Исследование системы обжига клинкера, состоящей из вращающейся печи и технологического модуля механотермохимического превращения сырья

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Прогрессивные тенденции, определяющие в настоящее время развитие цементной промышленности, можно характеризовать в первую очередь поиском путей уменьшения потребления тепловой и электрической энергии на единицу произведенной продукции.

В настоящее время на производство цемента в нашей стране расходуется более 25 млн. тонн условного топлива, при этом доля энергоресурсов в себестоимости цемента составляет более 50% [1].

Наиболее энергоемким переделом в производстве цемента является обжиг клинкера, на который расходуется более 80% от общих энергозатрат на производство цемента [2], что в решающей степени сказывается на энергоиспользовании и качестве продукта обжига.

Важность вопроса вызвала многочисленные технологические и конструкторские решения во всем мире, направленные на рационализацию систем обжига цементного клинкера [3], из которых в качестве основных можно выделить следующие:

— строительство мощных технологических линий, оснащенных технологическим оборудованием высокой единичной мощности;

— использование промышленных отходов, вторичного сырья, а также сырья, представляющего интерес с энергетической точки зрения, и материалов, частично заменяющих классические виды сырья и топлива;

— все более широкое использование каменного и в некоторых случаях бурого углей в качестве технологического топлива, заменяющего дорогостоящие мазут и природный газ;

— применение низкотемпературных технологий обжига;

— использование нетрадиционных видов энергии (электрической, солнечной и др.);

— преимущественная ориентация на сухой способ производства;

— новые технологии обжига (например, спекание в кипящем слое);

— перевод печей мокрого способа на полумокрый (полусухой) и комбинированные способы;

— разработка новых систем обжига, в максимальной степени использующие преимущества мокрого и сухого способов производства.

Проблема, поставленная и решаемая в настоящей работе, относится к этому ряду проблем, направлена на рационализацию энергоиспользования и поэтому является актуальной.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Повышение эффективности процесса обжига клинкера в системе, состоящей из вращающейся печи и технологического модуля MTX превращения сырья, с внедрением результатов исследований на цементном производстве АО «Сода» .

В связи с этим в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Оценка различных направлений снижения энергопотребления в технологии цемента при реконструкции действующих производств и обоснование эффективности использования нового способа MTX превращения сырья и обжига клинкера в технологическом модуле, как одного из типовых приоритетных направлений реконструкции цементных заводов.

2. Теоретическое и технологическое обоснование эффективности на основе эксергетического анализа новых технологических схем цементного производства и возможности реконструкции действующих цементных заводов по схеме, состоящей из вращающейся печи и технологического модуля MTX превращения сырья.

3. Анализ особенностей и характеристик цементного производства АО «Сода» как типового объекта внедрения системы обжига, состоящей из вращающейся печи 4×150м. и шахтной известково-обжигательной печи 4,5×18 м., как типового технического аналога модуля. Разработка технологической схемы и параметров обжига клинкера при подаче сухих карбонатных отходов производства кальцинированной содытак называемого «недопала» в зону подогрева вращающейся печи.

4. Расчетно-теоретические исследования системы обжига, предусматривающие разработку методики и алгоритма расчетов удельного расхода топлива, производительности и других показателей при изменении количества карбонатных компонентов и степени их декарбонизации, подаваемых в зону подогрева вращающейся печи.

5. Развитие принципов формирования и оптимизации состава сырьевой смеси с использованием эксергетического анализа, определение численных значений эк-сергетических показателей сырьевых смесей с различным соотношением «недопала» и исходного шлама.

6. Лабораторные исследования по выбору рационального состава сырьевой смеси.

7. Экспериментальные исследования в условиях АО «Сода» эффективности принятой схемы обжига с вращающейся печью 4×150 м., оценка технико-экономических показателей и качества клинкера при различном соотношении исходной смеси и «недопала» .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна состоит в том, что:

1. Дана сравнительная оценка различных технических решений по снижению энергопотребления для цементных заводов мокрого и сухого способов производства, при создании новых систем обжига клинкера. Обоснована возможность и эффективность использования нового научного направления в повышении энергетической, экологической и экономической эффективности цементного производства, связанного с применением в технологии цемента нового технологического модуля MTX превращения сырья сухим способом.

2. С использованием эксергетического анализа выполнено теоретическое и технологическое обоснование эффективности комбинированного способа обжига, включающего вращающуюся печь и TM MTX превращения сырья. Способ позволяет одновременно использовать разные виды исходных карбонатных компонентов.

3. Разработана система комбинированного способа обжига клинкера, состоящая из вращающейся печи 4×150м и шахтной известково-обжигательной печи, как типового технического аналога универсального технологического модуля.

4. Выполнены расчетно-теоретические исследования системы обжига, предусматривающие разработку методики и алгоритма расчетов удельного расхода топлива, производительности и других показателей при изменении количества карбонатных компонентов и степени их декарбонизации, подаваемых в зону подогрева вращающейся печи.

5. Развиты на основе эксергетического анализа принципы формирования и оптимизации состава сырьевой смеси с различными соотношениями «недопала» и исходного шлама.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ :

1. Разработана нетрадиционная технологическая схема обжига клинкера, состоящая из вращающейся печи мокрого способа производства и технологического модуля MTX превращения сырья.

2. Определены оптимальные параметры схемы и процесса обжига клинкера, позволяющие при реконструкции цементных заводов снизить капитальные и эксплуатационные затраты, повысить качество клинкера, экологичность и безотход-ность производства.

3. Разработана методика и алгоритм расчета новой системы обжига комбинированной сырьевой смеси, позволяющие определить основные технологические параметры при реконструкции действующих цементных заводов.

4. Разработана и испытана в промышленных условиях система подачи термо-обработанных карбонатных компонентов в зону подогрева вращающейся печи. При этом удельный расход условного топлива снижен с 227,2 на 23 кг у.т./гн кппроизводительность печи увеличилась с 35,0 на 3,9 т/час.- активность клинкера повысилась с 50,1 МПа до 53,3 МПа.

5. Результаты исследований внедряются на цементном производстве Стерли-тамакского АО «Сода». Экономический эффект от использования 100,0 тыс. т «недопала» составляет 8 млн. деноминированных рублей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ .

Основные положения диссертации были доложены и представлены на I Международном (IX Всесоюзном) Совещании по химии и технологии цементов, Москва, 1996 г., РХТУ им. Д. И. Менделеевана Международной конференции «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энергои ресурсосбережение в условиях рыночных отношений «(XIV научные чтения), БелГТАСМ, Белгород, 1997 г.- on the 2-nd int. Seminar of Cement, 18−20 NOV, 1996, Iran University of Science and Tec hnologyна технических советах AO «Сода», 1995;1998 r.r.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них патент № 95 106 287/03 и 9 статей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Рассмотрены различные технические регс" «^ ««. ^ ления для цементных ззводоо мокрого и сухого с- «~7 ~ - -ним новых систем обжига «линкера. Указывается, что при реконструкции цемзаво-дсв следует использовать новую концепцию повышения энергетической, о ко логической и экономической эффективности производства, Она предполагает использование под одним методологическим воззрением;

— комплекса взаимосвязанных технологических решений, основанных на новых принципах MTX превращения сырья и организации процессов, оптимально использующих внешние ш внутренние энергетические ресурсы и обеспечивающих после их реализации интегральную эффективность цементного производства;

— комбинации мокрого и сухого способов превращения сырья, только § отличие от традиционного (с обезвоживанием шлама) при параллельно-последовательном оформлении процессов, образующих эти способы;

— технологического модуля MTX превращения сырья на основе реактора де-карбонизатора-йзрлельчителя, который открывает новые возможности в реконструкции систем мокрого способа с минимальными капитальными затратами и максимальным использованием существующего технологического оборудования и объединением в одной системе преимуществ мокрого и сухого способов,.

— новой системы обжига комбинированной сырьевой смеси (патент Ne 2 093 486), состоящей из вращающейся печи и технологического модуля MTX превращения сырья сухим способом.

2. С использованием зкеергетического анализа выполнено теоретическое и технологическое обоснование эффективности комбинированного способа обжига, включающего вращающуюся печь и TM MTX превращения сырья. Способ позволяет одновременно использовать разные виды исходных карбонатных компонентов,.

3. Выполнены расчетно-теоретическме исследования системы обжига, предусматривающие разработку методики и алгоритма расчетов удельного расхода топлива, производительности й другж показателей при шмененш количества карбонатных компонентов и степени их декарбонизации, подаваемых в зону подогрева вращающейся печи.

Л 5Г" s. iTL? п ГРЗ Л Зг’Л «» ГЛТ ji S ! Л Г- !/Л ГЛ? Г? i ГЗ?". 3 й 5 51 S 5^ПС «^ л?*-?,» tan ^ЛЛ! !!Я.ч л е-«.

Г — Д я i г,-" 1 ?5 S S j 5 й «» • - ~ «f '» 5 '-" J ' - - -4. J. ?2 iV.? —- -'7- i rl • ¦ '.J — - -j Л .-.,. «Г — Г j="V — i E -*4 / i' ~ ~ < -' „“ it», ¦¦'} Г-. 5'—— —• > я i iff Sri if Гi ««EK! '.r i i Г<='.? C: i «г i. i! 1. J '.j !.' i ifi Vs «.V '.J Sit V. 5 ¦ rT. -.3 1 5» i 5. V5 iVi Sj «. j '.} 3 «4 • f >.1.4 О ПР-Г/г !i>! У! ГЧ «Л, О ! I ЙЬ 3 Vf iJ j?3i Л SifVif-» ri Iffгь УЧ 3 5 г «аъ/ТЧi u~~f ц5 Г» г-г Л Т gi Т Г* Т S? i = Iй .Гrs r|i!V tjS. C- •> 4){ «V, 1 I 'I I V. J fi будет проходить при меньших энергозатратах.

5, Разработана нетрадиционная технологическая схема обжига клинкера, состоящая из вращающейся печи мокрого способа производства и технологического модуля MTX превращения сырья,.

6, Разработана и испытана в промышленных условиях система подачи термо-обработанных карбонатных компонентов — недопала — в зону подогрева вращающейся печи. При этом удельный расход условного топлива снижен с 227 -2 на 23 кг у.т./тн клпроизводительность печи увеличилась с 30,0 на 3,9 т/час, — активность клмнкапа повышена с 50,1 МПз до 53,3 МПа.

7, Результаты исследований внедряются на цементном производстве Стерлм-тарлакского АО :!Сода!', Экономический эффект от использования 100,0 тыс. т «недопала» составляет 8 млн. деноминированных рубтей. Имеются предложения на внедрение такой работы от других цементных заводов ,.