автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Стабилизация активности измельчаемого цемента по его эксергии

На правах рукописи

ПЕРУНОВ СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ

Стабилизация активности измельчаемого цемента по его эксергии

Специальность 05.17.08,- Процессы и аппараты химической

технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005 г.

Работа выполнена в Международной Академии системных исследований (МАСИ), Москва, и ООО «Строительное предприятие «КРАФТ», г.Екатеринбург

Научные руководители: к.т.н., академик МАСИ к.т.н.

Лукманов Р.Т. Тынников И.М.

Научный консультант

д.т.н., профессор, академик МАСИ

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор, академик МАСИ к.т.н., старший научный сотрудник

Вердиян М.А.

Комиссаров Ю.А. Баклушин Б.Г.

Ведущая организация: ОАО «Оргпроектцемент»

Защита состоится «_» _ 2005 г. в 14— часов на заседании

диссертационного совета Д00.01.МАСИ 0157 при МАСИ в Государственном ОАО «Инженерный центр комплексной автоматизации» (ОАО «ИЦКА») по адресу: 127644, г.Москва, ул.Лобненская, д.21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ИЦКА» по указанному адресу.

Автореферат разослан «27»апреля 2005 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью) направлять по адресу: 127644, г.Москва, ул.Лобненская, д.21

Ученый секретарь диссертационного совета, .

д.т.н., профессор, академик МАСИ " Комиссаров Ю.А.

¿АС6- У

твбю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Работа цементных заводов в рыночных условиях показала, что для их успешного дальнейшего функционирования необходимо решение принципиально новых научно-технических задач, которые традиционным путем решены быть не могут. Эти новые задачи обозначены в работах проф. Вердияна М.А. и заключаются они в следующем:

1. С точки зрения организации выпуска различных цементов - это новая для цемзаводов задача перехода от серийного выпуска и отгрузки цемента одного типа и класса прочности для различных изделий потребителей к единичному или адресному выпуску для отдельно взятого изделия. Особенно актуальна эта задача для отдельных помольных установок, выпускающих цемент на привозном клинкере, и для многоассортиментных производств строительных материалов на основе цемента. Другими словами, речь идет о выпуске цемента по индивидуальному заказу.

2. С точки зрения организации типовых технологических процессов -это переход от непрерывных процессов к циклическим, реализующим оперативное регулирование времени пребывания материала в агрегате.

3. С точки зрения контроля технологических параметров производства - это переход на единый энергетический контроль их значений, т.е. эксергии этих параметров и особенно для цемента.

4. С точки зрения стабилизации качества цемента (СКЦ) - это переход на систему оперативного управления активностью измельчаемого цемента по его эксергии.

5. С точки зрения используемой научной и инженерной идеологии -это переход на системный и эксергетический анализы.

Наиболее значимой и перспективной стадией из этого комплекса задач является разработка процессов одновременного повышения эффективности работы цементных мельниц и оперативной стабилизации качества цемента в ходе его измельчения.

В состав внедряемой на цемзаводах комплексной системы качества продукции входит главная и наиболее эффективная ее часть -технологическая. Ее назначение - это разработка и внедрение технологических решений, обеспечивающих получение цементов, оптимально отвечающих требованиям потребителя. Это возможно, если на заводе, прежде всего, реализована одновременно технологическая система стабилизации качества цемента (СКЦ) и система оперативного управления этим процессом.

Анализ производства цемента с точки зрения задач управления этим объектом показывает, что оперативное управление качеством в принципе

достижимо только на переделе

этом решение

задачи оптимизации процесса стабилизации качества цемента (СКЦ) здесь неизбежно должно сводиться к минимизации дисперсии (Д) колебаний главного контролируемого параметра - активности (А) цемента. Очевидно, что вероятность отрицательного проявления строительно-технических свойств (СТС) цемента в изделиях у потребителя выше у цементов с большей дисперсией колебаний активности цемента, чем с Д(А)тш. Поэтому выпуск цементов с Д(А)т1п и является главной задачей СКЦ. Последнее може-i быть получено только (при заданном химико-минералогическом составе) при достижении минимума дисперсии дисперсности цемента и естественно с учетом ограничений по технологическим возможностям и требований к конкретному типу и классу прочности цемента. Другими словами СКЦ - это достижение минимальной дисперсии требуемой дисперсности цемента, т.е. распределения частиц по размеру (РЧР), отсюда ясно, что следует получать Д(РЧР)га|„.

Традиционные способы организации процессов измельчения и контроля дисперсности цемента по остатку на сите № 008 - R008 и удельной поверхности (S) в принципе не могут решить задачи СКЦ. Главная причина здесь состоит в методе определения действительной активности цемента Ацем. Стандартами большинства стран фактическая А„ем определяется по прочностным показателям цемента через 1, 2, 3, 7 и 28 суток. Здесь нужно использовать другие, новые подходы.

Использование в технологии цемента эксергетического метода анализа и мельниц дискретно-непрерывного действия (МДНД) открыло новые возможности по решению целого ряда актуальных для цемзаводов научно-технических задач, традиционным путем не решаемых. Одной их них и является СКЦ. Главный вопрос, который возникает при этом, можно ли обеспечить оперативное управление СКЦ, т.к. с этой точки зрения обычная цементная мельница относится к классу трудноуправляемых объектов по СКЦ.

Таким образом, рассмотрение методической, расчетно-экспериментальной и прикладной части исследуемой проблемы, в которой впервые в технологии цемента используются эксергетический КПД и критерий ЭЗМ в качестве комплексных критериев эффективности работы мельниц и стабилизации качества цемента, представляет актуальную задачу диссертации.

Цель диссертационной работы -.Разработка основных положений эксергетического анализа к задачам одновременного повышения эффективности работы мельниц и стабилизации качества цемента. Доказать в связи с этим, что на типовой промышленной мельнице МДНД 3,2x15 м в принципе можно выпускать требуемый цемент и управлять его активностью в ходе измельчения Для достижения поставленной цели определены следующие направления исследований:

1. Описание процессов измельчения, конструктивно-технологических параметров отечественных и зарубежных мельниц и методов оценки их энергетической эффективности.

2. Разработка методических основ определения эксергии цемента Еием, концентрации эксергии цемента Ецеч/с1Ср; эксергетического КПД и критерия энергетических затрат мельниц (ЭЗМ).

3. Разработка математической модели процесса измельчения и стабилизации качества цемента по критерию ЭЗМ.

4. Расчет эксергетического КПД и критерия ЭЗМ для типовых цементных мельниц: 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5м; теоретическое обоснование обеспечения стабилизации качества цемента по его эксергии.

5. Разработка технологических решений по одновременному снижению энергозатрат и стабилизации качества измельчаемого цемента; демонстрация эффективности предлагаемой новой схемы подачи материала в мельницу по сравнению с существующей.

Объектом исследования являются технологии получения цемента и типовые цементные мельницы различных размеров.

Методологическая основа исследования - общая стратегия системного анализа процессов химической технологии, предложенная академиками В В Кафаровым, И.Н.Дороховым, и реализованная в стройиндустрии, в т.ч. цементной промышленности, в работах академика М.А.Вердияна.

Научная новизна.

^ В работе впервые с позиций системного анализа предложен и разработан эксергетический подход к задачам одновременного повышения эффективности работы мельниц и стабилизации качества измельчаемого цемента.

^ Предложены новые критерии оценки качества цемента: эксергия цемента Е„ем и концентрация эксергии цемента Е„см/ёср. Эксергия цемента - эта комплексная энергетическая характеристика качества порошка цемента, учитывающая его химико-минералогический и дисперсный составы. Концентрация эксергии цемента - это отношение эксергии цемента к среднему диаметру частиц.

^ Разработаны методики определения эксергетического КПД и критерия ЭЗМ, учитывающие значения эксергии получаемого цемента и энергетические затраты работы мельницы.

^ Разработана математическая модель процесса измельчения и стабилизации качества цемента на пилотной цементной мельнице 1,0x4,0м. по критерию ЭЗМ. Получена система полиномов второго порядка, отражающая влияние независимых переменных, таких как состав мелющих тел; степень заполнения первой и второй камер мельницы; удельная поверхность готового цемента; разряжение в мельнице на производительность У, (кг/час) и удельный расход электроэнергии У; (кВт-ч/т) мельницы; остаток на сите №008, У2 (%); зерновой состав цемента,

оцениваемый содержанием зерен крупностью от 5 до 30 мкм, У4(%); активность цемента на сжатие через 28 суток, У5 (кг/см2); эксергию цемента, У6, У7 (кДж/кг) и на критерий эксергетических затрат ЭЗМ мельницы, У8.

^ Установлена зависимость Д(А)т,„=ЯД(РЧЭ)]т1П -» ЭЗМт|„, обосновывающая новый способ стабилизации активности цемента по критерию ЭЗМ. Достижение меньшего значения ЭЗМ приводит к уменьшению значения Д(РЧЭ) и Д(А). Время определения критерия ЭЗМ составляет порядка 0,5 часа, что свидетельствует о возможности реализации оперативного управления процессом СКЦ.

^ Выявлена принципиальная возможность определяющего влияния на изменение и целенаправленное формирование Д(РЧР), Д(РЧЭ), критерия ЭЗМ и Д(А) способа подачи в МДНД размалываемого материала, обусловливающего различное распределение времени его пребывания.

Автор защищает.

^ Методики определения эксергии цемента Ецсм и концентрации эксергии

цемента Ецем/<1Ср; эксергетического КПД и критерия ЭЗМ мельниц. ^ Математическую модель процесса измельчения и стабилизации активности цемента на пилотной цементной мельнице 1x4м, связывающую параметры качества цемента и работы мельницы, а так же критерий ЭЗМ с режимными параметрами, как-то: состав мелющих тел, степень заполнения первой и второй камер мельницы, удельную поверхность цемента и разряжение в мельнице. ^ Инженерную методику расчета эксергетического КПД и критерия ЭЗМ для типовых цементных мельниц 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5м. Методику определения численных значений критерия ЭЗМ для промышленной МДНД 3,2x15,0м ОАО «Осколцемент» при различных способах подачи материала в мельницу.

Обоснованность и достоверность результатов.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректным применением методов системного и эксергетического анализа, математического моделирования и типовыми экспериментальными исследованиями физико-химических и механических свойств клинкеров и цементов, полученных на МДНД 3,2x15 м АО «Осколцемент».

Практическая ценность результатов работы состоит в конкретных технологических решениях по снижению энергозатрат и стабилизации качества цемента.

Разработана принципиально новая технологическая схема подачи материала в мельницу двумя клинкерными потоками с различными коэффициентами пульсации от Кп=1 до Кп=2,0. Сравнительная оценка эффективности предлагаемой (циклический режим) и существующей схем подачи материала в мельницу показывает, что дисперсия активности цемента через 28 суток по предлагаемой схеме уменьшается в 2,2 раза.

Среднеквадратичное отклонение составляет при этом 50,6 ±0,82 МПа, что значительно меньше, чем отклонения в активности у немента, полученного при непрерывной подаче в мельницу материала.

^ Предложен критерий ЭЗМ, учитывающий удельный расход электроэнергии мельниц и эксергию получаемого цемента.

По разработанной методике расчета энергетической эффективности ШБМ получены численные значения эксергетического КПД и критерия ЭЗМ для мельниц 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5м.

^ Разработана система оперативного управления СКЦ, которая позволяет решить одновременно задачу энергосбережения и СКЦ в условиях реально действующих возмущений. Специфика такой системы заключается в возможности использования для целей СКЦ переменных - критерия ЭЗМ и Д(РЧЭ) и нескольких управляющих воздействий: соотношение 2-х потоков и параметры их циклической подачи.

На критерий ЭЗМ и технологию измельчения для достижения ЭЗМт,„ получены патенты РФ № 2004113623 от 07 декабря 2004 и X" 2004119383 от 15 декабря 2004 г.

Внедрение результатов работы. Внедрение результатов работы выполнено на цементном заводе ОАО «Осколцемент» на МДНД 3,2x15м.

На строительном предприятии «Крафт» ведутся работы по созданию и внедрению многоассортиментного производства по получению цемента и на основе цемента, песка и сопутствующих добавок цементных ССС, пенобетонных блоков и цементно-песчаных плит. В состав этого производства входит отдельный цех «Помола цемента» на привозном клинкере. При этом стоимость изготовленных собственными силами изделий в 2-3 раза меньше, чем покупные.

Результаты работы включены в учебное пособие 1 - «Эксергетический анализ процессов химической технологии (на примере технологии цемента)», Москва. 2004г., 91с; учебное пособие 2 - «Эксергетический анализ в задачах одновременного повышения эффективности работы мельниц и стабилизации качества цемента», Белгород. 2005г., с.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Уральской научно-практической конференции «Строительство и образование», посвященной 50-летию факультета строительного материаловедения УПИ, 18 апреля 2003г.; Международной научно-практической конференции «Наука и технология силикатных материалов - настоящее и будущее», посвященной 70-летию силикатного факультета РХТУ» 14-17 октября 2003 г ; совместных производственно-технических совещаниях ЗАО «Уралнефтегазстрой», ОАО «Свердловскоблгаз», ООО «Строительное предприятие «Крафт», кафедрах «Технологя цемента» и «Оборудование и автоматизация силикатных производств» УПИ, г.Екатеринбург, 2002-2004 г.г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ, включая два патента РФ на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по главам, основных результатов и общих выводов. Работа включает Метр, в том числе 615- стр машинописного текста,Д2 таблицы,рисунки, список литературы из^наименований.

Во введении отмечается актуальность постановки проблемы использования эксергетического анализа в задачах одновременного снижения энергозатрат при измельчении цемента и стабилизации его качества.

Глава I. Цементные мельницы и технологические системы измельчения на их основе. (Литературный обзор).

Конкретно рассматриваются теоретические основы процесса измельчения цемента; характеристика шаровых мельниц, работающих на цементных заводах России; система помола с использованием мельниц дискретно- непрерывного действия; критерии оценки энергетической эффективности шаровых барабанных мельниц.

Показано, что проблема снижения затрат электроэнергии при одновременном повышении дисперсности и качества цемента может быть успешно решена на основе принципиально нового дискретно-непрерывного или импульсного метода измельчения, характеризующегося периодической подачей исходного материала и выгрузкой продукта из непрерывно работающей мельницы, позволяющего совместить положительные свойства периодического и непрерывного измельчения и, тем самым, снижать удельные энергозатраты на 10-15%, повышать производительность на 1040%, улучшать качество цемента. Кроме того, при дискретно-непрерывном методе измельчения возможно регулирование в широких пределах дисперсности цементов, а следовательно, обеспечить и стабилизацию качества цемента..

Данная диссертационная работа является научной частью создаваемого на СП «Крафт» многоассортиментного производства по получению цемента из привозного клинкера и на основе цемента, песка и сопутствующих добавок сухих строительных смесей, бетонов, пенобетонных блоков, цементно-песчанистых плит и др. Качество таких материалов в определяющей степени зависит от вида и свойств используемых цементов. Поэтому основным источником «дестабилизации» качества продукции являются колебания в активности используемого цемента. Колебания эти носят объективный характер и связаны с тем, что в рамках любого выпускаемого изготовителем типа и класса прочности цемента всегда

имеется множество вариантов такого вида цемента и качество каждого поступающего к потребителю цемента, отличается от предыдущего

Использование разных цементов одного вида резко затрудняют условия формирования состава и задачу стабилизации качества строительных материалов и изделия у потребителя. Традиционные способы измельчения цемента и оперативного контроля его качества в принципе не позволяют обеспечить оперативное управление процессом стабилизации качества цемента.

Использование эксергетического анализа (ЭА) и МДНД позволяет решить эту задачу. При этом ЭА позволяет сформулировать требования на выпуск адресного (индивидуального) цемента для конкретного изделия, а МДНД, в которой реализована новая технология измельчения, обеспечит получение такого цемента. Таким образом, актуальность данной работы с практической точки зрения обусловлена прежде всего необходимостью создания многоассортиментного производства на СП «КРАФТ» как типовом объекте стройиндустрии, понятно, что полученные при этом результаты будут иметь отраслевое значение.

Глава 2. Эксерегстический КПД и критерий ЭЗМ мельниц -комплексный критерий эффективности процессов измельчения и стабилизации качества цемента.

Предлагаемое понятие эксергии цемента вытекает из классического определения эксергии как меры работоспособности потока вещее 1ва или энергии. Эксергия цемента - эта комплексная энергетическая характеристика качества порошка цемента, учитывающая его химико-минералогический и дисперсный составы.

В соответствии с определением эксергии цемента, ее величина определяется из выражений

Е„ем = Ер ,„ + Е(РЧЭ) (1)

Е(РЧЭ) РЧР (2)

Ер ш--аКл'Екл+аД0б-ЕЛ0б.+аг-Ег (3)

Ер ш. ► Ер.ш тах (4)

где Ерш - эксергия исходной размалываемой шихты, определяемая его химико-минералогическим составом и физико-механическими свойствами, акл, адо6, аг-соответственно доли в шихте клинкера, добавок и гипса..

Концентрация эксергии цемента Е„ем/с1Ср - это отношение эксергии цемента Еием к среднему диаметру с1ср частиц цемента.

Эксергетическнй КПД определяется на основе эксергетического баланса подсистемы измельчения «клинкер-цемент». Отношение эксергии, отводимой из системы цемента Ецсм, к подведенной эксергии ЕПОдв представляет собой коэффициент полезного действия - эксергетическнй КПД, который характеризует степень приближения данного процесса к

идеальному. В идеальном процессе Г)=1>0 в реальном П^ А Основное применение эксергетического баланса заключается в сравнительном анализе однотипных измельчителей и различных альтернативных вариантов практикуемых технологических систем измельчения на их основе.

Уравнение эксергетического баланса записывается в виде:

Ер ш-"^"Еподв.—Ецем+Евлугр пот-*- Евнеиж пот (5)

где Евнут(1 пот, ЕВНешн пот - внутренние и внешние потери эксергии.

Отсюда т] = (6) или Е«'\ (7)

п г 4- г

п<Юв рш ''поде

Эксергия Еподв, подводимая к материалу для осуществления процесса измельчения, определяется из выражения (8), отражающего интенсивность воздействия мелющих тел. Так как ЕПодв»Ерщ, то для шаровых мельниц достаточно использовать уравнение (6).

ЕПОяв=пм.тТм--^- -Е(с1фзИ1)-9,81 дж. (8)

Чш

Исходя из структуры энергозатрат целесообразно определять эксергетический КПД процесса измельчения по отношению

Е

- ко всей подводимой эксергии щ = 100%; (9)

£

- к затратам на механоактивацию г], = —ч^-— • 100%; (10)

0,1 • Е,

'поде

- к затратам на образование новой поверхности tj3 = q^'"^.— 100% .(11)

Ясно, что величина КПД меняется в зависимости от этих параметров, и поэтому КПД становится главным «рабочим» энерготехнологическим параметром управления всем процессом измельчения. Таким образом, впервые представляется возможным по величине эксергетического КПД оперативно оценивать эффективность процессов измельчения различных материалов в мельницах различных типоразмеров.

Определение критерия ЭЗМ. Для различных мельниц, когда Е„олв -var, и для одной мельницы, когда Еподя ~const, разработан новый критерий энергетических затрат в мельнице ЭЗМ (уравнения 12, 13) Предлагаемый критерий безразмерен (12) и равен отношению удельного расхода электроэнергии мельниц «Э» на получение одной тонны готового продукта к величине эксергии Е или концентрации эксергии E/dcp этого продукта. В значениях этих эксергетических характеристик проявляются все текущие изменения в свойствах размалываемого материала и условий измельчения Время определения параметров формул (12, 13) составляет <0,5 часа, что позволяет осуществить оперативное управление мельницей по этим параметрам.

ЭЗМ, = 3,6- (12); ЭЗМ2=3,6—— (13).

Е E!d„

В формулах (12, 13) число 3,6 учитывает соотношение размерностей Э и Е, и всегда следует стремиться к получению ЭЗМШ,„, что справедливо для всего класса измельчителей.

Главный вывод из вышеизложенного заключается в следующем. Необходимым и достаточным условием для сравнительной оценки энергетической эффективности работы мельниц различных размеров, оперативного управления отдельной взятой мельницей и оценки качества полученного цемента является использование комплекса критериев:

- эксергетического к.п.д. (г)ь т^, %) процесса измельчения; (14)

- критерия ЭЗМ; (15)

- активности цемента АсЖ (28с) (16)

Общим параметром, объединяющим эти критерии является эксергия

цемента Ецем; Е„сч/с1ср. Теоретически и экспериментальным путем установлено: между типом и классом прочности цементов и их эксергетическими характеристиками имеется строго однозначное соответствие: чем больше Е„ем и Еиеч/<Зср, тем больше Асж(28). Таким образом, следует так организовать сам процесс измельчения цемента и управления этим процессом, чтобы по сравнению с обычным режимом работы мельницы имело место увеличение Е11СМ/с1ср. Это объективно приводит, как видно ич уравнений (12, 13), к увеличению критерия г|г^2, уменьшению ЭЗМ, увеличению А,.Л(28) и уменьшению значения дисперсии «Д» колебаний РЧЭ и А,ж(28).

=ЯЕщм-,Етк1аср) (17)

(18)

ЭЗМ =---(!9)

Асж = Лэш) (20)

ЖА)™=ОДРЧЭ)и, (21)

Преимущества и научно-практическое значение оценки энергетической эффективности процессов измельчения по новым критериям заключается прежде всего в том, что при определении г)] - г|3 и ЭЗМ учитываются:

- физико-химические и физико-механические свойства исходного размалываемого материала;

- конструктивно-технологические параметры мельницы;

- полная характеристика дисперсности и эксергии цемента, представленная в виде РЧР и РЧЭ.

Глава 3. Математическая модель процесса измельчения и стабилизации качества цемента.

Для обоснования правомерности использования критериев т], ЭЗМ при оценке энергетической эффективности процессов измельчения и оперативного управления работой мельниц по этим критериям был выполнен специальный комплекс расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, в ходе которых выявлялся характер изменения этих критериев при измельчении различных клинкеров; цементов; на мельницах различной геометрии с различными конструктивно-технологическими параметрами; при различных способах организации процессов измельчения и подачи материала в мельницу.

Изложенное иллюстрируется конкретными примерами.

Пример 1. Объектом исследования явилась пилотная полупромышленная цементная мельница 1,0x4,0 м. Цель исследования -определить влияние режимных параметров мельниц на критерий ЭЗМ. В качестве независимых переменных использовались Х| - состав мелющих гел, Х2 и Х3 - степень заполнения первой (Х2) и второй (Хз) камер мельницы; Х4 - удельная поверхность готового цемента; Х5 - разрежение в мельнице. Диапазон изменения этих параметров дан в табл.1.

Методами экспериментальных статистических исследований получена система полиномов второго порядка, отражающая влияние независимых переменных на производительность У|(кг/час) и удельный расход электроэнергии Y3 (квт-ч/т) мельницы; остаток на сите № 008, Y2 %; зерновой состав цемента, % оцениваемый содержанием зерен крупностью от 5 до 30 мкм, - Y4 %; активность цемента на сжатие через 28 суток - Y5 (кг/см2); эксергию цемента Y6, Y7 (кдж/кг) и на критерий энергетических затрат ЭЗМ мельницы, Yg.

Таблица 1

Кодирование переменных___

Исследуемые факторы

Уровень факторов и Х|, мм Х4, см2/г х„

интервалы Состав шаров редневзвеше х2 Хз мм

нный диаметр вод.ст

Нижняя граница 40 40 0,28 0,28 2100 2

диапазона

Нижний уровень -1 40,50 45 0,32 0,32 2500 4

Нулевой уровень 0 40,50,60 50 0,36 0,36 2900 6

Верхний уровень +1 40,50,60,70 55 0,4 0,4 3300 8

Верхняя граница 40,50,60,70,8 60 0,44 0,44 3700 10

диапазона варьиро- 0

вания +2

Интервалы разряд 5 0,04 0,04 400 2

варьирования

Ниже приводятся математические модели мельниц для У 5 и У8 Остальные модели даны в диссертации.

У5=520,26+19,39Х,+20,44Х2+2,754Х3+20,69Х4-17,44Х5-3,896Х12--3,521 Х22-2,521Х32-16,65Х42-13,521 Х52-3,925Х |Х2-6,243Х,Хз-28,26Х1Х4-24,993Х,Х5-13,869Х2Хз-5,297Х2Х4-2,452Х2Х5+ +6,797ХзХ4+4,702ХзХ5-26,119X4X5 (22)

У8=28,795-0,966Х,+1,203ХГ0,841 Х3+10,132Х4-0,017ХГ2,766Х,2--3,03Х22+4,51Хз2+3,263Х42-2,453Х52-0,341Х1Х2+0,35Х,Х3--4,222Х,Х4-1,67Х,Х,-1,748Х2Х3+0,296Х2Х4+0,254Х2Х5 -1,485Х3Х4 +0,843X3X5-2,973X4X5 (23)

Критерий ЭЗМ является обобщенным параметром для У, - У7.

Уравнение (23) свидетельствует о том, что критерий ЭЗМ информативен, и его следует использовать при оперативном управлении процессом измельчения. Критерий ЭЗМ здесь выступает в качестве прямого энерготехнологического управляемого параметра. Таким образом установлено влияние режимных параметров на критерии ЭЗМ и Асж(28с).

Пример 2. Были рассчитаны эксергетические КПД процесса измельчения Г|гг|з и критерий ЭЗМ для различных цементных мельниц 3,2x15,0м: обычной мельницы открытого цикла и МДНД. Для цементной мельницы 3,2x15,0м приняты следующие значения параметров: пм-17 об/мин, т=15 мин; Стмт=140000 кг для мельницы № 5 и 0,9 Смт -для МДНД № 4; с!ш,=48 мм; ЯМ1=0,43 кг; Е(с1ш,) равна 1,1 кгм. При этих данных Еподв =1614064 кдж. Подставляем в уравнение (9-11) значения эксергии Екл~1200; Е,1См~'7896 (мельница № 5) и 9600 кдж/кг (МДНД).

Для данных условий были рассчитаны эксергетические КПД процесса измельчения т|гт|з для различных мельниц 3,2x15,0м. Установлено, чго эксергетический КПД процесса измельчения с учетом конкретных свойств исходной размалываемой шихты и конкретных параметров работы мельницы 3,2x15,0м различен и эффективность мельниц МДНД очевидна. Величина ЭЗМ1 для мельницы № 5 составила 18,5-10~3, а для МДНД - 12,6-Ю"3. ЭЗМ2 для мельницы № 5 составила 55,3-Ю'2, а для МДНД - 32,16-Ю'2.

Пример 3. Объекты исследования - типовые цементные мельницы открытого цикла размером 2,6x13; 3x14,0; 3,2x15 и 4x13,5 м, работающие при непрерывной подаче в них материала. Принятые рабочие параметры (1абл.2) этих мельниц близки к паспортным значениям. При расчете принимали, что в мельницах измельчается клинкер с постоянным значением эксергии Е^сог^ при получении бездобавочного портландцемента с Ецем, Ецем/с!Ср==соп51.

Таблица 2

Параметры работы мельниц ____

№ п/п Параметры Размерность 2,6x13 м 3x14 м 3,2x15 м 4x13,5 м

1 пм об/мин. 19,5 17,6 17,0 16,2

2 1м мин. 22 19 15 12

3 Ом.т кг 80.000 110.000 140.000 220.000

4 Я,„(50мм) кг 0,51 0,51 0,51 0,51

5 Е(<и кгм 1,120 1,25 1,380 1,735

6 ЕП0дП(ф-ла 19) кдж/кг 1330873 1591989 1705762 2569151

7 Екл кдж/кг 1200 1200 1200 1200

8 Кцем[1, табл.1] б/р 6,58 6,58 6,58 6,58

9 р 1 -¡¡см кдж/кг 7896 7896 7896 7896

10 Т1,(ф-ла 20) % 0,593 0,495 0,462 0,307

11 Т12(ф-ла21) % 5,93 4,95 4,62 3,07

12 г\3(ф-ла 22) % 14,83 12,39 11,57 7,68

В результате проведенных исследований выявлено влияние геометрических характеристик мельниц на энергетическую эффективность процесса измельчения. Увеличение Дм с2,6 до 4 м приводит к снижению степени эффективности измельчения, о чем свидетельствуют значения Г|г т|3, уменьшающиеся с ростом Д„. Таким образом, представляется возможным решение на каждом заводе задачи стабилизации качества цемента, которая традиционным путем не решается. И главным, определяющим параметром при этом служат новые критерии г^ - г|з и ЭЗМ.

Пример 4. Цель исследований - оценить, имеет ли место изменение критерия ЭЗМ при выпуске различных партий одного и того же вида - марки цемента. Это наиболее сложный, но типовой случай, когда при выпуске одной видо-марки цемента одновременно меняются и Ею„ и условия измельчения. Величину Э (квт-ч/т) принимаем постоянной для каждой партии, она составляет 33,6 квт-ч/т; эксергетические характеристики качества различных партий цемента ПЦ-500-Д0, полученные на МДНД 3,2x15 м АО «Осколцемент», приведены в табл.3.

Из табл.3 видно, что для каждой партии цемента имеют месю свои конкретные значения критерия ЭЗМ, наилучшими партиями, являются партии № 1 и № 2. Значения критерия ЭЗМ для них минимальны и исследует считать заданными при выпуске других партий ПЦ-500-Д0. Следует сказав, что критерий ЭЗМ1И ЭЗМ2 всегда необходимо рассматривать совмесшо, и что окончательную оценку отдельных проб и партий цемента нужно проводить по критерию ЭЗМ2, которая жестко связана с активностью цемента.

Таблица 3

Эксергетические характеристики цемента ПЦ-500-Д0_

№№ п/п Наименование параметров Размерность Партия цементов

№1 №2 №3 №4

1 2 3 4 5 6 7

КАЧЕСТВО

1. Эксергия клинкера, Еи мДж/т 1153,8 1233,7 1163,9 1156,7

2. Эксергия цемента, Е,вм мДж/т 8655,0 9378,0 8148,0 8330,0

3. Средний размер частиц цемента, ёср мкм 27,25 33,16 30,26 31,01

4. Параметр распределения частиц по их эксергии, К б/разм 7,549 7,641 7,026 7,231

5. Концентрация эксергии цемента, Ецем/<1Ср мДж т.мкм 318,2 282,0 271,6 268,7

6. Активность при сжатии в возрасте 28 суток, 1^ж(28) МПа 56,8 55,0 52,8 49,8

7. Критерий ЭЗМ] б/р*10"' 13,97 12,89 14,84 14,52

8. Критерий ЭЗМ2 б/р*10"' 38,08 42,76 44,90 45,02

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что эксергетический КПД мельниц и критерий ЭЗМ зависят от конструктивно-технологических параметров мельниц, и критерий ЭЗМ следует использовав при оперативном управлении процессом измельчения. Критерий ЭЗМ выступает здесь в качестве прямого и комплексного энерготехнологическет о управляемого параметра, так как является обобщенным парамефом выходных показателей процесса.

Глава 4. Стабилизация активности измельчаемого цемента * по его эксергии.

В главе рассматриваются методические вопросы и технологические ' решения по стабилизации качества цементов по их эксергетическим

» характеристикам в мельницах дискретно-непрерывного действия.

Назначение данных исследований - это

^ обосновать выбор нового параметра для оперативного процесса

СКЦ, дать методики его расчета; ^ показать, что использование нового способа организации процесса

измельчения в МДНД позволяет осуществить СКЦ; ^ теоретически доказать эффективность этого способа измельчения с учетом кинетики процесса измельчения, управляемости СКЦ, моделирования гидродинамической структуры потоков в мельнице. Так как РЧР, Еием, Ецем/с1Ср являются комплексной дисперсной и энергетической характеристикой качества цемента, учитывающей его

химико-минералогический и зерновой составы (РЧР), представляется возможным решение актуальной задачи - стабилизации качества конкретного цемента по его фактическим эксергетическим характеристикам, определяемым из РЧР. Тогда в качестве регулируемого параметра может быть использована дисперсия распределения частиц по их эксергии Д(РЧЭ).

Понятно, что меньшее значение Д(РЧЭ) приведет к меньшему значению Д(А), а значит и к достижению стабильности качества цемента, т е.

Д(РЧЭ)тт->Д(А)тт (24)

Параметрами РЧЭ являются моменты М1-М4, которые можно рассматривать в качестве независимых случайных величин, т.к. каждый из них (из этих моментов) может иметь самостоятельное распределение, не зависящее от возможных значений других величин (моментов). В соответствии со свойствами дисперсии случайных величин, дисперсия суммы независимых случайных величин равна сумме дисперсий эгих величин, т.е.:

для Д(РЧЭ) =Д(М,+М2+М3+М4) =Д(М,) ЬД(М2)^Д(М3)+Д(М4) (25)

для Д(А) = Д(АСЖ/ + Асж3 + Асж23) = Д(АСЖ,)+Д( Асж3) + Д(Асж28) (26)

Таким образом, параметры РЧЭ и прочностные характеристики цемента количественно можно представить в виде одной суммарной величины - их дисперсии. Отсюда Д(А)тш=-/[Д(РЧЭ)]„ш и значит большему или меньшему значению Д(РЧЭ) будет соответствовать и большее или меньшее значение Д(А).

В качестве показателя оценки степени достижения СКЦ и управляемости в МДНД используется критерий, учитывающий случайный характер действующих возмущений, привносимых колебаниями свойств клинкера и условий измельчения. Таким показателем является отношение исходной дисперсии регулируемой величины Д(РЧЭ), Д(А) на выходе мельницы до управления СКЦ к дисперсии этих же параметров после внедрения технологических решений по СКЦ. Тогда коэффициент управляемости "а" СКЦ будет определяться следующим выражением (27)

п-Д«

" —д- ^

В качестве регулируемой величины впервые выбираются дисперсии колебаний РЧЭ и активности цемента.

До и Д, - это дисперсии регулируемой величины соответственно до и после внедрения предлагаемых технологических решений, которые являются управляющими средствами по отношению к процессу измельчения для СКЦ Значение «а» определяется по формулам (28,29): ЩРЧЭ)0

«"ДО143) а=трчэ), (28)

ША),

ДляД(А) (29)

По значению этого показателя можно судить о том, во сколько раз уменьшается дисперсия регулируемой величины при внедрении того или иного технологического решения по СКЦ. Чем выше этот показатель, тем выше управляемость данной МДНД и тем выше степень стабилизации качества цемента. Значение а < 1,0 означает, что используемые любые технические и технологические решения не могут обеспечить решение СКЦ. Следует вновь отметить, что Д(А) жестко связано с Д(РЧЭ) и чем меньше Д(РЧЭ), тем меньше Д(А), что и требуется при решении СКЦ..

Рассмотрим как меняется коэффициент управляемости МДНД по СКЦ и дисперсии регулируемых величин для 3-х различных схем подачи материала, в которых реализуется различная гидродинамическая структура потока размалываемого материала.(описание схем дано в главе 5).

Анализ управляемости помольных агрегатов проводится на примере идеализированных моделей (идеального вытеснения и идеального перемешивания), соответствующих двум крайним предельным случаям ведения процесса в мельницах.

Процесс в МДНД по схемам №1 и № 2 описывается моделью идеального вытеснения и имеет вид:

- для сх.№ 1 Д, = Д0 • с г, = тт; = 1 (30)

- для сх.№ 2 Д2 = Да ■ е~к1> с т2=тт- Кп2; Кп2 =1,33 (31)

- для сх.№ 3 процесс в МДНД описывается комбинированной моделью

(32), состоящей из последовательно соединенных зон идеального смешения и идеального вытеснения. Причем для кинетики измельчения

(33) порядок соединения зон не оказывает влияния на протекание процесса.

д - До'е~кТ'

- -е~кт*

д (зз)

В формуле (32; тз=0.5(гт-кп,+т^(1а}=0,5-тя-2,33^тт-иб (34) Подставим в формулы (30-32) значение к'Тт«3,0, полученное по формуле (33) при Я008~5%. Тогда

Д,=Д„-1/ект=Д0-1/е3 (35)

Д2 = До-1/ектКп =До-1/е3 ш=Д0-1/е399 (36)

Дз = До иб ■ (1 + 3 • 1,16) = До Т^^ААВ = До {37)

А=^П6-о+з-цб)=о,,6.4 48=„,«.4 48

дъ ек<» (39)

Из сравнения выражений (30-39) ясно, что Д/>Д2>Дз (40)

и что схема № 3 обеспечивает минимальную дисперсию контролируемых параметров РЧЭ и А цемента, и коэффициент управляемости для этой схемы наибольший. Таким образом, теоретически обоснован выбор параметра для СКЦ, даны методики его расчета, показана эффективность использования МДНД при различных способах подачи материала в эту мельницу.

Глава 5. Новый способ оперативного управления активностью измельчаемого цемента по его эксергии

Для проверки основных положений и выводов, полученных в расчет но-методической части работы, были проведены специальные промышленные экспериментальные исследования на МДНД открытого цикла размером 3,2x15м АО «Осколцемент» при выпуске цемента ПТД 500-Д0.

В ходе испытаний используются различные схемы подачи материала в мельницу, формирующие различную гидродинамическую структуру потока размалываемого материала.

1-я и 4-я схемы - непрерывная и совместная подача (традиционный однопоточный способ) материала в МДНД с К„=1,0. Коэффициент пульсации Кп=1,0+то/тп, где т - время, в течение которого материал не подается (т„) и подается (тм) в мельницу.

2-я схема - циклический способ подачи всего размалываемого материала с К„=1,33.

3-я, 5-я и 6-я схемы - циклическая подача двух потоков одного и того же клинкера с соотношением 0,5:0,5 и значением для 1-го потока К„|= 1,0 и 2-го потока Кп2=1,33 (схемы 3 и 5) и К„1=2,0 и Кп2=1,33 (сх.6).

На лазерном гранулометре были получены для всех отобранных проб цемента распределения частиц по размеру (РЧР) и экссргии (РЧЭ). На рис. приведены РЧР для одной из проб и блок-схема определения критерия ЭЗМ.

Цель исследований - определить, как влияет способ подачи материала в мельницу на изменение критериев ЭЗМ, Д(РЧЭ), Д(АСЖ) при практически неизменных традиционных энерготехнологических, дисперсных и прочностных показателях по <3, Э, 11008, 8, Асж для каждой схемы. Осредненные результаты испытаний даны в табл.1, в которой сведены все характеристики процесса: производительность, <3 [т/час], потребляемая мощность N [квт] и удельный расход электроэнергии мельниц, Э [квт-ч/т];

удельная поверхность цемента, Б [м2/кг];

эксергия клинкера, Екл [кдж/кг]; средний размер частиц цемента, с!ср [мкм], комплексный параметр, учитывающий моменты РЧР и РЧЭ - К [б/р], эксергия цемента Ецем [кдж/кг]; и ее концентрация, Ецсм/(1ср [кдж/кгмкм]; критерий ЭЗМ; активность цемента в 1-м, 3-х и 28-ми суточном возрасте, А|, А3, А28 [МПа]; среднеквадратичное отклонение (СКО) активности цемента, А,, А3 и А28 [МПа]; Д(РЧЭ) и Д(А).

С традиционной точки зрения значения параметров п.п.2-6 однозначно говорят о том, что энергетическая эффективность работы мельницы для каждой схемы как бы практически одинакова. Однако на самом деле это далеко не так. Цементы получаются разными по своей энергетической природе и об этом свидетельствуют данные параметров п.п.7-17, полученные при определении эксергетических характеристик и активности цемента, дисперсии колебаний Д(РЧЭ), Д(АСЖ) и эксергетического критерия ЭЗМ мельницы, которые, как правило, не учитывались в практике исследований и сравнительной оценки эффективности процессов измельчения в мельницах различного типа.

Наименее эффективными являются режимы 1 и 4 традиционной непрерывной подачи материала одним потоком. По всем показателям режимы 4-6 намного эффективнее режимов 1-3. Энергозатраты на получение ПЦ-500 ДО здесь заметно меньше, поэтому экономическая выгода для цемзавода очевидна. Получен заданный цемент гарантированной активности без затрат на реконструкцию мельницы. В зависимости от конкретного изделия, где используется данный цемент, следует использовать режим 5 с минимальным значением Э-28,4 квт-ч/т, критерия ЭЗМ=0,224 и активностью А28=50,6±0,82 МПа или режим 6 с Э=30,0 квт-ч/т; Э3м=0,323, но с А28=53,6±1,2 МПа.

В каждой из трех схем (1-3 и 4-6) подачи материала в мельницу с уменьшением (увеличением) Д(РЧЭ) уменьшаются или увеличиваются значения Д(А) и критерия ЭЗМ. Установлена зависимость Д(А)т,„= ([Д(РЧЭ)]тш ЭЗМтт. Отсюда вытекает новый способ

стабилизации активности цемента по критерию ЭЗМ. Достижение меньшего значения ЭЗМ приводит к уменьшению значения Д(РЧЭ) и Д(А). Время ч определения критерия ЭЗМ составляет порядка 0,5 часа, оно сопоставимо с

временем пребывания материала в мельнице, что свидетельствуе1 о возможности реализации для каждой мельницы оперативного управления процессом СКЦ. Блок-схема системы управления мельницей по критерию ЭЗМ дана на рисунке.

Результаты испытаний и расчета, представленные в таблице 4, полностью подтверждают данные расчетно-методической части работы.

Рис.2 РЧР ДЛЯ ПРОБЫ Р2-5

'Г

V N

й

§

9-8

«а

шйЙ

1к

1 § 1 8

£ 8 г

„

г £ а

я г з г

5 я ? я

? г Я

я 3 г

\. я 2 £ ~ ч

- 2 « ■ -

! 8 1 - а

1

11 1

¡Р 8 3

__

Г

и

Рис.3 БЛОК-СХЕМА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕЛЬНИЦЕИ ПО КРИТЕРИЮ ЭЗМ

Двигатель

•с

1-а

О

т/ч

Делитель

N/0

Э

квт*ч/т

ЭЗМ заданное

ЭЗМгЗ.б'Э/Е,«,, или

эзм,=з,б*-э/Е„„Мр,

N

КВТ

Лазер гранулой

РЧР

¿и,

Е(РЧЭ)

131

С,Б С3Л См АР

Е,«и=Е„+Е(РЧЭ)

Таблица 4

ЭКСЕРГИЯ ЦЕМЕНТА ПЦ-500 ДО ПРИ ЕГО ИЗМЕЛЬЧЕНИИ В МДНД

Схема подачи (3 N э Я 8 Екл К ¿ср р V ЭЗМ А, Аз 1 А28 1д(РЧЭ) Д(А)

1 ■> 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 15 16 17

1 К„=1,0 53,0 1770,2 33.4 5,2 323 1158,5 5,435 21,5 6296 293 0,410 39,7 +0,89 33,9 ±1,7 50,2 ±0,9 3,472 4,492

2 кп=1,зз 52,8 1768,8 33,5 5,4 313 1162,0 6,262 21,9 7276 332 0,363 38,0 ±0,8 34,8 ±1,5 52,5 ±0,7 0,815 3,38

1767,5 ■ зз«.;- 6,717' : Ш2 . : 345

Сх1-»СхЗ—► К; Ецем; Еце„/с)ср]Т [ЭЗМ; СКО(А,; А3; А28); Д(РЧЭ); Д(А)]4

4 К,,=1,0 47,4 1360 28,6 6,4 349 1202,0 7,122 24,07 8560 355,7 0,2895 36,3 ±0,72 31,4 ±1,15 5 49,5 ±1,11 1,9 3,08

47$. ■Ш&Д; \ '.32? :1 я&п . '¿,224 зЕгО;84.

6 К„,=2 к„;=1,33 45,3 1359,4 30,0 4,8 303 1197,0 7,025 25,15 8412 335 0,323 34,2 ±1,41 27,4 ±1,2 53,6 ±1,2 2.11 4,88

Главные результаты настоящих исследований заключаются в следующем:

Теоретически и экспериментальным путем выявлена принципиальная возможность определяющего влияния на изменение и целенаправленное формирование Д(РЧР), Д(РЧЭ), критерия ЭЗМ и Д(А) способа подачи в МДНД размалываемого материала, обусловливающего различное распределение времени его пребывания. Наибольшее влияние на уменьшение дисперсий всех контролируемых параметров имеет циклический способ подачи материала с разделением его на основной и дополнительный потоки. Управляющими параметрами здесь являются соотношение этих потоков и параметры циклической их подачи. Оптимальные их значения определяются в каждом конкретном случае.

По результатам настоящих исследований была разработана система оперативного управления СКЦ, которая позволяет решить одновременно задачу энергосбережения и СКЦ в условиях реально действующих возмущений. Специфика такой системы заключается в возможности использования для целей СКЦ переменных - критерия ЭЗМ и Д(РЧЭ) и нескольких управляющих воздействий: соотношение 2-х потоков и параметры их циклической подачи. На критерий ЭЗМ и технологию измельчения для достижения ЭЗМти1 получен патент РФ на изобретение № 2004113623 от 07.12.2004 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые предложен и разработан эксергетический подход к задачам одновременного снижения энергозатрат при измельчении и стабилизации качества цемента.

2. Предложены новые энергетические критерии оценки качества цемента: его эксергия Ец^, и концентрация эксергии цемента Е1и>1/с1ч, Понятие эксергии цемента вытекает из классического определения эксергии как меры работоспособности потока вещества или энергии. Эксергия цемента - эта комплексная энергетическая характеристика качества порошка цемента, учитывающая его химико-минералогический и дисперсный составы Концентрация эксергии цемента - это отношение эксергии цемента к среднему диаметру частиц.

3. Разработаны методики определения эксергетического коэффициента полезного действия г| процесса измельчения цемента и критерия энергетических затрат мельницы (ЭЗМ), предназначенные, для сравнения и оценки эффективности различных технологических систем измельчения Эксергетический КПД определяется на основе эксергетического баланса подсистемы измельчения «клинкер-цемент». Его преимущество заключается в том, что в предлагаемой методике учитываются все физико-химические и

механические свойства исходных компонентов размалываемой шихты, конкретные геометрические и конструктивно-технологические параметры мельницы, в которой реализован процесс измельчения, а так же РЧР цемента.

4. Были рассчитаны эксергетические КПД. процесса измельчения г|1-г|з и критерий ЭЗМ для различных мельниц 3,2x15,0м.: обычной мельницы открытого цикла и МДНД. Установлено, что эксергетический КПД процесса измельчения с учетом конкретных свойств исходной размалываемой шихш и конкретных параметров работы мельницы 3,2x15,Ом различен и эффективность мельниц МДНД очевидна. Величина ЭЗМ| для мельницы открытого цикла составила 18,5-Ю'3, а для МДНД - 12,6-10"3. ЭЗМ2 для мельницы открытого цикла составила 55,3-10"2, а для МДНД - 32,16-10"2.

5. Разработана математическая модель процесса измельчения и стабилизации качества цемента на пилотной мельнице 1,0x4,Ом. Методами экспериментально статистических исследований получена система полиномов второго порядка, отражающая влияние независимых переменных; как-то: состав мелющих тел; степень заполнения первой и второй камер мельницы; удельная поверхность готового цемента; разряжение в мельнице на производительность У ] (кг/час) и удельный расход электроэнергии У3 (кВт-ч/т) мельницы; остаток на сите №008, У2 (%); зерновой состав цемента, оцениваемый содержанием зерен крупностью от 5 до 30 мкм, У4(%); активность цемента на сжатие через 28 суток, У 5 (кг/см2); эксергию цемента, У6 ,У 7 (кДж/кг) и на критерий эксергетических затрат ЭЗМ мельницы, У 8.

Показано, что критерий ЭЗМ) зависит от конструктивно-технологических параметров мельниц и его следует использовать при оперативном управлении процессом измельчения. Критерий ЭЗМ выступает здесь в качестве прямого и комплексного энерготехнологического управляемого параметра, так как является обобщенным параметром для выходных величин УрУ7-

6. Определены численные значения эксергетического КПД для типовых цементных мельниц 2,6x13,0; 3,0x14,0; 3,2x15,0 и 4,0x13,5м. Установлено влияние геометрических характеристик мельниц на энергетическую эффективность процесса измельчения. Увеличение диаметра мельниц Д„, с 2,6 до 4,0 м приводит к снижению степени эффективности измельчения, о чем свидетельствуют значения г|г т|3, уменьшающиеся с ростом Дм.

7. В результате расчетных и экспериментальных исследований получены эксергетические характеристики цемента и критерия ЭЗМ2 при измельчении цемента ПЦ-500-Д0 на МДНД 3,2x15,0м. ОАО«Осколцемент» и при различных способах подачи материала в мельницу. Сравнительная оценка эффективности предлагаемой (циклический способ подачи материала) и существующей (непрерывный способ) схемы показывает, что дисперсия активности цемента через 28 суток по предлагаемой схеме уменьшается в 2,5 раза (расчеты по математическим моделям) и в 2,2

раза (экспериментальные данные). Фактическое среднеквадратичное отклонение А28 составляет при этом 50,6±0,82 МПа, что значительно меньше, чем отклонения в активности (±1,11 МПа) у цемента, полученного при непрерывной подаче материала в мельницу.

8. Предложен новый способ стабилизации активности цемента по критерию ЭЗМ. Достижение меньшего значения ЭЗМ приводит к уменьшению значения Д(РЧЭ) и Д(А). Время определения критерия ЭЗМ составляет порядка 0,5 часа, что свидетельствует о возможности реализации оперативного управления процессом СКЦ.

9. Теоретически и экспериментальным путем выявлена принципиальная возможность определяющего влияния на изменение и целенаправленное формирование Д(РЧР), Д(РЧЭ), критерия ЭЗМ и Д(А) способа подачи в МДНД размалываемого материала, обусловливающего различное распределение времени его пребывания.

Ю.Разработана система оперативного управления СКЦ, которая позволяет решить одновременно задачу энергосбережения и СКЦ в условиях реально действующих возмущений. Специфика такой системы заключается в возможности использования для целей СКЦ переменных - критерия ЭЗМ и Д(РЧЭ) и нескольких управляющих воздействий: соотношение 2-х потоков и параметры их циклической подачи

11.Показано, что для достижения заданного качества цемента необходимо, что бы критерий ЭЗМ для данных условий измельчения на конкретной МДНД находился в диапазоне 0,224 ..0,289, который можно считать заданным при управлении процессом формирования требуемой эксергии цемента. При этом удельный расход электроэнергии мельницы в режимах 4 и 5 равен 28,4-28,6 кВт-ч/т, что на 5 квт.ч/т меньше, чем в режимах 1, 2, 3, а средняя производительность-47,62 т/ч

12.На строительном предприятии «КРАФТ» ведутся работы по созданию многоассортиментного производства по получению цемента и на основе цемента, песка и сопутствующих добавок цементных ССС, пенобетонных блоков и цементно-песчаных плит. При этом стоимость изготовленных собственными силами изделий в 2-3 раза меньше, чем покупных.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Вердиян М.А., Несмеянов Н.П., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Эффективность дискретно-непрерывных процессов измельчения твердых тел. Учебное пособие РХТУ им.Д.И.Менделеева «Эксергетический анализ процессов химической технологии (на примере технологии цемента)» часть 3, Москва, 1004г., с 42-46.

2. Об эффективности различных технологических схем измельчения. Там же, ч.4, с 47-52.

3. Нужен ли замкнутый цикл для цементных мельниц.Там же, ч.5,с52-57

4. Расчет и формирование эксергии цементав мельницах дискретно-непрерывного действия. Там же, ч.б, с 58-81.

5. Смирнов В.Н., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Экологический мониторинг цементного производства. Вестник МАСИ, № 7, часть 1, 2004, с 156-258.

6. Вердиян М.А., Несмеянов Н.П., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Способ регулирования процесса получения цемента заданного класса прочности в мельницах дискретно-непрерывного действия. Положительное решение по заявке на изобретение № 2004113623 от 07.12.2004 г.

7. Вердиян М.А., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Способ управления процессом получения цементной сухой строительной смеси. Положительное решение по заявке на изобретение № 2004119383 от 15.12.2004 г.

8. Несмеянов Н.П., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Сборник статей профессора Вердияна Мэлса Аспандаровича, опубликованных в журнале «Цемент и его применение» с 1969 по 2004 годы. Белгород, 2005 г., 328 с.

9. Вердиян М.А. Лукманов Р.Т., Перунов С.И., Лаврентьев В.И. Стабилизация качества смесей по эксергии цемента. Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века, № 12,2004 г., с 22-24.

10. Вердиян М.А. Лукманов Р.Т., Перунов С.И., Лаврентьев В.И. Организация производства цемента с максимальной эксергией. Цемент и его применение, № 5,2004 г., с 56-60.

11.-13. Вердиян М.А., Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Эксергетический к.п.д.мельниц - комплексный критерий эффективности их работы. Вестник МАСИ, № 7, том 3, 2004 г., части 1-3, с 41-66

Часть 1. Постановка задачи и методическая часть, с 41-49.

Часть 2. Расчетно-экспериментальная часть, с 49-53.

Часть 3 Прикладная часть, с 53-66.

14. Вердиян М.А. Лукманов Р.Т., Перунов С.И. Эксергетический анализ процессов химической технологии. Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века, № 1, 2005 г., с 81.

Заказ 45_Объем 1.5 пл.___Тираж 100 эцз

Издательский центр РХТУ им Д И Менделеева

- 7 О 5 î

РНБ Русский фонд

2006-4 5056