Від пічки

Українські вчені на передньому краї світової «пічної» науки.

Металургійне виробництво не можна уявити без різноманітних печей — доменних, мартенівських, нагрівальних, підігрівальних, кільцевих, індукційних, прохідних etc.

У сучасних умовах, коли саме якість металу стає визначальною для його ефективного збуту й використання, на пічників-металургів покладають важливі завдання. Від першого переділу й до остаточної обробки швелер, труба або лист нагріваються по-різному, у кілька стадій. А оскільки пічне господарство надзвичайно енергоємне та екологічно небезпечне, вчені-теплотехніки весь час поліпшують конструкції печей, якість палива для них, системи ­керування та енергозбереження.

Опалювати по-новому

Така постіндустріальна­ дилема: металу людству треба все більше, а руд і палива стає все менше й вони все дорожчі. Будь-який метал без печей не одержати, але їх треба по-новому будувати й топити. Про варіанти розв’язання цих проблем, поточних і перспективних, розповів «УТГ» професор Національної металургійної академії України (НМетАУ, Дніпропет­­­­ровськ), доктор технічних наук, завідувач кафедри промислової теплоенергетики Михайло ­Губинський.

— Михайле Володимировичу, людині без печі просто не можна: ні хліба спекти, ні металу зварити. Тому особлива увага в наші дні приділяється вдосконаленню відомих і створенню нових пічних агрегатів у різних галузях індустрії. Знаю, що для вас це — справа всього життя…

— Роль різноманітних пічних пристроїв для людини надзвичайно важлива вже тисячі років. Але мені, як потомственому вченому-металургові, усе-таки ближчі печі металургійні, теорія їхньої роботи та конструювання. Зрозуміло, що в період створення інноваційних технологій одержання металів, розширення асортименту продукції з них і підвищення вимог до її якості сучасна теорія металургійних печей (ТМП) має забезпечити і якісно нові методи комп’ютерного керування ними. Ідеться про прецизійне дотримання режиму їхньої експлуатації, що забезпечує кардинальне зменшення витрат енергії та палива й відповідає все більшим екологічним вимогам за міжнародними та національними нормативами.

Створення нових агрегатів, що працюють на паливі, інноваційної топкової й тепло-утилізаційної техніки разом із розробками з ефективного застосування органічного палива та енергії потребує методів математичного та комп’ютерного моделювання. Така методологія з огляду на світові тенденції прикладних НДДКР і технологічні розробки, пов’язані з теорією­ та практикою екологічно­ чистого спалювання горючих сумішей. І ми в нашій академії разом із колегами з найбільших підприємств країни, СНД і ЄС наполегливо й успішно вивчаємо ці питання.

— Металургійна наука досить консервативна. Майже все придумано до нас, проривних інновацій не видно. Здається, що в металургії просто відбувається рекомбінація старих техпроцесів та їхня постійна модернізація. Чи так це?

— І так, і ні. Сьогоднішні теплові агрегати, хоч і ґрунтуються на добре відомих принципах і конструкціях, усе-таки принципово кращі за старі моделі. Ось лише кілька прикладів.

Науково-технічним колективом із Дніпропетровська, Києва та Маріуполя створені зовсім нові печі та їхні компоненти для промисловості. Це, наприклад, різноманітні моделі плоскополуменевих пальників типу ППП для спалювання природного газу низького (серія ПППН), середнього (ПППС) і високого (ПППВ) тиску. Кожна серія складається з 7 типорозмірів номінальною тепловою потужністю 50—1600 кВт. Ми розробили також і модифікації ППП для спалювання низькокалорійних газів і рідкого палива.

Останнім часом створені нові конструкції низькоемісійних ППП із низьким рівнем NOx (NO і NO2 — Прим. ред.) і СО, названі ППП-LE. Пальники мають надвисоку стабільність горіння навіть в умовах «холодних» печей. Концентрація забруднювачів під час їхньої роботи набагато менше, ніж передбачено національними або міжнародними (наприклад ЄС) нормами. Найважливіші експлуатаційні та екологічні показники пальників ППП-LE краще параметрів кожної з відомих конструкцій.

Що ж до інновацій, то наші вчені й практики розробили принципово нові барботажні плавильні печі, які ґрунтуються на заглибному спалюванні палива. Особливості плавлення в них полягають у тому, що горіння енергоносія з окислювачем відбувається в товщі рідкого шару розплавленого матеріалу. Так значно інтенсифікується теплообмін між продуктами горіння і матеріалом, що переробляється. Активне перемішування розплаву забезпечує підвищення швидкості плавлення та хімічних реакцій. Печі із плавкою в розплаві мають багато переваг у порівнянні із процесами в газовій фазі: менш жорсткі вимоги до якості вихідної сировини (не потрібні дроблення, сушіння, грануляція), більша питома продуктивність, менший викид пилу, знижені викиди, що забруднюють атмосферу.

Так народжується наука

— Нових наук, найчастіше із префіксом «псевдо», придумано багато: марксистська етика, ТРВЗ — ФВА, мічурінська агро­біологія… Однак не кожен вчений-технар брав участь у створенні нової реальної наукової дисципліни. Ви серед таких щасливчиків?

— І не тільки я, також мої колеги-соратники із НМетАУ, Інституту газу, з «Азовсталі», «Південмашу», меткомбінату «Арселор Міттал Кривий Ріг». Після багаторічних НДДКР творчий науково-технічний колектив однодумців уперше у світовій теплотехнічній практиці запропонував сучасний підхід, який комплексно розглядає взаємо­залежні фізико-хімічні процеси в промислових печах із можливістю адекватного визначення впливу окремих конструктивних і режимних характеристик печей на їх енергетичні, екологічні, технологічні та експлуатаційні показники. У колективній роботі вчених і практиків «Ефективні теплові процеси та агрегати для металургійного виробництва» ми вперше й розвинули методологію науки про інтенсифікацію процесів перенесення (ІПП), там же наведено класифікацію методів ІПП.

— У чому ж особливості цієї нової науки?

— Дійсно, наші розробки з цієї дисципліни мають світову новизну. Перелічу їхні засади. Ми вперше розробили концептуальні положення енергоекології використання твердого й рідкого палива як нової наукової дисципліни та науково-технічної проблеми. У них визначальними є узагальнені параметри, які пов’язують забруднення атмосфери з енергетичною ефективністю промислових печей. Створено й упроваджено технічні принципи підвищення якісного застосування органічного палива в промисловості та енергетиці — нафти, газу, вугілля, водо­вугільного палива (ВВП). Наприклад, на виробничій базі ТОВ «ТД «Машресурси» у Донець­ку планується проведення експериментальних досліджень спалювання ВВП у киплячому шарі за сучасними техпроцесами від нашої кафедри.

Це «рідке вугілля» має властивості, що дозволяють замінити ним тверді, рідкі або газоподібні теплоносії в різних нагрівальних агрегатах без істотної їхньої переробки, а за необхідності можна використовувати разом ВВП та інші види палива. Запропонований нами комплексний підхід стосується також печей неопосередкованого радіаційного нагрівання (НРН), печей із розподіленим за обсягом робочого простору спалюванням палива, із високим рівнем утилізації теплоти продуктів згоряння в компактних регенераторах, екологічно нейтральних печей без викиду димових газів у атмосферу. Також ми з колегами створили й упровадили технології спалювання горючої суміші в розплаві в плавильній ванні у процесі барботажу, способи дифузійного зварювання й пайки біметалевих виробів у компресійних печах (у ВО «ПМЗ»), малоокислювального нагрівання металу в печах і прискореного охолодження гарячого прокату.­­