1, Оптимизация работы цементных вращающихся печей, основной критерий отимизации. Связь между производительностью, стойкостью футеровки, качеством клинкера, пылеуносом из печи и удельным расходом топлива. Основные расходные статьи теплового баланса печи, способы расчета и значения. Пути экономии топлива при обжиге цементного клинкера. Роль потерь тепла в горячей части печи с учетом работ Эйгена. Вывод уравнения Эйгена. Коэффициент теплопотерь, его изменение по длине печи и зависимость от вида топлива и избытка воздуха. Физическая сущность уравнения Эйгена. Пути снижения тепла в горячей части печи.

2. Клинкерные холодильники. Схема и параметры работы, распределение воздуха по колосниковому холодильнику, роль острого и общего дутья, межкамерных перегородок. Рациональные размеры и частота колебания решеток, высота слоя клинкера в горячей и холодной камерах. Аэродинамическое сопротивление слоя клинкера и его зависимость от гранулометрии клинкера и температуры воздуха. Повышение эффективности работы рекуператорных (планетарных) холодильников. Тепловой баланс и КПД холодильника. Модернизация конструкции и оптимизация работы холодильников.

3. Футеровка вращающейся печи, назначение футеровки. Оптимальный вид огнеупора для отдельных технологических зон. Способы укладки и крепления кирпича. Особенности футеровки цепных завес, переходных участков между зонами, порогов печей. Формирование защитной обмазки и ее влияние на длительность службы огнеупора в зоне спекания. Влияние состава сырья (по основным, дополнительным оксидам, модульным характеристикам) и режима сжигания топлива на стойкость футеровки. Пути повышения стойкости футеровки.

4. Теплообменные устройства во вращающихся печах мокрого способа производства. Способы навески цепей, преимущества и недостатки различных видов навесок. Масса, поверхность, коэффициент плотности цепных завес и изменение этих параметров по отдельным участкам. Подбор рациональных теплообменных устройств в зависимости от изменения физических свойств шлама при его сушке на участках текучего, вязкого шлама и сыпучего материала. Определение зоны пылеобразования и пылеулавливания. Вид теплообмена, оптимальная скорость и заполнение материалом различных участков цепной завесы. Керамические теплообменники.

5. Теоретические и практические основы сжигания различных видов топлива во вращающейся печи. Способы оптимизации теплообмена, роль температуры горения, степени черноты факела и материала. Рациональное сжигание топлива, влияние отдельных факторов: вида, состава и параметров подготовки форсуночного топлива, скорости вылета топлива и количества первичного воздуха, коэффициента избытка и температуры вторичного воздуха, положения форсунки и условия подачи пыли в факельное пространство.

6. Клинкерное пыление во вращающихся печах и его влияние на эксплуатационные параметры печи. Причины клинкерного пыления: роль состава сырья по основным и дополнительным оксидам, фазового состава клинкера, свойств и количества жидкой фазы, режима обжига и условий горения топлива. Связь между активностью, фракционным составом клинкера и положением зоны спекания в печи. Механизм клинкерного пыления, роль возгоняемых соединений на прочность спёков. Способы предотвращения клинкерного пыления.

7. Влияние свойств сырья и режима обжига на качество клинкера. Оптимальная тонкость помола сырья, какой минерал может содержаться в крупной фракции, а какой нет и почему? Влияние примесей и закисного железа в сырье на активность отдельных минералов и клинкера. Особенности сжигания серсодержащего топлива для получения высококачественного клинкера, условия образования силикосульфата кальция и его влияние на качество клинкера.

8. Кольца во вращающихся печах и настыли в теплообменниках. Виды колец в различных зонах, их размеры и влияние на технологический режим работы агрегата и качество клинкера. Химический и фазовый состав отдельных колец. Причины, механизм образования, способы предотвращения и устранения колец и настылей.

9. Использование техногенных материалов в качестве сырьевого компонента для производства цементного клинкера. Применение топливных зол, белитового шлама, кислых, основных, металлургических и высокоосновных сталеплавильных шлаков. Основной критерий, определяющий степень снижения удельного расхода тепла при их применении, дать разъяснения различного влияния. Способы использования техногенных продуктов при мокром и сухом способах производства. Двухклинкерные цементы: получение с использованием шлака и свойства.

10. Использование печных пылей в производстве цемента и других отраслях промышленности. Способы возврата пыли в различные зоны печи, преимущества и недостатки отдельных способов по их влиянию на пылеунос, стабильность работы печи, тепломассообмен, удельный расход тепла, горение топлива и качество клинкера. Обжиг пыли в отдельной печи, особенности подготовки смеси и параметров работы вращающейся печи. Возможность использования пыли для производства смешанных цементов, шлакощелочных вяжущих, тампонажных цементов, для дорожного строительства.

1. Оптимизация работы цементных вращающихся печей, основной критерий оптимизации.

Задачи оптимизации:

Увеличение:

1. производительности печи – G_кл, (т/ч);

2. качества клинкера – А_кл (МПа);

3. гранулометрии клинкера – КП, (%);

4. стойкости футеровки - N_фут, (сут);

Снижение:

5. удельного расхода топлива – Х_Т, (кут/т) или q_уд, (кДж/кг);

6. пылеуноса из печи – ПУ (%).

Производительность печи определяется размером печи, а размер печи определяет тепловую мощность печи (это количество теплоты (энергии), которое можно реализовать в данном агрегате в единицу времени), т.е. увеличить производительность печи можно уменьшением удельного расхода топлива.

Гранулометрия клинкера. Зачастую возникает на печах ситуация, когда клинкер гранулируется частично и большая доля его выходит в виде мелкой фракции, менее I мм, т.е. клинкерная пыль. При клинкерном пылении увеличивается удельный расход топлива и при увеличенном расходе топлива увеличивается клинкерное пыление.

Стойкость футеровки. Выражается сроком службы огнеупоров в самой напряженной зоне (спекания).

Критерий оптимизации (основной показатель, который определяет большинство решаемых задач) должен соответствовать 2-м условиям:

1. Д.б. связан со всеми остальными

2. Не д.б. экстремума

Зависимости:

Тепловая мощность печи:

1) Q_п=V_г·(Q_н^р/τ)=14000·(33,5/3600)=130 МВт

2) Q_п=V_п·43=3000·43=130000 кВт=130 МВт

Производительность: G_кл=Q_п /q_уд

Стойкость футеровки: N_фут=f(Q_фут, кВт/м²)=1/q_уд;

Качество клинкера: Акл - ?

КП=f(q_уд)< >q_уд=f(КП);

Расход топлива: Х_Т=К·q_уд;

Пылеунос: ПУ=k·ω⁴_газа

V_газа^сумма=V_газа^с + V_газа^м; V_газа^с=1,5 м³; V_газа^м=2,0 м³; ПУ=К·q²_уд.

Приведенные данные однозначно свидетельствуют, что все показатели печи зависят от удельного расхода топлива, а именно при уменьшении удельного расхода топлива пропорционально увел. производительность печи, повышается стойкость футеровки, предотвращается клинкерное пыление. С пылевыносом из печи и уменьшается объем отходящих газов и выброс СО2 в атмосферу в результате чего улучшается экология окружающей среды.

Расходные статьи теплового баланса

Общий расход тепла составляет6000 кДж/кг.кл.

Расходные статьи:

- ТЭК: Q_ТЭК=Q_энд-Q_экз; Q_энд=Q_дек+Q_дег+Q_ж.ф.; Q_экз=Q_экз^кл;

или ТЭК=ΣQ_расх-ΣQ_приход;

- Затраты на испарение влаги из сырья: Q_исп=2500·G^w_воды

- Потери тепла с отходящими из печи газами:

- Потери тепла с выносимой из печи пылью: Q_п=Q_п^общ·С_п^общ·t_п^общ;

- Потери тепла в окружающую среду:Q_о.с.=(S·α·(t_п-t_о.с.))/В_кл;

Если рассмотреть расходные статьи теплового баланса печи. То видно, что в холодной ее части из общих 6000 кДж/кг.кл расходуется около 3600(60%) из них 2500 на испарение воды, 1000 с отходящими газами и 100 через корпус, который связан с теплопотерями через корпус. В горячей части печи потери, исключая ТЭК составляют около 700 кДж/кг.кл, которые связаны с теплопотерями через корпус и с клинкером(200), отсюда казалось бы очевидный вывод, что в первую очередь надо снизить затраты тепла в холодной части печи и особенно на испарение воды. Однако практика показывает, что такой подход не всегда оправдан, так например данные по ФРГ свидетельствует, что эта зависимость не всегда соблюдается.

Wшл, %	42	40	40	40	39	37	35	32
Q,кут/т.кл	214	236	286	203	196	229	178	174

Роль потерь тепла в горячей части печи с учетом работ Эйгена

Эйген разбил печь на две тепловые системы и написал ур-я теплового баланса для гор.

Где: q_г – потери с газовым потоком; q_м – приход с материалом; q_тk – ТЭК; t – t-ра газа на границе системы; ∆Х – уд. расход топлива.

х+q_м=q_тk +q_г+q_чк+q_кл

х-q_г=q_тk –q_м+q^гтс_чк+q_кл

q=(L_пг/Q^p_н )·х·с·t

х-(L_пг/Q^p_н )·х·с·t= q_тk –q_м+q^гтс_чк+q_кл

х(1- L_пг/Q^p_н с·t)= q_тk –q_м+q^гтс_чк+q_кл

х=(q_тk –q_м+q^гтс_чк+q_кл)/ (1- L_пг/Q^p_н с·t)

m=1/(1- L_пг/Q^p_н ·с·t) коэффициент теплопотерь Эйгена

Х=mq_oc+ mq_пот ∆Х=m∆q^гтс_пот

(L_пг/Q^p_н)∙ С=0,0005

m=1/(1- 0,0005t) коэффициент теплопотерь

Физическая сущность уравнений Эйгена

закон Стефана-Больцмана, но для печи предложил Блохх

5,67 - излучение абсолютно черного тела;

Е_м - степень черноты материала не превышает 1;

Е_ф - степень черноты газа;

Т_ф – t-ра факела; а_г - поглощающая способность газа;

Т_м – t-ра м-ла по абсолютной шкале.

Если на 5 % уменьшить температуру газа, то теплообмен уменьшается на 20 % и следовательно Q снизится.

t_ф=(х+ q_в- Q_л)/V_п.гС_п.г

Пример:

1)

m=∆Х/∆q^гтс_пот=1000/1000=1

2)

m=∆Х/∆q^гтс_пот=6000/1000=6

3)

m=∆Х/∆q^гтс_пот=12000/1000=12

Коэффициент m зависит не только от t-ры, но и от соотношения L_nг/Q_н^Р (от состава, вида топлива и количества избытка воздуха). Чем больше будет это отношение, тем больше будет коэффициент теплопотерь. Наибольшее это отношение имеет газообразное топливо затем мазут и уголь.

Влияние α. При переходе от газа у углю теоретическая температура горения увеличивается.

Это положение имеет важное практическое значение при управлении печью, так например, чтобы разогреть клинкер в зоне спекания при несколько пониженной температуре необходимо на газе затратить 40-60 минут ,а на угле 10-15 минут. => чем выше α, тем ↑ объем продуктов горения и следовательно > будет m. При α=1.1 мах m для газа равен 12, для мазута 8,для сухого угля.

ЗНАЧЕНИЕ ПОДСОСОВ ХОЛОДНОГО ВОЗДУХА В ГОРЯЧЕЙ ЧАСТЕ ПЕЧИ

; ;

ΔP	W	Подсосы		Температура усредненного воздуха в печь
мм вод.ст.	м/с	тыс.м^3/ч	%	tв^в,^оС
0	-	-	-	470
2	5,7	20	15	400
4	8,0	29	22	370
7	10,6	38	29	335

Δt_в^в = 120 ^оС; Δt_ф = 1800 – 1710 = 90 ^оС (5%)

ΔQ_л = 120 – 101 = 19 кВт/м² ≈ 16%

В связи с тем что м/у вращающейся печью и головкой холодильника имеется некоторый зазор через который подсасывается воздух. Учитывая, что температура холодного воздуха достаточно низкая и имеет пониженную вязкость, особенно при увеличении разряжения в горячей головке печи. это приводит к понижению температуры вторичного воздуха и факела и следовательно к значительному уменьшению Q (теплообмена).

Если t-ра понизится на 5%(90⁰),то теплообмен ухудшится на 16%,а это значит . что надо либо увеличивать расход топлива, либо снизить производительность печи на 16%.

Увеличить теплообмен в горячей части печи можно двумя способами

1. Осуществляется тщательное уплотнение

2. Уменьшить разряжение влияние которого указано в таблице.