Меню

Газ для цементной промышленности



Газ для цементной промышленности

Цементная промышленность в основном использует природный газ. В небольшом количестве используется смесь природного газа с газом подземной газификации углей и коксовым газом, получаемым в качестве побочного продукта при коксовании каменных углей для металлургической промышленности.
Природный горючий газ образуется на большой глубине в земной коре в результате разложения остатков органических веществ под влиянием бактериальных процессов, высоких температур и давлений.
По сравнению с жидким, а тем более с твердым топливом горючий газ имеет несравнимые технологические преимущества. Высокая теплотворная способность газа, простота транспортирования, легкость регулирования процесса обжига, отсутствие какой-либо подготовки на заводе, и наконец, низкая стоимость — вот те ценные качества газового топлива, определяющие высокие технико-экономические показатели применения газа.
По этим причинам уровень потребления газа цементной промышленностью из года в год возрастает, все более вытесняя твердое топливо.
Цементные заводы получают газ от городских или районных газораспределительных станций (ГРС), соединенных с магистральными газопроводами высокого давления (6 ат). От ГРС газ принимается газораспределительным пунктом (ГРП) цементного завода, снижающим давление газа и направляющим его по заводским сетям к потребителям.
Газ в топочное пространство печи или топки подают с помощью газовых горелок. Согласно правилам Госгазтехнадзора газопроводы в зависимости от давления разделяются на три группы: низкого давления — до 0,02 ат при условии установки на вводе к потребителю (печи или топки) регулятора давления до 0,05 ат, среднего давления от 0,05 до 3 ат и высокого давления от 3 до 6 ат.
В зависимости от потребления газа заводом предусматривают одну или две параллельные ветви регуляторов давления на случай ремонта одной из ветвей, а также строят одну или несколько ГРП в зависимости от расположения потребителей газа.

Источник

Топливо в цементной промышленности

В производстве цемента используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Начиная с шестидесятых годов XX столетия и по настоящее время основным видом топлива на всех цементных заводах Беларуси, так же как и на многих заводах СНГ, являлся природный газ с теплотой сгорания 32-39 МДж/м 3 , реже коксовый газ — продукт, получаемый при коксовании каменных углей. Широкое применение природного газа в СССР было обусловлено его относительно низкой стоимостью, однако начиная с 90-х годов прошлого столетия мировые цены на газ стали сильно опережать стоимость других энергоносителей, и прежде всего каменного угля. По этой причине несмотря на целый ряд достоинств природного газа — хорошие санитарно-гигиенические условия на производстве, отсутствие отходов при сгорании, меньшие капитальные затраты, связанные с его использованием, топливно-энергетическая политика коренным образом переориентирована в пользу каменного угля. В 2008-2009 годы все цементные печи в Беларуси будут переведены на сжигание твердого топлива с теплотой сгорания не ниже 20 МДж/кг, зольностью не выше 20%, с содержанием летучих 20-30%.

Каменный уголь сжигается в виде пылеугольной смеси, для чего он в специальных углеподготовительных отделениях подвергается сушке до остаточной влажности не более 2% и помолу до остатка на сите № 008 не более 8-16%. С целью предотвращения образования взрывоопасных концентраций в отделении предусматривается система подачи инертного газа.

Для сжигания твердого топлива применяют либо одноканальные, реже двухканальные форсунки. Перемешивание пылеугольного топлива с воздухом в первом случае происходит в канале форсунки. В двухканальных форсунках, представляющих собой две трубы, вставленные одна в другую, по центральному каналу в печь вдувается топливно-воздушная смесь со скоростью 40-70 м/с с первичным воздухом, по периферийному каналу — вторичный воздух.

Газовые угли с повышенным содержанием летучих веществ воспламеняются на близком расстоянии от форсунок. При этом происходит поризация твердых частичек угля, что способствует доступу кислорода и быстрому их сгоранию. В результате получается короткий факел. В процессе сжигания таких углей, характеризующихся малым содержанием летучих, сгорание идет медленнее, в результате образуется длинный факел. Варьируя соотношением газовых и тощих углей, можно регулировать длину и форму факела во вращающейся печи, что, в свою очередь, позволит управлять температурным режимом в ней.

В качестве жидкого топлива чаще всего используют мазут, являющийся тяжелой фракцией, образующейся при нефтепереработке. Он содержит в своем составе смесь углеводородов — парафинов, олефинов, нафтенов. Элементный состав мазута (мас. %): С — 85-90, Н — 5-10, О — 3-4, S до 3,5, зольность до 0,2%, содержание воды 1-2%, теплота сгорания около 40 МДж/кг. Мазут чаще всего использовался на цементных заводах в качестве резервного топлива в зимний период. Подача его на горение осуществляется по пароспутнику, в результате чего мазут подогревается до 60-90°С. Подача мазута в печь осуществляется с помощью форсунок механического распыления с игольчатым распылителем, имеющим винтовые каналы, обеспечивающие закручивание выходящей из форсунки струи под давлением 2-2,5 МПа.

Читайте также:  Разборка покрытий полов цементных состав работ

Скорость сгорания мазута и интенсивность излучения факела, образующегося при этом ниже, чем у твердого топлива, поэтому расход теплоты на обжиг повышается до 10%.

В себестоимости цемента топливо составляет свыше 60%, и эта статья расходов постоянно растет. Следовательно, изыскания путей энергосбережения является одной из актуальных проблем цементного производства. Расход условного топлива при мокром способе производства цемента составляет 205-220 кг на одну тонну клинкера, а при сухом в зависимости от карьерной влажности сырья – от 100 до 190 кг.

В последние годы в мировой практике наметились следующие пути по использованию нетрадиционных источников тепловой энергии.

Тонна отработанных автомобильных покрышек по своей теплотворной способности эквивалентна примерно 0,85 т мазута. Металлокорд, находящийся в автопокрышках, окисляется и становится сырьевым железистым компонентом. Сжигание автопокрышек может осуществляться во вращающихся печах как мокрого, так и сухого способа производства цемента. В первом случае подача малогабаритных автопокрышек осуществляется через специальный люк в печи в температурной зоне 1000-1100°С. Во втором случае мелкогабаритные автопокрышки целиком, а крупногабаритные предварительно разрезанные гильотинными ножницами подаются в печь через «холодный» ее конец. За счет сжигания автопокрышек можно обеспечить 10-25% потребного на обжиг тепла.

Сравнительно новым техническим решением, получившим промышленное внедрение, является получение и сжигание так называемого синтетического топлива. Его получают путем пропитки тонкодисперсного минерального порошка (например, известняка) крупностью не более 2 мм отработанными моторными маслами и другими жидкими углеводородами. Горючая часть этого порошка может составить до 25% необходимого для обжига клинкера расхода топлива. Минеральная часть порошка войдет в состав обжигаемого материала.

Перспективным направлением в решении топливно-энергетических проблем может служить сжигание во вращающихся печах горючих бытовых отходов — например пластиков, в особенности высоконаполненных и не поддающихся переработке, и др. Такой тип вяжущего получил название «экоцемент».

Источник

Топливо в цементной промышленности

В зависимости от агрегатного состояния различают твердое, жидкое и газообразное топливо. Все три вида топлива находят применение в цементной промышленности. К твердому топливу относятся каменный и бурый уголь, торф, древесина и кокс.’ Каменный и бурый уголь применяется в цементных вращающих­ся печах и сушилках, а кокс — в шахтных печах. Наиболее рас­пространенным в цементной промышленности видом жидкого топлива является нефть различных сортов, а газообразного — природный газ. Применение технических газов ограничено.

На цементном заводе топливо расходуется для выполнения следующих операций:

При сухом способе производства—83% на эксплуатацию пе­чей, около 14% на сушку сырьевых смесей, около 3% на сушку угля;

При мокром способе производства — 96% на эксплуатацию печей, около 4% на сушку угля.

В последнем десятилетии прошлого столетия в американской цементной промышленности для сжигания во вращающихся пе­чах впервые была применена угольная пыль. За период с 1900 по 1910 г. Эдисон усовершенствовал способ сжигания угольной пыли, что позволило значительно увеличить производительность печей. Пылеугольные форсунки совершенствовались опытным путем; теоретическое понимание процесса горения в основном

Скорее следовало за практическими достижениями в этой обла­сти, нежели предшествовало им.

Одно время при производстве цемента почти везде применял­ся только уголь, что вызывало большие затраты на заработную’ плату. На современном уровне развития уголь в значительной степени вытеснен нефтью и природным газом. Однако в связи с нынешним нефтяным кризисом применение угля в качестве топ­лива в цементной промышленности ФРГ возросло с 2% в 1973 г. до 6% В 1975 г. [142а].

Капитальные вложения в угольные шахты примерно в 20 раз выше, чем при добыче эквивалентного количества нефти и при­родного газа. Эксплуатационные расходы при использовании природного газа, кроме того, в 3—5 раз меньше, чем при приме­нении нефти. Доставка природного газа не требует специальных транспортных средств, а стоимость газопроводов составляет лишь небольшую часть стоимости железных дорог, необходи­мых для доставки угля. Капитальные затраты на газопроводы окупаются в среднем за 3—5 лет. Однако при использовании газопроводов цементная промышленность полностью зависит только от одного поставщика.

Читайте также:  Цементные эндопротезы срок службы

Стоимость отделения для подготовки угля на цементном за­воде приближается к 15—20% стоимости всего оборудования. Применение природного газа значительно выгоднее, так как не требует оборудования для его подготовки и хранения.

Подготовка 1 т угля и помол до 8—10% остатка на сите 0,09 мм связаны со следующими энергозатратами, кВт-ч: суш­ка— 2,0, помол — 25,0, обеспыливание— 1,5, транспортировка и прочее—5,0, потери трансформаторной подстанции — 2,5; ито­го 36 кВт-ч.

Несмотря на зависимость от теплоты сгорания угля, можно в среднем принять, что отношение клинкер: уголь равно 4:1. Таким образом, дополнительный расход энергии по сравнению с природным газом составляет 36/4 = 9 кВт-ч на 1 т клинкера.

При переводе цементных заводов с угля на природный газ возможно снижение стоимости производства цемента примерно на 8—10%. Одновременно выработка цемента на одного рабо­чего возрастает на 6—8%.

Поскольку при сжигании природного газа и нефти практиче — ‘ ски не образуется зола, проще приготовить подходящую сырье­вую смесь. Неоднородности химического состава смеси, связан­ные с колебаниями зольности угля-, полностью исключаются, что повышает качество цемента.

В табл. 19.1 приведены данные о расходе трех видов топли­ва при производстве цемента в США при мокром и сухом техно­логических процессах.

В табл. 19.2 приведены данные о расходе различных видов топлива на единицу массы цемента, произведенного в США в 1975 г.

Таблица 19.1. Расход топлива в зависимости от способа производства цемента (США, 1975 г.)

Источник

Газ для цементной промышленности

Производство цемента требует значительного количества энергии – затраты на энергоносители составляют около 35–40 % от себестоимости конечного продукта, причём доля непосредственно топлива превышает половину этой величины. В Российской Федерации доля энергоносителей в себестоимости составляет 50–57 %.

Рост себестоимости производства и экологическое законодательство всего лишь два из главных факторов, обуславливающих соответствующим образом модифицировать процесс обжига клинкера. Пути совершенствования производства цемента преимущественно заключаются в изменении вещественного состава сырья и конечного продукта (использование техногенного сырья, выпуск смешанных цементов и др.) и повышении эффективности теплопередачи в обжиговых агрегатах. Большой популярностью в настоящее время пользуется строительство новых технологических линий сухого способа производства и использование альтернативных видов топлива и различных топливосодержащих отходов.

В большинстве вращающихся печей для производства клинкера сейчас используют традиционные виды топлива, такие как газ, мазут, различные виды угля и нефтекокс. Необходимая теплотворная способность может быть обеспечена путем смешивания какого-либо первичного (с высоким содержанием летучих углеводородов) и низкокалорийного альтернативного топлива.

Для сжигания в цементных печах используются практически все виды отходов производства и жизнедеятельности человека [1, 4]:

Значительный интерес представляет использование вторичных энергоресурсов и повышение эксергетического уровня первичного топлива. Перспективным направлением снижения энергопотребления является разработка технологии глубокого использования теплоты исходного топлива, в частности получение синтетического горючего (синтез-газа (СГ)) методом химической конверсии исходного топлива. СГ (смесь H2 и CO) – универсальное горючее, которое получают из различных видов органического топлива и используют в качестве сырья для производства многих химических продуктов [2]. Сравнительный термодинамический анализ процессов сжигания первичного и конвертированного топлива показывает, что величина необратимых потерь в процессе сжигания топлива в последнем случае также меньше [3]. Более того, при сжигании синтез-газа уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу.

Увеличение энергетической эффективности в промышленности всегда рассматривалось как одна из научно-технических задач инженеров и ученых, и сейчас эта проблема приобретает первоочередной приоритет. Встает необходимость рассмотрения не только количества энергии, когда ее потребление оптимизируется, но также и ее качества. Одинаковые в количественном отношении энергетические потоки обладают разной технико-экономической ценностью [7].

Эксергией называют возможность энергии любого типа производить работу в окружающей среде, т.е. эксергия является мерой качества используемой энергии.

СГ позволяет поднять эксергетический потенциал применяемого первичного топлива.

Рассмотрим стандартный процесс горения топлива и сжигание этого же топлива, предварительно конвертированного в СГ. Учитывая, что на 97 % всех цементных заводов РФ в качестве топлива используется природный газ, в настоящей работе исследования проводились для природного газа, представленного преимущественно метаном, для сравнительного анализа проведены расчеты и для твердого топлива – угля. Так горение 1 м3 природного газа теплотворной способностью 36078 кДж/м3, с необходимым количеством воздуха 10,3 м3 при температуре 25 °С в сумме даёт 14 кг отходящих газов с общим количеством теплоты 36454 кДж и температурой 1943 °С. Теперь рассмотрим процесс пароводяной конверсии природного газа (уравнение 1), прежнего состава, и сжигание продуктов конверсии.

Читайте также:  Строительный калькулятор расход цемента

CH4 +H2O(ж) ↔ CO + 3H2 – 11875 кДж. [1]

Реакция 1 производится при температуре 900 °С. Количество СГ на выходе составляет 4 м3 или 1,6 кг, с теплотой сгорания 11145 кДж/м3 и физической теплотой 1210 кДж/м3. При сгорании образуется 14,8 кг отходящих газов с теплотой 50050 кДж и температурой 2355 °С.

Эксергия смеси раскаленных газов находится согласно следующей формуле:

[2]

где Н – энтальпия газового потока, кДж; T0 – температура окружающей среды, °С; T – температура газов, °С.

Следовательно, эксергия природного газа составит 31552 кДж, а конвертированного топлива – 44374 кДж. Таким образом, прирост эксергии составляет 12822 кДж или 41 %.

Расчет для твердого топлива показал, что эксергия угля составляет 34274 кДж, синтез-газа, произведенного из данного топлива 50401 кДж. Работоспособность конвертированного топлива увеличилась на 16127 кДж или 47 %.

При сравнении эксергии конвертированного топлива и природного газа, в одинаковых начальных условиях, при температуре окружающей среды (25 °С), получаем: эксергия синтез-газа, произведенного из 1 м3 природного газа, составляет 39721 кДж, т.е. прирост работоспособности 8169 кДж или 26 %; эксергия синтез-газа, полученного из 1 кг угля, соответственно равна 45188 кДж, прирост эксергии – 10914 кДж (32 %).

Получение СГ протекает с высоким потреблением тепла, что обусловливает возможность использования данного эндотермического процесса в аппаратах для охлаждения клинкера. Так, в холодильном оборудовании будут осуществляться физико-химические процессы, начиная от элементарного нагрева теплоносителей и кончая эндотермическими реакциями. Одним из теплоносителей является углеводородное топливо, а источником энергии для проведения физико-химических превращений – утилизируемое тепло клинкера. Рассматриваемая технология выполняет не только функцию охлаждения клинкера, но служит одновременно системой подготовки нового модифицированного топлива [3].

Возможность получения СГ в слое клинкера была исследована на экспериментальной установке. Осуществление реакции конверсии топлива контролировалось по отсутствию в отходящих газах опытной установки углеводородов и наличию CO. Было установлено, что при атмосферном давлении в высокотемпературной зоне клинкерного холодильника возможно получение СГ при температуре 800–850 °С без катализатора [6].

Рассмотрим расчёты материальных и тепловых балансов на примере обжига цементного клинкера по сухому способу производства. Использовались следующие исходные данные: топливо – природный газ; влажность сырьевой смеси – 5 %; температура окружающей среды – 25 °С; для конверсии топлива использовалась вода в жидком состоянии; температура конверсии – 900 °С.

Получение СГ осуществляется в высокотемпературной зоне холодильника, куда в слой клинкера подается смесь природного газа и воды. Количество реагентов, а также продуктов конверсии определяется из потребного расхода тепла на проведение реакции и исходного тепла клинкера из печи. Недостаток теплоты для обжига покрывается подачей второй части топлива непосредственно в печь. Таким образом, приход тепла в печную систему разбит на две части: получение и сжигание СГ и прямое сжигание природного газа. Так объёмная доля СГ от общего количества топлива на обжиг составляет 90 % или 0,221 м3/кг кл. и соответственно природного газа – 10 % (0,024м3/кг кл).

Для сравнения расчетных данных обжига клинкера стандартным способом и с предварительной конверсией топлива задавались идентичные параметры производительности печи и температуры отходящих газов. Потери тепла от корпуса печи принимались – 6 % от суммы приходных статей теплового баланса. Результаты расчетов представлены в табл. 1, 2.

Расчеты показали, что при использовании в клинкерном холодильнике способа конверсии топлива исключаются потери тепла с аспирационным воздухом и увеличивается общий возврат тепла в печь, вследствие чего КПД холодильника возрастает на 10–15 %. Количество и состав отходящих газов меняется следующим образом (табл. 1): снижаются

Источник