ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ВОДНЮ ТА ВОДНЕВМІСНИХ ДОБАВОК ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ВИКИДІВ СО2 І ПОКРАЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ

О. Чайка; Б. Корнілов; І. Муравйова; А. Москалина; В. Лебідь; М. Іванча

doi:10.15407/scine20.05.035

Автор(и)

О. Чайка Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-1678-2580
Б. Корнілов Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-5544-3023
І. Муравйова Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-5926-7787
А. Москалина Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-9552-2853
В. Лебідь Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-3938-3785
М. Іванча Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-5366-9328

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine20.05.035

Ключові слова:

Екологія, доменна піч, емісія СО2, водень, коксовий та природний гази, кокс

Анотація

Вступ. Глобальне потепління наразі є однією з найважливіших проблем людства, домінуючою причиною якого є антропогенний фактор — суттєве збільшення кількості парникових газів. Зважаючи на вкрай негативні наслідки цього процесу в майбутньому 195 країн світу, серед яких і Україна, у 2015 р. ратифікували Паризьку угоду щодо клімату, яка зобов’язує зменшити викиди СО₂, зокрема, в металургії, де ці показники надвисокі — у світі — 6 %, в Україні
на початок 2022 р. — 26 %.
Проблематика. За прогнозами Міжнародного Енергетичного Агентства до 2050 р. доменне виробництво буде домінуючою ланку у сталеварінні з тепловим коефіцієнтом корисної дії понад 90 %. Впровадження нових технологій одержання сталі може призвести до зменшення традиційного способу виробництва сталі на 50 % до 2050 року лише
за умови значних інвестицій.
Мета. Дослідження впливу використання водневмісного палива в доменній печі на емісію діоксиду вуглецю та
техніко-економічні показники доменної плавки.
Матеріали й методи. Для оцінки потенціалу використання водню та водневмісного палива в доменній печі на викиди СО₂ та техніко-економічні показники доменної плавки виконано розрахунки з використанням розробленої в Інституті чорної металургії НАН України математичної моделі повного енергетичного балансу доменної плавки.
Результати. Виконано аналіз та встановлено закономірності впливу водню та водневмісних паливних добавок на рівень викидів СО₂ та показники роботи доменної печі — виробництво чавуну, витрату коксу, вихід вторинних енергоресурсів. Визначено критичні витрати паливних добавок, за яких очікується досягнення повного відновлення заліза непрямим шляхом. Визначено коефіцієнт заміни коксу коксовим газом та воднем.
Висновки. Доведено ефективність використання водню та водневмісного палива окремо та спільно з пиловугільним паливом, що є перспективним шляхом, який дозволить раціонально підходити до вибору режиму роботи доменної печі з точки зору екологічності (зниження викидів СО₂) та економічної доцільності.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Dolinskĳ , A. A., Draganov, B. X., Melnichuk, M. D. (2011). On the issue of environmental ecology. Industrial heat engineering, 1(33), 75—81 [in Russian].

The UN Framework Convention on Climate Change. The fi rst ten years. URL: https://unfccc.int/resource/docs/publications/ fi rst_ten_years_ru.pdf (Last accessed: 04.09.2023) [in Russian].

The Paris Agreement within the framework of the UN Framework Convention. Paris. 2015. URL: https://unfccc.int/ sites/default/fi les/russian_paris_agreement.pdf (Last accessed: 04.09.2023) [in Russian].

The concept of “green” energy transition. Ministry of Energy and Environmental Protection. 2021. URL: https://kompek. rada.gov.ua/uploads/documents/30556.pdf (Last accessed: 04.09.2023).

Economic statistics. Natural environment. State Statistics Service оf Ukraine. 2021. URL: http://www.ukrstat.gov.ua/ operativ/menu/menu_u/ns.htm (Last accessed: 04.09.2023) [in Ukrainian].

Ukraine is the fourth in the world in reducing greenhouse gas emissions. GMK Center. 09.08.2021. URL: https://gmk. center/infographic/ukraina-chetvertaya-v-mire-po-sokrashhenĳ u-vybrosov-parnikovyh-gazov/ (Last accessed: 04.09.2023) [in Russian].

Chaika, O. L., Kornilov, B. V., Merkulov, O. Ie., Moskalyna, A. O., Lebid, V. V., Iziumskyi, M. M. (2022). Analysis of trends in the development of concepts and technologies aimed at reducing carbon dioxide emissions in blast furnace production. Metal and casting of Ukraine, 2 (329), 8—19. URL: https://doi.org/10.15407/steelcast2019.10.064 [in Ukrainian].

Chaika, O., Kornilov, B., Alter, M., Lebid, V., Izumskyi, M., Moskalyna, A., Naboka, V. (2023). Analysis of new and existing technologies for reducing carbon dioxide emissions based on the energy balance of blast furnace manufacturing. METEC & 6th ESTAD (12—16 June 2023, Düsseldorf, Germany). URL: https://metec-estad2023.com/program/lectureprogram.html (Last accessed: 04.09.2023).

Yusfi n, Yu. S. (2004). Metallurgy of cast iron: textbook for universities. 3rd edition. Moscow [in Russian].

Zherebin, B. M., Demboveczkĳ , V. P., Minkin, V. M., Nikulinskiy, I. D. (1961). The use of coke oven gas in blast furnaces. Steel, 8, 673—679 [in Russian].

Nekrasov, Z. I., Yupko, L. D., Obodan, Ya. M., Homyakov, E. S., Homich, V. N. (1973). Experimental melting using a mixture of coke and natural gases. Metallurgy of cast iron, 1, 69—83 [in Russian].

Pashinskĳ , V. F., Tovarovskĳ , I. G., Kovalenko, P. E., Bojkov, N. G. (1991). Blast furnace melting with coke oven gas injection. Kyiv [in Russian].

Loorcz, V., Viner, D. (1967). Injection of coke oven gas into the blast furnace. Ferrous metallurgy, 4, 71—74 [in Russian].

Dean, E. R. (1961). Utilisation of Fuet Gas by Injection through Blast Furnace Tuyeres. Blast Furnace and Steel Plant, 5, 417—422.

Dowhanuk, W. R. (1963). Experiences on Coke Oven Gas Injection and Sceend Sinter Usage on Algoma’s N 5 Blast Furnace. Blast Furnace and Steel Plant, 3, 203—209.

Jusseau, N., Dufour, A., Mets, B., Duperray, P. (1986). Injection de gas de cokerie aux tuyeres des hauta fourneaux N 1 et 2 de Solmer. Revue de Metallurgie, 5, 367—376. https://doi.org/10.1051/metal/198683050367.

Injection of hydrogen into blast furnace: thyssenkrupp Steel concludes fi rst test phase successfully. URL: https://www. thyssenkrupp-steel.com/en/newsroom/press-releases/thyssenkrupp-steel-concludes-fi rst-test-phase-successfully.html (Last accessed: 04.09.2023).

Kamĳ o, C., Marsukura, Y., Yokoyama, Hi., Sunahara, K., Kakiuchi, K., Nakano, K., Sakai, H. Development of Technology for Reduction of CO2 Emission from Blast Furnace Using 12 m3 Experimental Blast Furnace. Nippon Steel Technical Report. No. 127. January 2022. P. 21—28. URL: https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/pdf/127-06.pdf (Last accessed: 04.09.2023).

Okosun, T., Nielson, S., Zhou, C. (2022). Blast Furnace Hydrogen Injection: Investigating Impacts and Feasibility with Computational Fluid Dynamics. The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society (TMS), 74, 1521—1532. https://doi.org/10.1007/s11837-022-05177-4

Barrett, N., Mitra, S., Doostmohammadi, H., O’dea, D., Zulli, P., Chew, S., Honeyands, T. (2022). Assessment of Blast Furnace Operational Constraints in the Presence of Hydrogen Injection. ISĲ International, 6(62), 1168—1177. https://doi.org/10.2355/isĳinternational.ISĲ INT-2021-574

Shatokha, V. (2022). Modeling of the eff ect of hydrogen injection on blast furnace operation and carbon dioxide emissions. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 10(29), 1851—1861. https://doi.org/10.1007/s12613-022-2474-8

A. s. № 73905 Ukraine. Methodology for calculating the Full energy balance of blast furnace smelting. Borodulyn A. V., Chaika, A. L., Sokhatskyi, A. A., Moskalyna, A. A. Statement No. 73841 15.05.17. Publ. 27.10.17. bulletin. No. 46.

Chaika, A. L., Sokhatskii, A. A., Vasil’ev, L. E., Sushchenko, A. V., Lebed, V. V., Moskalina, A. A., Kornilov, B. V. (2019). Investigation of the Infl uence of the Technology of Blast-Furnace Smelting with the Use of Pulverized Coal Fuel and Natural Gas on the Performance Indicators of Blast Furnaces. Metallurgist, 62, 1201—1212. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00775-1

Szargyt, J., Morris, D. R., Steward, F. R. (1988). Exergy analysis of Thermal, chemical and metallyrgical processes. New York, Toronto.

Stepanov, V. S., Stepanova, T. B. (1990). On methods for calculating cumulative energy and exergy costs (on the example of steel production). Industrial heat engineering, 6, 65—71 [in Russian].

Stepanov, V. S. (1992). Analisis of energy eff ecienty of industrial processes. Heidelberg. Springer-Veclag. P. 220. https://doi.org/10.1007/978-3-642-77148-4

Stepanov, V. S., Stepanova, T. B. (1994). Effi ciency of use energy. Novosibirsk [in Russian].

Stepanov, V. S. (1984). Analysis of the energy perfection of technological processes. Novosibirsk [in Russian].

Ajzatulov, R. S., Borodulin, A. V., Kovtun, A. F. (1989). Energy and exergy characteristics of cast iron. Deposited manuscript. “Chermetinformatsiya”, 30.11.89. No. 5311 [in Russian].

Izhevskĳ , V. P. (1912). Accounting system of Blast furnace balance. Journal of the Russian Metallurgical Society, 1(2), 180—214 [in Russian].

Borodulin, A. V., Gorbunov, A. D., Romanenko, V. I., Sushhev, S. P. (2006). Blast furnace in the energy dimension. Dneprodzerzhinsk [in Russian].

Gotlib, A. D. (1958). Blast furnace process. Moscow [in Russian].

Ramm, A. N. (1980). Modern blast furnace process. Moscow [in Russian].

Pavlov, M. A. (1994). Investigation of the melting process of blast furnaces of the Klimkovsky plant. Mining Journal, 3, 265 [in Russian].

Krasavcev, N. I. (1960). Development of ideas about the infl uence of direct and indirect reduction on the specifi c consumption of coke in blast furnaces. In: Sc ientifi c research to help of blast furnace production. Dnepropetrovsk [in Russian].

Ramm, A. N. (1965). On the unjustifi ed criticism of the Gruner principle. Steel, 8, 686—689 [in Russian].

Lozovoj, V. P., Sharkevich, L. D. (1995). Direct reduction of iron in the modern blast furnace process. Steel, 3, 8—10 [in Russian].