Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Описание процессов измельчения, конструктивно - технологических параметров отечественных и зарубежных мельниц
1.1. Особенности снижения энергозатрат при помоле цемента в барабанных шаровых мельницах 11
1.2. Современные отечественные и зарубежные БШМ открытого и замкнутого циклов 13
1.3. Процесс одностадийного и двухстадииного измельчения цемента. 20
1 4. Традиционные методы расчета агрегатов одно- и двухстадииного измельчения цемента 33
1.5. Новые методы расчета агрегатов одно- и двухстадииного измельчения цемента 37
1.6. Импульсная технология измельчения цемента 41
1.7. Постановка задачи и направление исследований 44
1.8. Выводы 44
Глава 2. Теоретические основы определения эксергетических характеристик работы БШМ
2.1. Теоретические основы определения эксергии цемента и концентрации эксергии цемента
2.1.1. Определение эксергии цемента и ее концентрации 47
2.1.2. Расчет и формирование эксергии цемента 57
2.2. Расчет эксергетического коэффициента полезного действия (КПД) и критерия энергетических затрат мельниц (ЭЗМ) , 66
2.2.1. Расчет эксергетического КПД 66
2.2.2. Определение критерия ЭЗМ 68
2.3. Расчет и исследование эксергетического КПД для типовых цементных мельниц 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5 м 72
2.3.1. Расчет эксергетического КПД для типовых цементных мельниц 72
2.3.2. Исследование КПД при изменении степени загрузки мелющими телами и времени пребывания материала 75
2.4. Выводы 81
Глава 3. Разработка математической модели пилотной мельницы 1,0X4,0 м по критерию ЭЗМ
3.1. Выбор объекта исследований 84
3.2. Математическая модель пилотной мельницы 87
3.3. Выводы 100
Глава 4. Исследование и внедрение нового способа комплексной оценки энергетической эффективности работы цементных мельниц
4.1. Экспериментальные исследования на цементной мельнице 3,2x15,0 м АО «Осколцемент» 102
4.2. Методика определения критерия ЭЗМ 112
4.3. Способ регулирования процесса получения цемента заданного класса прочности в мельнице дискретно-непрерывного действия 115
4.4. Расчет экономической эффективности МДНД 3,2x15 м 117
4.5. Выводы 122
Основные результаты и выводы 123
Литература 127
Приложения 140
- Современные отечественные и зарубежные БШМ открытого и замкнутого циклов
- Определение эксергии цемента и ее концентрации
- Математическая модель пилотной мельницы
- Методика определения критерия ЭЗМ
Введение к работе
Работа цементных заводов в рыночных условиях показала, что для их дальнейшего успешного функционирования необходимо решение принципиально новых научно-технических задач, которые традиционным путем решены быть не могут. Эти новые задачи обозначены, в частности, в работах проф. М.А. Вердияна и проф. B.C. Богданова.
Заключаются они в следующем:
С точки зрения организации выпуска различных цементов, - это новая для цемзаводов задача перехода от серийного выпуска и отгрузки цемента одного типа и класса прочности для различных изделий потребителей к единичному или адресному выпуску для отдельно взятого изделия. Другими словами, речь идет о выпуске цемента по индивидуальному заказу.
С точки зрения организации типовых технологических процессов, -это переход от непрерывных процессов к циклическим, реализующим оперативное регулирование времени пребывания материала в агрегате.
С точки зрения контроля технологических параметров производства, — это переход на единый энергетический контроль их значений, т.е. эксергии этих параметров и особенно для цемента.
С точки зрения используемой научной и инженерной идеологии, — это переход на системный и эксергетический анализы.
Итак, сущность данной работы состоит в том, что научно обоснованные методы интенсификации помольного оборудования должны базироваться в настоящее время на современном системном подходе при реализации новых технологических решений. Использование системного и эксергетического анализа в технологии цемента изменяет традиционные методы оценки энергетической эффективности и способы организации типовых технологических процессов, оборудования и схем цементного производства. Наиболее полно это проявляется на технологическом переделе измельчения цемента. В частности, сочетание здесь эксергетического анализа (ЭА) и
5 мельниц дискретно-непрерывного действия (МДНД) с использованием
лазерного гранулометра дает ощутимые результаты, позволяющие вывести
проблему оптимальной организации работы этого передела на
принципиально новый уровень, который предусматривает:
определение для каждого типа и класса прочности выпускаемых цементов энергетической эффективности работы для отдельно взятой мельницы и всего цеха «Помол» по критерию энергетических затрат мельницы (ЭЗМ);
оперативное управление работой шаровых барабанных мельниц (ШБМ) по критерию ЭЗМ;
ежесменный контроль и оценку качества работы цеха «Помол» и отдельных мельниц по эксергетическим характеристикам выпускаемых цементов.
Таким образом, рассмотрение методической, расчетно-экспериментальной и прикладной части исследуемой проблемы, в которой впервые в технологии измельчения цемента используются эксергетический КПД и критерий ЭЗМ в качестве комплексных критериев эффективности работы мельниц, представляет актуальную задачу диссертации.
Цель диссертационной работы.
Разработка методики оценки энергетической эффективности шаровых барабанных мельниц на основе эксергетического анализа процесса измельчения.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:
Описание процессов измельчения, конструктивно-технологических параметров отечественных и зарубежных мельниц и методов оценки их энергетической эффективности.
Разработка теоретических основ определения эксергии цемента Еаш и концентрации эксергии цемента E^Jd^.
Разработка математической модели пилотной цементной мельницы 1,0x4,0 м по критерию ЭЗМ.
Расчет эксергетического КПД для типовых цементных мельниц: 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5 м.
Исследование и внедрение нового способа комплексной оценки энергетической эффективности работы цементных мельниц.
Научная новизна*
В работе с позиций системного анализа развивается эксергетический подход к задачам расчета и формирования КПД и критерия ЭЗМ цементных мельниц:
Предложены новые критерии оценки качества цемента: эксергия цемента Яцем и концентрация эксергии цемента EucJdQp, учитывающая его химико-минералогический и дисперсный составы.
Предложены новые характеристики оценки энергетической эффективности шаровых барабанных мельниц — эксергетический КПД, учитывающий взаимосвязь эксергии, отводимой из системы цемента цсн, и подведенной эксергии Епода и критерий ЭЗМ, представляющий собой отношение удельного расхода электроэнергий мельниц (Э) на получение одной тонны готового продукта к величине эксергии Е или концентрации эксергии E/dcp этого продукта.
Разработана математическая модель пилотной цементной мельницы 1,0x4,0 м по критерию ЭЗМ. Методами экспериментально статистических исследований получена система полиномов второго порядка, отражающая влияние независимых переменных, таких как состав мелющих тел; степень заполнения первой и второй камер мельницы; удельная поверхность готового цемента; разряжение в мельнице на производительность - У! (кг/ч) и удельный расход электроэнергии — Уз (кВт-ч/т) мельницы; остаток на сите №008 - У2 (%); зерновой состав цемента, оцениваемый содержанием зерен крупностью от 5 до 30 мкм - У4(%); активность цемента на сжатие через 28
7 суток — У5 (кг/см2); эксергия цемента - У6, У7 (кДж/кг) и на критерий
эксергетических затрат ЭЗМ мельницы - У8.
Автор защищает:
методику определения эксергии цемента Еисм и концентрации эксергии цемента EvtJdcp,
математическую модель пилотной цементной мельницы 1,0x4,0 м, связывающую параметры качества цемента и работы мельницы, а также критерий ЭЗМ с режимными параметрами, как-то: состав мелющих тел, степень заполнения первой и второй камер мельницы, удельную поверхность цемента и разряжение в мельнице;
инженерную методику определения эксергетического КПД и критерия ЭЗМ мельниц;
методику расчета эксергетического КПД и критерия ЭЗМ для типовых цементных мельниц-2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5 м.
методику определения численных значений критерия ЭЗМ для промышленной МДНД 3,2x15,0 м ОАО «Осколцемент» при различных способах подачи материала в мельницу.
Практическая ценность результатов работы;
Разработана принципиально новая технологическая схема подачи материала в мельницу двумя клинкерными потоками с коэффициентом пульсации Кпі=1 и Кп2=1,33.
Разработана методика определения критериев КПД и ЭЗМ, учитывающая значения эксергии получаемого цемента и энергетические затраты работы мельниц.
По разработанной методике расчета энергетической эффективности ШБМ определены численные значения эксергетического КПД для типовых цементных мельниц: 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5 м. КПД по отношению к затратам на образование новой поверхности составляет для мельниц следующие значения: 2,6x13,0 м - 14,83%; 3,0x14,0 м - 12,39%; 3,2x15,0 м - 11,57%; 4,0x13,5 м - 7,68%.
8 На критерий ЭЗМ и технологию измельчения для достижения ЭЗМтщ
получен патент РФ № 2004113623 от 07 декабря 2004 года.
Внедрение результатов работы выполнено на цементном заводе ОАО «Осколцемент» на МДНД 3,2x15 м.
Результаты работы включены в учебные пособия: М.А. Вердиян, Д.А. Бобров и др. «Эксергетический анализ процессов химической технологии (на примере технологии цемента)». - М., 2004. — 91с; М.А. Вердиян, B.C. Богданов и др. «Эксергетический анализ в задачах одновременного повышения эффективности работы мельниц и стабилизации качества цемента» - Белгород, 2005 г., 96 с.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международном конгрессе, проведенном в БГТУ им. В.Г. Шухова: «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии». — Белгород, 2003; на семинарах кафедры механического оборудования БГТУ им. В.Г. Шухова, на технических советах ОАО «Осколцемент» в 2004, 2005 гг.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ, включая патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам, основных результатов и общих выводов. Работа включает 139 стр, в том числе, 22 таблицы, 9 рисунков, библиографический список из 148 наименований.
Автор считает своим долгом выразить глубокую и сердечную благодарность руководителям настоящей работы: -БГТУ им. В.Г.Шухова
S Заведующему кафедрой механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов д.т.н. профессору, академику Богданову B.C.;
V к.т.н. доценту кафедры механического оборудования предприятий промышленности строительных материалов, Несмеянову Н.П.
л'
«
9 научному консультанту:
- АО «НИИЦЕМЕНТ»
-/ заведующему лаборатории кибернетики, д.т.н., профессору, академику
МАСИ и МИА Вердияну М.А.
Современные отечественные и зарубежные БШМ открытого и замкнутого циклов
Развитие технологии, в частности измельчения, в конечном счете преследует цель снижения себестоимости продукта: капитальных затрат, амортизационных отчислений и эксплуатационных расходов [30-34]. Последние в основном определяются энергозатратами на привод и компенсацию износа помольных агрегатов.
Последние годы отмечены заметным ростом затрат на охрану окружающей среды от технологических выбросов: тепла, шума, пыли. Повысились требования к качеству продукта - цемента, к его дисперсности и зерновому составу, в основном определяющими комплекс строительно-технических показателей. Ощутимо удорожание транспорта, топлива, электроэнергии, а также ужесточение условий разработки источников сырья.
Основой современных агрегатов для помола цемента продолжают оставаться барабанные шаровые мельницы, которые, по-видимому, сохранят свое доминирующее положение в обозримом будущем [1-10]. Предельная простота конструкции, надежность, долговечность, относительная простота как объекта управления, высокая производительность, а также способность сохранять качество цемента - его дисперсность и зерновой состав при длительной эксплуатации и износе, не имеют аналогов. БШМ присущи и недостатки: значительные габариты и вес, соответственно высокая стоимость, малая удельная производительность (около 0,15 т/ч на тонну веса мельницы), высокий уровень шумов и удельных энергозатрат, быстро возрастающих с увеличением дисперсности цемента [11-26]. Развитие конструкции БШМ и технологии измельчения цемента происходило и продолжается в направлении улучшения энергетических и технологических показателей процесса. Прослеживаются две тенденции в конструировании БШМ: — мельницы открытого цикла измельчения; - мельницы замкнутого цикла измельчения.
В обоих случаях возрастание производительности и их размеров, длины L и диаметра D, сопровождалось снижением энергозатрат в результате рациональной организации процесса измельчения при одновременном повышении качества продукта, а также использовании многостадийного измельчения.
Различают внешнюю многостадийность, когда в состав помольного агрегата включаются дробилка или БШМ грубого помола. Это позволяет осуществить частную постадийную оптимизацию и снизить суммарные удельные энергозатраты. Двухстадийное измельчение позволяет также регулировать состав продукта. Цемент, измельченный на БШМ открытого цикла, как правило, отличается излишне широким диапазоном размеров частиц. Смешивая его с монодисперсным продуктом, с узким диапазоном фракций, можно получить цемент оптимального зернового состава. Такая возможность может быть реализована, например, при измельчении шихты на пресс-валках. Домол полученного цемента - промпродукта производится на БШМ. Агрегат работает в открытом цикле. «Внутреннее» многостадийное измельчение осуществляется в секционированной БШМ. Помольный объем мельничного барабана разбивается на секции при помощи колец Данула. Мелющая загрузка, состоящая из шаров или цилиндров различных размеров, позволяет оптимизировать процесс по камерам и секциям, снизить суммарные энергозатраты. Межкамерные перегородки и секционирующие кольца упорядочивают материальный поток, его гидродинамику и кинетику измельчения, снижают энергозатраты, повышают производительность и качество цемента. Аналогичный результат достигается в результате применения классифицирующей футеровки мельницы, позволяющей поддержать определенное распределение мелющих тел по длине мельницы: крупных - в начале мельничного барабана и уменьшающихся по размеру в направлении движения материального потока.
Агрегаты с БШМ, работающими в замкнутом цикле с классификаторами, позволяют непрерывно отбирать тонкую фракцию -готовый продукт, по мере ее образования, избегать перемола и снижать энергозатраты, регулировать зерновой состав продукта. Длительность пребывания материала в мельнице определяется кратностью циркуляции, поэтому длина мельницы может быть сокращена. Производительность мельницы повышается с увеличением ее диаметра. Замкнутый цикл позволяет минимизировать перемол продукта. Сэкономленная в результате снижения электроэнергия в значительной степени теряется на привод механизмов, осуществляющих циркуляцию материала в агрегате.
Тем не менее в настоящее время в развитых странах измельчение цемента производится в основном на БШМ замкнутого цикла в агрегатах одно- и двухстадийного измельчения. Семейство современных БШМ, изготавливаемых зарубежными фирмами Германии, США, Японии, Дании, Чехии, представлено многочисленными сериями, включающими более 60 типоразмеров [36 5]. Как следует из дальнейшего рассмотрения производительность этих мельниц колеблется от 10 до 320 т/ч по цементу с удельной поверхностью 3200 см /г по Блэйну. Мощность привода мельниц достигает 10000 кВт, а размеры барабана - 20,0x6,28 м.
Определение эксергии цемента и ее концентрации
Рассмотрим методологические основы эксергетического анализа в технологии цемента. Цементное производство рассматривается нами как сложная технологическая система механотермохимического превращения сырья в готовый продукт по всей традиционной цепочке на уровнях «вход-выход»: «сырье-шихта»; «шихта-шлам, мука»; «шлам, мука-клинкер», «клинкер-цемент». Главным источником энергозатрат при этом являются два потока: основной поток, т.е. преобразуемые исходные компоненты, и преобразующий поток, необходимый для преобразования и транспортирования основного потока.
Обобщенным параметром различных энергетических затрат и качества различных видов энергии служит эксергетический показатель, который является главной и единой характеристикой энергетической эффективности для всех переделов любого цементного производства.
Рассмотрим эксергию всех технологических потоков. В соответствии с определением, данным в классических работах [148], под эксергией потока вещества (Е) понимается максимальная способность данного потока к совершению работы, рассчитанная с учетом взаимодействия с окружающей средой. Эксергия потока вещества складывается из нескольких составляющих: Е = Еп+Ек +ф + Ек + Ея + Едр, (2.1) где Еп - потенциальная эксергия - определяется как потенциальная энергия относительно нулевого уровня, связанного с окружающей средой; Ек - кинетическая эксергия - равна кинетической энергии, рассчитанной при помощи скорости перемещения относительно окружающей среды; E - физическая эксергия - является результатом несовпадения температуры и давления рассматриваемого вещества с температурой и давлением окружающей среды; х - химическая эксергия - определяется разностью состава потоков вещества и окружающей среды; Ея - ядерная эксергия - является следствием возможности реализации ядерных превращений; Др - другие виды эксергии - эксергия поверхностного натяжения, электростатическая эксергия и другие. Особенности химии и технологии цемента предопределяют учет всех этих составляющих в каждом конкретном случае.
Известно [148], что эксергия системы остается неизменной только при обратимом проведении всех процессов, протекающих как внутри системы, так и при взаимодействии ее с окружающей средой. Это основное свойство эксергии позволяет использовать ее как меру обратимости процессов, имеющих место в системе механотермохимической обработки цементных сырьевых материалов.
Теперь на основе классического определения эксергии потока вещества, но с учетом конкретного случая попытаемся дать определение эксергии преобразуемого и преобразующего потоков материала, а также эксергии среды преобразования и эксергии целевого продукта системы.
Преобразуемыми исходными материалами в системе механотермохимической обработки цементных сырьевых материалов являются такие исходные природные и искусственные материалы, как известняк, глина, а также корректирующие добавки. К преобразуемым полупродуктам системы следует отнести сырьевую шихту, сырьевой шлам (сырьевую муку), клинкер и добавки.
Под эксергией преобразуемого материала (м) будем понимать меру его энергетического состояния в окружающей среде. Иными словами, в нашем конкретном случае эксергия преобразуемого материала характеризует способность данного материала в максимальной степени реагировать на совершаемое по отношению к нему воздействие. Очевидно, что такое определение эксергии потока твердого преобразуемого вещества ни в коей мере не противоречит классическому определению, цитируемому выше. Такой формулировкой эксергии твердого преобразуемого потока мы лишь уточняем, что эксергия твердого преобразуемого материала определяет меру (степень) практической пригодности данного материала с определенными физико-химическими и физико-механическими свойствами к дальнейшему его использованию в различных процессах. Таким образом, чем выше эксергия преобразуемого материала, тем ниже энергетические затраты, требуемые в системе на его обработку.
В системе имеет место совокупность эксергетических потерь, подразделяемая: - на внешние эксергетические потери: Еш - потери эксергии, вызванные отходящим потоком дымовых газов и пыли, Е00 - эксергетические потери, вызванные непосредственной теплоотдачей в окружающую среду; - на внутренние эксергетические потери: Еии - затраты эксергии на изменение поверхностного натяжения частиц измельчаемого материала, тег1 - потеря эксергии, вызванная необратимостью теплообмена между газовой средой и обрабатываемой сырьевой смесью, ЕСГТ - потери от необратимости сгорания топлива, Ехр - остальные внутренние потери эксергии, возникающие прежде всего благодаря необратимости химических реакций.
Под эксергией среды воздействия (#сР) понимается мера энергетического состояния данной среды относительно традиционной окружающей среды. Эксергия, например, среды измельчения характеризует максимальную работу, которую может совершить данная среда измельчения над материалом в процессе его переработки. Более того, численное значение эксергии (например, среды измельчения) показывает, во сколько раз может измениться (увеличиться или уменьшиться) технологическая эффективность воздействия преобразующих потоков на преобразуемый материал.
Математическая модель пилотной мельницы
Методика исследований. Для математического описания процесса измельчения в области, близкой к оптимуму, было использовано центральное композиционное ротатабельное планирование второго порядка, при котором информация, содержащаяся в уравнении регрессии, равномерно распределена по сфере с центром, совпадающим с центром эксперимента [134,140].
В качестве факторов, определяющих процесс, были выбраны следующие переменные: Х\ — состав мелющих тел, характеризуемый средневзвешенным диаметром шара, мм; Хг — степень заполнения первой камеры мельницы; Х-$ — степень заполнения второй камеры; Х$ - разрежение в мельнице, мм вод. ст. Кроме того, в математическую модель в качестве одной из независимых переменных включен и такой важный фактор, являющийся одним из критериев тонкости измельчения, как удельная поверхность готового порошка - Х\. Это позволяет сделать модель более гибкой, общей и рассчитывать оптимальные условия ведения процесса для получения цементов различной дисперсности.
Одновременное варьирование указанных факторов проводилось на пяти уровнях по схеме пятифакторного ротатабельного планирования второго порядка, состоящей из полуреплики факторного эксперимента типа 25 (шестнадцать опытов на уровнях + 1,0), 10 звездных точек ( каждый из пяти факторов принимает значение ± 2,0 ) и 7 центральных точек (все факторы на нулевом уровне). Величина плеча для звездных точек х=2Д Общее число экспериментов равно 33 (табл. 3.3). Следует напомнить, что при классическом подходе для изучения указанных пяти факторов на пяти уровнях потребовалось бы 3125 опытов.
Чтобы сделать использование математической модели для перехода от габаритов модели к промышленным установкам достаточно надежным, необходимо было уточнить оценки функции отклика. С этой целью ротатабельный план расширен до плана, близкого к Д-оптимальному [134,140]. Проверка адекватности полученных уравнений проводилась с помощью статистического критерия Фишера (F - критерий) на основании результатов, полученных на ПЭВМ. Оказалось, что полученные полиномы второй степени адекватно описывают поверхность отклика в области экспериментов.
Наличие такой взаимосвязи (3,1) - (3,8) позволяет дать совместный анализ функций отклика. На данном этапе наибольший практический интерес представляет исследование функций отклика для Уд, У5 и У8. Исследование модели включает в себя интерпретацию уравнений регрессии, нахождение экстремальных значений функций отклика и значений независимых переменных, а также зависимостей, существующих между ними.
Интерпретация уравнений регрессии представляет большой интерес, так как оценка значимости коэффициентов уравнений, а также анализ величин и знаков этих коэффициентов позволяют судить о сравнительной силе и направлении влияния исследуемых факторов на параметры оптимизации.
Оценка значимости коэффициентов уравнений регрессии проводилась по критерию Стьюдента. При этом было установлено, что не во всех уравнениях значимые эффекты оказались одними и теми же; в отдельных случаях меняется даже знак влияния. Число значимых эффектов с повышением дисперсности цемента увеличивается. Это обстоятельство имеет физический смысл и объясняется тем, что чем большую величину удельной поверхности цемента необходимо получить, тем большую роль играет каждый фактор в ходе процесса и тем значительнее становится влияние каждого фактора в отдельности. При оценке влияния исследуемых факторов на производительность мельницы оказалось, что по мере увеличения дисперсности цемента средневзвешенный диаметр шара и степень заполнения мелющими телами первой камеры проявляют стремление от верхнего уровня к нижнему, разрежение в мельнице - от нижнего уровня к верхнему, а степень заполнения второй камеры — к нулевому уровню.
Из всех эффектов взаимодействия значимым оказался эффект взаимодействия состава мелющих тел в первой камере со степенью заполнения второй камеры мельницы —Х\—Х . Положительный знак при нем означает то, что производительность мельницы увеличивается при изменении данных параметров в одном направлении (в сторону увеличения или уменьшения).
Характер влияния исследуемых факторов на производительность и удельный расход электроэнергии, за исключением фактора Х\, аналогичен. Имеющееся различие во влиянии состава мелющих тел на производительность и удельный расход электроэнергии объясняется разной постановкой задачи.
Методика определения критерия ЭЗМ
В результате настоящих исследований была разработана методика расчета энергетической эффективности шаровых барабанных мельниц на основе эксергетического анализа. Последовательность методики заключается в следующем: 1)при выпуске на конкретной мельнице определенного типа и класса прочности цемента каждые 30 мин или ежечасно определяют текущие значения производительности Q (т/ч) и потребляемой мощности N (кВт) мельницы и усредняют эти значения за смену; 113 2) рассчитывают удельный расход электроэнергии мельниц (кВт-ч/т) по формуле Э = N/Q; 3) отбирают с пробоотборника усредненную пробу цемента на выходе мельницы; 4) для данной пробы определяют Х.М. составы и распределение частиц по размеру на лазерном гранулометр е. 5) по формуле Екл =а E{Ci$)+b Е(Сг$)+с E(C$A)+d E(C4AF), где a, b, ct d — доли клинкера в шихте, рассчитывают эксергию клинкера. 6) по формуле Кцем = f(M\ - М4) определяют комплексный параметр, количественно характеризующий моменты (РЧЭ), где М1-М4 - моменты кривой распределения частиц по их эксергии (РЧЭ); 7) по формуле Ецем=КцЫгЕ1а определяют эксергию цемента и ее концентрацию; Э Э 8) по формулам 33Mt=3,6— и ЭЗМ2=3,6 определяют критерий энергетической эффективности работы мельниц, который является комплексным показателем оценки энергетической эффективности ШБМ, так как учитывает удельный расход электроэнергии (Э), затрачиваемый на получение одной тонны готового продукта (кВт ч/т), и качество получаемого цемента.
Ниже приводится пример последовательности операций при расчете критериев ЭЗМЬ ЭЗМ2 для режима Pl-1: 1)при выпуске на мельнице 3,2x15,0 м, работающей в открытом цикле, цемента ПЦ500Д0 производительность )=47,28 т/ч, потребляемая мощность #=1359,92 кВт; 2) удельный расход электроэнергии мельницы, рассчитываем по формуле 1359 92 3=N/Q; Э = = 28,76 ґкВт-ч/т); 47,28 Ч } 3) из отобранной усредненной пробы цемента определяем Х.М. составы и распределение частиц по размеру на лазерном грануломегре; 114 4) по формуле Ем =а (C3S)+6 (C2S)+c Е(С3A)+d Е(С4AF), где a, b,c,d доли клинкера в шихте, рассчитывают эксергию клинкера: =1202 кДж/кг; 5)по формуле Ецш=Кцем Екл определяем эксергию цемента и ее концентрацию: цем=8516,17 кДж/кг, цем/й?ср=343,39 кДж/кг-мкм; 6) из РЧР определяем dcp, которое равно 24,8 мкм; 7) по формуле ЭЗМ]=3,6— определяем критерий энергетической Е эффективности работы мельниц: ЗЗМі=3,6—=3,6 - =3,3 10 3: Е 8516,17 Э 8) По формуле ЭЗМ2=3,6 определяем критерий энергетической эффективности работы мельниц: ЭЗМ2= 3,6 — = 3,6 :— = 8,3-10 2. т F Eld 343,39 ср э Второй пример расчета критериев ЭЗМЬ ЭЗМ2 для режима Р2-8: 1)при выпуске на мельнице 3,2x15,0 м, работающей в открытом цикле, цемента ПЦ500Д0 производительность (2=47,42 т/ч, потребляемая мощность #=1349,17 кВт; 2) рассчитываем удельный расход электроэнергии мельницы по формуле 134917 3=N/Q; Э = ± їіі = 28,45 (кВт-ч/т); 3) из отобранной усредненной пробы цемента определяем Х.М. составы и распределение частиц по размеру на лазерном гранул ометре; 4) по формуле Екл а E(C3S)+b E(C2S)+c ДС3А)+с/(C4AF), где a, b,c,d доли клинкера в шихте, рассчитывают эксергию клинкера: Еа=1185,9 кДж/кг; 5)по формуле Ецем-КцемЕм определяем эксергию цемента и ее концентрацию: ием=7,742-1185,9=9181,2 (кДж/кг), цем/ ср=468,4 кДж/кг-мкм; 6) из РЧР определяем dcp которое равно 19,6 мкм. 115 Э 7) по формуле 33Mi=3,6-— определяем критерий энергетической Е Э 28 45 эффективности работы мельниц: ЗЗМі=3,б—=3,6 -— = 3,0-10"3: т У Е 9181,2 Э 8) по формуле ЭЗМг=3,6 определяем критерий энергетической эффективности работы мельниц: v ЭЗМ2=3,6 —— = 3,6 - = - = 6,07-1 О 2. E!dcp 468,4 Таким образом, результаты расчета ЭЗМ) и ЭЗМ2 показали, что второй режим работы мельницы более эффективен. 4.3. Способ регулирования процесса получения цемента заданного класса прочности в мельнице дискретно-непрерывного действия Рассматриваемый способ осуществляется следующим образом. Для получения цемента заданного класса прочности на мельнице, например, дискретно-непрерывного действия определяют ее удельный расход электроэнергии: 3=NnJQ, где Л пот - потребляемая мощность мельницы; Q — производительность мельницы. Затем в лабораторных условиях, например лазерным гранулометром, определяют распределение частиц по размерам - РЧР и находят средний диаметр частиц — /ср. По этому зерновому составу определяют эксергию цемента: цш = кл+(РЧЭ), где Ем — эксергия клинкера, определяемая экспериментально расчетным путем; 116 (РЧЭ) — распределение частиц по эксергии или эксергия «зернового состава». Определяют концентрацию эксергии цемента: И находят отношение удельного расхода электроэнергии мельницы к найденной величине, которую мы назвали «критерий энергетических затрат в Э мельнице» — ЭЗМ=3,6—, К где Э — удельный расход электроэнергии мельницы; 3,6 - коэффициент, учитывающий размерность. Для всего класса измельчителей необходимо стремиться к достижению минимума этого соотношения. Клинкеры подаются в мельницу циклически двумя потоками, причем они определяют эксергию измельчения входных потоков и их соотношение: цем1 —я кліТм(Х], - эксергия первого потока цем2 =0 - а) ЕКЛ2Тма2) - эксергия второго потока, где а - доля потока; тн — время пребывания в мельнице; а — коэффициент кратности дискретности, равный отношению периода цикла измельчения к времени подачи материала.
1. Получены результаты расчетных и экспериментальных исследований по определению эксергетических характеристик цемента и критерия ЭЗМ2 при измельчении цемента ПЦ500Д0 на МДНД 3,2x15 м ОАО «Осколцемент» и при различных способах подачи материала в мельницу.
2. Показано, что для достижения заданного качества цемента необходимо реализовать 2-поточную схему подачи материала в мельницу. При этом критерий ЭЗМ для данных условий измельчения на конкретной МДНД находится в диапазоне 0,218 - 0,231, который можно считать заданным при управлении процессом формирования требуемой эксергии цемента. При этом удельный расход электроэнергии мельницы составил 27,86-28,58 кВт-ч/т, что меньше Э (Р-1) на 0,9 кВт-ч/т, а средняя производительность— 47,62 т/ч. Среднее квадратичное отклонение активности цемента для Р2=0,825, что меньше, чем для Р-1.
