Оптимизация энергоресурсов в производстве цемента

Резюме.

Цементная промышленность занимает ведущее место в потреблении энергетических ресурсов. Наряду с черной и цветной металлургией, топливоперерабатывающей и химической промышленностями, производство строительных материалов и, в том числе, цемента, представляет одну из основных составляющих энергетического баланса промышленности. В энергопотреблении цементного производства ведущими технологическими процессами выступают процессы дробления, измельчения, обжига, смешения, реализуемые путем использования электрической энергии и энергии топлива. Правильное решение выбора рациональных видов топлива и электроэнергии, а также решение проблемы интенсификации процессов тепло- и массообмена является важной составной частью проблемы оптимизации топливно-энергетического баланса страны и повышения эффективности хозяйства энергетического и связанных с ним производств. В настоящей работе выполнен анализ возможных (альтернативных) способов снижения энергоемкости производства цемента путем некоторых изменений в технологиях современных заводов, а также дается оценка результатов таких изменений.

Введение.

Цементная промышленность представляет собой крупным потребителем энергии, определяемая как энергонасыщенная отрасль. Оптимальным использованием энергии считается использование того её минимума, который необходим для обеспечения требуемого количества при заданном качества продукции. Повышение стоимости энергии делает актуальным вопрос замены существующих заводов новыми или их реконструкции с внедрением прогрессивных, менее энергоемких, технологий, требующих более низких затрат энергии. За последние годы обе эти проблемы (реконструкция или замена заводов) рассматривалась в различных работах, краткий обзор результатов которых приведен ниже. Период времени от проектирования до постройки нового завода или значительная его реконструкция составляет порядка 2 — 3-х лет. Принимая во внимание современное состояние промышленности, при том, что половина заводов работает по мокрому способу производства цемента, а более половины существующих печей эксплуатируется уже несколько десятков лет, основной акцент в настоящей статье будет сделан на использовании практики заводов и тех изменений оборудования, которые могут быть проведены относительно быстро и благодаря которым может быть достигнута значительная экономия энергии. Предлагаемые идеи не являются абсолютно новыми, но служат наполнением хотя и известных, но не использующихся технических возможностей. В семидесятые годы прошлого века (1975 г.) по данным Джо Вильсона и Х.Клэй Айтена, затраты энергии на производство цемента на заводах Северной Америки в среднем составляло порядка1530 ккал/кг (5,5 млн. БТЕ/т) тепловой энергии и 135 квт/т электроэнергии, что в общем составляет 1670 ккал/кг (6 млн. БТЕ/т). Так как I кВт эквивалентен 3413 БТЕ (277,778 х 10^-9 квтч = 947,813 х 10^-6 Вtu), в среднем для генерирования требуется около 11тыс.БТЕ. Относительно национального запаса энергии, общее её потребление как тепловой, так и электрической, на среднем цементном заводе, составляло около 7 млн. БТЕ/т (1950 ккал/кг). 1 квт = 860 ккал/ч; 1 Вtu/d (брит. ед. тепла в сутки) = 10,5х 10^-3 ккал/ч Для оценки прибыльности предприятия, как тепловую (БТЕ), так и электрическую (кВт) энергии выражают в долларовом эквиваленте, что, при отсутствии новых федеральных ограничений на использование энергии, имеется возможность определить направление рационального её перераспределения в производстве. Лучшим показателем в части потребления энергии в практике цементных заводов Северной Америки считалось: 800 ккал/кг (3 млн. БТЕ/т) — тепловой и 120 квт/т — электрической. Основываясь на том, что цена 10 млн БТЕ составляла I доллар, а I квт — 1,5 цента, потенциальная экономия, при достижении таких показателей для среднего завода составит на каждую тонну продукции 2,50 долларов на топливе и 0,225 долларов на электроэнергии. Очевидно, что основное внимание следует уделять экономии топлива, хотя и экономия электроэнергии также не должна игнорироваться.

Факторы, определяющие эффективность нового завода.

Задача выбора рациональных видов топлива или электроэнергии определяется двумя основными факторами: технологическими условиями производства и технико-экономическими показателями. По условиям технологии выделяют две группы процессов:

• процессы, для которых однозначно определен вид энергии;
• технологические процессы, для которых требования к качеству продукции и условия производства допускают взаимозаменяемость различных видов энергии.

Технологическую схему производства цемента необходимо рассматривать как единый комплекс разнородных узлов оборудования, предназначенный для выработки цемента разных марок путем одновременного непрерывного осуществления различных, взаимосвязанных процессов реального термодинамического цикла. Всякое изменение любого параметра или конструкции узла в той или иной степени влияет на параметры, характеристики и показатели всего комплекса. Это влияние для каждого отдельного узла трансформируется через совокупность его граничных термодинамических и расходных параметров. Последние определяют направленность и характер протекания процессов в узлах (в зависимости от их типа и от совокупности конструктивных параметров) и одновременно играют связующую роль между ними. asics pas cher Совокупность значений таких параметров связей полностью определяет состояние рабочих процессов как в комплексе в целом, так и в отдельных его узлах. В качестве итогового показателя эффективности того или иного варианта совокупности значений параметров технологического комплекса, в соответствии с общепринятой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений и новой техники в народном хозяйстве (-М.: Госпланиздат, 1960) принимается величина суммарных расчетных затрат. Минимум расчетных затрат принят за критерий оптимальности технологии. Согласно требованиям указанной методики при определении суммарных расчетных затрат следует учитывать не только затраты в данную технологию, но и в сопряженные отрасли, эффективность функционирования которых оказывает непосредственное влияние на эффективность технологии: на топливоэнергетическую промышленность и транспорт. Таким образом, при постройке нового завода во внимание должны приниматься следующие основные факторы, определяющие экономическую эффективность производства: выбор места расположения завода, выбор сырьевых ресурсов и способов его подготовки к технологическому переделу, выбора способов тепловой обработки (организации сушки, обжига и охлаждения) сырья, выбор вспомогательного оборудования, а также структура самого завода. Для достижения низких энергозатрат в производстве, самым значительным фактором, определяющим месторасположение завода является близость его к сырьевым ресурсам, а также природа (физико-химические свойства) сырьевых материалов. Транспортировка сырьевых материалов на большие расстояния значительно повышает энергозатраты, независимо от их видов. Немаловажными факторами, определяющими общий расход энергии является расстояние до рынка сбыта, а также виды средства транспортировки готового продукта к рынку. Природа сырьевых материалов, таких как хлориды (соединение какого-либо элемента с хлором; хлориды являются солями кислот), щелочи (растворимые основания – вещества, реагирующие с кислотой, образуя только соль и воду) их влагосодержание могут определять энергоемкость процесса обжига – прокаливания металлов или руд с целью удаления примесей (серы, двуокиси серы и т. п.) путем окисления их атмосферным кислородом. Наметившаяся в последние годы тенденция перевода новых заводов на работу по сухому способу, способствует снижению энергоемкости процесса, поскольку, как показала практика, таким способом можно обработать почти любой сырьевой материал, с более низкими энергозатратами, чем при мокром процессе. Затраты тепловой энергия для печи, работающей по сухому способу, могут быть ниже 800 ккал/кг (3 млн. БТЕ/т), в то время, как лучшие современные печи, работающие по мокрому способу, требуют более 1150 ккал/кг (более 4 млн. БТЕ/т).

СТРУКТУРА ПРОИЗВОДСТВА

Функционирование производства однозначно определяется его функциональной структурой. Функциональная структура производства цементов определяется как упорядоченная совокупность функциональных элементов, реализующих определенную рабочую функцию и сопутствующих ей вспомогательных функций. Тесная взаимосвязь и взаимозависимость функциональных элементов определяет зависимость полезного эффекта технологической схемы от эффективности каждого элемента. Поэтому, в каждом конкретном случае, процессу проектирования должно предшествовать исследование исходной проектной ситуации: формулирование задачи, выявление принципиальных технических решений, разработка критериев оценки проектных решений (с точки зрения: эффективности функционирования, простоты реализации, простоты эксплуатации, возможности поэтапной разработки, трудоемкости переделки существующих систем, тестирования системы, обеспечения безопасности эксплуатации и т.п.), свертывание данных, разработка матрицы и сети взаимодействий, составление технического задания. Первостепенное внимание должно быть уделено разработке модели системы альтернативных источников энергии и обоснованию целесообразности их использования для реализации конкретного процесса, использованию отработанного тепла в каждом конкретном аппарате (в обжиговой печи, в печи для сушки, в измельчителе. Газы из печей любого, названного выше типа, могут быть использованы для сушки с определенными предосторожностями. Так, отходящий газ теплообменника с калъцинаторной решеткой системы Леполь обладает температурой, слишком низкой для сушки, а газ, перепущенный через горячую секцию решетки, может быть использован при небольшом повышении использования тепла. Внутризаводское размещение оборудования должно быть настолько компактным, чтобы свести к минимуму транспортировку материала и по мере возможности, для исключения повторных подъемов материалов следует использовать различия высоты элементов конструкций.

обжигОВЫЕ системы для сухого способа производства СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (цемента)

Обжиг — нагрев и выдержка при высокой температуре различных материалов с целью придания им необходимых свойств (например, прочности) или удаления примесей. Обжиг осуществляют в обжиговых печах с рабочей температурой 700 — 1300^о С для обжига огнеупорной глины, известняка, магнезита, доломита, цементной шихты по конструкции бывают шахтными, многоподовыми, трубчатыми, вращающимися. В отдельных случаях обжиг осуществляют в печах с кипящим слоем. Предполагаемые к использованию обжиговые системы для сухого способа производства строительных материалов включают следующие теплопотребляющие устройства:

1. четырехступенчатый запечный циклонный теплообменник, рассчитанный примерно на 775 ккал/кг (2,8 млн. БТЕ/т). Это устройство не рассчитано для перепуска хлоридов или щелочей (В этом случае используются кальцинаторы);
2. теплообменник с кальцинаторной решеткой системы Деттоля, рассчитанный на потребление (примерно) 850 ккал/кг (~ 3,1 млн. БТЕ/т).
3. одноступенчатый запечный циклонный теплообменник, рассчитанный примерно на потребление 915 ккал/кг (3,3 млн. БТЕ /т).
4. Длинная печь с тяжелой цепной системой, рассчитанная на потребление примерно 970 ккал/кг (3,5 млн. БТЕ/т).

   В установках для обжига цементного клинкера в псевдоожиженном слое с пульсацией воздуха (см. Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г. Кваша В. Б., Основы техники псевдоожижения основным -М.: Химия 1967. Стр. 433) основным теплопотребляющим аппаратом является печь, состоящая из ряда конических ступеней. Удельный расход тепла на полупромышленной печи подобной конструкции Чимкентского цементного завода составил 1000 ккал/кг; удельное тепловое напряжение – до 1 млн. ккал/(м³ ч); температура отходящих газов 450 ºС; пылеунос – 10 –15 %; продолжительность обжига 10 – 15 мин. Преимуществом обжига в псевдоожиженном слое является: — низкая маталлоемкость оборудования;

• простота конструкции установок и их эксплуатации;
• равномерность распределения материала в большой массе, практически исключающая его перегрев даже при высоком тепловом напряжении процесса (1800 ккал/кг колчедана);
• практически полное исключение спекания колчедана при прекращении подачи горячего дутья и колчедана;
• возможность ведения процесса при высокой влажности материала;
• увеличение концентрации сернистого ангидрида в обжиговых газах до 12 – 14% и выше, вместо 6 – 7% при обжиге во вращающихся или подовых печах;
• ведение процесса на строго заданном температурном режиме;

— лучшие условия труда и возможность полной автоматизации. К недостаткам процесса в псевдоожиженном слое относят повышенную запыленность газа (около 150 г/м³ по сравнению с 1 – 10 г/м³ в случае многоподовых печей), что вызывает усложнение системы пылеотделения и повышенный, на 30 – 35% расход электроэнергии на преодоление сопротивления слоя. Трудность использования аппаратов с псевдоожиженным слоем для высокотемпературного (до 1450 ºС) обжига состоит, прежде всего, в том, что процесс завершается при появлении жидкой фазы, наличие которой осложняет ведение процесса. Но, несмотря на это, попытки широкого внедрения обжига в кипящем слое, в силу отмеченных выше его достоинств, предпринимаются по сей день. Псевдоожиженным слоям вследствие применения их в в устройствах для смешивания, тепло- и массообменных установках и химических реакторах, посвящен многие исследования. Все же по сравнению с системами газ — твердые тела и газ — жидкость псевдоожиженный слой в меньшей степени поддается строгому исследованию. Этим, очевидно, и объясняется отсутствие четко обоснованных решений по конструктивному оформлению обжиговых аппаратов с псевдоожиженным слоем. Другим, не менее энергоемким процессом в схеме производства цемента является измельчение. Правильный выбор оборудования для транспортировки материалов предоставляет другую возможность экономии энергии. При транспортировке пылевидных материалов ленточные конвейеры и ленточные элеваторы потребляют гораздо меньше энергии, чем пневматические системы. На сравнительно коротких расстояниях, если позволяет высота, можно использовать воздушно-гравитационный конвейер. При транспортировании зернистых материалов ленточные конвейеры потребляют меньше энергии, чем скребковые или винтовые конвейеры. Экономия энергии возможна также в результате правильного выбора некоторых других видов вспомогательного оборудования.

основНыЕ ПРИНЦИПЫ РЕКОНСТРУКЦИИ цементных ЗАВОДОВ

Заводы, работающие по мокрому способу производства цемента, могут быть реконструированы для работы по сухому способу, а заводы, уже работающие по сухому способу должны реконструироваться с целью снижения энергозатрат. И в том и в другом случае процесс реконструкции связан с разрешением многих проблем. Приводы печи могут не соответствовать требуемой мощности или иметь неправильное расположение. nike air huarache Несоответствующим может оказаться наклон печи или транспортных трубопроводов. Любые изменения с целью понижения количества используемого тепла и электроэнергии должны быть направлены на повышение производительности, а вспомогательные элементы печи, такие как клинкерные холодильники, транспортные системы, пылесборники и вентиляторы, могут не отвечать новым техническим, экономическим, экологическим и другим требованиям. Переход к четырехступенчатому запечному циклонному теплообменнику обычно включает сокращение длины печи. Это позволяет провести полный монтаж теплообменника, не останавливая печь, единственным временем простоя будет время, необходимое для модификации печи и холодильника и окончательного подсоединение теплообменника. Одним из перспективных технологических преобразований является переход от мокрого способа к сырому, при котором шлам в теплообменник с кальцинаторной решеткой системы Леполь подается с помощью пневмофильтра. Имеются данные о том, что печь такого типа достаточно производительна, количество используемого тепла находится в нормальных пределах для печей системы Леполь. Довольно простой модификацией, способствующей экономии тепла, является добавление одноступенчатого циклонного теплообменника к типовой длинной печи, работающей по сухому способу. Высокоэффективные циклоны, использующиеся в качестве верхней ступени любого циклонного теплообменника, способствуют ограничению потерь пыли. Использование длинной печи, работающей по сухому способу с тяжелой цепной завесой, обычно предполагает устройство дополнительной секции с корпусом увеличенного диаметра на загрузочном конце печи. Устройство этой секции дает возможность навешивать требуемое количества цепей и понижать заданную скорость газа. На любом заводе, работающем по сухому способу, проводятся исследовательские работы по определению возможности использования отработанного тепла в печи для сушки сырьевых материалов. В большинстве случаев производимые реконструкции полностью окупаются, однако требуется предварительное тщательное исследование общей системы производства на конкретном заводе с учетом свойств перерабатываемых сырьевых материалов.

ПРАКТИКА ЗАВОДОВ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Имеющие место высокие энергозатраты, большинства ранее построенных заводов обусловлены низкой эффективностью их технологий, не отвечающих современному уровню развития этой отрасли. Повышение экономичности процесса производства цемента тесно связано с уменьшением топливной составляющей и капитальных затрат по теплоэнергетическим установкам различных типов. Возможности улучшения техникоэкономических показателей цементных заводов, особенно в части их тепловой экономичности, относительно не велики. Наибольший потенциал сокращения затрат энергии в производстве цемента заключается в процессах обжига. На этом участке потребление энергии является наибольшим и на опытном современном заводе именно здесь имеются самые доступные возможности его сокращения. nike air max 1 femme leopard Производство цементного клинкера из сырьевого материала, требует затрат определенного количества тепла. Величина этих затрат, составляющая порядка 400 ккал/кг (1,5 млн. БТЕ/т), не явно зависит от химического и минералогического состава сырьевых материалов. Все тепло, используемое сверх этого количества, связано с потерями в самой системе. Потери включают значительное количество тепла, отводимого с выгружаемым из системы клинкера; тепло, расходуемое на воздух вентиляционной системы холодильника; теплопотери холодильника и печи путем излучения, теплопотери отходящих газов и их пылевой нагрузки, а тяже теплопотери при выпаривании влаги. Даже при самой лучшей поточной технологии эти потери очевидно велики. Некоторая доля этих потерь является, конечно, неизбежной в любой реальной системе производства, но в зависимости от того, насколько можно уменьшать эти потери, возможно, соответственно, сократить потребление энергии. Уменьшение потерь энергии наблюдается при совершенствовании механизмов теплопередачи. Так, например, если в печь осуществляется возврат большого количества тепла клинкера, результатом чего является более высокая температура факела, скорость передачи тепла увеличивается, в результате чего большее количество общего тепла передается материалу и, поскольку меньше тепла остается, температура отходящих газов понижается. Для цементной печи необходимы большие теплоперепады. Высокотемпературное тепло требуется для спекания и кальцинирования, низкотемпературное — для перехода от режима обжига до достижения температуры кальцинирования и сушки. Во всех печах, работающих по сухому способу, а такие в некоторых, работающих по мокрому способу, образуется некоторый избыток тепла низкой температуры. Общий подвод тепла должен быть достаточен для обеспечения условий высокой температуры в зонах спекания и кальцинирования, при любой имеющей место скорости передачи тепла для данных условий. Скорость передачи тепла зависит от разницы температур газа и материала, так что увеличение температуры факела должно сократить количество используемого тепла. Для типовой конструкции современной печи существуют четыре фактора, частичное изменение которых способствует повышению температуры факела. К ним относится: температура вторичного воздуха, параметры избыточного воздуха, инфильтрация в головке печи при разгрузке и параметры первичного воздуха. Желаемой функцией для всех этих факторов, кроме избыточного воздуха, является возврат большего количества тепла, отдаваемого клинкером, в печь.

ТЕМПЕРАТУРА ВТОРИЧНОГО ВОЗДУХА

Измерить действительное значение средней температуры вторичного воздуха, поступающего из холодильника, довольно трудно. adidas originals superstar 2 femme На некоторых заводах получены приемлемые данные о величине температуры путем отбора проб. Для определения температуры перспективным является ультразвуковой метод. Обычно общий, объем воздуха, выходящий из холодилъника, представлен многочисленными потоками разной температуры. Определить среднюю температуру вторичного воздуха можно с помощью «выведенного» теплового баланса, в котором неизвестные данные выводятся из условий баланса. При балансе массы и тепловом балансе, приведенным в табл.1,выведенная температура вторичного воздуха достигает 600 °F (315°С). Эта температура не является необычной. В производственных условиях температура вторичного воздуха бывает выше 1200°F (650°С). Экономия энергии в результате повышения температуры вторичного воздуха зависит от специфики использования топлива, количества первичного воздуха, инфильтрации в головке печи, факторов, от которых зависит также и степень возможного повышения температуры вторичного воздуха. Для печи с низкой инфильтрацней (процеживанием) в головке печи и относительно небольшим объемом воздуха уменьшение количества используемого тепла почти на 10% возможно при изменении температуры от 600°F (3I5°C) до 1200°F (650°С). Таблица I. — Баланс массы, и тепловой баланс (на I тонну клинкера)

Способы повышения температуры вторичного воздуха для конкретного случая зависят, от конструкции клинкерного холодильника и принципа его действия. В упрощенном представлении, способ повышения температуры сводится к оставлению клинкера на секции решеток холодильника, к которой подводится вторичный воздух, достаточно длинной для принятия максимального количества тепла клинкера. При этом слой материала на этих решетках обычно более толстый, что иногда предполагает сужение рабочей ширины холодильника в этой секции. Увеличение толщины слоя приводит к увеличению его сопротивления, а, следовательно, к необходимости увеличения напора (статического давления) подрешетных вентиляторов. При этом для равномерного распределения воздуха необходимо обеспечивать адекватные условия по всему слою клинкера (с.13).

ИЗБЫТОЧНЬЙ ВОЗДУХ

Любое количество избыточного воздуха, сверх теоретически необходимого для сгорания, не участвует в реакции горения, а лишь разбавляет температуру факела. Поскольку весь газ нагревается до одинаковой температуры, избыточный воздух оказывает влияние на температуру горения и температуру газа, а, следовательно, и на скорость передачи тепла. Если количество избыточного воздуха увеличивается, температура газа, а также скорость передачи тепла понижаются. chaussure nike air max 90 Если количество избыточного воздуха уменьшается, температура газа повышается и передача тепла улучшается. До тех пор, пока количество избыточного воздуха может уменьшаться, не вызывая неполного сгорания, температура газа в зонах спекания, кальцинации и предварительного обжига про должает повышаться. При равном количестве сжигаемого топлива большее количество тепла будет передаваться в этих зонах печи. Это позволит либо понизить скорость подачи топлива, либо повысить скорость производительности. В любом из этих случаев температура отходящего газа будет уменьшаться. При определенных обстоятельствах может возникнуть необходимость использовать большее количество избыточного воздуха, чем необходимо для полного сгорания, а именно: 1) если температура отходящего газа слишком приближается к точке росы., как это бывает в некоторых печах, работающих по мокрому способу; 2) если температура факела слишком высокая; 3) если температура вторичного воздуха слишком высокая для футеровки; 4) если, рекуперированное и возвращенное в печь дополнительное тепло превышает дополнительные теплопотери. Многие современные печи обычно работают с избытком кислорода в отходящем газе, что составляет около 30% избыточного воздуха при сгорании, хотя эта величина изменяется в зависимости от вида топлива и его теплотворности. Обычной причиной для введения большого объема избыточного воздуха является опасение возможности повреждения пылесборника печи при вторичном сгорании или взрыве. Оптимальные условия эксплуатации печи подразумевают обязательное согласование всех элементов производства, т. е. практически постоянные условия с небольшими корректирующими вариациями. При небольших изменениях условий и тщательном анализе газа допускаемая разница между 5%-м и 0,5%-м содержанием кислорода в обычном отходящем газе не является существенной, при условии полного сгорания. Возможными причинами неблагоприятных условий могут быть неконтролируемые и непредвиденные неожиданные изменения, например, такие как поломка большого кольца и т.п. При правильной эксплуатации печи и наличии соответствующего контрольного оборудования риск возникновения подобных поломок или каких-либо других нежелательных изменений маловероятен. При газовом топливе обычно содержание кислорода в отходящем газе поддерживается ниже 0,5% и случаев воспламенения пока не наблюдалось. То же самое, можно сказать и о нафтяном топливе при наличии хорошей атомизации (хорошем распылении). При использовании угольного топлива часто возникает необходимость повышения полноты сгорания. В большинстве печных систем этому может способствовать регулирование крупности сжигаемого угля, скорости истечения топлива из наконечника горелки, изменение направления факела и т д. Повышение тонины угля увеличивает площадь вступающую в реакцию поверхности, а скорость истечения топлива из наконечника горелки и направление факела может оказывать влияние на турбулентность, влияющую в свою очередь на интенсивность смешивания воздуха и угля. Повышение температуры факела также улучшает сгорание угля. Уменышение избыточного воздуха, способствующего понижению содержания кислорода в отходящем газе с 4,5% до 0,5% и влечет за собой сокращение теплозатрат примерно на 6% в типовой современной печи (точные количественные показателя зависят от параметров конкретной печи). Существенным решением, способствующим уменьшению объема избыточного воздуха, является налаженная система анализа газа, с соответствующей калибровкой. Для этого в систему анализа должны быть включены как кислород, так и горючие элементы. Пробоотборник должен вводиться в печь с целью избежания влияния инфильтрации (просачивания) окружающего воздуха в уплотнения холодного конца печи. Четкая калибровка приборов и непрерывность контроля обеспечивают достоверность получаемых результатов анализа. В этой связи необходимо постоянное наличие запасного набора оборудования, используемого при анализе, которое включает запасной пробоотборник, на случай возникновения каких-либо затруднительных условий отбора проб. В случае низкой надежности результатов анализа газа в практике завода необходимо серьезно рассматривать вариант установки двух полнонаборных систем на каждую печь. Кроме экономии тепловой энергии за счет уменьшения объема избыточного воздуха будут уменьшены вес и температура отходящих из печи газов, что дает экономию электроэнергии за счет снижения мощности вытяжного вентилятора.

ИНфильтрация В ГОЛОВКЕ ПЕЧИ

Типовая обжиговая печь, эксплуатируемая на заводах, сравнительно открыта. Во многих печах отсутствует эффективное уплотнение на разгрузочном конце, размер кольцевого отверстия составляет порядка 76,2 мм (3 дюйма). Кроме того, обычно имеются отверстия для пирометров, телевизионных камер и смотровых’ окон; отсутствуют уплотнения у дверей, вокруг корпусов форсунок и т.д. На печи, имеющей диаметр 3,66 м (12 фт), площадь этих отверстий свободно составляет более 0,9м² (10 фт²). Даже при низком отрицательном давлении в головке печи количество холодного воздуха, инфильтрованного через такие отверстия, довольно велико. Кроме инфильтрации за счет принудительной тяги, тяга дымовой трубы по высоте горячего колпака вызывает дополнительную инфильтрацию холодного воздуха в результате выхода горячего воздуха через верхние отверстия л замены его холодным воздухом, поступающим через нижние отверстия. При инфильтрации в головке печи горячий вторичный воздух заменяется холодным воздухом, вследствие, чего является понижение температуры, вторичного воздуха. Уменьшение инфильтрации имеет такой же эффект, как повышение температуры, вторичного воздуха. Предполагая размер отверстия головки печи равным 0,9 м² (10 фт² ) и имеющую место отрицательную тягу (разрежение) порядка 2,54 мм вод. ст., инфильтрация будет способствовать превышению до 21% количества воздуха, теоретически необходимого для сгорания. Реальное уменьшение инфильтрации должно способствовать сокращению теплозатрат в типовой современной печи порядка на 5%. Уменьшение инфильтрации в головке печи возможно при улучшенном уплотнении: сокращении количества фиксированных отверстий или уменьшении их размера, улучшения прокладок и уплотнении всех соединений, а также вокруг корпуса форсунки, а в случае необходимости, установке более эффективного уплотнения, разгрузочного конца печи. По зарубежным данным, затраты на эффективное уплотнение разгрузочного конца, даже при необходимости монтажа новой секции корпуса печи, будут компенсированы за счет экономии топлива менее, чем за два года.

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕРВИЧНого ВОЗДУХА

Уменьшение количества первичного воздуха также способствует повышению температуры вторичного воздуха, поскольку при этом холодный воздух заменяется более горячим; уменьшение количества первичного воздуха .в степени, не вызывающей появление неблагоприятных явлений, будет способствовать повышению теплотворной способности топлива. Следует помнить, что на температуру факела оказывает влияние не только температура вторичного воздуха, но и турбулентность, которая в свою очередь зависит от разности между скоростью вторичного воздуха и скоростью истечения топлива из наконечника горелки. Уменьшение, количества первичного воздуха должно сопровождаться сокращением площади сечения наконечника горелки для сохранения, по крайней мере, той же самой скорости истечения топлива. Во многих современных печах теплотворная способность топлива может быть улучшена за счет повышения скорости истечения топлива. Практика заводов Северной Америки указывает на оптимальную скорость истечения топлива в интервале 10000 .- 15000 фт/мин ( 50-75 м/сек). Положительная практика современных европейских заводов предлагает интервал скоростей 15000 — 20000 фт/мин. (75-100 м/сек). Эмпирический подсчет позволяет предположить, что каждое уменьшение количества первичного воздуха на 6% (проценты от теоретически необходимого количества) позволяет сократить теплозатраты на 1% в зависимости от температуры вторичного воздуха и теплотворной способности топлива.

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ШЛАМА

В типовой длинной печи, работающей по мокрому способу, понижение влажности шлама способствует сравнительно большому сокращению теплозатрат. На рис.1 показан рост затрат дополнительного тепла, необходимого для шлама различной влажности в сравнении со шламом с 30%-м содержанием влаги, показателем, полученным на большом количестве заводов. . При понижении влагосодержания шлама может возникнуть необходимость корректирования цепных завес для различных топок. Уменьшение влаговыларивания в отходящем газе сок|ащает также энергозатраты, вытяжного вентилятора. При понижении содержания влаги в шламе с 40 до 30% сокращение энергии, потребляемой вентилятором, должно быть порядка 0,4 квт/т.

ЦЕПНЫЕ СИСТЕМЫ

В длинных печах, работающих по мокрому или сухому способу, могут навешиваться дополнительные цепи с целью сокращения теплозатрат в количестве, не вызывающем увеличения каких-либо потерь или ограничения процессов, происходящих в печи. Характеристики цепной завесы, зависят от ее конструкции. Плохая конструкция может чрезмерно увеличить падение давления и задерживать поток газа, понижая скорость производства. В печи работающей по сухому способу, это может привести также к резкому увеличению потерь пыли, возможно, даже понижая эффективность цепной завесы. Несколько цепей могут быть навешаны в любой печи и чаще всего цепные системы могут быть расширены, хотя существуют некоторые конструктивные ограничения, связанные с корпусом печи и опорами. Для оптимальной цепной системы, следует заменить загрузочный конец корпуса увеличенной секцией. На рис,2 приведено приблизительное соотношение между весом цепей в фунтах на ежедневное количество, клинкера в тоннах и теплозатрата на тонну клинкера, для эффективной конструкции цепной завесы и производительного процесса обжига. Если в длинных печах для уменьшения тепло потерь путем излучения использовать изоляционный кирпич, можно достигнуть экономии топлива до 18000 БИЗ/тЧбО- KKaVKr). Изоляционные кирпичи используются в виде кулачковых футеровок (рис.3) для улучшения теплообмена в зона предварительного Передаваемая газом лучистая теплота абсорбируется только очень тонким слоем на поверхности .окончательно измельченных материалов. Она может передаваться частицам в тесе материала только, если частица поднимается на поверхность. Кулачковая футеровка побуждает материал к движению, непрерывно образуя новую поверхность и улучшая тем самым теплопередачу

СМЕШАННЫЕ СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ ТЕПЛОЗАТРАТ

Ниже приводятся способы сокращения затрат топлива при эксплуатации печи. 1) Уменьшение тонины (увеличение крупности) загружаемого материала улучшает общую теплопередачу в печи, повышая теплопроводность массы материала и к. п. д. топлива. Более крупная загрузка способствует также уменьшению выброса пыли из печи и сопровождающие его теплопотери, а также понижению, далее, энергозатрат сокращением транспортировки пылевого груза. Излишне говорить, что уменьшение тонины загрузки печи должно оставаться в пределах, необходимых для клинкера, обладающего равномерностью изменений объема при минимальном расходе топлива. Оптимальная тонина является функцией как сырьевого материала, так и системы печи. 2) Для равномерного протекания процессов в печи, в числе других требований следует соблюдать такие, как равномерность загрузки материала, имеется в виду вес сухой загрузки, ее химический состав, средний размер частиц, а для печей, работающих по мокрому способу, влажность шлама. Изменения этих условий вызовут изменения процесса обжига, т. е. недожог или пережог, а, следовательно, непроизводительный расход топлива. 3.) Увеличение скорости производительности, которое должно сопровождать, любое увеличение к. п. д. топлива, повышает его еще в большей степени, поскольку многие виды потерь сохраняются постоянными и, следовательно, понижаются на фоне общего повышения производительности.

1. Сокращение количеств остановок печи способствует повышению к. п. д. топлива уменьшая теплопотери при остановках и пусках печи. Равномерность процесса в значительной степени способствует предотвращению остановок печи.

   ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ

   Достичь хорошего размола породы в карьере при первичных взрывах. Чаще всего, хороший разлом породы зависит скорее от бурового оборудования, способов закладки взрывчатых смесей в скважинах и соответствующего использования временной последовательности взрывов, нежели от общего используемого количества взрывчатых смесей. В любом случае хороший разлом способствует повышению эффективности загрузочных операций и уменьшается рабочую нагрузку дробилок. Чем тщательнее произведены взрывные работы, тем меньше затрат требуется для получения измельченного материала, конечной цели, при других операциях. Уменьшить тонину загрузки печи до минимума, не нарушающего качества клинкера, о чем упомянуто выше. На заводах широко распространена практика измельчения сырьевого материала до 80 — 85% прохождения через сита 200 меш, однако на многих заводах обнаружили, что для процесса обжига предпочтительно измельчать где-то до 65% прохождения через сита 200 меш , при том, что уровень плюс 50 меш не является слишком высоким. Уменьшение тонины до 65% прохождения через сита 200 меш будет способствовать сокращению расхода энергии сырьевой мельницей на 6 — 8 квт/т цемента. Уменьшить инфильтрацию воздуха после печи. Проверка на содержание кислорода в дымовой трубе очень часто показывает 100%-ю инфильтрацию после печи, а иногда и 200%-ю инфильтрацию. Этот дополнительный воздух, очищаемый пылеуловителями, и транспортируемый пылесосными вентиляторами, может повысить потребление энергии вентилятором примерно на 2 квт/т и, конечно, не способствует повышению эффективности пылеуловителя. Равномерность процесса обжига, упомянутая выше, кроме экономии топлива, позволит достичь прочностных технических характеристик при низкой тонине цемента, а также сократить потребление электроэнергии мельницей для клинкера на тонну клинкера. При неравномерном процессе обжига производиться будет либо недообожженный, либо пережженный клинкер. Пережженный клинкер может иметь худшую измельчаемость, чем в меру обожженный клинкер и не обладать повышенной прочностью. При равномерном процессе обжига, контролируемом с помощью микроскопного анализа, энергозатраты на измельчение клинкера могут быть доведены до минимума. Помольные циклы должны быть рассчитаны на максимальные производительности производства. Несоблюдение этого требования может быть вызвано целым рядом причин: несоответствие режима сепарации режиму работы измельчительного оборудования, заложенного еще в процессе проектирования. Часто имеет место несоответствие характеристик отдельных видов оборудования: воздушных сепараторов, дробилок, транспортных средств, включая количество и размещение лопастей вентилятора и лопастей центрифуги, износ шаровой загрузки, износ и потеря мелющими телами первоначальной формы. Размер загрузки материала в мельницы, может не соответствовать размеру шаров. Величина шаровой загрузки может быть неправильной. adidas zx flux pas cher Разделительная головка и разгрузочные диафрагмы могут забиваться и закупориваться. Для поддержания высокой эффективности производства, всем этим элементам должно уделяться пристальное внимание.

   КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ

   Требования к регулированию и контролю циклов измельчения четко определены. Аналоговое управление представляется удовлетворительным, кроме расчетов пропорцонирования сырьевых смесей сложного многокомпонентного состава, которые предпочтительно производить с помощью компьютера, на основании рентгеновского анализа. Как указывалось ранее, равномерность режимов или устойчивость процесса — необходимое условие для эффективного производства. К сожалению, избежать влияния возможных возмущений в процессе производства невозможно, поэтому необходимо соответствующее управление. Даже опираясь только на визуальный контроль оператора, можно распознать возможные отклонения, препятствующие эффективному развитию процесса. Даже при наличии датчиков, индикаторов и регистрирующих приборов, измеряющих и фиксирующих переменны: факторы в процессе, размер отклонения, распознанного оператора и предпринятая в результате корректировка, имеет большое значение для равномерного протекания процесса. Другим значительным фактором — является число контрольных точек, которые могут тщательно наблюдаться оператором, и доля внимание, уделенного каждой из них. Полностью автоматизированная система управления может распознать очень незначительные отклонения и произвести соответствующую корректировку, еще более точно приближая условия процесса к оптимальным. Усовершенствованный процесс не только сокращает расход топлива и повышает эффективность производства, но и удлиняет срок эксплуатации футеровки и уменьшает частоту остановок печей

   КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА

   К сожалению, современная технология практически не позволяет прямым путем фиксировать переменные факторы в процессе обжига для проведения контрольной корректировки. Другими словами, практически измеряя переменные факторы процесса обжига,, мы не знаем, что происходит в печи, а можем только логически восстановить картину протекавшего процесса. Если она восстановлена верно, контролирование возможно. Признавая это, делаем общим правило о том, что все изменения процесса, которые могут быть практически измерены и представляют какие-то сведения для восстановления картин процесса в печи, должны измеряться датчиками. Это данные включают сведения о скорости вращения печи, крутящем моменте привода печи, скорости истечения топлива, р разреженности потока первичного воздуха, скорости потока массы, загрузки, анализе отходящего газа (относительно ©2 CO₂ и COg). температуре зоны обжига, температуре отходяшего из печи газа, температуре внутреннего газа в печи у замков на длинных печах, давлением в головке печи,переменных факторах в клинкерном холодильнике, температуре газа и материала, а также о давлении по всему теплообменнику

   УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ

   ….. Регулирование работы печи охватывает довольно много зависимых переменных факторов, в самой печи — четыре только непосредственно контролируемых фактора: скорость вращения печи, скорость подачи загрузки в печь, скорость истечения топлива, а также скорость потока отходящего газа. Изменение любого из непосредственно регулируемых переменных факторов оказывает влияние на многий взаимосвязанные зависимые факторы. Аналоговая система управления, предназначавшаяся для регулирования многочисленных переменных факторов лих взаимосвязи, представляется очень сложной, дорогой и трудной для постройки и эксплуатации с другой стороны, гибкость и скорость цифрового компьютера позволяет довольно легко справиться о; этой сложной проблемой. Менее, чем удовлетворительный результат использования ранних больших компьютеров связан с тем, что они не явились именно теми устройствами, которые надлежало использовать на цементных заводах. За истекший период времени было проведено несколько успешных установок новых компьютеров, а именно мини-компьютеров с программой, разработанной коллективами цементных заводов. На сегодняшний день, к счастью, имеются несколько систем для контролирования процесса, основанных на миникомпью-тешх и программа для- которых полностью разработана коллективами цементных заводов. Надежность работы ксшшгвов такова, что например, компьютер Вендора гарантирует 99,9$ правильности результатов, а стоимость таких систем составляет лишь часть стоимости прежних систем.

   РЕЗЮМЕ

   … Практическое, сокращение энергозатрат на «типовых» современных цементных заводах могло бы. способствовать понижению производительной, стоимости более чем на доллар на каждую тонну продукта. Это понижение затрат должно явиться значительным вкладом в серьезную и продолжительную программу экономии энергии каждой фирмой.

   ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

   С увеличением мирового промышленного производства непрерывно возрастает потребность в минеральном и органическом сырье; ежегодно перерабатывают миллиарды тонн этого сырья. При этом большая часть такого сырья в процессе его переработки для получения пригодного для продажи продукта, требует предварительного измельчения. Прежде всего, это относится к производству нерудных материалов (цемента, извести), а также к переработке руд. Поскольку затраты на измельчение в некоторых случаях составляют 60 -70% всех затрат на переработку, возможности их снижения представляют значительный интерес. Основными элементами затрат на измельчение являются энергия и износ измельчительного оборудования и мелющих тел. Широкое применение измельченных материалов, высокая энергоемкость и материалоемкость обусловливает необходимость тщательного подхода к выбору способа измельчения, а также оборудования обеспечивающего получение продукта, отвечающего требованиям производства к специфике процесса. получаемого в результате измельчения. Процесс измельчения характеризуется следующими показателями: размером исходного продукта, его физико-механическими свойствами; достижимой степенью сокращения частиц исходного продукта; гранулометрическим составом и формой зерен измельченного продукта; величиной потребляемой энергии. Отмеченные показатели «потребности» наряду с такими показателями функционирования измельчительных установок, как эффективность, принцип действия, долговечность и надежность способствуют выявлению комплекса критериев оценки измельчительных агрегатов, исключающих субъективный подход к оценке целесообразного конструктивного его варианта, а также определение оптимального направления решения задачи повышения эффективности. Установление взаимосвязи между свойствами измельчаемого материала, способами его разрушения, потреблением энергии и требованиями (характеристикой) к получаемому продукту, имеет важное технико-экономическое, а также операционное значение для процессов проектирования измельчительных комплексов и разработки конструкции измельчительных машин. Совокупность свойств измельчаемого материала, учитываемых в процессе оптимизации процесса измельчения, определяется в первую очередь физико-механическими свойствами, его структурой, определяющей целесообразный механизм разрушения. doudoune canada goose Физико-механические свойства любых материалов зависят от физических и химических явлений, имеющих место на молекулярном уровне. Твердые тела сохраняют свою форму благодаря химическим и физическим связям, существующим между их атомами и молекулами. Тело воспринимается твердым только тогда, когда образующим его молекулам ни механические ни тепловые воздействия, ни химические процессы не препятствуют их объединению в упорядоченную систему кристаллических образований, в беспорядочную, но плотно упакованную систему аморфного тела, а также цепочки или развитые сетки этих цепочек тканей растений, пластмасс и эластомеров. Образовавшееся, таким образом, твердое тело «сопротивляется» приложенному к нему внешнему воздействию (механическому, тепловому или химическому воздействию, также воздействию других видов энергии). Любое тело можно вывести из строя несколькими различными путями механическим разрушением, плавлением или воздействием на него химическими реагентами. Так как в каждом случае должны быть разорваны какие-то внутренние связи одного типа, можно предположить, что существует некая простая связь между всеми названными формами разрушения. Измельчение представляет собой процесс разрушения твердого тела без изменения его фазового состояния, без перехода его из твердой в жидкую или паровую фазу. Способность твердого тела разрушаться под воздействием внешних нагрузок, т. е. уменьшать, в результате приложения к нему внешнего воздействия, свой размер от определенного значения в его исходном состоянии до определенного значения размеров образовавшихся частиц, называют размалываемостью. Размалываемость обычно определяется в единицах затраченной мощности на весовую единицу полученного продукта и представляет собой энергию, затраченную в процессе измельчения. Величина этой энергии зависит непосредственно от природы минерала, от используемого механизма его разрушения, а также тонины (крупности) получаемых частиц. Общепринятые категории тонкого измельчения определяются как:

• тонкое — частицы менее 76 мкм;
• очень тонкое — частицы менее 53 мкм;
• сверхтонкое — частицы менее 25 мкм:
• ультратонкое — частицы менее 5 мкм.

Для этого может потребоваться энергия на совершение работы трения, сжатия, удара, разрыва частиц использовано Под воздействием Выбор мельницы для помола сырьевого строительного материала зависит от свойств измельчаемого материала, определяющих энергоемкость процесса измельчения, а также от требуемой тонины получаемого продукта (величины удельной поверхности частиц материала) для конкретной марки цемента. Крупность частиц перерабатываемого материала или их удельная поверхность в цементной промышленности является доминирующим фактором, технические требования к которому, наряду с энергоемкостью процесса измельчения, ужесточаются с каждым годом. В частности, если раньше для цемента удовлетворительной была удельная поверхность 3000 или 3100 по Блейну, то согласно современным требованиям эта величина должна быть не менее 3800. Adidas Zx Flux Для получения быстротвердеющего цемента требуется измельчать материал до получения удельной поверхности не менее 5000 по Блейну. Средний размер частиц известняка в производстве цемента по современным требованиям должен составлять 10 мкм, а в производстве пигментов уже не приемлемы продукты с размером частиц свыше 15 мкм. В основе развития измельчительного оборудования лежит стремление получить продукт с меньшим размером частиц без заметных усовершенствований существующего оборудования, за счет которых можно было бы обеспечить высокую дисперсность без существенного повышения энергоемкости и износа оборудования. Увеличение дисперсности получаемого продукта, обеспечивается в основном за счет интенсификации режимов работы, увеличения энергонапряженности существующего измельчительного оборудования (шаровые, молотковые, вальцевые, вибрационные мельницы, механические дезинтеграторы, и др.), без изменения, ввиду неочевидности и трудоемкости учета влияния других параметров при изменении вариантов структуры, принципов разрушения материала, конструкции или компоновки оборудования. Одной из основных проблем, связанных с получением тонкодисперсных материалов, является проблема классификации – разделение частиц по крупности и выделение из общей их массы частиц с заданными размерами. Такая проблема встает при переходе к размерам частиц менее 37 мкм (400 меш). Это размер ячеек самых мелких из существующих сеток или сит и, поэтому, ниже этого размера единственным количественным методом сепарации является воздушная. Ограничение этого метода сепарации заключается в том, что он реализуется только на сухих материалах. Разумеется, воздушная классификация применяется и для разделения частиц более крупных размеров, в частности для выделения частиц с размерами более 0, 84 мм (20 меш). Отмеченная особенность воздушной классификации обусловила создание измельчительных установок со встроенным классификатором. Введенный в практику измельчения О Нейлом еще в 1893 году этот принцип использовался, главным образом в трех типах мельниц – в мельницах-классификаторах («Харрикен» фирмы «Бауэр бразерс компани», в молотковой мельнице «Пулвокрон» фирмы «Стронг скоттс» и др) в вибрационных шаровых и струйных мельницах. Мельницы самоизмельчения с воздушной сепарацией., широкое применение находят для помола мягких материалов, особенно при высоком их влагосодержании Сотрудник фирмы «Стюртевант» Инглиш еще в средине прошлого века прогнозировал широкое использование мельниц со встроенным классификатором и отмечал все более проявляющийся интерес к струйным мельницам. Однако до настоящего времени применение этого типа мельниц ограничивается теми сферами, где требуется получение небольших количеств высокодисперсного продукта без посторонних примесей. Проявляющаяся тенденция увеличения мощности измельчительного оборудования пока решается применением трубных и многокамерных мельниц. Существенным подспорьем решения проблемы снижения энергоемкости получения тонкодисперсных материалов в струйных мельницах является разработка высокоэффективных методов контроля размеров частиц, гранулометрического состава материала в микронном и субмикронном диапазонах, распределение концентрации дисперсной фазы в потоке газа, величины потока массы дисперсной фазы, расхода, уровня сыпучего материала в накопительных емкостях и т. п., с использованием этой информации в системах регулирования режимами измельчения и классификации. Известные лабораторные методы и оборудование для определения размеров частиц в микронном и субмикронном диапазонах, характеризуются малой скоростью измерения и ручным управлением. Основным направлением решения задачи определения крупности частиц в зарубежной практике является использование для этих целей стандартных воздушных классификаторов, … Для измерения концентрации дисперсной фазы в смеси применялись различные методы: электрический – при исследовании аэрозолей (335 ); оптический метод регистрации рассеяния света (656) – при суммарных измерениях на больших образцах и при относительно малом числе частиц в единице объема; системы регистрации с помощью счетчика соударения частиц (741) и с помощью датчиков в отдельных точках (830) — при сравнительно болшом размере частиц, а также при малом содержании твердой фазы. С помощью последних методов исследуется скорее локальный поток массы, чем концентрация. Для определения концентрации частиц измеряется ослабление света методами волоконной оптики (404, 766). Для определения скорости дискретной фазы разработан электростатический датчик потока массы, позволяющий измерять поток массы взвешенных частиц (745). Распределение концентрации измерялось с помощью фотоэлектрического зонда по полному сигналу фотоумножителя всегда с использованием компенсационной схемы.

Распределение потока массы частиц измеряется по величине их заряда, определяемого законами трибоэлектрических явлений (849): зонд с заданным поперечным сечением, установленный в потоке газовзвеси будет приобретать заряд со скоростью пропорциональной массовому потоку частиц.