تحلیل گرمایی از پیش گرمایش آهن اسفنجی با استفاده از انرژی هدر رفت EAF
چکیده
مصرف و ظرفیت تولید انرژی دو نگرانی بسیار مهم در صنایع تولید فولاد هستند که از کوره قوس الکتریکی (EAF) استفاده می کنند. برای بهبود عملکرد EAF، یک تکنیک ابتکاری جدید معرفی شده است که در آن ذرات آهن اسفنجی قبل از این که وارد کوره شوند، تحت پیش گرمایش قرار می گیرند. یک تبادل گر گرمایی در این قسمت برای انتقال انرژی هدر رفت از دودکش گازی EAF به یک گاز خنثی مانند اکسیژن مورد استفاده قرار می گیرد که به نوبه خودش باعث می شود ذرات آهن اسفنجی در یک بستر ثابت تحت پیش گرمایش قرار بگیرند. این روش دارای مزیت های مطلوب مختلفی می باشد از جمله صرفه جویی در انرژی الکتریکی، افزایش تولید و کاهش مصرف الکترود و جسم نسوز. برای تخمین زدن میزان صرفه جویی در انرژی و افزایش بهره وری، فرآیند پیش گرمایش در بستر شبیه سازی شد. مشخصه های گرمایی این بستر ثابت نیز با استفاده از راهکار های عددی از معادله های تفاضلی برای دانه های آهن اسفنجی و گاز گرمایشی، شبیه سازی شد. دمای ذرات آهن اسفنجی و گاز گرمایش نیز در لایه های مختلف از بستر در زمان های مختلف مشخص شد. بر اساس نتایشج شبیه سازی ها مشخص شد که میزان مصرف انرژی در EAF را می توان تا 14 % کاهش داد و میزان بهره وری نیز تا 13% افزایش پیدا می کند.
1. مقدمه
صنایع فولاد و آهن بزرگترین مصرف کننده های انرژی هستند. بر اساس کمدلی و همکارانش (2003)، تقریبا 12% از انرژی جهان در صنایع فولاد و آهن مورد استفاده قرار می گیرد. بیسیو و همکارانش ( 2000) گزارش کرده اند که بعد از هزینه مرتبط با کارمندان و کارگران، هزینه های انرژی ( حدود 30% از کل هزینه) بیشترین المان هزینه در صنایع فولاد و آهن می باشد. سهم تکنولوژی های کوره های قوس الکتریکی (EAF) در صنایع آهن و فولاد به سرعت در حال افزایش می باشد و تخمین زده شده است که در سال 2010 تقریبا 50% از کل تولیدات فولاد با استفاده از EAF بوده است. رشد آتی در زمینه تولید فولاد با استفاده از EAF نیز مبتنی بر بهبود پیوسته در استفاده از انرژی، هزینه های عملیاتی، و بهره وری کوره می باشد. این موضوع به خوبی مشخص شده است که بیش از 20% از انرژی تولید شده در EAF ها به صورت گاز های خروجی هدر می روند. ذوب کردن آهن با استفاده از EAF یک فرآیند بسیار پر انرژی می باشد که در آن دمای ذرات آهن اسفنجی تا دمای 1500 درجه سانتی گراد افزایش پیدا می کند. به دلیل این که انرژی الکتریکی که گران ترین انرژی مورد استفاده در EAF می باشد هدر می رود، در نتیجه کاهش میزان مصرف انرژی یکی از مهم ترین نگرانی ها در این صنایع می باشد.
8. جمع بندی
در صنعت EAF انرژی زیادی وجود دارد و مقداری از این انرژی نیز هدر می رود که با استفاده از برنامه مناسب قابل استفاده مجدد است. پیش گرمایش ذرات آهن اسفنجی یکی از برنامه های عملی است که می تواند به منظور کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره وری مورد استفاده قرار گیرد. در این طرح انرژی، گاز دودکش از طریق مبدل حرارتی به یک گاز خنثی منتقل می شود و سپس از گاز داغ برای پیش گرم شدن ذرات آهن اسفنجی که در سیلو نگهداری می شوند استفاده می شود. شبیه سازی فرایند پیش گرمایش نشان می دهد که با استفاده از این روش می توان انرژی الکتریکی را تا 14٪ صرفه جویی کرد و بهره وری کوره را می توان تا 13٪ افزایش داد. با افزایش دمای گاز ورودی ، پتانسیل خوبی برای افزایش بیشتر در پس انداز وجود دارد.
Abstract
Energy consumption and production capacity are two major concerns in the steel making industries which are using electric arc furnace (EAF). To improve the performance of EAF, a new initiative technique has been introduced in which sponge iron particles are preheated before entering the furnace. A heat exchanger is used to transfer waste energy from EAF flue gas to a neutral gas like nitrogen, which in turn preheats the sponge iron particles in the fixed bed. The method has several desirable advantages including electric energy saving, increasing the productivity and reduction in electrode and refractory consumption. In order to estimate the extent of energy saving and productivity increase, the preheating process was simulated in the bed. The thermal characteristics of the fixed bed were predicted by a numerical solution of differential equations for granular sponge iron and heating gas. The temperature of sponge iron particles and heating gas were also predicted in different layers of the bed and at different times. Based on the simulation results it is found that the energy consumption in the EAF can be reduced up to 14% and productivity can be increased up to 13%.
1. Introduction
The iron and steel industry is the largest industrial energy consumer. According to Camdali et al. (2003), approximately 12% of the world energy production is used in the iron and steel section. Bisio et al. (2000) reported that after the employee costs, energy costs (about 30% of the total cost) represent the second highest cost element in integrated steel works. The share of the electric arc furnace (EAF) technology in the iron and steel industry is increasing rapidly and is estimated for at least 50% of the total steel production in 2010 based on the prediction of Raja et al. (2005). Future growth in EAF steelmaking depends on continued improvements in energy use, operating costs, and furnace productivity. It is a well-known fact that over 20% of the energy generated in EAF is left in the form of off-take gases. Melting of iron by EAF is a very energy consuming process in which temperature of sponge iron particles is raised from ambient temperature up to 1500 ◦C. Since electrical energy which is the most expensive form of energy used in EAF, lowering the energy consumption is a major concern in these industries.
8. Conclusion
There is huge amount of energy and exergy wasted in EAF industry which can be reused by application of proper scheme. Preheating the sponge iron particles is one of the feasible schemes which could be applied in order to decrease energy consumption and increase productivity. In this scheme, flue gas energy is transferred to a neutral gas through a heat exchanger and then the hot gas is used to preheat the sponge iron particles held in the silo. Simulation of preheating process shows that using this technique electrical energy can be saved up to 14% and furnace productivity can be increased up to 13%. There is good potential to further increase in saving by increasing the inlet gas temperature.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. طراحی پیشنهادی
3. مدل سازی فرآیند
4. مدل سازی کردن معادله انرژی برای ذرات آهن اسفنجی
5. روش راه حل
6. نتایج
7. مباحث
7.1 صرفه جویی در انرژی
7.2 افزایش بهره وری
8. جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. Proposed design
3. Modeling the process
4. Modeling the energy equation for sponge iron particles
5. Method of solution
6. Results
7. Discussion
7.1. Energy saving
7.2. Productivity increase
8. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه