energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2024-17-2-112-118energsecurity-945Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSСовершенствование конструкции регенеративных аппаратов доменного дутья путем расчетов потоков теплоносителя по каналам насадки воздухонагревателяImproving the design of blast furnace blast regenerative devices by calculating coolant flows through the channels of the air heater nozzleШашкинВ. Ю.ShashkinV. Yu.

Проспект Ленина, 76, 454080, г. Челябинск

ave. Lenin, 76, 454080, Chelyabinsk

КускарбековаС. И.KuskarbekovaS. I.

Проспект Ленина, 76, 454080, г. Челябинск

ave. Lenin, 76, 454080, Chelyabinsk

kuskarbekovasi@susu.ruШашкинА. В.ShashkinA. V.

Проспект Ленина, 76, 454080, г. Челябинск

ave. Lenin, 76, 454080, Chelyabinsk

ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)»РоссияSouth Ural State UniversityRussian Federation202402082024172112118Copyright © Шашкин В.Ю., Кускарбекова С.И., Шашкин А.В., 20242024Шашкин В.Ю., Кускарбекова С.И., Шашкин А.В.Shashkin V.Y., Kuskarbekova S.I., Shashkin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/945

Применяемые воздухонагреватели для нагрева доменного дутья за последнее время претерпели ряд конструктивных изменений, что повлияло на их основные показатели теплового режима. Существуют установленные температуры, при которых устоявшиеся режимы работы показывают достаточные технические и экономические показатели. Отклонение от режима путем повышения температуры горячего дутья влечет за собой негативные последствия разного характера, что по итогу становится нецелесообразно с экономической точки зрения. Новые конструктивные решения воздухонагревателей должны быть определены максимальными температурами, что влияет на срок службы оборудования и системы. Следовательно, разработка теплообменной поверхности насадки играет важную роль при решении поставленной задачи. Повышение надежности аппарата, достижение высоких теплотехнических показателей послужит результатом совершенствования конструкции регенеративных устройств. Применяя математическую модель к расчету потоков в системе каналов произвольно заданной структуры, получены расчеты потоков теплоносителя по каналам насадки доменного воздухонагревателя. Моделирование неравномерности потока на входе в насадку проведено при различных полях давления на входе в насадку с горизонтальными каналами. Представлены результаты задаваемых полей давлений на входе в систему и результаты расчета массовых расходов теплоносителя по вертикальным и горизонтальным каналам. Подтверждено, что картина поля давлений на входе в насадку и поля скоростей в подводящих вертикальных каналах разная из-за влияния соседних вертикальных каналов друг на друга за счет их соединения в единую систему горизонтальными каналами. Расчетами подтверждено, что горизонтальные каналы не участвуют активно в процессе теплообмена. Для эффективности предложено сделать горизонтальные каналы не по всей высоте насадки, а только в ее верхних и нижних слоях. 

The air heaters used for heating blast furnace blast have recently undergone a number of design changes, which has affected their key thermal performance indicators. There are established temperatures at which settled operating conditions show sufficient technical and economic performance. Deviation from the conditions by increasing the temperature of the hot blast entails negative consequences of a different nature, which ultimately makes it unfeasible from an economic point of view. New design solutions for air heaters must be determined by maximum temperatures, which affects the service life of the equipment and system. Consequently, the development of the heat transfer surface of the nozzle plays an important role in solving the problem. Increasing the reliability of the apparatus and achieving high thermal performance indicators will result from improving the design of regenerative devices. By applying a mathematical model to the calculation of flows in a system of channels of an arbitrary given structure, calculations of coolant flows through the channels of a blast furnace heater nozzle were obtained. Modeling of flow non-uniformity at the inlet to the nozzle was carried out for different pressure fields at the inlet to the nozzle with horizontal channels. The results of the specified pressure fields at the entrance to the system and the results of calculating the mass flow rates of the coolant through vertical and horizontal channels are presented. It has been confirmed that the pattern of the pressure field at the inlet to the nozzle and the velocity field in the supply vertical channels are different due to the mutual influence of adjacent vertical channels because of their being connected into a single system by horizontal channels. Calculations have confirmed that horizontal channels do not actively participate in the heat exchange process. For better efficiency, it was proposed to make horizontal channels not along the entire height of the nozzle, but only in its upper and lower layers. 

доменное дутьевоздухонагревателинасадкивысокотемпературный нагрев дутьяblast furnace blastair heatersnozzleshigh-temperature blast heatingReferencesТеплотехническое обследование блока доменных воздухонагревателей и особенности их работы при различных температурах холодного дутья. А. А. Буткарев, А. П. Буткарев, В. И. Диментьев [и др.] Сталь 2020, 5: 16–20. – EDN ZDEGKP.Thermal technical examination of a block of blast furnace air heaters and features of their operation at different cold blast temperatures. A. A. Butkarev, A. P. Butkarev, V. I. Diment'ev [etc.] Stal' 2020, 5: 16–20. – EDN ZDEGKP. (in Russ.)Вторичные энергоресурсы и энергосберегающие технологии в промышленности: Учебное пособие для обучающихся в образовательных учреждений высшего профессионального образования. Ю. Л. Курбатов, А. Б. Бирюков, П. А. Гнитиев, Т. Г. Олешкевич Донецк: Донецкий национальный технический университет 2020, 206. – EDN CWUUWW.Secondary energy resources and energy-saving technologies in industry: A textbook for students of educational institutions of higher professional education. YU. L. Kurbatov, A. B. Biryukov, P. A. Gnitiyev, T. G. Oleshkevich Donetsk: Donetskiy natsional'nyy tekhnicheskiy universitet 2020, 206. – EDN CWUUWW. (in Russ.)Кожахметов Е. О., Боранбаева Б. М. Анализ и оценка системы подачи горячего дутья в доменную печь. Студенческий вестник 2020,15-5(113): 78–82. – EDN QQCTYY.Kozhakhmetov E. O., Boranbaeva B. M. Analysis and evaluation of the hot blast supply system to the blast furnace. Studencheskiy vestnik 2020, 15–5 (113): 78–82. – EDN QQCTYY. (in Russ.)Чижикова В. М. Наилучшие доступные технологии в доменном производстве. Металлург 2020, 1: 25–38. – EDN IANWUU.Chizhikova V. M. The best available technologies in blast furnace production. Metallurg 2020, 1: 25–38. – EDN IANWUU. (in Russ.)Информационно-моделирующая система распределения горячего дутья и природного газа по фурмам доменной печи. Н. А. Спирин, И. А. Гурин, В. В. Лавров [и др.] Металлург 2023, 7: 91–96. – EDN ORXJOF.Information modeling system for the distribution of hot blast and natural gas across blast furnace tuyeres. N. A. Spirin, I. A. Gurin, V. V. Lavrov [and others]. Metallurg 2023, 7: 91–96. – EDN ORXJOF. (in Russ.)Исследование регенеративных теплообменников с различными типами насадок. Ю. В. Шацких, А. И. Шарапов, А. Г. Арзамасцев, М. А. Юнусова Международный журнал информационных технологий и энергоэффективности 2022, 7, 3-3 (25): 16–21. – EDN ILSNWZ.Study of regenerative heat exchangers with different types of nozzles. Yu. V. Shatskikh, A. I. Sharapov, A. G. Arzamastsev, M. A. Yunusova. Mezhdunarodnyy zhurnal informatsionnykh tekhnologiy i energoeffektivnosti 2022, 7, 3-3 (25): 16–21. – EDN ILSNWZ. (in Russ.)Прасолов А. С., Андреев С. М., Стебелева В. В. Математическая модель последовательного режима работы блока воздухонагревателей доменной печи. Автоматизированные технологии и производства 2021, 2 (24): 14–17. – EDN RWPWIO.Prasolov A. S., Andreev S. M., Stebeleva V. V. Mathematical model of the sequential operating mode of a blast furnace air heater block.. Avtomatizirovannye tekhnologii i proizvodstva 2021, 2(24): 14–17. – EDN RWPWIO. (in Russ.)Геллер Ю. А., Шацких Ю. А. Анализ показателей энергетической эффективности регенеративных теплообменных аппаратов. Энергосбережение и водоподготовка 2022, 6(140): 34–41. – EDN UTZJYU.Geller Yu. A., Shatskikh Yu. V. Analysis of energy efficiency indicators of regenerative heat exchangers. Energosberezhenie i vodopodgotovka 2022, 6 (140): 34–41. – EDN UTZJYU. (in Russ.)Прасолов А. С., Назаров А. С. Моделирование контура стабилизации температуры горячего дутья с использованием нечеткой логики. Автоматизированные технологии и производства 2020, 1 (21): 13–18. – EDN DVXMNK.Prasolov A. S., Nazarov I. S. Modeling a hot blast temperature stabilization loop using fuzzy logic. Avtomatizirovannye tekhnologii i proizvodstva 2020, 1 (21): 13–18. – EDN DVXMNK. (in Russ.)Шацких Ю. В., Шарапов А. И., Арзамасцев А. Г. Методика расчета регенеративных теплообменных аппаратов. Новое в российской электроэнергетике 2023, 1: 17–25. – EDN NKYBUC.Shatskikh Yu. V., Sharapov A. I., Arzamastsev A. G. Methodology for calculating regenerative heat exchangers. Novoe v rossiyskoy elektroenergetike 2023, 1: 17–25. – EDN NKYBUC. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.