способ регулирования процесса обжига 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.

Описание изобретения к патенту

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 ( Е):

Е = 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 ( Е/E_мин))/(100 -

-( 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.

= Е_о + Е_вн/(Е_т + Е_с),

получают = 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.