Аналіз ефективності заміщення природного газу біомасою в процесі обпалу залізорудних окатишів
| dc.contributor.author | Бойко, Максим Миколайович | uk_UA |
| dc.contributor.author | Єфіменко, В. В. | uk_UA |
| dc.contributor.author | Махоркіна, Т. А. | uk_UA |
| dc.contributor.author | Полякова, Наталія Володимирівна | uk_UA |
| dc.contributor.author | Журавльова, Світлана Валеріївна | uk_UA |
| dc.contributor.author | Колеснікова, Т. М. | uk_UA |
| dc.date.accessioned | 2025-01-12T12:27:42Z | |
| dc.date.available | 2025-01-12T12:27:42Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description | М. Бойко: ORCID 0000-0003-3557-9027; Н. Полякова: ORCID 0000-0001-9789-7499; С. Журавльова: ORCID 0000-0002-8519-5155 | uk_UA |
| dc.description.abstract | UKR: Мета: Однією з найважливіших задач у металургійній галузі є зниження залежності від природного газу, який використовується в процесах випалювання залізорудних окатишів. Висока вартість і нестабільність поставок природного газу мають значний вплив на економіку та екологію, особливо в умовах прагнення до зменшення викидів CO2 та інших шкідливих речовин. Заміщення природного газу біопаливом, таким як лігноцелюлозна біомаса, може стати ефективним рішенням, що дозволить знизити споживання викопного палива та поліпшити екологічні показники виробництва. Основною метою даного дослідження є розробка та оптимізація методу використання біопалива в процесі випалювання залізорудних окатишів, що дозволить досягти необхідного рівня температурного режиму, зберігаючи при цьому високу якість продукції та мінімізуючи негативний вплив на навколишнє середовище. Методика: Теоретичне та експериментальне обґрунтування можливості заміщення природного газу біопаливом в процесі обпалу залізорудних окатишів проведено за допомогою розрахункових формул, взятих з відповідної літератури, а також з використанням веб-додатку для моделювання та аналізу результатів. Результати: Застосування біопалива для заміщення природного газу в процесі обпалювання залізорудних окатишів виявило кілька важливих аспектів. Введення частинок біомаси в потік газу дозволило частково замінити природний газ без суттєвого впливу на тепловий режим обпалювальної машини через те, що продукти згоряння біомаси, а також стехіометричний об'єм повітря, необхідного для повного згоряння біомаси мають менший об'єм порівняно з продуктами згоряння та стехіометричним об'ємом повітря для спалювання газу. Це дозволяє нівелювати низьку теплоту згорання біомаси. За результатами розрахунків і враховуючи реальний досвід заміни природного газу лушпинням соняшника пропонується на кожні 10% об. заміщенного природного газу спалювати 0,2 кг лушпиння соняшника, 0,125 кг деревного вугілля, 0,22 кг тирси і 0,25 кг соломи. Також було розраховано час згорання частинки палива рослинного походження залежно від її початкового діаметру. Вирішальний фактор що визначає час згоряння частинки є вміст летючих речовин, що в свою чергу визначає кількість коксового залишку частинки. Горіння коксового залишку частинки є найдовшою стадією у загальному часі згоряння частинки. Отримані результати швидкості згоряння, від найвищої: солома, лушпиння соняшнику, дерево, деревне вугілля. Це означає, що солома, як паливо що має найвищу швидкість згоряння, може мати найбільший розмір частинок, що будуть задовільняти технологічним вимогам використання такого виду палива у пальнику обпалювальної машини. Наукова новизна. Встановлено, що продукти згоряння біомаси мають менший об’єм, що дозволяє компенсувати її нижчу теплотворну здатність і мінімізувати вплив на тепловий режим обпалювальної машини. Запропоновано оптимальні співвідношення біомаси для заміщення кожних 10% об’єму природного газу, що включає лушпиння соняшника, деревне вугілля, тирсу і солому. Також, на основі розрахунків часу згоряння частинок біопалива, було встановлено, що солома має найвищу швидкість згоряння, що дозволяє використовувати її з більшим розміром частинок у пальнику обпалювальної машини, задовольняючи технологічні вимоги. Практична значущість. Проведені в роботі розрахунки дозволяють замістити від 40 до 60 об.% природного газу різними типами палива рослинного походження, а також дозволяють оцінити необхідний гранулометричний склад палива для використання в процесі обпалу окатишів. | uk_UA |
| dc.description.abstract | ENG: Purpose. One of the most critical challenges in the metallurgical industry is reducing dependence on natural gas used in the iron ore pellet firing process. The high cost and supply instability of natural gas have a significant impact on both the economy and the environment, particularly in the context of efforts to reduce CO2 emissions and other harmful substances. Replacing natural gas with biofuels, such as lignocellulosic biomass, could provide an effective solution to decrease fossil fuel consumption and improve the environmental performance of production. The primary objective of this study is to develop and optimize a method for using biofuels in the iron ore pellet firing process, aiming to achieve the required temperature regime while maintaining high product quality and minimizing the negative environmental impact. Methodology. Theoretical and experimental justification for the replacement of natural gas with biofuels in the iron ore pellet firing process was carried out using calculation formulas from relevant literature, as well as utilizing a web application for modeling and analyzing the results. Findings. The application of biofuels to replace natural gas in the iron ore pellet firing process revealed several important aspects. The introduction of biomass particles into the gas stream allowed for the partial replacement of natural gas without significantly affecting the thermal regime of the firing machine. This is because the combustion products of biomass, as well as the stoichiometric air volume required for complete biomass combustion, have a smaller volume compared to the combustion products and stoichiometric air volume required for natural gas. This helps to offset the lower calorific value of biomass. Based on the calculations and considering real-world experience with replacing natural gas with sunflower husks, it is proposed to burn 0.2 kg of sunflower husks, 0.125 kg of wood charcoal, 0.22 kg of sawdust, and 0.25 kg of straw for every 10% of replaced natural gas volume. Additionally, the combustion time of biomass particles was calculated depending on their initial diameter. The critical factor determining the combustion time of a particle is the volatile matter content, which in turn determines the amount of the particle’s coke residue. The combustion of the coke residue is the longest stage in the overall particle combustion time. The obtained combustion rates, from the highest to the lowest, are as follows: straw, sunflower husks, wood, and wood charcoal. This indicates that straw, as the fuel with the highest combustion rate, can have the largest particle size that meets the technological requirements for use in the firing machine burner. Originality. The combustion products of biomass have a smaller volume, which compensates for its lower calorific value and minimizes the impact on the thermal regime of the firing machine. Optimal biomass ratios have been proposed for replacing every 10% of the natural gas volume, including sunflower husks, wood charcoal, sawdust, and wheat straw. Additionally, based on the calculations of the combustion time of biofuel particles, it was found that straw has the highest combustion rate, allowing for the use of larger particle sizes in the firing machine burner, thus meeting technological requirements. Practical value. The calculations carried out in this work enable the replacement of 40 to 60 vol.% of natural gas with various types of plant-based fuels. Additionally, these calculations provide the means to assess the required granulometric composition of the fuel for use in the iron ore pellet firing process. | en |
| dc.identifier.citation | Бойко М. М., Єфіменко В. В., Махоркіна Т. А., Полякова Н. В., Журавльова С. В., Колеснікова Т. М. Аналіз ефективності заміщення природного газу біомасою в процесі обпалу залізорудних окатишів. Теорія і практика металургії. 2024. № 1 (142). С. 34–40. | uk_UA |
| dc.identifier.issn | 1028-2335 | |
| dc.identifier.uri | https://nmetau.edu.ua/ua/mdiv/i2004/p5397 | en |
| dc.identifier.uri | https://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/19437 | en |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | НМетАУ, УДУНТ, Дніпро | uk_UA |
| dc.subject | залізнорудні окатиші | uk_UA |
| dc.subject | обпал | uk_UA |
| dc.subject | паливо рослинного походження | uk_UA |
| dc.subject | спалювання біомаси | uk_UA |
| dc.subject | швидкість сгоряння частинки твердого палива | uk_UA |
| dc.subject | солома | uk_UA |
| dc.subject | лушпиння соняшнику | uk_UA |
| dc.subject | дерево | uk_UA |
| dc.subject | деревне вугілля | uk_UA |
| dc.subject | iron ore pellets | en |
| dc.subject | firing | en |
| dc.subject | plant-based fuel | en |
| dc.subject | biomass combustion | en |
| dc.subject | solid fuel particle combustion rate | en |
| dc.subject | wheat straw | en |
| dc.subject | sunflower husks | en |
| dc.subject | wood | en |
| dc.subject | charcoal | en |
| dc.subject | КМЧС | uk_UA |
| dc.subject | КСЯСМ | uk_UA |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY::Chemical engineering::Metallurgical process and manufacturing engineering | en |
| dc.title | Аналіз ефективності заміщення природного газу біомасою в процесі обпалу залізорудних окатишів | uk_UA |
| dc.title.alternative | Analysis of the Efficiency of Replacing Natural Gas with Biomass in the Iron Ore Pellet Firing Process | en |
| dc.type | Article | en |