автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка на базе концепции интенсивного энергосбережения перспективной модели энергоматериалосберегающей системы обжига на цементный клинкер

На правах рукописи

Напалков Николай Геннадиевич

РАЗРАБОТКА НА БАЗЕ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕНСИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ЭНЕРГОМАТЕРИАЛОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОБЖИГА НА ЦЕМЕНТНЫЙ КЛИНКЕР

Специальность 05.14.04. - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2006

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Технический университет) на кафедре ЭВТ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РСФСР Ключников Анатолий Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники России Леончик Борис Иосифович

Ведущее предприятие: ОАО «НИИцемент»

Защита состоится «3» марта 2006 г. в 1530 на заседании диссертационного совета Д 212.157.10 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная улица, д. 17., аудитория Г-406.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссергацией можно ознакомится в библиотеке МЭИ Автореферат разослан « »_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 2 7.10

кандидат технических наук, профессор Селезнев Николай Прохорович

Доктор технических наук, профессор

Кулешов Н.В.

2006

е&г<3£

2ЮМ16

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Развитие экономической ситуации в России зависит от состояния промышленного теплотехнологического комплекса страны. Ключевой энергетической проблемой данного комплекса является энергосбережение. Проблема энергосбережения особо актуальна для энергоемких отраслевых теплотехнологических комплексов, таких как черная и цветная металлургия, промышленность строительных материалов.

Эти теплотехнологические комплексы (ТТК) в своей принципиальной основе сложились еще в «доэкологический период», когда не наблюдалось даже ростков таких современных острых проблем, как глубокое энергосбережение, экономия минеральных ресурсов, экологическая безопасность, экономия пресной воды. Они формировались, бурно развиваясь, но вместе с этим в главном в существенной мере оставались в рамках начальных принципиальных основ технологий и соответствующих технических средств.

Одним из числа наиболее энергоемких теплотехнологических комплексов в стране является цементная промышленность. При годовом производстве цемента в 45,6 млн.т/год (2004 год) энергоемкость производства цементного клинкера (основы цемента) для наиболее распространенной системы производства (мокрый способ) составляла 276 кг.ут/т.кл. Проблема высокой энергоемкости одновременно усугубляется и относительно низким коэффициентом полезного использования энергии (КПИ) - на уровне 25 %.

Существующий широкий комплекс исследовательских работ, ориентированный на проблему экономии топливо-энергетических ресурсов, в основном включает: мероприятия совершенствования технологического оборудования и теплообменных процессов: перевод с мокрого способа на сухой и полусухой способы производства; получение плавленого клинкера; солевая технология получения клинкера; изменение сырьевых компонентов и использование шлаковых добавок и т.д.

Но вместе с тем имеются еще значительные резервы энергосбережения, основанные на использовании альтернативных сырьевых компонентов (металлургических шлаков), при этом органически вписываясь в технологическую схему предприятия черной металлургии.

Цель работы: выявление перспективных направлений дальнейшего и существенного повышения энергетической эффективности производства цементного клинкера обжигом с оценкой при этом как принципиально возможного, так и расчетно-практического уровня энергосбережения.

Эта цель достигалась на базе решения следующих задач:

1) определение структуры и границ замкнутых теплотехнологических комплексов (ЗТТК) действующего производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам;

2) формирование состава альтернативных вариантов производства цементного клинкера обжигом, потенциально отличающихся энергетической эффективностью, и разработка общего подхода к решению задач и поиску перспективных моделей энергоматериалосберегающих теплотехнологических комплексов производства цементного клинкера обжигом; -—-- -.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

3) проведение анализа энергетической эффективности и прогноза потенциала резерва интенсивного энергосбережения действующих (мокрого и сухого способов) и альтернативных вариантов теплотехнологических комплексов производства цементного клинкера обжигом;

4) создание комплекса компьютерных программ для анализа энергоиспользования в замкнутых теплотехнологических комплексах производства клинкера, расчета критериев их энергетической эффективности и определения основных характеристик теплотехнологических объектов;

5) установление опорных энергетических характеристик альтернативных вариантов производства цементного клинкера обжигом.

Методика проведения исследований. Формирование общего метода решения энергетических задач работы основывается на положениях концепции интенсивного энергосбережения, разработанной А.Д.Ключниковым. При этом концептуальная логика поиска перспективных моделей энергоматериалосберегающих теплотехнологических объектов основывается как на базе поиска, так и на алгоритме поиска.

База поиска включает: объект (замкнутый ТТК производства цементного клинкера обжигом); ориентир (термодинамически идеальная модель [ТДИМ] ТТК с экстремальной тепловой схемой); средства (предельно полный состав мероприятий интенсивного энергосбережения); критерии энергоиспользования и критерии энергетической эффективности (в том числе и новые).

Этапами алгоритма поиска являются: технологическая, структурная, тепловая схемы и температурный график теплотехнологии действующего ТТК; карта энергоматериалопотребления и определение энергоемкости производства цементного клинкера в ТТК; тепловая схема и температурный график ТДИМ ТТК (эталон предельно высокой энергетической эффективности); технически реализуемая (практическая) модель технологии ТТК; тепловая схема и температурный график технически реализуемой ТТК; теплотехнические и принципиально-конструктивные схемы элементов этой ТТК; расчетные показатели ТТК (критерии энергоиспользования и энергетической эффективности).

Расчетные исследования базируются на разработанной диссертантом системе компьютерных программ, созданных для анализа энергоиспользования и прогнозных характеристик энергосбережения действующих комплексов производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам (компьютерная программа №1) и моделей альтернативных комплексов производства цементного клинкера (компьютерные программы №2-5).

Компьютерные программы состоят из отдельных программных модулей известных методик расчета установок и отдельных теплотехнологических элементов**, а также авторских методик энергетического анализа ТТК, и являются единым взаимосвязанным программным комплексом. Блок-схема базовой компьютерной программы № 1 приведена на рис. 1.

Научная новизна работы: 1. Впервые, на базе концепции интенсивного энергосбережения, выступающей в качестве новой методологической базы решения фундаментальных задач

- Здесь и далее под ТДИМ ТТК понимается ТТК с термодинамически идеальной теплотехнологической обжиговой установкой

"- В изложении Воробьева X С, Мазурова А А , Соколова А Л Теплотехнические расчеты цементных печей и аппаратов.

Ввод исходных данных.

¡Расчет химического и минералогического состава клинкера]

расчет входящих и выходящих материальных потоков ЧТУ обжига цементного клинкер4

_ _

1Расчет видимого расхода топлива, входящих и выходящих тепловых потоков ТТУ обжига цементного клинкера I

Расчет поля температур во вращающейся пени!

[Расчет диаметра и длины зон печи| Мокрый способ .!> Сухой способ_

Расчет температуры на границе вращающейся печи и циклонного теплообменнике

I Расчет количества и габаритов циклонов! ¡Расчет температуры уходящих газов из сушилки!

Приближенные затраты топлива на подготовку сырьевых материала _и затраты электроэнергии в ТТК по переделам_

I Расчет энергоемкости ТТК производства цементного клинкера на уровне первичной энергии!

I---*-1

I Расчет теоретически минимального технологического теплоэнергопо^ребления в ТДИМ TTKj ¡Определение энергоемкости "производства" цементного клинкера в ТДИМ ТТК| | Расчет показателей энергетической эффективности |

^---Полученных данныхвг-<дналитической и графической форме

Рис 1. Блок-схема компьютерной программы №1

энергосбережения, проведен анализ энергоиспользования и энергетической эффективности, а также прогнозных характеристик резерва энергосбережения действующих и альтернативных вариантов производства цементного клинкера в границах замкнутых теплотехнологических комплексов;

2. Разработан комплекс компьютерных программ для расчета энергетических и основных геометрических характеристик теплотехнологических установок, а также показателей энергетической эффективности ТТК производства цементного клинкера обжигом с использованием различных вариантов исходного сырья на основе металлургических шлаков;

3. Впервые приводится и используется система новых критериев энергоиспользования и критериев сравнительной оценки энергетической эффективности применительно к теплотехнологическим системам (TTC) и ТТК производства цементного клинкера,

4. Разработаны термодинамически идеальные модели вариантов ТТК производства цементного клинкера обжигом, выступающих в качестве эталона предельно высокой их энергетической эффективности;

5. Результаты работы иллюстрируют новые возможности достижения радикального энергосберегающего эффекта в условиях комбинирования металлургического и цементного производств.

Практическая ценность: 1. Разработанный комплекс компьютерных программ позволит проводить анализ энергетической эффективности действующих систем производства цементного

клинкера на природном и комплексном сырье с использованием металлургических шлаков, а также расчет основных характеристик вращающихся печей обжига;

2. Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего повышения энергетической эффективности производства цементного клинкера обжигом;

3. Приводятся данные, иллюстрирующие практически возможные рубежи крупномасштабного снижения затрат энергии в условиях комбинирования производства клинкерного и металлургического полупродуктов;

4. Результаты работы открывают практическую возможность одновременно с крупномасштабным энергосберегающим эффектом существенно снизить расход материальных (природных) ресурсов и повысить экологическую безопасность.

Автор защищает:

1. Предложенные пути повышения энергетической эффективности систем производства цементного клинкера обжигом;

2. Методы и результаты энергетического анализа действующих и альтернативных ТТК производства цементного клинкера и оценки уровня возможного в них энергосберегающего эффекта.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на пятой (1999 г.) и седьмой (2001 г.) международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». МЭИ; второй международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии», МИСиС (2002 г); первой (2002 г.) и второй (2004г.) всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение, теория и практика», МЭИ.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 6 опубликованных работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 11 приложений. Работа изложена на 150 страницах текста и содержит 51 рисунок, 27 таблиц и список использованных источников из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяются объекты исследования, обосновывается актуальность проблемы энергосбережения.

Раскрываются недостатки существующих традиционных мероприятий энергосбережения, обычно формируемых, отталкиваясь "от достигнутого", а не "от принципиально возможного", способного открывать в том числе и принципиально новые энергосберегающие мероприятия.

Обосновывается использование концепции интенсивного энергосбережения -новой методической базы поиска и разработки перспективных энергосберегающих моделей теплотехнологических комплексов. В отличие от традиционных мероприятий энергосбережения мероприятия интенсивного энергосбережения ставят перед собой задачу достижения одномоментного, предельно высокого, крупномасштабного энергосберегающего эффекта. Это достигается на базе системного энергетического анализа крупных производственных комплексов и на

основе изменения, в общем случае, принципиальных основ технологии, техники, управления, повышения качества продукции и полноты конечного использования.

Отмечаются причины низкой энергетической эффективности действующих систем производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам, выделяя энергосберегающие мероприятия, имеющие наибольший удельный вес.

Устанавливается объект исследования - замкнутый теплотехнологический комплекс (ЗТТК), определяются структура и границы ЗТТК действующего производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам (ЗТТК для мокрого способа иллюстрируется на рис. 2). ЗТТК включает в себя теплотехнологический комплекс (ТТК) и энергетический комплекс. Границы ТТК охватывают весь технологический процесс от источников сырья до конечного продукта. Энергетический комплекс рассматривается от источника органического топлива (первичной энергии) до конечной энергии, используемой в ТТК (природный газ, электроэнергия).

Рис.2. Границы замкнутого теплотехнологического комплекса (ЗТТК).

Наибольшие затраты теплоты на производство цементного клинкера связаны с испарением физической влаги из сырьевой смеси (33,6 %) и с декарбонизацией известняка (26,3 %). Следовательно, наиболее эффективными мероприятиями энергосбережения будут мероприятия, направленные на снижение затрат теплоты на испарение физической влаги сырья и на декарбонизацию сырья. В результате проведённых исследований и расчётов установлено, что из возможного ряда групп энергосберегающих мероприятий наиболее перспективными являются: замена части известняка в сырье металлургическим шлаком; сочетание подготовки сырья для производства цементного клинкера с плавкой лома на металлургическом комбинате. В соответствии с этим было сформировано древо альтернатив, приведенное на рисунке 3.

Варианты I и II - действующие способы производства цементного клинкера (мокрый и сухой) являются базовыми вариантами. В нашей стране производство цементного клинкера по мокрому способу составляет 87 % по сухому - 13 % (по данным 2004 года).

Вариант III основан на использовании холодных доменных шлаков в качестве компонента сырьевой смеси Применение холодных доменных шлаков с низкой влажностью (до 5%) приводит к уменьшению затрат на декарбонизацию и на сушку сырьевой смеси.

Вариант № I

Мокрый способ производства цементного клинкера

Вариант № III Способ производства цементного клинкера с использованием холодных металлургических шлаки

Вариант № II Сухой способ производства цементного клинкера

I

Вариант № IV Способ производства цементного клинкера с использованием огненно-жидких металлургических шлаков (подготовка клинкерного полупродукта на металлургическом предприятии)

Вариант Л» V Комбинированный способ производства цемент-

шлакод [ного клинкера и металлургического полупродукте

Рис.3. Древо альтернативных вариантов.

Вариант IV иллюстрирует модель производства цементного клинкера на основе использования огненно-жидких шлаков. Доменные огненно-жидкие шлаки покидают печи при температуре 1450-1500 °С и обладают значительной теплоемкостью. Физическое тепло огненно-жидкого доменного шлака по данному варианту идет на подготовку сырьевой смеси - на частичную декарбонизацию и сушку природного компонента - известняка (СаС03). Совмещение процесса охлаждения расплава шлака и термической подготовки сырьевой смеси позволяет использовать физическое тепло шлака непосредственно в технологическом процессе. Такая подготовка должна проводиться на металлургическом предприятии. Подготовленная здесь сырьевая смесь, называемая клинкерным полупродуктом (К-П), направляется на цементное предприятие и вместе с добавками должна обжигаться на клинкер.

Вариант V - модель комбинированного способа производства цементного клинкера и металлургического полупродукта. На металлургическом предприятии производится клинкерный полупродукт. Клинкерный полупродукт состоит из подготовленной смеси огненно-жидких шлаков и природного компонента (высушенного и декарбонизированного известняка). Производство клинкерного полупродукта сопровождается обеднением огненно-жидких металлургических шлаков. Получаемый при этом жидкий металл направляется в сталеплавильный конвертер, замещая с высоким энергоэкономическим эффектом жидкий чугун. Этот эффект может быть существенно усилен, если дополнительно осуществлять плавку лома для сталеплавильных конвертеров, замещая плавленным ломом значительную часть жидкого чугуна в конвертерах. Жидкий металл, получаемый из обедненных шлаков, и расплавленный лом далее именуется металлургическим полупродуктом (МП). Организация плавки лома совместно с производством клинкерного полупродукта в едином комбинированном агрегате органически вписывается в общую энергосберегающую тепловую схему этой комбинации.

Резерв лома в стране позволяет использовать не менее 50% лома в шихте производства конвертерной стали. Однако особенности традиционного кислородно-конвертерного способа производства стали не позволяют повысить долю холодного лома в шихте заметно выше 20-23 %. Повышение доли лома в сталеплавильных конвертерах, например до 50% за счет подачи части лома в расплавленном виде, приведет к весьма высокому энергосберегающему эффекту.

На основе изложенного формируются задачи работы и методы их решения.

В первой главе проводится анализ энергетической эффективности и прогноз потенциала резерва интенсивного энергосбережения мокрого и сухого способов производства цементного клинкера (варианты I и П) в границах замкнутого

теплотехнологического комплекса (ЗТТК). При этом используемые в расчетах исходные данные характерны для данных способов производства.

Сравнительный анализ уровня энергоиспользования и прогноз резерва интенсивного энергосбережения проводится на основе критериев энергоиспользования и критериев энергетической эффективности.

Критерии энергоисполъзования ТТК включают:

а) Энергоемкость (удельная) производства цементного клинкера

э = £ ь™р = ьг* + ьг°б + ьг + . (1)

Здесь: ^ Ь™р . приведенный удельный расход первичного топлива в ТТК;

ЬГ + ЬГ + ь°6р + Ь?" + Ь"ер + Ь?2 + ЬГ . удельный расход первичного топлива во вращающейся печи, определяемый на основе видимого расхода топлива (Ь°ид) с учетом затрат топлива при его добыче (Ь"°6) и первичной обработке (Ь°бр), транспорте его от месторождения до производителя товарного топлива (Ь^1), при переработке в товарный вид (Ь"ер) и при транспортировке до конечного потребителя (Ь*р2), учитывая также расход первичного топлива на отопление некоторых, связанных с технологией, производственных помещений ( Ъ™);

г,преоб /-ъ-Э/эчтехи /V э/э\собств „ _

от =(от ) + (от ) - удельный расход преобразованного первичного топлива, определяемый затратами электроэнергии на технологические и собственные нужды;

Ь^'КЧжз+ЧметУОут - удельный расход эквивалентного топлива, определяемый на основе теплоты экзотермических реакций, включая реакцию образования метакаолина в пересчете на условное топливо (С>ут=29330 кДж/кг.у.т.);

и«/м /,Кс/м^лР л. /-ис/мчдост

от = V ит ) +(.от ) - удельный расход топлива на подготовку и доставку сырьевых материалов в ТТК.

б) Энергоёмкость «производства» цементного клинкера в ТТК с ТДИМ обжиговой установки

Э° = (Ь?ерв+ Ь^6 + Ь~ + Ьст/М - (ЬГ. (2)

Здесь: (Ь^ )° = (Ь°ид)° + Ьтдо6 + Ь^6р + Ь^'1 + Ь?ср + Ь^р 2. удельный расход первичного топлива в ТДИМ обжиговой установки, определяемый на основе видимого расхода топлива в ТДИМ с учетом затрат топлива при его добыче и первичной обработке, транспорте его от месторождения до производителя товарного топлива, при переработке в товарный вид и при транспортировке до конечного потребителя;

ипрсоб /1 ■>/■?

о, =(,от ; - удельный расход преобразованного первичного топлива в ТДИМ, определяется на основе технологических затрат электроэнергии в пересчете на условное топливо;

(ЬИ° - замещаемое топливо, определяемое экономией топлива в замещаемом объекте, производящем водяной пар от влаги сырья.

в) Потенциал резерва интенсивного энергосбережения

П,=Э,- Э,°. (3)

Здесь \ - вариант производства цементного клинкера.

г) Экономия топлива в технологии производства цементного клинкера относительно мокрого способа

^Этехнцем Э]- Э1. (4)

Критерии энергетической эффективности ТТК включают: а) Сравнительный коэффициент полезного использования энергии (КПИ энергии) ТТК (относительно полезного теплоэнергопотребления в ТТК варианта 1)

(К^Х = . (5)

Э,0

п

(Кр), = (7)

Здесь (Ец°тп+£я°мэ) - теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление.

b) Относительный резерв интенсивного энергосбережения (относительно варианта 1)

— Э -Э°

(ПД= эГ^' (6)

c) Коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения (относительно варианта 1) при переходе от мокрого к другому способу

Э)-Э!

Э1-Э?

ё) КПД вращающейся печи

(X о™

Здесь: (^ Ч™)""- теплопотребление во вращающейся печи, Ь'- видимый

удельный расход топлива во вращающейся печи; q®gX - удельные вспомогательные затраты электроэнергии на вращающуюся печь.

В соответствии с алгоритмом поиска сформированы технологические и структурные схемы, температурные графики ТТК, а также тепловые схемы, Температурные и тепловые графики теплотехнологических реакторов производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам (для мокрого способа иллюстрируются на рис. 4, 5 и 6).

На основе расчетных энергетических характеристик технологических элементов ТТК и данных расчета материального баланса ТТК формируется карта энергоматериалопотребления в ТТК, отражающая движение материальных и энергетических потоков ТТК и иллюстрирующая энергоемкость производства цементного клинкера в ТТК. Карта энергоматериалопотребления для мокрого способа представлена на рис.7 (нумерация элементов совпадает с нумерацией элементов структурной схемы). Энергоемкость является важнейшим критерием энергоиспользования, отражающим уровень общего энергопотребления при производстве цементного клинкера. Для мокрого и сухого способов значения энергоемкости расчетно составили соответственно 3^275,8 кг.ут/т.кл и Э2=202,4 кг.ут/т.кл. Расчетная экономия топлива (на уровне первичной энергии) при переводе

Добыча и Дробление известняка Смешение и Помол Корректи Складиро-

;кладирование изнесгняка дозирование сырьевой смеси сырьевой смеси роваиис шлама Обжиг Охлаждение вание клинкера

2а

За

Добыча и Дробление Смешение

складирование глины с

1ЛИЫЫ водой

26

36

Вода 1в"

Складирование добавок (железной руды)

Рис 4 Технологическая схема ТТК производства цементного клинкера по мокрому способу

1а Карьеры склад известняка

\1а |1ер*йчнаЯ1 За Вторичная щвксвая дробилка

за В1иигг«пви #« 4 Шаровая б Шла*ОС1вС<ЗЙмы "

молотковая //мельница для для перемешивания, , 1ЕКЙМП

дробилка //помола шлама коррвктираджи в вращающаяся г»вчь у холодильник !

1» Насос для подачи веды

и

СелайДВбвйЕ.б««? ВУЙвО!

Рис 5 Структурная схема ТТК производства цементного клинкере по мокрому способу

Вращающаяся печь Холодильник

ОТО ОТО та 1РО 1 эаиспи 1НРО » О.С.

Зона испарения Зина ДОС>ШКИ Доиа 1«гндрлацик ЗОВЯ 0010-1-рси иие-кярбвнмзяшш Зона эюотер- МИЧеСККХ реакций спекяння Зона 1«хн. решай охл ТНРОи холодильнике ТНРО» окр\жяюшей сре.н'

1 Т •П .

- - • — - ' —' — - - 1 -- - - - (

т, с а £ г1— с.с. 744 1Я "* --1а 970 1099 т - * 2003 ,1200 и у клинкер цемента 200

к/о —» 586, 2321 -1- «э! _ш 191 1053

! 27^ "ТВ

Рис 6 Тепловая схема, температурный и тепловой графики теллотехнологического реактора ТТУ производства цементного клинкера по мокрому способу

Обозначение потока

н гсмаературноч I рафике

- - - топливо

- • воздух,

Обозначение потока в тетовом графил:

- - тепловыделение с/с за смет регенерации теплоты

Н20, С02 С02 и экзотермических реакций --- тепловыделение только экзотермических реакции I

• отходящие газы,

• сырьевая смесь и клинкер

- теплологлащение с/с и тепловыделение клинкера

- регенерация теплоты при оулаждении клинкера

1 _____ ____ ______ Входящие энергетические и материальные потоки__

Известняк, Оиз (кг/кг кл) 1,223 _________

Глина, СЭгл (кг/кг кд) Добавки, Стдоб (кг/кгкя ) " 10,031

¡Вода, О»» (кг/кгш) "7 0,859 ' ___ I

ВОЗДУХ, Св (кг/кг.кл ) I ___________

Топливо, Ь (кг ух/кг кл) ] __ _ 0,211

Электроэнергия» <3 . 2 ,0,9 2,6 (кВъчЛ кл) ' 15,4 ,1,6 "[21,1 ! ■ , 3,7 2,1

1 ! 2 3 . . ^ к -4 I 5 6 17 1 .г |

¡Потери материала, Сум (кг/кгкл) 0,014

ТТотери с отх.газами Со г (кг'кгкл)1 13,990 ■

Выход т.п., Окл (кг/кгкл) 1

Исходящие материальные потоки <

Рис 7 Карта энергсмзтериалопотребления ТТК производства цементного клинкера по мокрому способу

ТТК с мокрого способа производства на сухой способ составляет (ДЭтеХ1, аем)2=73,4 кг.ут/т.кл (27% от энергоемкости мокрого способа).

Для оценки потенциала резерва интенсивного энергосбережения в условиях мокрого и сухого способов сформирована энергетически идеальная теплотехнология (ЭИТ), характеризуемая предельно низким технологическим теплоэнергопотреблением. На основе ЭИТ разработаны модели ТТК с термодинамически идеальными теплотехнологическими установками (ЧТУ). На рис.8 приведена тепловая схема, температурный и тепловой графики теплотехнологического реактора ТДИМ ТТК «производства» цементнохо клинкера по мокрому способу. Здесь реализованы следующие мероприятия интенсивного

реактора ТДИМ/производства" цементного клинкера по мокрому способу

Обозначение потока— — - промежуточный теплоноситель -- - пар, выделившийся из сырьевой смеси

Обозначение потока в тепловом графике - -тетлота пара на внешнее теллоиспольэование

(остальные обозначения аналогичны обозначениям рис 6)

энергосбережения: технологическая регенерация теплоты за счет промежуточного теплоносителя и внешнее энергетическое теплоиспользование.

На основе ТДИМ рассчитывается теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление, которое в ТДИМ ТТК для мокрого способа составило 2135 кДж/кг.кл, для сухого способа 2145 кДж/кг.кл. Величина теоретически минимального технологического теплоэнергопотребления отличается от теоретического расхода теплоты (теплового эффекта клинкерообразования). приводимого в литературе (16501750 кДж/кл), т.к. теплота экзотермических реакций рассматривается в данной работе в качестве внешнего (как и топливо) источника энергии. Технологическое теплоэнергопотребление в ТДИМ ТТК определяется по (9):

ВС +Xc¿cup+<u +<w +Яо» +<u,/„ -ч.* ~Ясо2 -<w (9)

Здесь: (SqTn°), (2qM3°) - соответственно теоретически минимальное технологическое теплопотребление и энергопотребление в ТДИМ; (q„arp) - теплота нагрева сырьевой смеси от 10 до 1450 °С; (q„ctl) - теплота испарения физической влаги сырья; (ЧдСК) -теплота декарбонизации сырья; (Цдег) -теплота де1 идратации; (qcneK) -теплота спекания; (q^^) - технологическое энергопотребление на помол и дробление; (qBn) - теплота водяного пара, получаемого из влажной сырьевой смеси с учетом гидратной влаги; (qco2) - регенерация теплоты за счет охлаждения СОг выделившегося при декарбонизации СаС03; (qnT/я) - регенерация теплоты технологического продукта, используя промежуточный теплоноситель (технологическая регенерация теплоты).

Энергоемкость "производства" цементного клинкера в ТДИМ ТТК на базе естественных сырьевых материалов при мокром и сухом способах составила соответственно Э° = 93,3 кг.ут/т.кл и =95,0 кг ут/т.кл.

Потенциал резерва интенсивного энергосбережения для мокрого и сухого способов составил соответственно (117)1=182,5 кг.ут/т.кл и (Пт)2= 107,4 кг.ут/т.кл, что соответствует 66% и 53% от мокрого и сухого способов.

Для сравнительного анализа определялись следующие критерии энергетической эффективности действующих комплексов производства цементного клинкера:

- сравнительный коэффициент полезного использования энергии (КПИ энергии) ТТК по мокрому способу и сухому способу;

- относительный резерв интенсивного энергосбережения для мокрого и сухого способов, относительно варианта I;

- коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения при переходе от мокрого к сухому способу;

- КПД вращающейся печи мокрого и сухого способов (производительность 70 т/ч).

Расчетные значения критериев энергоиспользования и критериев энергетической эффективности для I и II вариантов приведены на рис.9.

Эти показатели свидетельствуют о значительном резерве энергосбережения в действующих технологических комплексах производства цементного клинкера и относительно низком уровне эффективности использования внешней энергии.

Расчетные геометрические характеристики вращающихся печей мокрого и сухого способа (рис.12) вполне удовлетворительно согласуются с данными по действующим вращающимся печам аналогичной производительности.

кг.ут/т.кл 300

250

200

'технцсм

Рис.9. Критерии энергоиспользования (а) и Критерии энергетической эффективности (б)

мокрого (вариант I) и сухого (вариант II) способов производства цементного клинкера.

Во второй главе проведен анализ энергетической эффективности производства

цементного клинкера по вариантам III и IV.

Технологическая и структурная схемы производства цементного клинкера

производства по варианту П1 аналогична соответствующей схеме сухого способа.

Теплотехнологический комплекс по варианту IV (ТТК4) включает две системы;

систему (ТТС4м) подготовки клинкерного полупродукта на металлургическом

предприятии и систему (ТТС4ц) производства цементного клинкера из клинкерного

полупродукта на цементном предприятии. Технологическая, структурная схемы и

температурный график ТТС4М приведены на рис.10.

а)

Сбор

огненно- жидких шлаков

Предвари гельная подготовка известняка добыча, иервичнос и коричное

дробление, скяалиропа

Частичная сушкг 11% известняка на о г я»

Смешение с о/ж

декарбонизация и досушга 11% известняка

Цобамленке к смеси &9% и{вссгняха и его cvuuca

С кладировшше клинкерного

полупродукта

известняка известняка щекоеай молоткова! _ дробилка дробилка

69% известняка

Рис 10

Система подготовки клинкерного полупродукта не металпургичесном предприятии (ТТС**) а) технологическая схема и температурный график, 6) структурная схема

На металлургическом предприятии огненно-жидкие ишаки из доменных печей ступенчато смешиваются с известняком. Теплота огненно-жидких шлаков используется для частичной декарбонизации и сушки известняка.

Система производства цементного клинкера из клинкерного полупродукта на цементном предприятии аналогична системе сухого способа.

Для вариантов III и IV модели ТТК производства цементного клинкера определены критерии энергоиспользования и критерии энергетической эффективности (табл.1), иллюстрирующие повышенное энергетическое совершенство варианта IV относительно варианта III и вариантов III и IV по сравнению с действующими ТТК.

Расчетные геометрические характеристики вращающихся печей в вариантах III и ГУ приведены на рис. 12.

Табл.1.

Показатель Bap.III Вар IV

Энергоемкость производства цементного клинкера кг ут т.кл э 140,6 108,7

Экономия первичного топлива в технологии производства цементного клинкера, относительно мокрого способа кг.ут т.кл % цем 135,2 49 167,1 61

Теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление кДж кг.кл q?n+q?M 1287 1202

Энергоемкость «производства» цементного клинкера в ТДИМ кг.ут г.кл э° 59,9 31,5

Сравнительный КПИ энергии ТТК (относительно теплоэнергопотребления варианта I) % К'ттк 51 67

Относительный резерв интенсивного энергосбережения, относительно энергоемкости варианта I % П, 78 89

Коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения (относительно варианта 1) при переходе от мокрого способа к данному варианту % Кр 63 68

КПД вращающейся печи % ЛУвп 42 54

В третьей и четвертой главах проведен анализ энергетической эффективности производства цементного клинкера по варианту V. Теплотехнологический комплекс по варианту V включает две системы: систему комбинированного производства клинкерного полупродукта (К-П) и металлургического полупродукта (М-ГТ) на металлургическом предприятии (ТТС5М) и систему производства клинкера на цементном предприятии на базе К-П (ТТС5ц).

В третьей главе отражена расчетная энергетическая эффективность комбинированного производства клинкерного полупродукта (К-П) и металлургического полупродукта (М-П) на металлургическом предприятии в соответствии с вариантом V древа альтернатив.

Технологическая и структурная схемы ТТК5м показаны на рис. 11. Огненно-жидкие шлаки от сталеплавильных конвертеров и доменных печей направляются в миксер, и далее дополнительно нагреваются до 1600 °С в плавильном реакторе. В данный реактор вводится холодный лом, который надевается и плавится за счет топливно-кислородного источника энергии. Расплавленный металл (М-П) выводится из установки. Перегретые огненно-жидкие шлаки направляются в декарбонизатор на

а)

Сбор, перемешивание сталеплавильных и зшенрых огненно-жндкю шлаков и плавление лома Смешение известняка с о/ж пшиками * волки дсхярбшн»-цня нчвестаяи Охлаждение клинкерного полупроаукп Складирование клинкерного гюлуародукта

Т 7 К 9

Цобыча на карьере

гшгтнш

Скширсгааич кзвестнш

Первичное дробление и1яестадса

Вторичное Измельчение и

дробление известняка

счшм нэзсст-кяка на о г

Суняо Й ПОДОф« илеспика аа о г а аеирбояюяор

Ш

1щ

——лао!

- Ог ненно-жидкие шлаки

МетаазичсскнП I Огненно-жидкие доменные и

дом стал с плави я ьны с шлякн из миксера

Расплавленный мега.п

- Известняк в)

- Технологический г/олупродута

I Установка для подготовки отеино-.* нагих шлаков и плавлена« лома

Карьер

2 Сыяд издестнака

"^Первична*

шемшм дробилка

4 8-оричиа маютковгл гхро6илка

т

^чг

полупродукта

Рис 11 Комбинированное производство К-П и М-П на металлургическом предприятии (варианту, )■ а)Техчологическая схема и температурный график; 6) Структурная схема

подготовку клинкерного полупродукта. Вместе с огненно-жидкими шлаками в декарбонизатор подается предварительно подготовленная сырьевая смесь (дробленный, размельченный, высушенный и нагретый в циклоне известняк). Известняк перемешивается с огненно-жидкими шлаками и полностью декарбонизируется за счет тепла огненно-жидких шлаков и за счет введенного дополнительного топливного источника энергии.

Расчетный удельный расход первичного топлива на подготовку К-П составил ^)™ф;,=38,4 кг.ут/т.кл, для М-П ^(Ьт)^.л=44,8 кгут/т.кл.

Полученный М-П направляется в сталеплавильный конвертер, тем самым, позволяя снизить долю энергоемкого доменного чугуна в шихте сталеплавильного конвертера.

Использование в шихте, вместо 78 % чугуна и 22% холодного лома, соответственно 50% чугуна и 50% лома (на 32% плавленого лома) приводит к экономии 315,7 кг условного первичного топлива на тонну стали (принимая энергоемкость передельного чугуна 1050 кг у т. и энергоемкость холодного лома, замещающего чугун 50 кг у т. на тонну) В расчете на тонну клинкера экономия составит ДЭчуг =475,2 кг.ут/т.кл.

Экономия первичного топлива на металлургическом предприятии при производстве К-П и М-П, определяемая экономией первичного топлива на производство чугуна за вычетом первичного топлива на производство К-П и М-П, составила

ДЭмеТпр«тр= дэчуг-£(»„,)",'„=392,0 кг.ут/т.кл (260,4 кг.ут/т.ст). (10)

В четвертой главе приводятся результаты анализа энергоиспользования и энергетической эффективности производства клинкера на цементном предприятии на базе К-П, определяется экономия первичного топлива на цементном предприятии и общая экономия первичного топлива относительно мокрого способа (в рамках комбинированного производства).

Технологическая и структурная схемы данного ТТС5ц аналогичны схемам сухого способа производства цементного клинкера.

Вследствие того, что клинкерный полупродукт является глубоко термически обработанным сырьевым материалом, в обжиговой вращающейся печи (по варианту Vu) отсутствуют зоны декарбонизации, дегидратации, а также испарения и досушки (при условии, если клинкерный полупродукт не увлажняется при перевозке).

Отсутств^ указанных расходных статей теплового баланса приводит к значительному снижению уровня удельного расхода первичного топлива на цементном предприятии, составившего ^(Ьгп,)"^=44,8 кг.ут/т.кл.

Экономия первичного топлива на цементном предприятии, относительно мокрого способа составила

ДЭцеипредпр = Э,- £00^=231,0 КГ.ут/т.КЛ. (11)

Снижение теплоэнергопотребления приводит и к существенному уменьшению габаритов печи, а следовательно и материальных затрат на создание теплотехнологического оборудования на цементном предприятии. Сравнительные расчетные геометрические характеристики основных теплотехнологических элементов TTC производства цементного клинкера (вращающиеся печи и циклонные теплообменники) по вариантам I-V приведены на рис.12.

Энергоемкость производства цементного клинкера, учитывая затраты первичного топлива на производство клинкера из К-П (цементное предприятие) и затраты первичного топлива на производство К-П из сырьевой смеси (металлургическое предприятие), составляет

э5 =Х(Ь™)™Р + 2>™)??-„ =83,2 кг.ут/т.кл. (12)

Мокрый способ (вариант I).

Рис. 12 Сравнительные геометрические характеристики основных теплотехнологических элементов ТТК производства цементного клинкера по вариантам I, И, III, IV, V

Экономия первичного топлива в технологии производства цементного клинкера, относительно мокрого способа, учитывая затраты первичного топлива на производство К-П на металлургическом предприятии, составила

АЭготцем =Э,-Э5 =192,6 кг.ут/т.кл. (13)

Критерии энергоиспользования и критерии энергетической эффективносга производства цементного клинкера по варианту V, в сопоставлении с другими вариантами, приведены на рис. 13.

Рис.13. Критерии энергоиспользования (а) и Критерии энергетической эффективности (б)

рассмотренных в работе вариантов производства цементного клинкера обжигом.

Теоретический КПИ энергии для вариантов I-V (определяемый относительно теплоэнергогютребления варианта V), который более объективно отражает энергетическую эффективность ТТК, определяется по выражению

,„л ч _ (IX . .

(KU--• (14)

Теоретический КПИ энергии в действующих ТТК составил величину не более 7-10% (Табл.2). Здесь (Sq"T „ +Zq°M3)5 - теоретически мшшмальное технологическое теплоэнергопотребление по варианту V, кДж/кг.кл.

Общая экономия первичного топлива, относительно мокрого способа производства, при комбинированном производстве цементного клинкера и М-П по варианту V составила

АЭобш=ДЭцем предпр +АЭМ„ предлр =623,0 кг.ут/т.кл. (15)

Общая экономия первичного топлива по варианту V превышает энергоемкость мокрого способа примерно в 2,3 раза, что свидетельствует о резерве радикального снижения расхода первичного топлива в комбинированном варианте V.

Удельная стоимость сэкономленного первичного топлива — 602 руб/т.кл, что примерно соответствует себестоимости цементного клинкера в производстве по мокрому способу - 600 руб/т.кл (при средней стоимости природного газа 965 руб/т ут. данные НИИ ЦЕМЕНТ за 2004 год).

Итоговые результаты расчетного исследования вариантов I-V приведены в Табл.2.

Табл2

Показатель Обозн. Разм. Вар. I Вар.П Вар.Ш Bap.IV Вар.У

Теоретически минимальное технологическое „о „о Чтп+Чэм кДж кг.кл 2135 2145 1287 1202 595

теплоэнергопотребление.

Теоретический КГТИ энергии ТТК (относительно тепло-энергопотребления варианта V) (ки % 7 10 14 19 24

Экономия первичного топлива в

технологии производства ДЭтехнцем кг.ут 73,4 135,2 167,1 192,6

цементного клинкера, т.кл

относительно мокрого способа.

Экономия первичного топлива на цементном предприятии ДЭцем прел кг.ут т.кл - 73,4 135,2 167,1 231,0

Экономия первичного топлива на ДЭмс! пред кг.ут - - - - 392,0;

металлургическом предприятии. т.кл; кг.ут т.ст - - - - 260,4

Общая экономия первичного топлива относительно мокрого АЭобщ кг.ут т.кл 0,0 73,4 135,2 167,1 623,0

способа производства.

Удельная стоимость ъ руб 0 71 130 161 602

сэкономленного первичного т.кл;

топлива и её доля в себе-

стоимости цементного клинкера. % 0 12 22 27 100

Заключение

1. На базе концепции интенсивного энергосбережения проведен анализ энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения мокрого и сухого способов производства цементного клинкера в границах замкнутых теплотехнологических комплексов.

2. Расчетно определены уровни возможного дальнейшего повышения энергетической эффективности производства цементного клинкера обжигом на базе использования как холодных, так и огненно-жидких металлургических шлаков

При этом уровни снижения энергоемкости производства цементного клинкера в рассмотренных вариантах ТТК находятся в соотношении (приняв в первом варианте энергоемкость 100%) 100:73:56:47:39.

3. Получены расчетные данные, иллюстрирующие возможность достижения радикального энергосберегающего эффекта при реализации комбинированного производства клинкерного и металлургического полупродуктов на металлургическом предприятии.

Этому варианту соответствует общая экономия (на металлургическом и цементном предприятиях) первичного топлива в расчете на тонну клинкера, в 2,3 раза превышающая энергоемкость самого распространенного у нас в стране производства цементного клинкера по мокрому способу. Полученный результат может рассматриваться как уникальный результат в решении задач энергосбережения.

Реализация данного комбинированного производства потенциально приведет не только к существенной экономии извести, глины, доменного чугуна,

>/аб osa Z(Jut>-4

28296

кокса, но и к существенному улучшению экологической оостановки (в частности за счет снижения общего выхода домовых газов, резкого снижения объема отвалов металлургических шлаков, уменьшения расхода пресной воды и др.).

4. Повышение энергетической эффективности производства цементного клинкера обжигом согласуется с существенным снижением габаритов основных тепло-технологических агрегатов на цементном предприятии - вращающихся печей.

5. Разработан комплекс компьютерных программ для расчета энергетических и основных геометрических характеристик (на основе существующих методик расчета), а также показателей энергоиспользования и энергетической эффективности теплотехнологических объектов (ТТУ, TTC, ТТК) в условиях различных вариантов производства цементного клинкера обжигом.

Компьютерная программа для расчета энергетических и основных геометрических характеристик вращающихся печей мокрого и сухого способов производств цементного клинкера и энергетических показателей теплотехнологических комплексов производства цементного клинкера (в том числе для различного сырья) передана для использования в НИИ Цемент, а также используется в МЭИ в учебных целях.

6. Результаты работы открывают перспективы возможного дальнейшего повышения энергетической и не исключено - общей эффективное™ производства цементного клинкера и кислородно-конвертерной стали на базе создания комбинированного производства плавленого цементного клинкера и плавленого лома для сталеплавильных конвертеров, в пределах металлургических комбинатов, при вполне обоснованном ожидании глубокой заинтересованности в таком производстве и металлургов.

Основное содержание работ изложено в следующих публикациях

1. Напалков Н.Г., Ключников А.Д. Резервы энергосбережения в системе производства цементного клинкера II Пятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. - М.. изд. МЭИ, 1999. - С.144-145.

2. Напалков Н.Г., Ключников А.Д. Разработка перспективной модели теплотехнологической системы производства цементного клинкера на основе концепции интенсивного энергосбережения // Седьмая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тез. докл. - М., изд. МЭИ, 2001. - С.29-30.

3. Напалков Н.Г., Ключников Л.Д. Повышение энергетической эффективности производства конвертерной стали на базе концепции интенсивного энергосбережения // Седьмая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. - М., изд. МЭИ, 2001. - С.30-31.

4. Напалков Н.Г., Ключников А.Д. Повышение энергетической эффективности в системе производства цементного клинкера // Первая всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение, теория и практика»,- М., изд. МЭИ, 2002. -С.30-31.

5. Ключников А Д, Напалков Н.Г. Крупномасштабные резервы энергосбережения на базе использования огненно-жидких металлургических шлаков черной металлургии. // Материалы 2-й международной научно-практической конференции «Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии». - М., изд. «Учеба» МИСиС, 2002.-С. 173-174.

6. Напалков Н.Г., Ключников А.Д. Потенциал резерва интенсивного энергосбережения в теплотехнологическом комплексе производства цементного клинкера обжигом // Вторая всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов. «Энергосбережение - теория и практика»,- М., изд. МЭИ, 2004. - С.30-31.

Подписано в печать г ОУЗак. // Тир JCC Пл Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение. Цель. Постановка задачи и методологическая база работы.

Глава 1 Анализ энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения действующего теплотехнологического комплекса производства цементного клинкера на базе естественных сырьевых материалов.

§1.1. Технологическая и структурная схемы производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам.

§1.2. Компьютерная программа и исходные данные для анализа энергоиспользования и прогнозных характеристик энергосбережения действующих комплексов производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам.

§1.3. Видимый удельный расход топлива и геометрические характеристики вращающихся печей мокрого и сухого способов производительностью 70 тонн клинкера в час.

§ 1.4. Карта энергоматериалопотребления и энергоемкость производства цементного клинкера по мокрому способу.

§1.5. Карта энергоматериалопотребления и энергоемкость производства цементного клинкера по сухому способу.

§ 1.6. Энергоемкость "производства" цементного клинкера по мокрому способу в ТТК с термодинамически идеальной теплотехнологической установкой.

§ 1.7. Энергоемкость "производства" цементного клинкера по сухому способу в ТТК с термодинамически идеальной теплотехнологической установкой.

§1.8. Критерии энергоиспользования, теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление, критерии энергетической эффективности мокрого (вариант I) и сухого (вариант И) способов производства цементного клинкера.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Анализ энергетической эффективности производства цементного клинкера по вариантам III и IV.

§2.1. Технологическая и структурная схемы производства цементного клинкера по вариантам III и IV.

§2.2. Компьютерные программы и исходные данные для анализа энергоиспользования и прогнозных характеристик энергосбережения ТТК производства цементного клинкера по вариантам III и IV. ^

§2.3. Видимый удельный расход топлива и геометрические характеристики теплотехнологических установок ТТК производства цементного клинкера по вариантам III и IV.

§2.4. Карта энергоматериалопотребления и энергоемкость технологии производства цементного клинкера в ТТКз по варианту III.

§2.5. Карта энергоматериалопотребления и энергоемкость технологии производства цементного клинкера в ТТК4 по варианту IV.

§2.6. Энергоемкость "производства" цементного клинкера по варианту III с термодинамически идеальными теплотехнологическими установками.

§2.7. Энергоемкость "производства" цементного клинкера по варианту IV с термодинамически идеальными теплотехнологическими установками.

§2.8. Критерии энергоиспользования, теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление, критерии энергетической эффективности производства цементного клинкера по варианту III варианту IV."

Выводы по главе 2.

Глава 3 Анализ энергетической эффективности комбинированного производства клинкерного полупродукта и металлургического полупродукта на металлургическом предприятии (вариант VM*).

§3.1. Технологическая и структурная схемы комбинированного производства.

§3.2. Компьютерная программа и исходные данные для расчета энергетических и некоторых геометрических характеристик теплотехнологических установок ТТС5м производства клинкерного полупродукта и металлургического полупродукта

V 81 по варианту VM.

§3.3. Энергетические и геометрические характеристики, принципиально-конструктивные схемы теплотехнологических установок TTC производства К-П и М-П по варианту VM.

§3.4. Карта энергоматериалопотребления и общий приведенный удельный расход первичного топлива на подготовку К-П и М-П по варианту VM.

§3.5. Общий приведенный удельный расход первичного топлива на подготовку" К-П и М-П в TTC с термодинамически идеальными теплотехнологическими установками.

§3.6. Критерии энергоиспользования и теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление комбинированного производства К-П и М-П по варианту VM. ^

Выводы по главе 3.

Глава 4 Анализ энергетической эффективности TTCsu производства цементного клинкера на базе К-П (вариант Уц).

§4.1. Технологическая и структурная схемы TTCsu.

§4.2. Компьютерная программа и исходные данные для анализа энергоиспользования и прогнозных характеристик энергосбережения TTCsu производства цементного клинкера на основе К-П по варианту Уц.

§4.3. Видимый удельный расход топлива и геометрические характеристики элементов теплотехнологической установки ТТС5Ц производства цементного клинкера на основе К-П по варианту V ЮО

§4.4. Карта энергоматериалопотребления и приведенный удельный расход первичного топлива на реализацию технологии производства цементного клинкера в TTCsu по варианту V. ЮЗ

§4.5. Карта энергоматериалопотребления и приведенный удельный расход топлива на реализацию технологии производства цементного клинкера на основе К-П в ТТС5ц с термодинамически идеальными теплотехнологическими установками. ^^

§4.6. Критерии энергоиспользования, теоретически минимальное технологическое теплоэнергопотребление, критерии энергетической эффективности производства цементного клинкера по варианту V.

Выводы по главе 4.

Развитие экономической ситуации в России зависит от состояния промышленного теплотехнологического комплекса страны. Ключевой энергетической проблемой данного комплекса является энергосбережение. Резкое удорожание энергоносителей и государственный курс на экономию природных ресурсов кардинально изменили отношение к сырьевой и топливной составляющей на производстве.

Промышленный теплотехнологический комплекс страны, включающий все многообразие замкнутых теплотехнологических производственно-отраслевых комплексов, непосредственно потребляет около 2/3 добываемого в стране органического топлива, 1/3 вырабатываемой электрической и более 1/2 тепловой энергии [1].

К числу основных потребителей энергоресурсов можно отнести отраслевые теплотехнологические комплексы черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и другие. Эти теплотехнологические комплексы (ТТК) в своей принципиальной основе сложились еще в «доэкологический период», когда не наблюдалось даже ростков таких современных острых проблем, как глубокое энергосбережение, экономия минеральных ресурсов, экологическая безопасность, экономия пресной воды.

Они формировались, бурно развивались, но вместе с этим в главном оставались практически в рамках начальных принципиальных основ технологий и технических средств. Это выражается, в конечном счете, в значительном перерасходе (сверх принципиально необходимого) минерального сырья, топлива, пресной воды, низким уровнем экологической безопасности и производственного комфорта для человека [1], [14].

Проблема высокой энергоемкости одновременно усугубляется исключительно низким уровнем полезного использования энергетических ресурсов. Так интегральный коэффициент полезного использования энергии первичного источника в отраслевых теплотехнологических комплексах и системах, учитывающий энергетическую эффективность всей совокупности последовательных технологических операций по переработке исходного, обычного природного, сырья в конечный продукт редко превышает уровень 10 %, включая низший уровень 2-5 % [2], [3].

Из всего вышеперечисленного напрашиваются следующие выводы:

- имеет место исключительно расточительное использование энергии;

- открываются широкие принципиальные возможности многократного снижения расхода топливо-энергетических ресурсов во многих энергоемких системах;

- утверждается исключительная актуальность и обоснованность известного вывода: «энергосбережение — это ключевая энергетическая проблема современности» [2].

Следует заметить, что в действующих теплотехнологических комплексах, в нормальных условиях, разрабатываются и реализуются многочисленные мероприятия, направленные на энерго- и материалосбережение, охрану окружающей среды, экономию пресной воды. Однако они преимущественно носят дробный, локальный характер и отличаются относительно невысоким эффектом, сдерживаемым часто и консервативностью технологии, и оборудования. В результате этого крупномасштабные резервы энергосбережения, материалосбережения, повышения экологической безопасности могут на длительное время оказаться невостребованными.

Этим отличаются, и будут отличаться итоги поисковых работ, основанных на эксплуатации методического подхода «от достигнутого».

Преодоление указанных принципиальных недостатков действующих отраслевых теплотехнологических комплексов возможно только при переходе к технологиям и технике нового поколения.

Первым шагом такого перехода является разработка перспективных моделей теплотехнологических комплексов — прообразов теплотехнологических комплексов и систем будущего, отличающихся не только высококомфортными технологическими, но и предельно высокими энергоматериалосберегающими, экологическими и другими характеристиками.

В качестве профессиональной и методологической базы поиска и разработки перспективных моделей в настоящее время выступает интенсивное энергосбережение. В отличие от традиционных мероприятий энергосбережения мероприятия интенсивного энергосбережения ставят перед собой задачу достижения одномоментного, предельно высокого, крупномасштабного энергосберегающего эффекта. Это достигается на базе системного энергетического анализа крупных производственных комплексов и на основе изменения, в общем случае, принципиальных основ технологии, техники, управления, повышения качества продукции и полноты конечного использования.

Суммируя изложенное, интенсивное энергосбережение можно с полным основанием уподобить «тягачу» общего прогресса теплотехнологических систем и комплексов и тем самым принять, как отмечалось выше, в качестве принципиально новой и, возможно, наиболее эффективной профессиональной базы для разработки перспективных моделей энергоматериалосберегающих и экологически совершенных теплотехнологических систем и комплексов будущего [6], [4].

Особенно актуальна проблема энергосбережения для энергоемких отраслей промышленности, к каким относится и цементная промышленность. Общий объем выпуска цемента в стране, например в 2004 году, составил 45,6 млн.т./год [13].

Производство цементного клинкера (основы цемента) ведется в стране в основном по мокрому способу, однако такой способ отличается относительно высокой энергоемкостью. Наибольшей энергоемкостью в технологическом комплексе производства цементного клинкера отличается процесс обжига, реализуемый во вращающихся печах. Видимый расход топлива во вращающихся печах обжига клинкера по мокрому способу производства составляет 208 кг.ут. на 1 тонну клинкера* при КПД приблизительно 30 % [17].

Из теплового баланса вращающейся печи производства цементного клинкера по мокрому способу (табл. 1) видно, что наибольшие затраты теплоты связаны с испарением физической влаги из сырьевой смеси (33,4 %) и с декарбонизацией известняка (29,6 %).

Причиной таких затрат на испарение влаги является дополнительное предварительное увлажнение сырьевой смеси до 35-40% перед обжигом.

Вторым, менее распространенным, способом производства цементного клинкера в стране является сухой способ. В отличие от мокрого способа сырьевая смесь по данному способу перед обжигом дополнительно не увлажняется. Отсутствие предварительного увлажнения сырьевых материалов усложняет систему гомогенизации исходных компонентов сырья, однако приводит к снижению расхода тепла на испарение физической влаги до 555,4 кДж/кг кл (12,1 %). Видимый расход топлива на обжиг клинкера по сухому способу производства с циклонными теплообменниками составляет около 137 кг.ут/т.кл [12], а КПД вращающейся печи достигает 50 % [7], что заметно лучше аналогичных показателей мокрого способа.

Однако, и в данном случае (табл.2), крупномасштабные потери теплоты, связанные с декарбонизацией известняка присутствуют. Конечно, как в первом, так и во втором случаях, существенное значение имеют потери с уходящими газами и в окружающую среду.

Развитие цементной промышленности в стране на ближайшие годы предусматривает перевод мокрого на сухой способ производства. Перспективность применения сухого способа подтверждается опытом мировой цементной промышленности. Доля выпуска цемента по сухому способу, - по данным НИИ Цемент на 2004 год.

Таблица 1. Тепловой баланс вращающейся печи производства цементного клинкера по мокрому способу п/п Приходные статьи Обозна чение Значение кДж/кгкл % № п/п Расходные статьи Обозна чение Значение кДж/кгкл %

1 Теплота сгорания природного газа Рх.т. 6197,9 91,6 1 Расход на испарение физической влаги 2261,9 33,4

2 Физическая теплота топлива 3,7 од 2 Расход тепла на декарбонизацию известняка Рдек 2001,0 29,6

3 Физическая теплота воздуха <2в 22,3 0,3 3 Расход тепла на дегидратацию Qдeг 123,6 1,8

4 Теплота сырьевой смеси <2с 51,2 0,8 4 Потери с уходящими газами <Зо.г. 1323,5 19,6

5 Тепло экзотермичес ких реакций образования клинкерных минералов Рэкз 457,6 6,8 5 Потери в окружающую среду (2о.с. 738,7 10,9

6 Потери с выходящим клинкером Окл 167,6 2,5

7 Потери с уносом <3ун 18,3 0,3

6 Тепло образования метакаолина С^мст 33,9 0,4 8 Эффект образования жидкой фазы Скф. 132,0 1,9

Итого С^рас 6766,6 100 Итого Qпpиx 6766,6 100

Табица 2. Тепловой баланс вращающейся печи производства цементного клинкера по сухому способу п/п Приходные статьи Обозна чение Значение кДж/кгкл % № п/п Расходные статьи Обозна чение Значение кДж/кгкл %

1 Теплота сгорания природного газа С^х.т. 3996,7 87,9 1 Расход на испарение физической влаги 555,4 12,1

2 Физическая теплота топлива Оф.Т. 2,4 0,1 2 Расход тепла на декарбонизацию известняка Оде к 2001,0 44,0

3 Физическая теплота воздуха <}в 14,4 0,3 3 Расход тепла на дегидратацию Одег 123,6 2,7

4 Теплота сырьевой смеси <}с 40,4 0,9 4 Потери с уходящими газами 448,2 9,9

5 Тепло экзотермических реакций С^экз 457,6 10,1 5 Потери в окружающую среду <Зо.с. 761,7 16,8 образования клинкерных минералов 6 Потери с выходящим клинкером (Зкл 167,6 3,7

6 Тепло образования метакаолина Омет 33,9 0,7 7 Потери с выходящей сырьевой смесью после сушки <3с.с. 262,6 5,8

8 Потери с уносом <2ун 93,2 2,1

9 Эффект образования жидкой фазы С2ж.ф. 131,95 2,9

Итого Орас 4545,4 100 Итого С^прих 4545,4 100 например, в Японии, Испании и Германии составляет 100%, в Италии 96 %, в США более 60 %, в странах Европы 75-97 % [7].

Вместе с тем следует отметить, что при обжиге клинкера во вращающихся печах на базе естественных сырьевых материалов трудно ожидать дальнейшего большого снижения расхода топлива. Принципиальные возможности глубокого снижения топливоэнергетических ресурсов в производстве цементного клинкера можно ожидать, но на базе других сырьевых материалов и положений концепции интенсивного энергосбережения.

Существующий широкий комплекс исследовательских работ, ориентированный на проблему экономии топливо-энергетических ресурсов, в основном включает: мероприятия совершенствования технологического оборудования и теплообменных процессов; перевод с мокрого способа на сухой и полусухой способы производства; получение плавленого клинкера; солевая технология получения клинкера; изменение сырьевых компонентов и использование шлаковых добавок и т.д.

Но вместе с тем имеются еще значительные резервы энергосбережения, основанные на использовании альтернативных сырьевых компонентов (металлургических шлаков), при этом органически вписываясь в технологическую схему предприятия черной металлургии.

Для уменьшения затрат на декарбонизацию известняка, как известно можно использовать альтернативную сырьевую смесь с более низким его содержанием, например с использованием доменного шлака черной металлургии.

Гранулированные доменные шлаки находят широкое применение в качестве добавки к цементному клинкеру для получения портландцемента (содержание доменного шлака до 30%) и шлакопортландцемента (содержание доменного шлака может колебаться в пределах 30-70 %) [9]. Применение доменного шлака в качестве добавок к цементному клинкеру приводит к экономии топлива на производство цемента, однако снижает его качество.

Другим способом использования доменных шлаков является использование доменных шлаков в качестве добавок к сырьевой смеси [9]. Примерный состав сырьевой смеси при использовании доменных шлаков в качестве добавок дан в табл.3. Применение доменных шлаков с низкой влажностью (до 5%) приводит к уменьшению затрат на декарбонизацию и на сушку смеси.

Таблица 3. Состав сырьевой смеси при использовании доменных шлаков п/п Наименование Норма расхода, кг/т.кл. Соотн.

1 Известняк 815 кг/т.кл 60%

2 Доменный шлак 502 кг/т.кл 37%

3 Железная руда 41 кг/т.кл 3%

4 Всего 1 358 кг/т.кл 100%

Отмеченным выше не ограничиваются возможности дальнейшего повышения энергетической эффективности.

Заметные возможности этого открываются на базе использования теплоты доменных огненно-жидких шлаков. Доменные огненно-жидкие шлаки покидают печи при температуре 1450-1500 °С и обладают значительной теплоемкостью. Если их гранулировать, тепло огненно-жидких шлаков безвозвратно теряется. При этом к тому же, цементное предприятие получает шлак повышенной влажности, что приводит к дополнительным затратам теплоты на сушку шлака [9].

Физическое тепло огненно-жидкого доменного шлака может идти на подготовку сырьевой смеси, а именно на частичную декарбонизацию и сушку природного компонента -известняка (СаСОз). Совмещение процесса охлаждения расплава шлака и термической подготовки сырьевой смеси позволит использовать физическое тепло непосредственно в технологическом процессе. Такую подготовку необходимо проводить на металлургическом предприятии. Подготовленная на металлургическом предприятии сырьевая смесь в дальнейшем будет называться технологическим полупродуктом (или клинкерным полупродуктом).

Таким образом, на металлургическом предприятии реализуется подготовка клинкерного полупродукта: огненно-жидкие шлаки смешиваются с известняком и за счет теплоты огненно-жидких шлаков происходит частичная декарбонизация СаСОз и полная сушка известняка. Затем клинкерный полупродукт транспортируется на цементное предприятие и вместе с добавками обжигается на клинкер.

Еще одним прогрессивным вариантом производства цементного клинкера с использованием теплоты огненно—жидких шлаков может стать подготовка полностью декарбонизированного и высушенного клинкерного полупродукта на металлургическом предприятии. Такая термическая подготовка клинкерного полупродукта происходит не только за счет тепла огненно-жидких шлаков, а и за счет использования дополнительно топлива [9].

При подготовке клинкерного полупродукта из смеси природного сырья с доменными шлаками заманчиво применение и сталеплавильных шлаков. В табл. 4 показан состав сырьевой смеси при использовании доменных и сталеплавильных шлаков.

Таблица 4. Состав сырьевой смеси при использовании доменных и сталеплавильных шлаков п/п Наименование Норма расхода, кг/т.кл Соотн.

1 Известняк 723 кг/т.кл 55%

2 Доменный шлак 447 кг/т.кл 34%

3 Сталеплавильный шлак 144 кг/т.кл 11 %

4 Всего 1 314 кг/т.кл 100%

Применение отдельно сталеплавильных шлаков в цементной промышленности не нашло распространения из-за нестабильности состава шлака, но вместе с тем совместное использование смеси доменных и сталеплавильных шлаков открывает большие перспективы. Эти перспективы связаны с увеличением шлаковой составляющей шихты (увеличивается доля

СаО в шихте) и с потенциальной возможностью повышения энергетической эффективности за счет выделения жидкого железа при обеднении шлаков.

Смесь сталеплавильных и доменных шлаков содержит в своем составе 812 % окислов железа и 5-7 % корольков металла. Существует возможность организовать выделение значительной части этого железа из огненно-жидких шлаков в системе производства клинкерного полупродукта на металлургическом предприятии и направления расплава металла в конвертерное производство стали.

Замещая этим металлом почти эквивалентное количество жидкого доменного чугуна, получаем заметное снижение энергоемкости производства конвертерной стали, учитывая высокую энергоемкость производства доменного чугуна (до 1000-1100 кг.ут/т. чугуна).

Это положение привело к идее энергосберегающего комбинированного производства: производства клинкерного полупродукта с получением плавленого лома (металлургического полупродукта), являющегося альтернативой части жидкого доменного чугуна в конвертерном производстве стали.

Данная перспектива предстает весьма заманчивой не только в связи с возможным высоким результативным энергосберегающим (и очевидно, экономическим) эффектом, но и в связи с возможной технической и теплоэнергетической совместимостью указанных двух процессов, а также, что особенно важно - с возможным проявлением повышенной заинтересованности металлургического предприятия в указанном комбинированном производстве.

Резерв лома в стране позволяет использовать не менее 50% лома в шихте производства конвертерной стали. Однако особенности традиционного кислородно-конверторного способа производства стали не позволяют повысить долю холодного лома в шихте заметно выше 20 %. Повышение доли лома в кислородно-конверторных печах, например, до 50% за счет подачи части лома в расплавленном виде приведет к весьма высокому энергосберегающему эффекту.

Таким образом, производственная система, созданная на базе производства цементного клинкера обжигом с полной предварительной декарбонизацией клинкерного полупродукта, предусматривающая одновременно плавку лома и извлечение металлической фазы из металлургических шлаков с целевым использованием расплава лома в кислородных сталеплавильных конверторах, может характеризоваться высоким энергосберегающим эффектом.

Кроме экономии топлива (природного газа), реализация данной производственной системы приведет к существенной экономии извести, глины, доменного чугуна, а также кокса.

Данная система открывает возможность существенного повышения экологической защиты - резко снижается вынос пыли из вращающихся печей, уменьшается расход пресной воды, ликвидируются отвалы сталеплавильных и частично доменных шлаков, а также из-за снижения производства доменного чугуна уменьшается расход экологически грязного топлива - коксовых батарей.

На базе вышеизложенного открывается возможность формирования альтернативных вариантов повышения энергетической эффективности действующей системы производства цементного клинкера обжигом.

Диссертационная работа ставит своей целью выявление перспективных направлений дальнейшего и существенного повышения энергетической эффективности производства цементного клинкера обжигом с оценкой при этом как принципиально возможного, так и расчетно-практического уровня энергосбережения.

Эта цель достигалась на базе решения следующих задач:

1) определение структуры и границ замкнутых теплотехнологических комплексов (ЗТТК) действующего производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам.

2) формирование состава альтернативных вариантов производства цементного клинкера обжигом, потенциально отличающихся энергетической эффективностью, и разработка общего подхода к решению задач и поиску перспективных моделей энергоматериалосберегающих теплотехнологических комплексов производства цементного клинкера обжигом (рис.1);

Рис.1. Древо альтернативных вариантов

3) проведение анализа энергетической эффективности и прогноза потенциала резерва интенсивного энергосбережения действующих (мокрого и сухого способов) и альтернативных вариантов теплотехнологических комплексов производства цементного клинкера обжигом;

4) создание комплекса компьютерных программ для анализа энергоиспользования в замкнутых теплотехнологических комплексах производства клинкера, расчета критериев их энергетической эффективности и определения основных характеристик теплотехнологических объектов;

5) установление опорных энергетических характеристик альтернативных вариантов производства цементного клинкера обжигом.

Исходя из задач, устанавливается объект исследования - замкнутый теплотехнологический комплекс (ЗТТК), определяются структура и границы ЗТТК действующего производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам (ЗТТК для мокрого способа иллюстрируется на рис. 2). ЗТТК включает в себя теплотехнологический комплекс (ТТК) и энергетический комплекс. Границы ТТК охватывают весь технологический процесс от источников сырья до конечного продукта. Энергетический комплекс рассматривается от источника органического топлива (первичной энергии) до конечной энергии используемой в ТТК (природный газ, электроэнергия).

Рис.2. Границы замкнутого теплотехнологического комплекса (ЗТТК).

Формирование общего метода решения энергетических задач работы основывается на положениях концепции интенсивного энергосбережения, разработанной А.Д.Ключниковым. При этом концептуальная логика поиска перспективных моделей энергоматериалосберегающих и экологически совершенных теплотехнологических объектов включает как базу поиска, так и алгоритм поиска. База поиска и алгоритм поиска, сформированные применительно к задачам работы, включают:

19

База поиска

I. Объект: замкнутый теплотехнологический комплекс производства цементного клинкера обжигом;

II. Ориентир: не «достигнутое», а «принциально возможное», формируемое в рамках термодинамически идеальной модели ЗТТК с экстремальной тепловой схемой;

III. Средства: предельно полный состав мероприятий интенсивного энергосбережения;

IV. Критерии: система показателей энергоиспользования и энергетической эффективности теплотехнологического комплекса производства цементного клинкера обжигом.

Алгоритм поиска

1. Схема, температурный и тепловой графики теплотехнологии действующего (или альтернативного) теплотехнологического комплекса (ТТК);

2. Структурная и тепловая схемы и температурный график ТТК;

3. Карта энергоматериалопотребления и энергоемкость производства цементного клинкера в ТТК;

4. Схема, температурный и тепловой графики энергетически идеальной технологии производства цементного клинкера;

5. Тепловая схема и температурный график термодинамически идеальной модели (ТДИМ) ТТК, выступающей в качестве теоретического эталона предельно высокой энергетической эффективности ТТК;

6. Технически реализуемая модель технологии ТТК, её температурный и тепловой графики;

7. Тепловая схема и температурный график технически реализуемой модели ТТК, выступающей в качестве практического эталона высокой энергетической эффективности ТТК;

8. Теплотехнические и принципиально-конструктивные схемы элементов ТТК;

9. Структура технически реализуемой модели ТТК; Конструктивные схемы теплотехнологических агрегатов;

10. Расчетные показатели ТТК; Энергоемкость; Энергоемкость в ТДИМ ТТК; Экономия топлива; Потенциал резерва интенсивного энергосбережения; Коэффициент полезного использования энергии (КПИ энергии); Относительный резерв интенсивного энергосбережения; Коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения.

Расчетные исследования базируются на разработанной диссертантом системе компьютерных программ, созданных для анализа энергоиспользования и прогнозных характеристик энергосбережения действующих комплексов производства цементного клинкера по мокрому и сухому способам и моделей альтернативных комплексов производства цементного клинкера, конкретно включающих:

1) действующий комплекс производства цементного клинкера по мокрому и сухому способу (компьютерная программа №1);

2) альтернативный комплекс производства цементного клинкера по варианту 3 (компьютерная программа №2);

3) альтернативный комплекс производства цементного клинкера по варианту 4 (компьютерная программа №3);

4) альтернативная система комбинированного производства клинкерного полупродукта и металлургического полупродукта на металлургическом предприятии по варианту 5 (компьютерная программа №4);

5) системы производства цементного клинкера из клинкерного полупродукта по варианту 5 (компьютерная программа №5).

6. Результаты работы открывают перспективы возможного дальнейшего повышения энергетической и не исключено - общей эффективности производства цементного клинкера и кислородно-конвертерной стали на базе создания комбинированного производства плавленого цементного клинкера и плавленого лома для сталеплавильных конвертеров, в пределах металлургических комбинатов, при вполне обоснованном ожидании глубокой заинтересованности в таком производстве и металлургов.

1. Ключников А.Д. Концепция интенсивного энергосбережения как база формирования энергоматериалосберегающих и экологически безопасных моделей теплотехнологических систем будущего // Вестник МЭИ. 1996. №1. - С.ЗЗ -36.

2. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение: предпосылки, методы, следствия //Теплоэнергетика.- 1994. №1.-С.12-16.

3. Ключников А.Д., Попов С.К. Использование первичной энергии и интенсивное энергосбережение в производственной системе переработки лома на мелкосортный прокат // Сталь. 1991. №3. - С.85-89.

4. Ключников А.Д., Попов С.К. Диагноз энергетической эффективности и прогноз резерва интенсивного энергосбережения: Учебное пособие. М.: МЭИ. - 1990.

5. Бутт Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов. Учебник для вузов // Сычев М.М., Тимашев В.В.- М.: Высшая школа. 1980.- С.472.

6. Ключников А.Д. Интенсивное энергосбережение как база разработки концептуальной модели теплотехнологического комплекса черной металлургии // Известия вузов. Черная металлургия. 1999. №2. -С.61-63.

7. Бутт Ю.М.,.Н.Дудеров, М.А.Матвеев. Общая технология силикатов. М.:Госстройиздат.- 1962.

8. Повышение энергетической и общей эффективности использования доменных шлаков в производстве цемента/ Ключников А.Д., Кузьмин В.Н., Шапкарин С.Н., Казанский Ю.В. // Сталь. 1991. №.1 - С.56-58.

9. Электроснабжение и электрооборудование. Справочник // Гипроцемент. -Л.:Стройиздат. 1994. - Гл. 2. - С.196.

10. Цементная промышленность СССР в 1982. Справочник. М.государственный научно-исследовательский институт цементной промышленности «НИИ Цемент».- 1983.-С.299, С.104, С.271.

11. Краткий обзор цементной промышленности России. Справочник. М.: Евроцемент.- 2003.

12. Ключников А.Д., Шапкарин С.Н. Энергосбережение при использовании жидких доменных и сталеплавильных шлаков // Сталь. 1999. №1.

13. Коугия М.В. Применение системы Mathcad при технологических расчетах состава портландцементных сырьевых шихт // Цемент. 2001. Май-июнь. - С.30-31

14. Файге. Ф. Возможности экономии энергии при производстве цемента // Цемент. -1995. Сентябрь-Декабрь. С.16-24

15. Ходоров Е.И. Печи цементной промышленности. Л.: Издательство литературы по строительству. - 1968. - С.243., С.25-26.

16. Митин O.A. Разработка на базе интенсивного энергосбережения перспективной модели энергосберегающей металлургической подсистемы «конвертерная сталь -горячекатанный лист: Дис. магистра. М.: МЭИ. 2000. С. 108,110

17. Воробьёв Х.С., Мазуров A.A., Соколов А.Л. Теплотехнические расчёты цементных печей и аппаратов. М.: Высшая школа. - 1965.

18. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под редакцией Клименко A.B., Зорина В.М. М.: МЭИ. 2004. Раздел 2.

19. Ключников А.Д. Критерии энергетической эффективности и резерва энергосбережения теплотехнологии, теплотехнологических установок, систем и комплексов. М.: МЭИ. - 1996.

20. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. М.: Энергоатомиздат. - 1986.

21. Воробьёв Х.С., Мазуров A.A., Соколов А.Л. Теплотехнические процессы и аппараты силикатных производств. М.: Высшая школа. - 1962.

22. Ключников А.Д., Кузьмин В.Н., Попов С.К. Теплобмен и тепловые режимы в промышленных печах. -М.: Энергоатомиздат. 1990.

23. Довгопол В.И. Использование шлаков в чёрной металлургии. М. -1978.

24. Банит Ф., Рабинович М.И. Механическое оборудование цементных заводов. М.: Машиностроение. -1967.

25. Справочник по производству цемента / Под редакцией Холина И.И. М: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. - 1963.

26. Герман М. Производство цемента в России. Период реформ // Цемент. 1996. - №2. -С.15-18.

27. Люсов А.Н., Василик Г.Ю. Использование в производстве цемента побочных продуктов других отраслей промышленности. Обзорная информация. М: ВНИИЭСМ. - 1977.- С.55.

28. Сыркин Я.М. Использование металлургических шлаков для снижения энергоемкости производства цемента. Обзорная информация. М: ВНИИЭСМ. -1983.-С.43.

29. Алехин Ю.А., Рекитар Я.А., Суханов Е.В. Использование сталеплавильных шлаков в производстве строительных материалов. Обзорная информация. М: ВНИИЭСМ.-1983.-С.39.

30. Копелович В.М., Здоров А.И., Златоквский А.Б. Утилизация промышленных отходов при производстве цемента // Цемент. 1998. - №3. - С.35-39.

31. Рояк С.М., Кицис С.Б., Жовтая В.Н., Карбышева Н.В. Медные шлаки как интенсификатор обжига клинкера. М.: Труды НИИЦемента. - 1975. - С.72-88.

32. Введенский В. Эколого-экономическая эффективность использования отходов. Комплексное использование минерального сырья. 1978. -№3. -С.59-66.

33. Пьячев В.Ш. Использование шлаков цветной металлургии в производстве цемента. Обзорная информация. М: ВНИИЭСМ, 1985. - Вып. 1.- С.53.

34. Пащенко A.A., Мясникова Е.А., Евсютин Ю.Р. Энергосберегающие и безотходные технологии получения вяжущих веществ К.: Виша школа. - 1990. - С.223

35. Кравченко И.В., Ковалева Е.И., Долбилова И.Б. Повышение эффективности цементного производства при использовании техногенных материалов М.: Цемент. -1989.-С.9-10.

36. Технические требования к цементному сырью. / Под. редакцией Альбаца Б.С., Судака JI.A. М.:Концерн Цемент. - 1996. - С.94.

37. Никифоров Ю.В., Коугия М.В. Использование нетрадиционных материалов при производстве цемента // Цемент.- 1993.- №5. С.44-63.

38. Осокин А.П., Акимов В. Создание энергосберегающей технологии «экзотерм». Труды международной конференции «Промышленность стройматериалов».-Белгород. 1997.- Ч.1.-С.108-112.

39. Кравченко И.В., Ковалева И.Е., Долбилова И.В. Дополнительное питание вращающейся печи и его технологический контроль: Труды НИИ-цемента.-1981.-№61.-С.30-35.

40. Долбилова И.В., Ковалева И.Е., Шутова A.B. Ресурсосберегающая технология производства клинкера и цемента с термообработанными минеральными добавками: Тезисы докладов I Международного совещания по химии и технологии цемента. М,- 1996. - С.14-15.

41. Мчедлов Петросян О.П. Кинетика клинкерообразования: 8-ой международный конгресс по химии цемента. - М.:ВНИИСМ.- 1998.- Т.1.-С.17-23.

42. Интенсификация процессов обжига клинкера: Труды института. Выпуск 54.-М.: Государственный всесоюзный научно-исследовательский институт цементной промышленности. 1978.

43. Рыбакова О.В. Подход к исследованию и элементы анализа конъюнктуры рынка цемента центральной России // Цемент. 1995. Сентябрь-Декабрь. - С.25-27

44. Сычев М.М. Технологические свойства сырьевых цементных шихт. JI: Госстройиздат. -1962.

45. Трубаев П.А., Беседин П.В. Математическое обеспечение автоматизированного проектирования состава многокомпонентных сырьевых смесей: Известия вузов. -М. ¡Строительство. 1996. №5. - С.36-41.

46. Беседин П.В., Трубаев П.А. Проектирование портлапдцементных сырьевых смесей. Белгород. -1994.

47. Брыжик A.B., Текучева Е.В., В.М. Семенова и др. Комплексная оценка свойств сырьевых компонентов // Цемент и его применение. 1999. №5-6. - С.42-46.

48. Журавлев В.П., Серпокрылов Н.С., Пушенко C.JI. Охрана окружающей среды в строительстве: Учебник. — М.: Изд-во АСВ, 1995. — С.328

49. Калантаров O.K. Инженерно-экологическое обеспечение дорожного строительства // Транспортное строительство. — 1998. № 10. — С. 22—24.

50. Романов В.В., Мартемьянов В.А., Седов Ю.И., Васильева Е.А. Строительная экология: Учебное пособие. —Тверь, 1998.

51. Хвастунов В.Л., Калашников В.И., Крестин H.H. Охрана окружающей среды на предприятиях строительной индустрии: Учебное пособие. — Пенза: Государственная архитектурно-строительная академия, 1996.

52. Юдович Б.Э., Дмитриев A.M., Лямин Ю.А., Зубехин С.А. Цементная промышленность и экология // Цемент. — 1998. № 3. — С. 11—19.

53. Ляховский А.И. Вопросы теплоэнергетики металлургических заводов. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1951.-406 с.

54. Сазанов Б.В. Использование вторичных энергетических ресурсов на металлургических заводах. М.: Металлургиздат, 1953. - 200 с.

55. Аврорин A.B., Огородников И.А., Чиннов Е.А. Экологическое домостроение. Проблемы энергосбережения: Аналит. Обзор. — Новосибирск, 1997.

56. Quervain В. Экоменеджмент в цементной промышленности: первые практические результаты // Экологическая экспертиза: Обзорная информация. М.: ВИНИТИ. — 1998. №4. —С. 104—109.

57. Uchikawa Hiroshi. Ориентирование цементной и бетонной промышленности на снижение воздействия на окружающую среду и рециклирование отходов // Chichibu onoda kenkyu hokoku = J. Res. Chichibu Onoda Cem. Corp. Onoda kenkyu hokoku. — 1997. —T. 48, № 133.

58. Ведомственные нормы технологического проектирования цементных заводов, работающих по сухому способу производства. -М: Минстройматериалов СССР. -1986.

59. Монтаж технологического оборудования предприятий стройиндустрии (вращающаяся печь для производства цемента, холодильники, мельницы, электрофильтры).- М.: Минмонтажспецстрой СССР. 1988.

60. Верич Е.Д. Оборудование для производства цемента: Учебное пособие для специалистов. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. Киев: УМКВО. - 1988.

61. Теория и практика освоения и развития сухого способа производства цемента / Под редакцией Ю. В. Никифорова. 1987.

62. Исследование и создание нового оборудования для производства цемента / Под редакцией Дубова В. А. и др. Тольятти: ВНИИцеммаш. - 1987.

63. Исследование и создание нового оборудования для производства цемента / Под редакцией Дубова В. А. и др. Тольятти: ВНИИцеммаш. - 1988.

64. Пономарев И.Ф., Верич Е.Д., Чекрыгин B.C., Златокрылов P.M. Технология производства цемента сухим и полусухим способами. Киев: Буд1вельник. - 1988.

65. Использование промышленных отходов и техногенных продуктов в производстве цемента / Под редакцией Хлусова В.Б. и др. 1986.

66. Богомолов Б. Н., Браун Э.Д., Заболеева Т.И. Современные пути повышения надежности, износостойкости и ремонтопригодности оборудования для производства цемента: Учебное пособие. М.: ВНИИЭСМ. - 1990.

67. Основы повышения эффективности производства и качества цемента: Материалы XV Всесоюзного совещания-семинара начальников ОТК (лабораторий) цементных заводов. Труды института. М.: НИИЦемент. - 1990.

68. Копелиович В. М. Применение низкосортного твердого топлива и горючих отходов при обжиге клинкера: Аналитический обзор. М.: ВНИИЭСМ. - 1991.

69. Богомолов Б. Н. Эффективные средства и способы механизации трудоемких процессов в цементной промышленности: Учебное пособие. М.:ВНИИЭСМ. -1991.

70. Петухова Н. Н. Цементная промышленность и рынки цементной продукции зарубежных стран. М.: ВНИИЭСМ. - 1991.

71. Хлусов В. Б. Экологические проблемы технологии цементного производства- М.: НИИцемент. 1990.

72. Лапшин А. Б. Технология обеспыливания в производстве цемента.- Новосибирск: НПО "Стромэкология". 1996.

73. Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений: Международная конференция: Энерго- и ресурсосбережение в производстве цемента и других вяжущих материалов. 4.1 - 1997.

74. Зеленков С.Ф. Технологические комплексы для производства цемента: Учебное пособие для студентов спец. Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов и конструкций. Белгород. -2000.

75. Лугинина И. Коновалов В.М Цементы из некондиционного сырья. -Новочеркасск. -1994.

76. Платонов В.С. Пути повышения эффективности производства цемента / Под редакцией Кантора Е.Л. СПб. - 2000.

77. Евдокимов А.Я. Влияние технической реконструкции в цементной промышленности на повышение объемов производства, улучшение условий труда, социальной сферы и экологии в регионах. Самара. - 2000.

78. Научные основы технологии цемента. Оптимизация состава сырьевых шихт и параметров комбинированной системы обжига клинкера на основе эксергетического анализа. М.: ОАО «НИИЦемент» и др.-2000.

79. Давыдов С.Я. Новое оборудование цементных заводов сухого способа производства: Учеб.пособие / Под редакцией Капустина Ф.Л. Екатеринбург. -2001.

80. Формирование и свойства клинкера (8 Международный конгресс по химии цемента,. Рио-де-Жанейро, 21-27 сент. 1986.). Министерство промышленности строительных материалов СССР, ВНИИ НТИ и экономики промышленности строительных материалов. -1988.

81. Классен В.К. Обжиг цементного клинкера. Красноярск: Стройиздат. - 1994.

82. Зозуля П. В. Фазовые равновесия и клинкерообразование при обжиге портландцементных сырьевых смесей: Учебное пособие. 1987.

83. Совершенствование техники и технологии измельчения портландцементного клинкера и добавок / Под редакцией Пироцкого В.З. М.: НИИцемент. - 1986.

84. Klassen V. Synthese des niedrigbasischen Klinkers durch Verwendung der Schlacklabfallt und Herstellung des hochwerigen Mischzements / P. Shuravlev //14 Int/ Baustofftagung (ibausil). 2000. - Band I. - S. 189-196.

85. Атакузиев T.A., Таджиева Д. Ф. Новые виды цементов на основе сульфоклинкеров. Ташкент: Мехнат. - 1989.

86. Старк С.Б. Теплоэнергетическое хозяйство металлургических заводов. М.: Металлургия, 1966.-311 с.

87. Чоджой М.Х. Энергосбережение в промышленности. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. - 272 с.

88. Рей Д. Экономия энергии в промышленности: Справочное пособие для инженерно-технических работников. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 208 е.; ил.

89. Егоричев А.П. Повышение эффективности использования энергоресурсов в чёрной металлургии // Промышленная энергетика. 1984. №7. С. 2 - 4.

90. Склад известняка и глины подача глины и известняка на склад транспортировка на складе 0,2В 1,5В

91. Насос для подачи воды привод насоса подачи воды 0,3ВСуммарные затраты на передел 1 2Передел 2

92. Первичная щековая дробилка привод щековой дробилки подача известняка в дробилку 0,6Т 0,1в

93. Валковая дробилка привод валковой дробилки подача известняка в дробилку 0,2Т 0,04вСуммарные затраты на передел 2 0,9Передел 3

94. Вторичная молотковая дробилка привод валковой дробилки подача известняка в дробилку 1,4Т 0,1в

95. Болтушка привод глиноболтушки подача глины в глиноболтушку 1,1в 0,03вСуммарные затраты на передел 3 2,6в вспомогательные затраты электроэнергии в ТТК т- технологические затраты электроэнергии в ТТКПередел 4

96. Шаровая мельница для помола шлама привод шаровой мельницы подача глины и известняка в мельницу 15,3Т 0,1вСуммарные затраты на передел 4 15,4Передел 5

97. Шламобассейны для перемешивания, корректировки и хранения шлама Затраты на гомогенизацию смеси воздухом (привод вентилятора ) 1,6ВСуммарные затраты на передел 5 1,6Передел 6

98. Вращающаяся печь Главный и вспомогательный привод двигателя печи Привод насоса питания печи шламом Дозирование смеси Взвешивание смеси Привод дымососа Пылеулавливание 5,5В 4,1в 0,04в 0,3в 4,5в 6,7вСуммарные затраты на передел 6 21,1Передел 7

99. Холодильник Привод вентилятора холодильника Привод холодильника 3,4в 0,3 вСуммарные затраты на передел 7 3,7Передел 8

100. Карьеры известняка и глины буровзрывные работы, экскаваторные и скреперные работы карьерный транспорт и отвальные работы 3,0 кВтч/т.кл или 1,4 кг.у.т./т.кл

101. Склад известняка и глины подача глины и известняка на склад транспортировка на складе 0,2В 1,5ВСуммарные затраты на передел 1 1,7Передел 2

102. Первичная щековая дробилка привод щековой дробилки подача известняка в дробилку 0,6Т 0,1в

103. Валковая дробилка привод валковой дробилки подача известняка в дробилку 0,2Т 0,04вСуммарные затраты на передел 2 0,9Передел 3

104. Вторичная молотковая дробилка привод валковой дробилки подача известняка в дробилку 1,4Т 0,1вСуммарные затраты на передел 3 1,6Передел 4

105. Шаровая мельница для помола шлама привод шаровой мельницы известняка в мельницу 30,5Т 0,1вСуммарные затраты на передел 4 30,6Передел 5

106. Смесительные силосы Затраты на гомогенизацию смеси 9,7ВСуммарные затраты на передел 5 9,7Передел 6

107. Вращающаяся печь и циклон Главный и вспомогательный привод двигателя печи Подача сырьевой смеси в печь Дозирование смеси Взвешивание смеси Привод дымососа Пылеулавливание 3,5В 3,3В 0,03в 0,2в 4,8в 6,3ВСуммарные затраты на передел 6 18,1Передел 7

108. Холодильник Привод вентилятора холодильника Привод холодильника 2,1в 0,3вСуммарные затраты на передел 7 2,4Передел 8

109. Склад известняка и шлака подача известняка и шлака на склад транспортировка на складе 0,1в 1,5ВСуммарные затраты на передел 1 1,6Передел 2

110. Первичная щековая дробилка привод щековой дробилки подача известняка в дробилку 0,4Т 0,1вСуммарные затраты на передел 2 0,5Передел 3

111. Вторичная молотковая дробилка привод валковой дробилки подача известняка в дробилку 0,4 т 0,07вСуммарные затраты на передел 3 0,5Передел 4

112. Шаровая мельница для помола шлама привод шаровой мельницы подача глины и известняка в мельницу 26,8 т 0,04вСуммарные затраты на передел 4 26,8Передел 5

113. Смесительные силосы Затраты на гомогенизацию смеси 8,1вСуммарные затраты на передел 5 8,1Передел 6

114. Холодильник Привод вентилятора холодильника Привод холодильника 1,4в 0,3в .Суммарные затраты на передел 6 1,7Передел 8

115. Карьеры известняка буровзрывные работы, экскаваторные и скреперные работы карьерный транспорт и отвальные работы 1,9 кВтч/т.кл или 0,9 кг.у.т./т.кл

116. Склад железной РУДЫ Затраты на производство железной руды (5 кг.у.т./т.руды) 0,2 кг.ут./т.кл.

117. Сушилка 1 Привод сушилки 1 Подача в сушилку 1 Дымосос сушилки 1 0,4в 0,02в 0,5вСуммарные затраты на передел 2 0,92Передел 3

118. Декарбонизатор Привод декарбонизатора Подача в декарбонизатор 0,9в 0,03вСуммарные затраты на передел 3 0,93Передел 4 т технологические затраты электроэнергии в 'П К в - вспомогательные затраты электроэнергии в 'П К

119. Сушилка 2 Привод сушилки 1 Подача в сушилку 1 0,7в 0,04вСуммарные затраты на передел 4 0,74Передел 5

120. Шаровая мельница для помола т.п./п. привод шаровой мельницы подача т.п./п. в мельницу 25,8 т 0,03вСуммарные затраты на передел 3 25,8Передел 4

121. Смесительные силосы Затраты на гомогенизацию смеси 7,6ВСуммарные затраты на передел 4 7,6Передел 5

122. Холодильник Привод вентилятора холодильника 1,0ВПривод холодильника 0,3вСуммарные затраты на передел 6 1,3Передел 7

123. Скрапа (лома) 240,1 Корольков 4,33 Боксита 7,6 Выбросов 10,94 Извести 58,4 Шлака 116,9

124. Футеровки 5,5 Ре203 (дым) 15,6

125. Технического кислорода 73,5 Отходящие газы 91,4

126. Скрапа (лома) 535,7 Корольков 4,33 Боксита 7,5 Выбросов 10,74 Извести 46,7 Шлака 95,0

127. Футеровки 5,4 Ре203 (дым) 15,3

128. Технического 51,0 Отходящие 59,2кислорода газы

129. Физическое тепло чугуна 661168,8 35 1 Физическое тепло стали 1431737,0 76

130. Тепло экзотермических реакций 655787,9 35 2 Физическое тепло шлака 204659,2 11

131. Тепло шлакообразования 39849,1 2 3 Тепло отходящих газов 105735,3 6

132. Физическое 522625,9 28 4 Тепло на вос- 10850,2 1тепло лома становление РвгОз

133. Установка для подогрева огненно-жидких шлаков и плавления лома привод вентилятора 0,2вСуммарные затраты на передел 1 0,2Табл. Структура затрат электроэнергии на производство К-П Передел 2

134. Склад известняка подача известняка на склад транспортировка на складе 0,09в 1,0ВСуммарные затраты на передел 2 1,1Передел 3

135. Первичная щековая дробилка привод щековой дробилки подача известняка в дробилку 0,4т 0,1вСуммарные затраты на производство М-П 0,5Передел 4т технологические затраты электроэнергии в ТТС5м " - вспомогательные затраты электроэнергии в ТТС5м

136. Вторичная молотковая дробилка привод молотковой дробилки подача известняка в дробилку 0,3 т 0,06вСуммарные затраты на передел 4 0,4Передел 5

137. Шаровая мельница для помола известняка привод шаровой мельницы подача известняка в мельницу 14,3 т 0,02 вСуммарные затраты на передел 5 14,3Передел 6

138. Циклонный теплообменник Привод дымососа Пылеулавливание 1,9В 6,6вСуммарные затраты на передел 6 8,5Передел 7

139. Декарбонизатор Привод декарбонизатора Подача в декарбонизатор 0,9в 1,24вСуммарные затраты на передел 7 2,1Передел 8

140. Холодильник Привод холодильника Вентилятор для подачи в-ха 0,3 в 0,8 вСуммарные затраты на передел 8 1,1Передел 9

141. Карьеры известняка буровзрывные работы, экскаваторные и скреперные работы карьерный транспорт и отвальные работы 1,65 кВтч/т.к-п или 0,77 кг.у.т./т.к-п

142. Склад клинкерного полупродукта подача клинкерного полупродукта на склад транспортировка на складе 0,1в 1,5ВСуммарные затраты на передел 1 1,6Передел 2

143. Шаровая мельница для помола К-П привод шаровой мельницы подача К-П в мельницу 5,0 т 0,02вСуммарные затраты на передел 2 5,0Передел 3

144. Смесительные силосы Затраты на гомогенизацию смеси 6,0ВСуммарные затраты на передел 3 6,0Передел 4

145. Циклонный теплообменник Привод дымососа Пылеулавливание 2,6в 6,0вСуммарные затраты на передел 4 8,6Передел 5

146. Вращающаяся печь Главный и вспомогательный привод двигателя печи 3,5в147 Привод насоса питания печи шламом Дозирование смеси Взвешивание смеси 1,7в 0,02в 0,1вСуммарные затраты на передел 5 5,3Передел 6

147. Холодильник Привод вентилятора холодильника Привод холодильника 2,0в 0,3вСуммарные затраты на передел 6 2,3Передел 7