Снижение эксплуатационных расходов путем использования инновационных технологий замера массового расхода горелок.

Процесс производства цемента требует затрат боль­шого количества энергии. В связи с этим интенсив­но изучается возможность использования альтерна­тивных видов топлива на ранних стадиях процесса с целью снижения энергозатрат в термальной зоне. При этом используется широкий спектр различных веществ, начиная с сыпучих, с крупными объемны­ми частицами, и заканчивая жидкостями в зависи­мости от их доступности на рынке и пригодности для поддержания процесса горения с целью нагрева вращающейся печи.

В производстве клинкера величина входного расхо­да топлива очень важна для обеспечения однород­ного качества клинкера в печи. На данный момент мониторинг различных массовых расходов воздуха горения и различных видов топлива на горелке яв­ляется стандартной технологической процедурой. Все большее распространение получает практика мониторинга массового расхода жидких видов топ­лива при помощи измерительных приборов, работа­ющих на принципе Кориолиса.

Как показывает практика, основные характеристи­ки вторичных видов топлива, их свойства и парамет­ры могут меняться от партии к партии. Например, при жидких видах топлива переменными фактора­ми могут являться их состав или вязкость, а в неко­торых случаях и то, и другое.

Современная инфраструктура предприятия, как правило, всегда содержит необходимое количество емкостей для хранения жидкого вторичного топлива, чтобы обеспечить адекватный буферный объем для приема нескольких партий топлива. Од­нако при хранении может происходить расслоение жидкостей из разных партий. Это приводит к тому, что анализ образцов из предыдущей партии имеет небольшую информативную ценность с точки зре­ния качества топлива, которое теперь оценивается прямо на горелке.

1 Схема технологического процесса завода компании Unitherm Cemcon Feuerungsanlagen GmbH’s (Вена)

Один из цементных заводов Австрии использует в качестве вторичного вида топлива глицерин, полу­чаемый в виде побочного продукта при производс­тве биодизельного топлива. Получаемый в резуль­тате процесса производства биодизельного топлива глицерин содержит небольшое количество остаточ­ного метанола. Это топливо хранится в двух гори­зонтальных танках объемом по 100 м³ каждый, осна­щенных системой обогрева горячей водой. В данном случае концепция управления горелкой разработа­на и внедрена специалистами по процессам горения компании Unitherm Cemcon Feuerungsanlagen (Вена) (рис. 1).

Насос, подключенный к этим тан­кам, подает глицерин, нагретый до 30-50° С (рис. 2), сначала в теплообменник, а затем по трубопроводу длиной более 160 метров на горелку кальцинатора в башню теплообменника. Длинный трубопровод снабжен локальной системой подогрева.

Компания Endress+Hаuser установила измери­тель массового расхода Promass I, работающий на принципе Кориолиса, на входе горелки системы впрыска кальцинатора. Устройство Promass I (рис. 3 и 4) позволяет измерять не только классические Кориолисовы переменные: массовый расход, плот­ность жидкости и температуру, — но и вязкость подаваемого топлива. Полученные данные замера массового расхода направляются в систему управ­ления горелкой для регулирования подачи топлива и распределения его потоков.

Дополнительная информация о вязкости впрыски­ваемого глицерина используется в системе управле­ния процессом для контроля глицеринового тепло­обменника. Топливо нагревается до необходимого уровня, чтобы обеспечить его прокачку и свободную атомизацию в горелке. Замер температуры устройс­твом Promass I также может учитываться в системе управления. Выгода в данном случае заключается в низком, оптимальном энергопотреблении при на­греве глицерина. Глицерин здесь подвергается не постоянному нагреву в неэкономичном режиме, а систематическому и затратно-оптимизированному нагреву лишь до температуры, необходимой для до­стижения наилучшего уровня вязкости для распы­лителя горелки. Таким образом, снижаются эксплу­атационные затраты и повышается конкурентоспо­собность потребителя.

Кроме того, замер вязкости прибором Promass I позволяет оптимизировать подачу сжатого воздуха в трубку горелки. Чрезмерно высокая вязкость топлива приводит к увеличению длины пла­мени в кальцинаторе, что сокращает срок службы огнеупорной футеровки и в конечном итоге приво­дит к значительным дополнительным затратам. Кро­ме того, существует опасность переноса пламени, оставляющего полосы в теплообменнике и приво­дящего к превышению СО в отходящих газах. По­вышенная вязкость топлива ведет также к загрублению пульверизации, т.е. к образованию слишком больших капель, что удваивает время сгорания и ве­дет к нарушению процесса горения в кальцинаторе. В отдельных случаях на цементном заводе замеры

2 Измеритель массового расхода Promass I, установленный на входе горелки

характеристик топлива являются частью системы безопасности. Так, существуют официальные тре­бования по исключению процесса образования пу­зырей в глицериновом теплообменнике и раннему обнаружению любой потенциальной опасности. Из­меритель массового расхода Promass I регистрирует текущее значение потока топлива, впрыскиваемого на вход горелки. Отклонение этого значения от рас­считанного на основе скорости прокачки более чем на 5% в течение определенного периода означает, что в трубопроводе идет процесс образования пузы­рей. Устройство Promass I определяет эти отклонения и автоматически приводит систему в безопасное со­стояние, ликвидируя опасность повреждения всей системы подготовки топлива.

3 Устройство регулировки расхода глицерина на горелке кальцинатора, измерительное оборудование и управляющие клапаны

Описанная выше концепция горелки, оборудован­ной прибором для замера массового расхода топли­ва Рготанн I, пригодна не только для применения на предприятиях, где в качестве альтернативного топ­лива используется глицерин, как в описанном выше случае, но и для любого топлива высокой вязкос­ти, такого, как, например, топочный мазут. Допол­нительная информация о вязкости помогает опре­делять и контролировать форму пламени. Кроме того, многочисленные переменные параметры процесса могут регис­трироваться независи­мо один от другого при помощи компактного, легко устанавливаемого измерительного прибора (рис.4).

4 Proline Promass 801

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков  «Рынок цемента в России».

Штефан Цобиш

Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG, Вейль-на-Рейне / Германия