Анализ удельного электропотребления производства цемента
Одамов У.О.- Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научно-технический центр, Акционерное общество "Узбекэнерго"
Хушиев С.М. - Младший научный сотрудник Научно-технический центр, Акционерное общество "Узбекэнерго "
Analysis of certain electric consumption of cement production
Odamov U.O. - Candidate of Technical Sciences, Senior Scientific Collaborator Scientific and Technical Center, JSC "Uzbekenergo"
Hushiev S.M. - junior scientific associate Scientific and Technical Center, JSC "Uzbekenergo"
Annotation: The article discusses the issue of specific electricity consumption of cement production at the enterprise Akhangarancement JSC. The energy characteristics of the units, the group energy characteristics of the workshops and production as a whole, which are the basis for the calculation of specific power consumption, are obtained. An electric power assessment of the effect of the scheme for grinding raw materials, a quiet run, changes in the amount of raw materials processed per ton of finished products and the specific energy consumption is given, and appropriate corrections are developed for analyzing and calculating these indicators. Structural formulas of specific energy consumption for the production of clinker and cement are obtained, which enable a more complete analysis and detailed calculation of this indicator and the determination of its minimum value.
Key words: fuel and energy resources, energy saving, energy characteristics, specific energy consumption, pipe mills, rotary kilns, grinding bodies, clinker, pamol, cement.
В статье рассматривается вопрос удельного расхода электроэнергии производства цемента на предприятии АО "Ахангаранцемент". Получены энергетические характеристики агрегатов, групповые энергетические характеристики цехов и производства в целом, являющиеся основной для расчета удельного электропотребления. Дана электроэнергетическая оценка влияния схемы помола сырья, тихого хода, изменения количества перерабатываемого сырья на тонну готовой продукции и на удельный расход электроэнергии и разработан соответствующие поправки для анализа и расчета этих показателей. Получены структурные формулы удельного расхода электроэнергии на производство клинкера и цемента, которые дают возможность более полного анализа и детального расчета этого показателя, и определения его минимального значения.
Ключевые слова: топливно-энергетических ресурсов, энергосбережения, энергетических характеристик, удельных расходов электроэнергии, трубные мельницы, вращающиеся печи, мелющих тел, клинкер, памол, цемент.
цемент электроэнергия расход
Для регулирования энергосбережения и повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в цементном производстве необходимо упорядочить расход энергоресурсов и перевести энергопотребление на нормативную базу. Правильная организация нормирования расхода энергоресурсов имеет решающее значение для осуществления режима их экономии. Одним из важных факторов является наличие норм расхода топливно-энергетических ресурсов на выпускаемую промышленными предприятиями продукцию.
В данной статье рассматривается анализ удельного электропотребления производства цемента на предприятии АО "Ахангаранцемент".
Для анализа этого показателя по предприятию в целом нами проведено дифференцирование исследования по отдельным агрегатам, цехам и пределам.
Анализ проводился методом расчета и построения энергетических характеристик, представляющих собой зависимость удельных расходов электроэнергии от производительности d=f(A) и позволяющих энергетически оценить экономичность работы оборудования при различной производительности.
1. Анализ энергетических характеристик основных энергоемких агрегатов
а) Трубные мельницы
В настоящее время в цементной промышленности для определения потребляемой мощности трубных мельниц пользуются следующей формулой
где, А - часовая производительность трубной мельницы, т/час
Уиз - удельный расход мелющих тел на 1 тонну продукции (для АО «Ахангаранцемент») уго = 0,008 т/т;
1 - количество часов работы мельницы от последней догрузки, час;
ДG - снижение веса мелющих тел в результате износа, т;
в, вм - номинальный вес мелющих тел загруженных в мельницу и вес материала единовременно находящегося в мельнице, т;
К - коэффициент, зависящий от скорости вращения мельницы, от угла отрыва шаров и т.д. (для мельниц АО «Ахангаранцемент» К принят равным 0,4);
Рб - мощность, необходимая для вращения пустого барабана мельницы, (для мельниц размерами 3,0 х14м и 3,2 х15м составила 75 - 100 кВт);
Ј -дополнительная мощность, потребляемая трубной мельницей в период работы на холостом ходу, кВт;
а - коэффициент степени показательной функции.
Для построения энергетической характеристики d=f(A) трубных мельниц может быть получена с использованием формулы (1), и могут быть описаны следующей предлагаемой формулой:
Рисунок 1. Энергетические характеристики d=f(A) сырьевых мельниц размерами: 1) 2,6х13,0м 2) 3,0х14,0м 3) 3,2х15м.
а удельный расход электроэнергии при среднем весе шаров между догрузками \С = 0,5 уПн
здесь, Пн - нормированный выпуск продукции между догрузками, (т).
Для мельничных агрегатов с энергетической точки зрения наилучшим режимом работы является режим с максимально-возможной производительностью, соответствующий минимальному удельному расходу электроэнергии.
Из формулы (3) видно, что мощность зависит от геометрических размеров мельничного агрегата: чем больше его габариты, тем больше его производительность и величина потребляемой мощности. Однако, нужно заметить, что рост происходит не в прямой пропорции благодаря конструктивным особенностям агрегата. Поэтому уровни удельного расхода электроэнергии для различных типоразмеров довольно разнообразны. На рисунке 1-2 представлены энергетические характеристики d=f(A) сырьевых мельниц размерами: 1) 2,6х13,0м 2) 3,0х14,0м 3) 3,2х15м
Так, при максимально возможной производительности удельный расход электроэнергии для цементных мельниц размерами 2,0х10,5м и 3,2х15м и выше, соответственно, на 9 и 12%, чем для мельниц размерами 3,0х14,0м и 2,6х13м, которые при разных размерах имеют одинаковый уровень удельного электропотребления.
Таким образом, если для исследуемой группы мельничных агрегатов, величина мощности имеет определенную тенденцию роста с увеличением габаритов цементных мельниц, то этого нельзя сказать о величине удельного электропотребления, изменение которого практически не связано с габаритами, а зависит от соотношения потребляемой мощности и производительности. Для указанных выше типоразмеров цементных мельниц величина удельного электропотребления колеблется в пределах от 0,9 до 1,13% на каждый процент изменения их производительности.
Не столь ощутима разница в уровне удельных расходов электроэнергии для сырьевых мельниц. Так, для сырьевых мельниц размерами 3,0х14 и 3,2х15м величина удельного расхода электроэнергии при максимальной производительности выше на 2,5-3% чем для мельниц размерами 2,6х13 м.
Следовательно, при параллельной работе сырьевых мельниц различных типоразмеров отключение и включение мельничных агрегатов может осуществляться произвольно.
Снижение производительности сырьевых мельниц размерами 2,6х13м; 3,0х14м; 3,2х15м на 1,0% связано с увеличением их удельного электропотребления, соответственно на 1, 14:1,17 и 1,22%.
Из сопоставления энергетических характеристик d=f(A) (рисунок 1) видно, что энергоемкости процесса помола клинкера с добавками (у агрегатов с одинаковыми размерами) в результате различной их производительности.
б) Вращающиеся печи
Выбор мощности главного привода печи обычно [1,2] осуществляют по формуле
где, - коэффициент учитывающий мощность, которая расходуется на преодоление трения в приводном механизме;
Ь - длина печи, м;
Иоъ - радиус в свету, м;
п - число оборотов печи, об/мин;
1^ - коэффициент скольжения между цапфами роликов и вкладышами и подшипников;
Гц - радиус цапф подшипников, м;
в - общий вес вращающейся части печи, т;
0$ - диаметр бандажей, м;
ц - диаметр опорных роликов, м;
Как видно из формулы (5) изменение оборотов вращающейся печи вызывает изменение величины потребляемой мощности агрегата. Так, при переводе печи на тихий ход, при котором прикрывается шибер дымососа.
Рисунок 2. Энергетические характеристики d=f(A) вращающихся печей различных типоразмеров: 1) 3,6х150м; 2) 4,0х150м; 3) 4,5х170м; 4) 4,5х170м; 5) 5,0х185м.
Снижение мощности главного привода составляет 21% (40 кВт), а дымососа - 35% (260 кВт).
Расчетную формулу удельного расхода электроэнергии d=f(A) агрегата вращающейся печи можно получить из формулы (5)
Из рисунка 2 видно, что уровень удельного расхода электроэнергии зависит от типоразмеров печного агрегата. Для печных агрегатов отклонения удельных показателей электропотребления более значительны, чем для мельничных агрегатов. Эти отклонения при полной производительности печей достигают 50% (рисунок 2).
Так как мощность, потребляемая печным агрегатом, как уже отмечалось, не зависит от производительности (5=0), то числитель уравнения (6) является постоянной величиной (Ро') и рекомендуемая расчетная формула удельного расхода электроэнергии приобретает следующий упрощенный вид:
Из рисунка 2 видно, что наименьший удельный расход электроэнергии наблюдается у печного агрегата 4,0х150м.
Очевидно, его геометрические размеры, электрические мощности, а также производительности этих печей находятся в оптимальных соотношениях. Этого нельзя сказать с другими типоразмерами: печные агрегаты, имеющие размеры ниже и выше 4,0х150м при максимально-возможной производительности имеют повышение удельного расхода электроэнергии.
Таким образом, уровень удельного расхода электроэнергии для большинства энергоемких агрегатов цементного производства зависит, кроме производительности, от их типоразмеров. Здесь надо заметить, что в ряде случаев агрегаты одного и того же типоразмеров могут иметь различные удельные расходы вследствие некачественного монтажа, сборки, тепловых деформаций и т.д.
в) Анализ энергетических характеристик сырьевого цеха
Количество работающих в сырьевом цеху агрегатов определяется производительностью цеха.
На ряде предприятий установлены мельничные агрегаты, различных типоразмеров или однотипные, но с различной потребляемой мощностью, а соответственно, и с различными удельным расходом электроэнергии.
В этом случае рациональный режим параллельной работы технологических агрегатов может быть представлен в виде групповой энергетической характеристики d=f(A). По этой групповой характеристике видно, что удельные расходы электроэнергии, соответствующие максимально возможной производительности агрегатов, практически постоянны (точки а', б', в', на графике рисунок 3). Разница между удельным расходом электроэнергии самой экономичной сырьевой мельницей №1 и менее экономичной мельницей №6 составляет 2,7%. Режим работы с пониженной производительностью любого из мельничных агрегатов приводит к увеличению удельного электропотребления по гиперболической кривой (аа', бб',вв', и т.д) в зависимости от количества работающего при этом технологического оборудования.
Рисунок 3. Групповые энергетические характеристики ё=/(Л) агрегатов сырьевых цехов.
При режиме работы всех сырьевых мельниц с пониженной производительностью удельный расход электроэнергии изменяется по пунктирной кривой е'еЕ. При режиме работы мельничных агрегатов с пониженной и максимально возможной производительностью значения удельного расхода электроэнергии располагаются выше пилообразной кривой и заключено в область, ограниченную этой и пунктирной кривой.
Зона энергетической характеристики, ограниченна и пилообразной кривой (аа', бб', сс'^', ее') дает нам минимум удельного расхода электроэнергии при изменении производительности. Этот минимум сам может отклоняться по кривым аа', бб', вв' и т.д. в зависимости от изменения производительности агрегатов, связанной с принятой схемой помола, титром известняка и другими различными причинами.
В условиях эксплуатации изменение удельного расхода электроэнергии носит случайный характер, связанный с технологическими процессами и случайными воздействиями.
Вследствие этого фактического значения удельного электропотребления располагаются выше пилообразной кривой.
Нами предложено влияние на удельные показатели цехов химического (титр) и гранулометрического состава сырья, стабилизации его подачи, конструктивных отличий сырьевых мельниц износа бронеплит, схемы корректировки, тонкости помола сырья и т.д.
Рассмотрим влияние некоторых из перечисленных факторов на удельный расход электроэнергии.
Гранулометрический состав и стабилизация подачи сырья, конструктивные отличия мельничных агрегатов.
Производительность сырьевой мельницы зависит от гранулометрического состава (крупности) размалываемого материала, чем мельче размалываемый материал и однородные по крупности, тем выше производительность и соответственно меньше удельный расход электроэнергии на единицу продукции.
Повышению производительности способстует стабилизация подачи сырья. Одним из способов стабилизации подачи сырья является прменение универсальной системы автоматического регулирования мокрого помола, позволяющей повысить производительность мельниц на 4%. Установка гидроклассификаторов на сырьевых мельницах также приводит и увеличению производительности на 40%. Нами установлено, что при этом удельный расход электроэнергии снижается, соответственно, на 0,7 кВт.ч/т (3,8%) и кВт.ч/т (30%).
Соотношение различных видов мелющих тел в мельнице
В процессе эксплуатации наблюдались случаи работы сырьевых мельниц, с загрузкой в качестве мелющих тел только шарами. По данным АО "Ахангаранцемент" это вызывает снижение производительности на 26,8 т/час по сравнению с производительностью мельницы, загруженной шарами и цильпебсом. К тому же, при этом согласно выполненному анализу удельный расход электроэнергии увеличивается на 9,7 кВт.ч/т или 54%.