Исследовательская работа на тему"Экономия энергоресурсов за счет эффективного использования тепловой энергии во вращающихся печах

Экономия энергоресурсов за счет эффективного использования тепловой энергии во вращающихся печах

Обучающаяся гр Т-12 Завалишина Е.

Руководитель Калухина Н.И.

В производстве цемента печи составляют основную часть технологического оборудования. От работы печей в большой степени зависит производительность цементных заводов.

При обжиге цементного клинкера совершаются наиболее сложные технологические и теплотехнические процессы, имеющие решающее значение для получения высококачественного цемента.

Получение высоких температур в печах и эффективное использование тепловой энергии всегда связано с решением целого ряда вопросов печной теплотехники. Печная теплотехника выполняет важную роль в деле технического прогресса цементного производства, связанного с созданием высокопроизводительных и экономично работающих конструкций печей.[4]

Мокрый способ производства в настоящее время преобладает – около 2/3 продукции  мирового цементного производства выпускается заводами мокрого способа производства.

Особенность работы вращающихся печей мокрого способа производства – значительный расход теплоты на испарение влаги, около 45-50% общего расхода на обжиг клинкера.

Целью исследовательской работы явилось: сокращение расхода топлива на обжиг цементного клинкера путем повышения теплообмена внутрибарабанных устройств.

Задача исследовательской работы: модернизация теплообменных устройств вращающихся печей.

Основная часть работы

Устройство и работа вращающейся печи.

Для обжига сырьевой смеси как при мокром, так и при сухом способе производства применяются вращающиеся печи. Длина современных вращающихся печей при мокром способе производства достигает 150-185 м и более, а диаметр 4-7 м. (рис.2).

Печь имеет корпус, представляющий собой барабан  длиной 185 м, сваренный из стальных обечаек. Корпус устанавливается на фундаменте е уклоном по длине 3—4°. На нем закреплены бандажи, опирающиеся на роликовые опоры, а также венцовая шестерня, через которую печь приводится во вращение электродвигателем. Обычно частота вращения находится в пределах 0,5—1,2 об/мин, причем она может изменяться. Приподнятая часть печи является холодным концом, входящим в пылеосадительную камеру через уплотняющее устройство, которое препятствует подсосу наружного воздуха. Для защиты от воздействия горячих газов и для уменьшения теплопотерь корпус печи изнутри футеруют. Огнеупорные материалы для этой цели выбирают с учетом температуры газов в разных зонах печи, а также основности обжигаемого материала. Широко применяют шамотный и многошамотный кирпич, а также высокоглиноземистые и талькомагнезитовые огнеупоры. Для зоны спекания преимущественно используют хромомагнезитовый, периклазошпинелидный и магнезитохромитовый кирпич.

В печной агрегат входят также шламовый питатель, пылеосадительная камера, электрофильтры для очистки дымовых газов от пыли, дымосос, горячая головка печи, вентилятор для подачи в печь смеси воздуха с угольным порошком, колосниковый холодильник переталкивающего типа, предназначенный для охлаждения клинкера.

Одним из элементов печей являются встроенные в них разного вида теплообменники, предназначаемые для интенсификации процессов теплоотдачи от печных газов обжигаемому материалу. В качестве теплообменников применяют фильтры-подогреватели, образуемые, в частности, плотно навешенными цепями на протяжении 5—7 м длины печи вблизи ее холодного конца. Печные газы фильтруются через цепи, смоченные шламом, нагревают его, а сами обеспыливаются. Применяются подогреватели и других конструкций. Кроме того, устраивают цепные завесы в холодном конце до участка печи, где температура газов не превышает 700—800° С. Длина цепей может достигнуть 2 км и более. Цепные завесы состоят из цепей, подвешенных в одной точке (свободновисящие) или в двух точках (гирлянды); чаще всего применяют комбинированную навеску цепей. В цепной зоне материал подсушивается до влажности 8—12%. В зонах печи с температурой газов 700—1100° С устанавливают и другие теплообменники (ячейковые, цепные, экранирующие и т. п.), изготовляемые из жароупорного металла или керамических огнеупоров.

Вращающаяся печь работает по следующей схеме. Шлам из шламбассейна перекачивается насосом в распределительный бак, установленный над печью. Отсюда он через ковшовый питатель или автоматический шламопитатель поступает в печь.

С противоположной стороны в печь установлена топка, в которой располагается мощная газовая горелка для сжигания газообразного топлива. Образующиеся дымовые газы проходят через всю печь, отдавая свое тепло обжигаемому материалу. По выходе из печи газы с температурой 150—200° С направляются через соединительную (пылеосадительную) камеру в электрофильтры, где очищаются от пыли. К этим печам обычно устанавливают горизонтальные электрофильтры со степенью очистки 96— 98%. Содержание пыли в очищенных газах по санитарным нормам не должно превышать 0,09 г/м³.

Уловленная пыль в зависимости от ее свойств используется по-разному. Если по химическому составу она мало отличается от шлама, то тем или иным способом ее возвращают в печь. При повышенном количестве в пыли щелочных соединений ее можно использовать в качестве местного вяжущего. При значительном содержании калийных соединений пыль применяют иногда в качестве удобрения в сельском хозяйстве.

Шлам, проходя через печь и подвергаясь воздействию газов все более высокой температуры, претерпевает ряд физических и физико-химических превращений. При температурах же 1300—1500° С материал спекается, причем об­разуются клинкерные зерна размером до 15—30 мм и больше. Пройдя зону высших температур, клинкер начинает охлаждаться потоками более холодного воздуха, поступающего из холодильника. Из печи он выходит с температурой 1000—1100° С и направляется в колосниковый холодильник. Здесь он охлаждается до температуры 30—50° С воздухом, протягиваемым через слой материала толщиной 20—25 см. Нагретый воздух из первого отделения холодильника направляется в зону горения топлива, а частично выбрасывается в атмосферу непосредственно или обеспыленный.

Охлажденный клинкер при периодических возвратно-поступательных движениях подвижных колосников перемещается вдоль холодильника и попадает на колосниковый грохот и далее в дробилку и бункер. Сюда же направляются и мелкие фракции клинкера, провалившиеся между колосниками, а также прошедшие через ячейки грохота. [2]

Печные теплообменные компоненты системы

Для наиболее полного использования тепла от горения топлива вращающаяся печь должна иметь необходимые теплообменные устройства, которые эффективно передавали бы уловленное тепло от проходящих через печь горячих газов находящемуся внутри материалу. В ходе проведенных исследований и выполненных расчетов, было установлено, что в современных конструкциях вращающихся печей необходимо усовершенствовать теплообменные устройства. В работе предлагается к использованию

•                многофункциональные цепные зоны;

•                 выступающие огнеупорные ряды;

•                 выступающие огнеупорные кольца.

Что такое многофункциональные цепные зоны?

Системы цепных завес вращающейся печи подразделяются на зоны, каждая из которых имеет определенное значение в технологическом процессе и выполняет определенные функции:

•                 пылеулавливающие цепи рассчитаны на сбор пыли;

•                 цепи пластической зоны рассчитаны на максимально эффективное перемещение шлама через печь;

•                 цепи зоны сушки рассчитаны на сушку шлама;

•                 цепи предварительного нагрева рассчитаны на предварительный нагрев материала.

Зона 1                            Зона   2                        Зона   3                         Зона         4  Зона  5

Что такое эффективное пылеулавливание внутри вращающейся печи?

Улавливание как можно большего количества пыли из отходящих газов вращающейся печи является очень важной функцией системы цепных завес. Максимально эффективное пылеосаждение в цепях достигается путем выбора:

•                 правильного размера цепей;

•                 правильной плотности навески цепей;

•                 правильного количества цепей;

•                 правильной длины свободной зоны на входе печи;

•                 правильной длины зоны пылеулавливающих цепей.

Что такое эффективное перемещение максимального количества сырьевого шлама через пластическую зону?

При прохождении шлама по длине печи он входит в зону, где шлам, из которого постепенно испаряется влага, переходит в пластичное состояние, вязкость шлама увеличивается и его продвижение через цепную завесу становится затруднительным. Поэтому для предотвращения сильного испарения шлама на цепи и образования шламовых колец крайне важно обеспечить его эффективное перемещение. Этого можно достичь путем выбора:

•                 правильного размера звеньев цепей;

•                 правильной плотности навески цепей в пластической зоне;

•                 правильной длины зоны;

•                 правильного числа спиралей и угла их наклона.

Что такое эффективный теплообмен во вращающейся печи?

Эффективным теплообменом во вращающейся печи является достижение как можно большой площади поверхности теплообмена между сырьевым материалом и всеми источниками тепла внутри печи. В связи с этим предварительный нагрев сырьевого материала необходимо вести при более высокой температуре. А для этого необходимо обеспечить перекатывание и измельчение загрузки внутри печи, которое требуется для:

•                 максимального контакта с горячей футеровкой;

•                 максимального контакта с горячими газами;

•                 максимального контакта массы загрузки со всеми источниками тепла.

приход	Ккал/кг	Расход	Ккал/кг
1. Теплота от подводимого газа	1321,0	1. Теплота клинкерообразования	422,6
2. Физическое тепло:		2. Выпаривание сырьевого шлама	584,1
а) сырья в сухом эквиваленте	12,0	3. Физическое тепло:
b) влаги загружаемого сырья	26,0	а) отходящих печных газов	171,4
с) охлаждающего воздуха от колосникового холодильника	33,0	b) выходящего клинкера	20,6
d) вдуваемой пыли	2,0	с) отходящих газов холодильника	2,0
е) подсоса воздуха в печь	6,0	d) выходящей с дымовыми газами пыли из печи	3,7
		е) потерь на излучение	115,6
Итого, ккал/кг	1400,0	Итого, ккал/кг	1400,0

Окупаемость инвестированного капитала в проект системы цепных завес

1. Примем приблизительный объем инвестиций - 650 000 $.

При расчете окупаемости инвестиций примем следующие исходные данные для расчета:

· экономия топлива при установке новой системы цепных завес составляет 15 %;

· расчет будем вести для печи 5 х 185 м;

· производительность печи составляет 70 т/час;

· стоимость газа составляет 40 $ за 1000 кубических метров;

· расход газа составляет 12 500 кубических метров в час.

Тогда при 15 % экономии топлива:

12 500 х 40 $ /1000 х 0,15 = 75,00 $/час.

А годовая экономия топлива составит:

320 дней х 24 часа х 75 $ = 576 000 $.

1.               Примем увеличение производительности на 10 % на основании того, что увеличение производительности - это дифференциальное увеличение. Это означает, что от отпускной цены вычтены только переменные издержки. Фиксированные расходы уже оплачены существующим производством. Эта дополнительная прибыль от увеличенной производительности оценивается в 7 $ за тонну. Тогда 10 % увеличение производительности до 77 т/час дает ежегодный доход:

320 дней х 24 часа х 7 т/час х 7 $ = 376 320 $.

А суммарный годовой доход составит:

576 000 + 376 320 = 952 320 $.

Если рабочее время за год меньше, тогда денежный возврат будет меньше.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод: инвестированные средства окупаются быстрее, чем за один год

Ниже на рисунке показано внутреннее пространство вращающейся печи с установленными теплообменными устройствами в виде полок и цепной завесой. [1]

В 2

С я-

ИТОГИ

В результате проведенной работы, было установлено, что использование многофункциональных цепных завес, выступающих огнеупорных рядов и колец, обеспечит эффективное улавливание пыли внутри печи, что приведет к повышению теплообмена во вращающихся печах, а также сокращению расхода топлива.

Литература

1.Э.Дж.де Бойс компания Kettenfabrik Unna GmbH & Co.KG, Германия Системы цепных завес и комплектующие их детали. Информцемент №2 2012.

2 В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология М Теплотехник 2004

3. Роговой М.Н. Теплотехническое оборудование предприятий строительной керамики. - М.: Стройиздат, 1989.

 4.. И.Д. Кащеев Огнеупоры для промышленных агрегатов и топок. М. Интермет Инжиниринг. 2000.

Ресурсы Интернета

ХТВМ. Info – Библиотека.