Содержание к диссертации
Введение. 5
Глава 1. Состояние вопроса. 9
Существующие методы оценки эффективности обжиго- 9 вых систем.
Эксергетический анализ химико-технологических сие- 12 тем.
Выводы, постановка задачи, выбор направлений иссле- 18 дований. Глава 2. Эксергетический анализ процессов и систем 20 механотермохимического превращения исходного сырья.
Общие методологические основы эксергетического 20 анализа в технологии цемента.
Анализ типовых элементов технологических схем. 26
Эксергетический анализ отдельных подсистем. 30
Подсистема "сырье-шихта". 30
Подсистема "шихта-шлам". 33
Система "сырье-шихта-шлам-клинкер". 40 Глава 3. Эксергетический анализ преобразуемых исход- 46
ных сырьевых материалов цементного произ
водства.
3.1. Эксергетический анализ карбонатных компонентов. 47
Методическая часть. 50
Оценка эксергетических характеристик известняков 55 различных месторождений.
Эксергия мелов различных месторождений. 59
Взаимосвязь эксергии известняков с их физико- 62 химическими и физико-механическими параметрами.
Взаимосвязь эксергии известняков с их технологиче- 65 скими параметрами.
3.2. Эксергетический анализ глинистых компонентов. 69
Методическая часть. 70
Оценка эксергетического состояния глинистых компо- 71 нентов.
Эксергетический анализ корректирующих добавок. 73
Эксергетический анализ сырьевых шихт различных 75 предприятий.
Глава 4. Эксергетический анализ преобразующих пото- 79
ков и воздействий.
4.1. Эксергия топлива. 80
Расчет эксергии твердых топлив. 84
Расчет эксергии жидких топлив. 8 5
Расчет эксергии природного газа. 86
Эксергия воздуха. 88
Электроэнергия. 92
Эксергия среды измельчения и ее влияние на эффек- 93 тивность процесса.
4.4.1. Влияние газовой фазы на эффективность измельчения 93
по сухому способу.
4.4.2 Эксергия воды. 97
Глава 5. Эксергетическая оценка продуктов переработки 103
сырьевых компонентов.
Эксергия сырьевого шлама. 103
Эксергия клинкера. 129
Эксергия отходящих газов. 136
Глава 6. Разработка эксергетического баланса обжиго- 139
вых систем мокрого способа.
Эксергетический баланс обжиговых систем цементного 139 производства.
Эксергетический баланс обжиговой системы Староос- 158 Кольского цементного завода.
Описание технологической схемы. 158
Эксергетические характеристики преобразуемых и пре- 160 образующих потоков.
Эксергетический баланс системы обжига. 169
Эксергетический анализ новых сырьевых материалов и 174 рекомендации по снижению энергозатрат.
Глава 7. Внедрение результатов исследования. 192
Общие выводы по работе. 193
Список литературы. 197
Приложения. 206
Введение к работе
Сложившаяся в настоящее время в России ситуация в цементной индустрии отличается, с одной стороны, насыщенностью производственных мощностей и, с другой стороны, незначительным спросом на цемент. В связи с этим реконструкция действующих, частично устаревших и неэффективно работающих мощностей, приобретает все большее значение. При этом большая роль отводится мероприятиям, позволяющим снизить тепловые и энергетические затраты до современного уровня, т.к. по данным, опубликованным в [2], в цементной промышленности России на обжиг 1 тонны клинкера расходуется в среднем 214 кг условного топлива против 120 - 130 кг при современной технологии сухого способа производства. Данный показатель свидетельствует о все возрастающем техническом отставании российской цементной промышленности от уровня не только развитых, но и развивающихся стран.
Энергетические затраты в производстве цемента объективно обусловлены его химией и особенностями технологического процесса. Уровень энергопотребления и объем научных исследований в анализируемой области оп-ределяют состояние развития отрасли [3-11]. Подавляющее большинство исследований по снижению энегозатрат в технологии цемента носят разрозненный характер и затрагивают, как правило, отдельные процессы, агрегаты и отдельные переделы. При этом анализируемый элемент технологической системы искусственно выделялся из всей технологической цепочки, не рассматривалась вся "предыстория" потоков, используемых в данном элементе технологической системы, и оптимизация проводилась конкретно для отдельно взятого анализируемого объекта.
В связи с этим очевидно, что решение проблемы экономии энергоре
сурсов на действующих производствах и развитие малоэнергоемких принци
пиально новых технологий обжига цементных сырьевых материалов является
в настоящее время актуальным и становится возможным с развитием мето-
f дов системного анализа химико-технологических процессов. Методы систем-
6 ного анализа базируются на детальном и комплексном рассмотрении химических и энергетических превращений в их тесной взаимосвязи на основе использования теоретически обоснованных оценок оптимальной организации системы [1].
Настоящая работа развивает новое направление в повышении энергетической, экономической и экологической эффективности цементных производств, разрабатываемое школой академика В.В.Кафарова и д.т.н. М.А.Вердиян. К этому направлению относится, в частности, и применение эксергетического метода, входящего в состав системного анализа процессов и химико-технологических систем. Эксергетический подход в решении проблемы снижения энергопотребления цементных производств позволяет ввести обобщенный параметр различных энергетических затрат и качества различных видов энергии - эксергетический показатель, который является главной и единой характеристикой энергетической эффективности для всех переделов любого цементного производства [6,10,11]. Систематические исследования в этом направлении отсутствуют. Поэтому основной целью данной работы является разработка научно-методического обеспечения эксергетического анализа в технологии получения цементного клинкера и его конкретное применение для заводов мокрого способа производства цемента, а также для цементных заводов нового поколения.
Для достижения поставленной цели было предусмотрено проведение научно-исследовательских работ по следующим направлениям:
методологические основы эксергетического анализа в технологии получения цементного клинкера;
эксергетический анализ типовых процессов и технологических схем;
эксергетический анализ отдельных технологических переделов (подсистем) цементного производства;
эксергетический анализ преобразуемых исходных сырьевых материалов: исходные компоненты сырьевой шихты - шихта - шлам - клинкер;
эксергетический анализ преобразующих потоков;
разработка эксергетического баланса системы " сырье - клинкер";
расчеты и проведение эксергетического анализа для технологической системы обжига клинкера Старооскольского цементного завода.
Научная новизна.
разработаны методологические основы эксергетического анализа в технологии производства цемента;
поставлена и решена задача разработки методики эксергетического анализа типовых технологических процессов, элементов, переделов и схем получения клинкера;
поставлена и решена задача разработки методики эксергетического анализа преобразуемых исходных сырьевых материалов: сырьевые компоненты шихты - шихта - шлам - клинкер;
проведен эксергетический анализ преобразующих потоков системы;
разработан общий эксергетический баланс системы "сырье - клинкер".
Практическая ценность.
разработанная методика расчета эксергии исходных сырьевых компонентов применена для определения эксергетических показателей сырьевых материалов, таких как известняки, мела, глины, бокситы, сланцы различных месторождений, используемых в настоящее время 34 заводами, работающими по мокрому способу производства, а также для различных железосодержащих добавок;
разработанная методика для определения эксергии полупродуктов и продуктов системы механотермохимической обработки сырьевых материалов применена для определения эксергетических показателей шихт, шламов и клинкеров 15 цементных заводов, работающих по мокрому способу производства;
выведены численные зависимости между эксергией сырьевого шлама и расходом топлива, затрачиваемым на обжиг этого шлама и между эксергией клинкера и его активностью;
составлен эксергетический баланс обжиговой системы получения клинкера Старооскольского цементного завода. Осуществлен этап оптимизации состава сырьевых шихт из новых 26 сырьевых компонентов, планируемых к применению на этом заводе. Выданы рекомендации по оптимальным составам сырьевых шихт, обеспечивающим минимальный расход топлива и пылевыноса на вращающейся печи 5Х185 м. Рекомендации приняты заводом для интенсификации и реконструкции производства.
Достоверность результатов работы подтверждается совпадением полученных расчетных результатов с практическими исследованиями, выполненными как в данной работе, так и в других научно-исследовательских работах, а также положительными результатами промышленного внедрения. Апробация работы. Основные результаты работы доложены на конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов", Баку,1987; на "X— Научных Чтениях", Белгород, 1987; на научно-технической конференции НИИЦемента, Москва, 1988; на научно-техническом совещании по химии и технологии цемента "Наука - производству", Москва, 1989; на конференции по технологии строительных материалов, Москва, 1989; на Международной конференции по химии и технологии цемента, Иркутск, 1990; на I— Международной конференции по химии и технологии цемента, Москва, 1996; on the 2-nd Int'l Seminar on Cement, 18-20 Nov. 1996, Iran.
Считаю своим долгом выразить глубочайшую признательность и благодарность научным руководителям - член-корреспонденту МИА, профессору Вердиян Мэлсу Аспандаровичу и кандидату технических наук, доценту Боброву Дмитрию Александровичу, а также научному консультанту доктору технических наук Альбац Борису Самуиловичу за повседневную помощь и советы при выполнении работы.
