Способ регулирования процесса обжига цементного клинкера

 

Использование: область обжига цементного клинкера во вращающейся печи. Способ регулирования процесса обжига цементного клинкера включает измерение химического состава смеси, расхода сырья, расхода топлива, температуры сырья на входе в печь и температуры зон спекания, задания нормальной химической энергии сырьевой смеси, рассчитывание на основе измеренных параметров нормальной химической энергии исходной сырьевой смеси и определение количества корректирующей добавки в исходную сырьевую смесь, причем количество корректирующей добавки определяют в зависимости от разности заданной нормальной химической энергии и рассчитанной. 2 табл.

Изобретение относится к области обжига цементного клинкера во вращающейся печи. Может быть использовано в строительной промышленности, а также в горнообогатительной и металлургической отраслях промышленности.

Известен способ регулирования процесса обжига цементного клинкера, включающий измельчение тонкого измельчения и смешение сырьевых материалов, обжиг сырьевой шихты и введение минерализатора, причем количество введенного минерализатора изменяют [1].

Недостатком этого способа является широкий диапазон возможных соотношений минерализатора с компонентами сырьевой смеси без учета химической природы самого минерализатора, что отрицательно влияет на эффективность процесса, связанную с неоптимальной организацией процесса в зоне спекания.

Наиболее близким по технической сущности является способ регулирования процессом обжига цементного клинкера, включающий измерение химического состава смеси, расхода сырья, расхода топлива, температуры сырья на входе в печь и температуры зоны спекания [2].

Недостатком этого способа является то, что при регулировании процесса обжига не учитывается влияния на эксергетический КПД процесса изменения химических свойств и состава самой цементной сырьевой смеси.

Целью изобретения является интенсификация процесса минералообразования и снижение удельных энергозатрат на обжиг.

Цель достигается тем, что в способе регулирования процесса обжига цементного клинкера, включающем измерение химического состава смеси, расхода сырья, расхода топлива, темпепратуры сырья на входе в печь и температуры зоны спекания, задание нормальной химической эксергии сырьевой смеси, рассчитывание на основе измеренных параметров нормальной химической эксергии исходной сырьевой смеси и определение количества корректирующей добавки в исходную сырьевую смесь, причем количество корректирующей добавки определяют в зависимости от разности заданной нормальной химической энергии и рассчитанной нормальной химической эксергии.

В табл.1 приводятся расчетные значения энтальции девальвации, энтропии девальвации и нормальной химической эксергии веществ, входящих в состав исходных материалов, подаваемых на обжиг. Понятие нормализованной реакции было введено в химическую термодинамику, чтобы можно было производить алгебраические действия над термодинамическими эффектами химических реакций. Снижение энтальпии, происходящей в нормализованной реакции девальвации, было названо энтальпией девальвации. Уменьшение энтропии, происходящее в нормализованной реакции девальвации, было названо энтропией девальвации. Нормальная химическая эксергия вещества определяется по стандартной методике на основе расчетных значений энтальпии и энтропии девальвации.

В табл.2 представлена рассчитанная методом наименьших квадратов зависимость эксергетических затрат на процесс от изменения температурного режима процесса обжига. Очевидно, что оптимальным значением нормальной химической эксергии в зоне спекания при температуре 1400-1450^oС является значение 50-55 тыс кДж/кмоль.

В случае отличия нормальной химической эксергии текущей сырьевой смеси от оптимального значения нормальной химической эксергии рассчитывается необходимое количество дополнительно вводимого минерализатора с учетом его химической природы (по табл.1) для достижения оптимального значения нормальной химической эксергии текущей сырьевой смеси.

После ввода необходимого количества минерализатора в процесс рассчитывается коэффициент эксергетических потерь в зоне спекания и по нему корректируется необходимый расход топлива. Далее с помощью индикатора инфракрасного излучения подбирают оптимально узкие пределы теплового состояния зоны спекания печи, соответствующие оптимальному удельному расходу топлива и, соответственно, минимальному значению коэффициента эксергетических потерь в зоне спекания, поддерживают теплотехнический режим в установленных пределах. Пределы эти периодически контролируют путем проверки химического состава текущей сырьевой смеси и расчета нормальной химической эксергии текущей сырьевой смеси по вышеуказанному способу.

П р и м е р. Обжиг проводится во вращающейся печи сухого способа производства с циклонными теплообменниками (5х75 м).

Состав сырьевой смеси приведен в табл. 2 и включает: минерализатор CaCl₂; удельный расход топлива 124,45 кг/т кл; удельный расход сырья (G_сыр.см = 1,49 кг/кг кл); температура исходного материала 5^оС; температура в зоне спекания 1450^оС.

При помощи УВМ типа IВМ РС-АТ на основе снятых показателей проводится полный эксергетический анализ процесса обжига.

Задается оптимальное значение нормальной химической эксергии цементной сырьевой смеси в зоне спекания, равное 52000 кДж/кмоль, рассчитывается нормальная химическая эксергия цементной сырьевой смеси Е_см (для этого воспользуемся данными табл.1 и 2).

Е_см = Х₁Е_изв + Х₂Е_гл + Х₃Е_ог, где Е_см, Е_гл, Е_ог - нормальная химическая эксергия 1 кмоля известняка, глины и колчеданных огарков соответственно; Х₁, Х₂, Х₃ - процентное содержание в смеси известняка, глины и колчеданных огарков соответственно.

Е_см = 12430х0,78+171224х0,2 + +3389,14х0,02 = 50718,48 кДж/кмоль.

Далее расчетное значение сравнивается с оптимальным значением нормальной химической (Е_опт) и определяется их разность (Δ Е): ΔЕ = Е_опт - Е_см = 52000 - 50718,48 = =1281,52 кДж/кмоль Теперь, исходя из разности значений нормальной химической эксергии, определяется необходимое количество дополнительного потока минерализатора (G_мин), учитывая, что нормальная химическая эксергия CaCl₂ (Е_мин) составляет 98700 кДж/кмоль или 889,63 кДж/кг G_мин = (G_сыр.см (Δ Е/E_мин))/(100 - -(Δ Е/Е_мин) = 1,49 х 1,4/98,6 = 18 кг /т кл.

В связи с вводом дополнительного количества вещества, обладающего нормальной химической эксергией, изменяется коэффициент эксергетических потерь зоны спекания, т.е.

η = Е_о + Е_вн/(Е_т + Е_с), получают η= Е_о + Е_вн/(Е_т + Е_с + Е_мин), где Е_о, Е_т, Е_с и Е_мин - эксергия отходящих газов, топлива, сырья и минерализатора соответственно, причем эксергия топлива определяется как произведение расхода топлива (G_т) на эксергию одного килограмма условного топлива (e). Эксергия 1 кг условного топлива в среднем составляет 10000 кДж/кг.

Е_вн - внутренние эксергетические потери процесса обжига, учитывающие эксергетические потери от конечной разности температур, потери при адиабатическом горении и потери в результате реакций минералообразования.

Следовательно, необходимый расход топлива определяется как: G_т = (Е_т - Е_мин)/e = (124,45 х 10000 - 18 х 889,63)/10000 - 122,84 кг/т кл.

Таким образом, данный способ регулирования процесса обжига позволит снизить удельные энергозатраты на обжиг цементного клинкера.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЖИГА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА, включающий измерение химического состава смеси, расхода сырья, расхода топлива, температуры сырья на входе в печь и температуры зоны спекания, отличающийся тем, что задают нормальную химическую эксергию сырьевой смеси, рассчитывают на основе измеренных параметров нормальную химическую эксергию исходной сырьевой смеси и определяют количество корректирующей добавки в исходную сырьевую смесь, причем количество корректирующей добавки определяют в зависимости от разности заданной нормальной химической эксергии и рассчитанной нормальной химической эксергии.