Модернизация системы энергоснабжения цементного завода

КАФЕДРА "Промышленная теплоэнергетика"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

"Энергосбережение промышленных предприятий"

Модернизация системы энергоснабжения цементного завода

Выполнил

студент гр. 05–ПТЭ

Тимошенко О.С.

Преподаватель доц., к.т.н.

Стребков А.C.

Брянск 2009

Содержание

Введение

1. Производительность работы вращающихся печей

1.1 Расчет печного агрегата 4´150

2. Определение потребления газа цементным заводом

2.1 Методика расчета состава сырьевой смеси для производства цемента

2.2 Материальный баланс вращающейся печи

2.2.1 Расход материалов

2.2.2 Приход материалов

2.3 Тепловой баланс вращающейся печи

2.3.1 Химический состав топлива

2.3.2 Приход теплоты в печь при обжиге

2.3.3 Расход теплоты из печи при обжиге

2.3.4 Расход газа на производство 1 килограмма клинкера

2.4 Расчет производства клинкера заводом

2.5 Расчёт производства цемента заводом

2.6 Расчет потребления газа печами цементного завода

3. Потребление воздуха на заводе

4. Потребление электроэнергии

5. Расчет потребления оборотной воды заводом

6. Разворот мазутного хозяйства

6.1 Расчет расход мазута на печи

6.2 Расчет расхода пара на обогрев мазута

6.3 Расчет расхода мазута на котельную

Заключение

Введение

Объектом исследования данного курсового проекта является цементный завод, а также его энергетические потоки.

Актуальность работы связана с тем, что цемент является основным материалом для индустриального строительства. Бережливое использование энергоресурсов – одна из важнейших задач народного хозяйства. Высокие темпы производства обуславливают необходимость проведения деятельности энергосбережения для сокращения трудовых и экономических затрат. Для цементной промышленности как наиболее топливно-энергоемкой отрасли эта проблема имеет особенно важное значение.

Целью моего курсового проекта является предложение оптимального мероприятия по снижению энергопотребления цементного.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Определение часовой производительности вращающихся печей, установленных на цементном заводе.

Производительность печи зависит от геометрических размеров, температуры уходящих газов, влажности шлама и толщины футеровки, которая снижается по мере износа.

2. Определение потребления газа цементным заводом.

Для решения задачи необходимо составить подекадный график работы печных агрегатов и определить расход условного топлива на производство 1 кг клинкера.

3. Расчёт мазутного хозяйства на цементном заводе.

1.  Производительность работы вращающихся печей   1.1 Расчет печного агрегата 4´150

1.Определение цепной завесы

;

2.Площадь цепной завесы

;

3.Площадь футеровки печи

,

4. Площадь ячейковых теплообменников

5.Часовая производительность печного агрегата

F_тп=F_ц.з.+ F_ф.п=1269,5+1582,56=3024,8м²;

,

где W^c=36% – влажность сырьевой смеси;

t_ух=180^оС – температура уходящий газов;

1.2 Расчет печного агрегата 3,6´150

1.Определение цепной завесы

;

2.Площадь цепной завесы

;

3.Площадь футеровки печи

,

4.Часовая производительность печного агрегата

F_тп=F_ц.з+ F_ф.п=1315,5+1422,4=2737,9м²;*

*

2.  Определение потребления газа цементным заводом   2.1 Методика расчета состава сырьевой смеси для производства цемента

Основные модули, характеризующие клинкер:

Глиноземный модуль р=1,82 (0,9…2,0);

Кремнеземистый модуль n=2,86 (1,9…3,0);

Коэффициент насыщения клинкера КН=0,94 (0,84…0,96).

Сухая сырьевая смесь с добавками, % : Глина – 17,5%; Мел – 82,5%.

Таблица 1

Молярная масса компонентов, кмоль
СаСО3	100,00
СаО	56,00
MgСО3	84,32
MgО	40,32
CО2	44,00
Н2О	18,00

Таблица 2 Химический состав сухого сырья

	Химический состав мела из карьера		Химический состав глины из карьера		Желез. Добавка		Глиноземистые добавки
	%	гр.	%	гр.	%	гр.	6,69	0,34
Fe2O3	0,54	4,46	5,45	9,54	73,60	3,64	57,02	2,90
Ae2O3	0,97	8,00	12,41	21,72	4,26	0,21	17,97	0,91
SiO2	3,42	28,22	66,26	115,96	15,49	0,77	0,15	0,01
CaO	52,82	435,77	3,75	6,56	1,45	0,07	0,11	0,01
MgO	0,35	2,89	1,58	2,77	1,30	0,06	0,24	0,01
ППП	41,88	345,51	9,10	15,93	2,56	0,13	17,82	0,91
прочее	0,02	0,17	1,45	2,54	1,34	0,07	0,50	0,03
Мел+магнезит	95,05	784,16	10,00	17,50	5,31	0,26	-	-
Влажность	22,96	189,42	21,64	37,87	-	-	-	-
Гидрат. Вода	-	-	4,43	7,75	-	-	2,90	2,90%
Масса компонента	82,50	825,02	17,50	175,02	0,60	4,95	5,08	5,09

1. Масса оксида железа в меловом шламе с добавкой

2. Масса оксида железа в глиняном шламе.

3. Химическое содержание оксида железа в меловом шламе с добавкой.

4. Масса оксида железа в готовом шламе

5. Химическое содержание оксида железа в готовом шламе

6. Потери при прокаливании

6.1. Потери при прокаливании в меловом шламе с добавкой:

где , - молярные массы СаСО и СаО соответственно в г/моль.

где, , - молярные массы MgСО и MgО соответственно в г/моль.

6.2. Потери при прокаливании в глиняном шламе:

6.3. Потери при прокаливании в готовом шламе:

где , -доли мела и глины в готовом шламе соответственно.

г

7. Масса шлама, приходящаяся на 1 кг клинкера

1010,03г шлама 1010,03-М_ППП

х г шлама  1000 г клинкера

8. Масса клинкера, получаемая из 1 кг шлама

9. Химическое содержание оксида железа в клинкере

Все оставшиеся компоненты сухой смеси рассчитываются по подобию выше изложенных формул и заносятся в таблицу 3.

Таблица 4

Вещество	Шлам план (без добавок)				Мел + добавки				Глина + добавки
Fe2O3	Химический состав, %	1,40%	Масса компонента, гр	14,00	Химический состав, %	0,98%	Масса компонента, гр	8,10	Химический состав, %	5,49%	Масса компонента, гр	9,88
Al2O3		2,97%		29,72		0,99%		8,21		13,67%		24,62
SiO2		14,42%		144,18		3,49%		28,99		64,89%		116,87
CaO		44,23%		442,33		52,51%		435,84		3,65%		6,57
MgO		0,57%		5,66		0,36%		2,95		1,54%		2,78
ППП (CO2+H2O)		36,14%		361,44		41,64%		345,64		8,85%		15,94
прочее		0,27%		2,71		0,03%		0,24		1,92%		3,45
Масса компонента, гр		1000,00		1000,04		829,95		829,97		180,08		180,11

Вещество	Шлам факт (+добавки)				Клинкер
Fe2O3	Химический состав, %	1,78%	Масса компонента, гр	17,98	Химический состав, %	2,77%	Масса компонента, гр	17,98
Al2O3		3,25%		32,83		5,06%		32,83
SiO2		14,44%		145,86		22,49%		145,86
CaO		43,80%		442,41		68,22%		442,41
MgO		0,57%		5,73		0,88%		5,73
ППП (CO2+H2O)		35,80%		361,58		-		-
прочее		0,37%		3,69		0,57%		3,69
Масса компонента, гр		1010,03		1010,08		648,45		648,50

2.2 Материальный баланс вращающейся печи   2.2.1 Расход материалов

1.Теоретический расход сухого сырья на 1 килограмм клинкера

, кг/кг,

где ППП – потери при прокаливании, %.

2.Практический расход сухого сырья

где З – зольность топлива (газа), %.

3.Практический расход шлама

где W – влажность шлама, %.

4.Полный пылеунос из печи

где – степень пылеуноса, %.

Принимаем

=4%.

 

5.Возвратный пылеунос

 кг/кг,

где .

– степень возврата пылеуноса, %.

6.Безвозвратный пылеунос

кг/кг.

2.2.2 Приход материалов

1.Выход клинкера

кг.

2.Содержание мела в сырьевой смеси

%,

где и – молярные массы карбоната и оксида кальция, кг/моль;

CaO – содержание оксида кальция в шламе, %.

3.Содержание магнезита в сырьевой смеси

%,

где и – молярные массы карбоната и оксида магния, кг/моль;

MgO – содержание оксида магния в шламе, %.

4.Содержание углекислого газа, в карбонатных и магнезиальных компонентах сырьевой смеси, в связанном виде

%,

где – молярная масса двуокиси углерода, кг/моль.

5.Выход углекислого газа при декарбонизации сырьевой смеси

 

, кг/кг.

6.Расход мела в сырьевой смеси

 

=, кг/кг.

7.Расход магнезита в сырьевой смеси

 

, кг/кг.

8.Выход гидратной воды

 

, кг/кг.

9.Выход физической воды из шлама

 

, кг/кг.

Изменение влажности в течении года представлено в табл. 5

Таблица 5 Изменение влажности в течении года

Время года	Влажность шлама, %
Зима	42
Весна	38
Лето	36
Осень	39

  2.3 Тепловой баланс вращающейся печи   2.3.1 Химический состав топлива

Химический состав топлива, поступающего в печь:

В качестве топлива используется газ из газопровода "Щебелинка-Брянск-Москва" с техническими данными, приведенными в таблице 6:

Таблица 6

Химический состав топлива, %
СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С2Н4	N2	Н2О	Σ
94,1	3,10	0,60	0,20	0,80	-	1,20	-	100

Химический состав топлива с учетом влажности приведен в таблице 7:

Таблица 7

Химический состав топлива с учётом влажности, %
СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С2Н4	N2	Н2О	Σ
92,90	3,10	0,60	0,20	0,80	-	1,20	1,2	100,00

Зольность топлива примем 0,0 %.

Теплота сгорания топлива с учетом его влажности

 

Состав сухого воздуха, используемого для горения топлива, примем как азота N2 – 79%, кислорода O2 – 21%.

Теоретический расход сухого воздуха на горение

м3/м3.

 

Теоретический расход влажного атмосферного воздуха

м3/м3,

где d – влажность атмосферного воздуха, г/м3.

Действительный расход сухого воздуха

, м3/м3,

где αизб – коэффициент избытка атмосферного воздуха, назначается из опыта эксплуатации печей данного типа. Диапазон принимаемых значений αизб=1,03..1,08.

Действительный расход влажного атмосферного воздуха

, м3/м3.

2.3.2 Приход теплоты в печь при обжиге

Химическая теплота горения топлива

, кДж/кг,

где – удельный расход топливного газа на производство 1 килограмма клинкера, м3/кг.

Физическая теплота топлива, подаваемого в печь

, кДж/кг,

где  – объемная теплоемкость топлива при p=const, кДж/(кг· °С);

 – температура газа в горячем конце печи, °С.

Физическая теплота шлама, подаваемого в печь

, кДж/кг,

где ,  – энтальпии сырья (шлама) и воды, поступающих в печь, кДж/кг;

, – массовые расходы сырья и воды, кг/кг.

Физическая теплота воздуха, подаваемого в печь

где β – доля первичного воздуха (не более 0,30), кДж/кг;

 – объемная теплоемкость воздуха при p=const, кДж/(кг· °С);

, – температура первичного и вторичного воздуха на входе в печь, °С.

Значения физической теплоты воздуха в течении года приведены в таблице 9.

Всего приход теплоты в печь при обжиге 1 кг клинкера

кДж/кг.

2.3.3 Расход теплоты из печи при обжиге

Затраты теплоты на клинкерообразование:

, кДж/кг.

Т.е.  – теплота на превращение сухого химического состава в клинкер.

Методика расчета каждого из четырех слагаемых приведена в пп. 1-4:

Расход теплоты на дегидратацию сырьевой смеси

кДж/кг,

где  – расход гидратной воды, кг/кг.

Расход теплоты на декарбонизацию карбоната кальция и магния

 кДж/кг.

Расход тепла на образование жидкой фазы

, кДж/кг.

Приход тепла при образовании клинкерного материала в ходе экзотермических преобразований реакций твердофазного синтеза

где минералогический состав обжигаемого клинкера определяется по методике:

63,30

14,73

.

Теплота на испарение физической воды

, кДж/кг,

где r – теплота парообразования, кДж/кг.

Теплота клинкера на выходе из печи

, кДж/кг,

где  – энтальпия клинкера на выходе из печи на горячем конце печи, кДж/кг.

Теплота пылеуноса

, кДж/кг,

где  – энтальпия клинкера на выходе из печи на холодном конце печи, кДж/кг.

Потери тепла от механической и физической неполноты горения топлива:

, кДж/кг,

где  – коэффициент неполноты горения,  = 0,05.

Теплота, теряемая от корпуса печи через окружающую среду

, кДж/кг,

где  – коэффициент потерь от корпуса печи,

 = 0,15..0,30.

Значение коэффициента потерь от корпуса печи зависит от температуры окружающей среды, скорости ветра, технического состояния печи.

Тепло, уносимое уходящими газами с холодного конца печи

430,8

где  – объем газа в уходящих газах, м3/м3;

– энтальпии соответствующих газов в составе уходящих газов, кДж/м3.

, где  – объемная теплоемкость газа при p=const, кДж/(м3· С0),

 =180– температура газа в холодном конце печи, °С.

Всего расход теплоты в печь при обжиге 1 килограмма клинкера

 

2.3.4 Расход газа на производство 1 килограмма клинкера