихся сред.Кроме того необходимо иметь ввиду, что рост поверхности теплообмена поверхности рекуператора при прочих равных условиях сопровождается увеличением гидравлического сопротивления дымового тракта, а для случая реконструкции максимальные габариты рекуператора определяются геометрией дымового борова.Эти соображения накладывают ограничение на величину поверхности. Очевидно, что в каждом конкретном случае существует граничное экономически целесообразное значение площади поверхности нагрева, превышение которого оказывается экономически нецелесообразным. Значение этой величины определяется в результате решения технико-экономической задачи.
Вывод: на фоне современного развития науки и техники остро стоит проблема экономии энергоресурсов. Недостаточное капиталовложение в модернизацию металлургических предприятий прямым образом сказывается на экономике страны и здоровье граждан. Применение современных очистных сооружений, теплоизоляционных материалов, теплообменных аппаратов, эффективных горелочных устройств , применение новых подходов в совершенствовании процессов нагрева металла позволит производить качественную конкурентоспособную продукцию с минимальным вредом для окружающей среды. Предложеный выше изложеный подход существенно может решить проблему сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу , а также обеспечить выпуск готовой продукции по меньшей его себестоимости, за счет экономии энергоресурсов.