ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В энергетике существуют две важнейшие проблемы, решению которых уделяется большое внимание во всем мире: экономия топливно-энергетических ресурсов и охрана окружающей среды. Доля природного газа в мировом топливно-энергетическом балансе неуклонно повышается и по расчетам специалистов к 2030 г. увеличится втрое. Наша страна обладает большими запасами топлива, но и они не бесконечны, поэтому необходимо стремиться к снижению топливных затрат за счет проведения на промышленных предприятиях, потребляющих 35% всего добываемого газа, эффективных энергосберегающих мероприятий.
Промышленность строительных материалов является одним из крупнейших потребителей природного газа. Предприятия этой отрасли имеют весьма разнообразную структуру потребления энергии ввиду разнообразия выпускаемых изделий и материалов.
Анализ себестоимости извести показывает, что основные затраты (≈70%) приходятся на сырье и топливо, 15–20% составляют амортизационные отчисления и затраты на ремонт оборудования, все остальные расходы не превышают 10–15% себестоимости [1]. Отсюда видно, что для снижения себестоимости необходимо сокращать расходы сырья и топлива, уменьшать капитальные вложения при строительстве новых печей. Говоря об экономии сырья, прежде всего, необходимо иметь в виду наиболее полное использование добытого полезного ископаемого, т.к. известь применяется не только в строительной, но и во многих других отраслях промышленности. Например, 75% всей извести, потребляемой химической промышленностью, используется для производства соды. Хорошее качество углекислого газа, образующегося при обжиге извести, т.е. высокое содержание его в газах, отходящих из печи, имеет для содового производства даже большее значение, чем качество жженой извести.
Чтобы достичь практических результатов, необходимо хорошо знать теорию процессов и накопленный практический опыт повышения эффективности использования топлива. В основе рационального теплового процесса должен лежать только рациональный технологический процесс.
При обжиге известняка требуется соблюдение ряда условий: высокое содержание СО2 в отходящих газах; чистота, цвет и другие качества жженой извести, при одновременном соблюдении высоких технико-экономических показателей. При производстве извести практически на всех стадиях можно уменьшить расход топлива.
Существуют несколько направлений по энергосбережению при производстве извести во вращающихся печах:
Экономия топлива за счет уменьшения всех видов тепловых потерь при эксплуатации вращающихся печей. Например, поддержание оптимального режима сжигания топлива с коэффициентом избытка воздуха, близким к единице. Правильная дозировка воздуха и топлива при обжиге извести имеет большое значение. С увеличением избытка воздуха резко уменьшается температура зоны обжига, а при большом избытке воздуха – может настолько снизиться, что процесс разложения СаСО3 вообще прекратится, и возрастут потери тепла в отходящих газах. Поэтому ни в коем случае не следует подавать в печь больше воздуха, чем это необходимо для обеспечения нормального горения топлива. Недостаток же воздуха приводит к неполноте сгорания, т.е. повышению содержания СО в газе, что в свою очередь обусловливает значительное увеличение расхода топлива.
Обжиг известняка во вращающихся печах с применением в качестве топлива смеси коксовой пыли и природного газа, в результате чего утилизируются отходы коксового производства, экономится природный газ и повышается качество обожженной извести.
Экономия топлива за счет полноты использования всех «побочных продуктов» производства извести (углекислого газа, выделяющегося не только при горении топлива, но и при обжиге известняка; тепла дымовых газов и горячего воздуха, выходящего из холодильника извести). В настоящее время жидкую углекислоту, или «сухой» лед, получают из продуктов сгорания, отводимых, как правило, от котельных установок. Содержание углекислого газа в уходящих газах котлов составляет 5-6%. При использовании продуктов сгорания, отводимых от известеобжигательных печей, где содержание углекислого газа составляет 20-25%, можно получить крупный экономический эффект.
Применение контактного экономайзера за известеобжигательной печью позволит получить еще большие преимущества:
- свести до минимума запыленность уходящих газов за печью;
- получить горячую воду, содержащую растворенный СО2, на замес силикатного кирпича, что даст увеличение прочности кирпича на 2-3%;
- получить охлажденные, очищенные продукты сгорания с содержанием до 25% СО2, что в несколько раз повысит производительность аналогичной углекислотной установки, работающей на продуктах сгорания, отводимых от котлов.
Для предотвращения быстрого забивания контактной камеры экономайзера можно предусмотреть установку перед ним гидроциклона.
Увеличение КПД печи – один из путей экономии топлива и повышение содержание СО2 в отходящих газах. Значительного повышения содержания СО2 в отходящих газах можно достигать уменьшением количества азота, поступающего в печь с воздухом. Уменьшение количества воздуха, необходимого для процесса горения, невозможно. Поэтому единственным мероприятием, обеспечивающим уменьшение количества азота, поступающего в печь, является подача в нее воздуха, обогащенного кислородом. Содержание кислорода в этом обогащенном воздухе доходит до 42%, при этом содержание СО2 в газах, отходящих из печи, доходит до 60%.
Для обеспечения непрерывности процесса разложения необходимо в течение всего периода обжига поддерживать температуру, требуемую для начала разложения, т.к. в противном случае процесс разложения прекратится. В самом деле, при нагреве известняка до температуры разложения углекислого кальция постепенно будет образовываться некоторое количество СаО и СО2. Процесс разложения СаСО3 сопровождается расходом некоторого количества тепла, и если извне не будет подводиться тепло в количестве, необходимом для покрытия расхода, связанного с разложением СаСО3, то температура куска известняка понизится, и реакция разложения прекратится, т.е. прекратится и процесс обжига известняка.
Объем выделяющегося при разложении известняка СО2 во много раз больше объема углекислого кальция. По теоретическим расчетам 1 кг известняка выделяет такое количество СО2, объем которого при 900 ОС и атмосферном давлении составляет 962 л, а при температуре 1200 ОС – 1200 л [2].
Таким образом, нужно стремиться к поддержанию температур, необходимых для процесса разложения. Температура обжига является основным фактором, определяющим производительность известково-обжигательной печи.
Если на сжигание топлива подавать подогретый воздух, то физическая теплота его вносится в процесс горения и в результате уменьшается расход топлива. Следует обратить внимание также на то, что каждая единица теплоты, вносимая с подогретым воздухом, идущим на сжигание топлива, более ценна, чем полученная от горения топлива, поскольку только часть последней используется в рабочем пространстве агрегата, а другая часть (нередко бóльшая) уходит с отходящими газами. Скорость горения газовоздушных смесей растет с повышением их температуры; пределы воспламенения также расширяются, что улучшает процесс выгорания горючих составляющих и уменьшает необходимые расходы воздуха. Даже при сжигании такого высококалорийного газа, как природный, для создания интенсивного нагрева необходимо подавать нагретый до 300-400оС воздух; подогрев газа большей частью нецелесообразен ввиду его меньшего объема по сравнению с объемом воздуха.
Наличие влаги в пределах, в каких она обычно бывает в известняке, практически не влияет на процесс обжига, но присутствуя в больших количествах, она вызывает увеличение расхода топлива и снижает концентрацию СО2 в отходящих газах, что очень важно для ряда отраслей промышленности, использующих СО2. Установлено, что каждый процент влаги снижает концентрацию СО2 в отходящих газах на 0,24%. В зимнее время влияние влажности сырья становится еще более неблагоприятным, так что может возникнуть необходимость сушки мела с использованием при этом тепла отходящих печных газов.
Изменение состава отходящих газов в зависимости от содержания влаги в известняке
Проанализировав данные диаграммы, видим, что с увеличением влажности известняка содержание СО2, необходимого для других производств (например, содового производства) падает, а содержание СО, N2 и О2 увеличивается, что неблагоприятно сказывается на окружающую среду. Следовательно, необходимо стремиться к уменьшению содержания влаги в известняке.
Из ранее изложенного можно сделать вывод, что существует большое количество способов по снижению энерго- и топливозатрат при производстве извести, имеющих свои сильные и слабые стороны. Однако, наибольший экономический эффект даст способ, основанный на комплексном (ступенчатом) использовании теплоты продуктов сгорания и полном использовании всех «побочных продуктов» производства извести.
http://www.scienceforum.ru/2013/59/2481
|
