КАФЕДРА «Промышленнаятеплоэнергетика»
КУРСОВОЙПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
«Энергосбережениепромышленных предприятий»
Модернизациясистемы энергоснабжения цементного завода
Выполнил
студент гр. 05–ПТЭ
Тимошенко О.С.
Преподавательдоц., к.т.н.
Стребков А.C.
Брянск 2009
Содержание
Введение
1. Производительность работывращающихся печей
1.1Расчет печного агрегата 4´150
2. Определение потребления газацементным заводом
2.1 Методикарасчета состава сырьевой смеси для производства цемента
2.2Материальный баланс вращающейся печи
2.2.1 Расход материалов
2.2.2 Приход материалов
2.3Тепловой баланс вращающейся печи
2.3.1 Химический составтоплива
2.3.2 Приход теплоты впечь при обжиге
2.3.3 Расход теплоты изпечи при обжиге
2.3.4 Расход газа напроизводство 1 килограмма клинкера
2.4Расчет производства клинкера заводом
2.5Расчёт производства цемента заводом
2.6Расчет потребления газа печами цементного завода
3. Потребление воздуха на заводе
4. Потребление электроэнергии
5. Расчет потребления оборотной водызаводом
6. Разворот мазутного хозяйства
6.1Расчет расход мазута на печи
6.2Расчет расхода пара на обогрев мазута
6.3 Расчетрасхода мазута на котельную
Заключение
/>Введение
Объектом исследования данногокурсового 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 народногохозяйства. Высокие темпы производства обуславливают необходимость проведениядеятельности энергосбережения для сокращения трудовых и экономических затрат.Для цементной промышленности как наиболее топливно-энергоемкой отрасли этапроблема имеет особенно важное значение.
Целью моего курсового проектаявляется предложение оптимального мероприятия по снижению энергопотребленияцементного.
Для достижения поставленной целинеобходимо решить ряд задач:
1. Определение часовойпроизводительности вращающихся печей, установленных на цементном заводе.
Производительность печи зависит отгеометрических размеров, температуры уходящих газов, влажности шлама и толщиныфутеровки, которая снижается по мере износа.
2. Определение потребления газацементным заводом.
Для решения задачи необходимосоставить подекадный график работы печных агрегатов и определить расходусловного топлива на производство 1 кг клинкера.
3. Расчёт мазутного хозяйства нацементном 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 печногоагрегата
Fтп=Fц.з.+ Fф.п=1269,5+1582,56=3024,8м2;
/>,
где Wc=36% – влажность сырьевой смеси;
tух=180оС – температурауходящий газов;
1.2 Расчет печного агрегата 3,6´150
1.Определение цепной завесы
/>;
2.Площадь цепной завесы
/>;
3.Площадь футеровки печи
/>,
4.Часовая производительность печногоагрегата
Fтп=Fц.з+ Fф.п=1315,5+1422,4=2737,9м2;*
*/>
2. Определение потребления газа цементным заводом/> 2.1 Методика расчета состава сырьевойсмеси для производства цемента
Основные модули, характеризующиеклинкер:
Глиноземный модуль р=1,82 (0,9…2,0);
Кремнеземистый модуль n=2,86 (1,9…3,0);
Коэффициент насыщения клинкераКН=0,94 (0,84…0,96).
Сухая сырьевая смесь с добавками, %:Глина – 17,5%; Мел – 82,5%.
Таблица 1Молярная 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 сухогосырья 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 меловомшламе с добавкой
/>
2. Масса оксида железа в глиняномшламе.
/>
3. Химическое содержание оксидажелеза в меловом шламе с добавкой.
/>
4. Массаоксида железа в готовом шламе
/>
5. Химическое содержание оксидажелеза в готовом шламе
/>
6. Потери при прокаливании
/>
6.1. Потери при прокаливании вмеловом шламе с добавкой:
/>
где />, /> — молярные массы СаСО/>и СаО соответственно вг/моль.
/>
где, />, /> — молярные массы MgСО/>и MgО соответственно в г/моль.
/>
6.2. Потери при прокаливании вглиняном шламе:
/>
/>
/>
/>
6.3. Потери при прокаливании вготовом шламе:
/>
где />, />-доли мела и глины в готовом шламесоответственно.
/>г
7. Масса шлама, приходящаяся на 1 кгклинкера
1010,03г шлама/>1010,03-МППП
х г шлама /> 1000 г клинкера
/>
8. Масса клинкера, получаемая из 1 кг шлама
/>
9. Химическое содержание оксидажелеза в клинкере
/>
Все оставшиеся компоненты сухой смесирассчитываются по подобию выше изложенных формул и заносятся в таблицу 3.
Таблица 4Вещество 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 Расходматериалов
1.Теоретический расход сухого сырья на 1 килограмм клинкера
/>/>, кг/кг,
где ППП –потери при прокаливании, %.
2.Практический расход сухого сырья
/>
где З/>– зольностьтоплива (газа), %.
3.Практический расход шлама
/>
где W/>– влажностьшлама, %.
4.Полный пылеунос из печи
/>
где />– степеньпылеуноса, %.
Принимаем
/>=4%.
5.Возвратныйпылеунос
/>/> кг/кг,
где />.
– степеньвозврата пылеуноса, %.
6.Безвозвратный пылеунос
/>кг/кг./>2.2.2 Приход материалов
1.Выход клинкера
/>кг.
2.Содержание мела в сырьевой смеси
/>/>%,
где />и />– молярныемассы карбоната и оксида кальция, кг/моль;
CaO –содержание оксида кальция в шламе, %.
3.Содержание магнезита в сырьевой смеси
/>/>%,
где />и />– молярныемассы карбоната и оксида магния, кг/моль;
MgO –содержание оксида магния в шламе, %.
4.Содержание углекислого газа, в карбонатных имагнезиальных компонентах сырьевой смеси, в связанном виде
/>/>%,
где />– молярнаямасса 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.
Изменениевлажности в течении года представлено в табл. 5
Таблица 5Изменение влажности в течении годаВремя года Влажность шлама, % Зима 42 Весна 38 Лето 36 Осень 39 /> 2.3 Тепловойбаланс вращающейся печи/>/> 2.3.1 Химическийсостав топлива
Химический состав топлива, поступающего в печь:
Вкачестве топлива используется газ из газопровода «Щебелинка-Брянск-Москва»с техническими данными, приведенными в таблице 6:
Таблица 6Химический 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 втаблице 7:
Таблица 7Химический 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
/>
Составсухого воздуха, используемого для горения топлива, примем как азота N2 – 79%,кислорода O2 – 21%.
Теоретический расход сухого воздуха на горение
/>/>м3/м3.
Теоретическийрасход 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 эксплуатациипечей данного типа. Диапазон принимаемых значений αизб=1,03..1,08.
Действительный расход влажного атмосферного воздуха
/>/>, м3/м3./>/>2.3.2 Приход теплоты в печь приобжиге
Химическаятеплота горения топлива
/>/>, кДж/кг,
где />– удельный расход топливного газана производство 1 килограмма клинкера, м3/кг.
Физическаятеплота топлива, подаваемого в печь
/>/>, кДж/кг,
где /> – объемная теплоемкость топливапри p=const, кДж/(кг· °С);
/> – температура газа в горячемконце печи, °С.
Физическаятеплота шлама, подаваемого в печь
/>/>, кДж/кг,
где />, /> – энтальпии сырья (шлама) и воды,поступающих в печь, кДж/кг;
/>,/>– массовые расходы сырья и воды,кг/кг.
Физическаятеплота воздуха, подаваемого в печь
/>/>
/>
где β – доля первичного воздуха(не более 0,30), кДж/кг;
/> – объемная теплоемкость воздухапри p=const, кДж/(кг· °С);
/>,/>– температура первичного ивторичного воздуха на входе в печь, °С.
Значения физической теплоты воздуха втечении года приведены в таблице 9.
Всегоприход теплоты в печь при обжиге 1 кг клинкера
/>кДж/кг./>/>2.3.3 Расход теплоты из печи приобжиге
Затратытеплоты на клинкерообразование:
/>, кДж/кг.
Т.е. /> – теплота на превращение сухогохимического состава в клинкер.
Методика расчета каждого из четырехслагаемых приведена в пп. 1-4:
Расход теплоты на дегидратациюсырьевой смеси
/>/>кДж/кг,
где /> – расход гидратной воды, кг/кг.
Расход теплоты на декарбонизациюкарбоната кальция и магния
/>/> кДж/кг.
Расход тепла на образование жидкойфазы
/>, кДж/кг.
Приход тепла при образованииклинкерного материала в ходе экзотермических преобразований реакцийтвердофазного синтеза
/>
/>
гдеминералогический состав обжигаемого клинкера определяется по методике:
/>/>63,30
/>/>14,73
/>
/>
/>.
Теплота наиспарение физической воды
/>/>, кДж/кг,
где r – теплота парообразования,кДж/кг.
Теплотаклинкера на выходе из печи
/>/>, кДж/кг,
где /> – энтальпия клинкера на выходе изпечи на горячем конце печи, кДж/кг.
Теплотапылеуноса
/>/>, кДж/кг,
где /> – энтальпия клинкера на выходе изпечи на холодном конце печи, кДж/кг.
Потеритепла 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 корпусапечи,
/> = 0,15..0,30.
Значение коэффициента потерь откорпуса 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 газовв составе уходящих газов, кДж/м3.
/>, где /> – объемная теплоемкость газа приp=const, кДж/(м3· С0),
/> =180– температура газа в холодномконце печи, °С.
Всегорасход теплоты в печь при обжиге 1 килограмма клинкера
/>
/> 2.3.4Расход газа на производство 1 килограмма клинкера
/>1. Расход газа напроизводство 1 килограмма клинкера
Для печи выполняется тепловой баланс:/>, кДж/кг, т.е.
/>
/>/>2. Определениерасхода условного топлива на производство 1 килограмма клинкера
/>
/>
/>
Тепловой баланс вращающейся печи сучётом удельного расхода газа представлен в табл. 8.
Таблица 8 Тепловой баланс вращающейся печиСтатьи прихода Приход теплоты в печь, кДж/кг Статьи расхода Расход теплоты в печи, кДж/кг
/> 6308
/> 1877
/> 1
/> 2291
/> 57
/> 996
/> 1022
/> 9,16
/> 7331
/> 32
/> 1262
/> 491
/> 7388
/>.2.4 Расчетпроизводства клинкера заводом
Производительность печей в течениегода меняется в зависимости от влажности шлама, температуры уходящих из печидымовых газов, и потерей от корпуса печи, кот увеличиваются в периодэксплуатации.
Общая годовая производительностьклинкера по заводу рассчитывается в зависимости от декадного графика работпечей. Подекадный график производства клинкера цементным заводом представлен нарис. 1. Суммарное производство клинкера цементным заводом составляет 4,308млн.т/год.
/>
Рис. 1. Подекадное производствоклинкера
2.5 Расчётпроизводства цемента заводом
На заводе производится цемент двухмарок ОД(без добавки) и 20Д с 20-ти %-й инертной добавкой. Основная частьклинкера идет на производство цемента марки 0Д – 80% от общего объема клинкера,на производство цемента марки 20Д идет 20% клинкера. Годовая производственнаяпрограмма цементного завода приведена. В летние месяцы (июнь-август) изклинкера госрезерва производят цемент марки ОД. Подекадное производство цементазаводом представлено на рис. 2. Всего за год завод производит 4,583 млн. т.
/>
Рис. 2. Подекадное производствоцемента заводом2.6 Расчетпотребления газа печами цементного завода
Зная расход условного топлива напроизводство 1 кг клинкера, можно определить расход газа на производствоклинкера, затрачиваемого каждым типом печей подекадно.
Для печного агрегата ПА-1 декадуянваря:
/>
Расход газа определяется для каждойпечи в каждую декаду, затем суммированием находим потребление газа всем заводомв каждую декаду.
Расход газа на производство клинкеразаводом в первую декаду января:
/>
Расход газа на производство клинкеразаводом в год будет равен 774943667 м3.
График потребления газа заводомпредставлен на рис. 3.
/>
Рис. 3. Подекадное потреблениезаводом газа
3. Потребление воздуха на заводе
Для обеспечения непрерывного процессавыпуска цемента заводу требуется сжатый воздух. Воздух необходим для помола цемента,для обеспечения процесса горения газа и насыпки цемента. Также воздух подаётсяна аэрацию шлам-бассейнов и цементных силосов. Рассчитаем необходимоеколичество воздуха для завода. Примем, что заводу необходимо воздуха в1,05…1,15 раз больше, чем газа. Тогда в первую декаду потребление воздухасоставит:
/>.
Подекадное потребление воздухапредставлено на рис. 4.
/>
Рис. 4. Подекадное потреблениевоздуха
Средний расход воздуха составляет70000 м3/ч. Для обеспечения завода необходимым количеством воздуха взаводской компрессорной установим 4 компрессора марки К500А, один из которыхрезервный. Производительность компрессора 500 м3/мин.
4. Потребление электроэнергии
Рассчитаем подекадное потреблениеэлектроэнергии заводом из условия, что на 1 тонну произведённого цементапотребляется 110 кВт электроэнергии. Для первой декады:
/>.
Подекадный график потребленияэлектроэнергии представлен на рис.5.
/>
Рис. 5.Подекадное потреблениеэлектроэнергии
5. Расчет потребления оборотной воды заводом
Используя формулы термодинамики произведемрасчет тепловых потоков.
Определим температуру после каждойступени сжатия.
· Температуравоздуха после первой ступени сжатия:
/>;
/> — температура на входе в компрессор;
/>
/> -температура воздуха после i-той ступени сжатия
/> - степень повышения давления, одинаковаядля всех трех ступеней компрессора;
/>;
Р1-начальное давление воздухаперед компрессором, Р1=1ат;
Р2-конечное давление воздухапосле компрессора, Р2= 9ат.
k =1,4 – показатель изоэнтропы длядвухатомных газов;
/> — внутренний КПД ступени;
/>;/>/>
Температура, до которой охлаждается воздухв холодильниках компрессорной станции равны 35, 40, 45 °С
Среднее снижение температуры оборотнойводы равно 4°С
Номинальная подача сжатого воздуха V=500м3/мин
/>;
· Перепад энтальпийвоздуха в первом промежуточном холодильнике:
/>
· Температуравоздуха после второй ступени сжатия;
/>
· Перепад энтальпийвоздуха во втором промежуточном холодильнике:
/>
· Температуравоздуха после третьей ступени сжатия;
/>
· Перепад энтальпийвоздуха в концевом холодильнике:
/>
· Суммарный перепадэнтальпий воздуха в всех холодильниках:
/>
· Тепловой поток отхолодильников:
/>
Имея расходы сжатого воздуха можновычислить расход оборотной воды для охлаждения сжатого воздуха в промежуточноми концевом холодильниках. Для 1-й декады января это значение равно:
Расход воды на охлаждение воздуха приработе 6-ти компрессоров:
/>
Расходводы на охлаждение масла, подшипников,
/>кг/с,
Расход воды на шлам:/>
/>
Необходимое количество воды:
/>
Действительное количество воды
/>
Определим недостаток воды в шламе
/>
Действительный расход воды:
/>
/>/>Полный расход оборотной воды в 1декаде января:
/>
/>/>
Для остальных 35 рабочих декад расчетаналогичен, по полученным результатам строится гистограмма расхода оборотнойводы (рис 6).
/>
Рис 6
6. Разворотмазутного хозяйства
/>
Рис. 76.1 Расчет расходмазута на печи
В соответствии с ГОСТ10585-75 былвыбран мазут 40В с параметрами
/>=9700ккал/кг,
Tвсп=100 0С.
Расход мазута на печи составил:
/>
Мазут должен хранится на складе взависимости от годовой производительности завода на 1 декаду. Максимальный расходсоставил в 29 декаду 85055тонн.
В среднем расход мазута составил 350тонн/час. 6.2 Расчет расхода пара на обогрев мазута
Выполняется тепловой баланс:
/>
В соответствии с ВНТП 06-86 выбираемпараметры пара:
T=187.9 0C
P=1.2MПа
/>
Где теплоемкость мазута вккал/(кг*0С) считается по формуле сТ=0,415+0,0006*t, t – температура топлива,0С.
Среднюю температуру мазута принимаемзима- -20, лето 20, весна 0 0С.
Аналогично производим расчет дляостальных декад.
График расхода пара строим с учетомрасхода пара на отопление – 4 процента от расхода на печи 6.3 Расчет расхода мазута на котельную
Среднийрасход пара составил 30 тонн/час.
Максимальный48 тонн/час.
Поэтомукомплектуем котельную 5 котлами типа ДЕ-10.По паспортным данным его расходсоставляет 624 кг/час на 1 котел. Скорректированный график расхода мазутапоказан на рис
Для 29декады расход мазута на котельную составил 1666 тонн.
/>
Рис. 8
/>
Заключение
По результатам проделанной работыможно сделать следующие выводы:
Объектом исследования данногокурсового проекта является цементный завод, а также его энергетические потоки.
1. Часовая производительностьвращающейся печи 3,6Х150 равна 43,4 т.кл/ч клинкера, а часоваяпроизводительность вращающейся печи 4Х150 равна 37,32 т клинкера в час.
2. Составлен подекадный график работыпечных агрегатов.
3. Основные фактические модули,характеризующие клинкер печей:
Глиноземный модуль р=1,82;
Кремнеземистый модуль n=2,86;
Коэффициент насыщения клинкера КН=0,94.
3. Составлены материальные и тепловыебалансы для каждого типа вращающейся печи.
4. Расход условного топлива напроизводство 1 т клинкера печами цементного завода в среднем равен 0,212 кг у.т./кг кл.
5. Выход клинкера за год равен 4308 млнт кл.
6. Завод выпускает цемент двух марок:без добавок 80% и с добавками 20%. Производство цемента заводом в год равно 4583млнт ц/год.
7. Расход газа на производствоклинкера заводом в год равен 774943 667м3/год.
8. Потребление сжатого воздуха цементнымзаводом от компрессорной станции равно 852438 033 м3/год.
9. Рассмотрено мазутное хозяйствозавода.
Таким образом, можно сделать вывод,что цель курсового проекта достигнута.
В ходе исследования, я научиласьсоставлять энергобалансы промышленного предприятия на примере цементногозавода, что позволило мне лучше понимать процессы, происходящие в ходеэкономической и инженерной деятельностей предприятия. Свои знания и навыки ясмогу применить при разработке дипломного проекта, а также в последующей работена реальном заводе.