Снижение энергозатрат при производстве цемента с применением вибрационных машин

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ OPERATION BIGGER VEHICLE

УДК 622.73

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН

Голиков В.М., Репин С.В., Сапожников А.И.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,Санкт-Петербург

REDUCTION OF ENERGY CONSUMPTION IN CEMENT PRODUCTION WITH THE USE OF VIBRATING MACHINES

Golikov V.,Repin S., Sapoznikov A.

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Энергозатраты при производстве цемента очень высока. Среди путей снижения энергозатрат - внедрение вибрационных машин. В статье описываются предложенные машины с полученными результатами. Предлагается новая технологическая схема производства цемента.

Ключевые слова: цемент, измельчение, вибрационные машины, технология производства цемента, вибрационная конусная инерционная дробилка, вибрационная конусная дробилка, виброщековая дробилка.

Energy consumption in cement production is very high. Among the ways to reduce energy costs is the introduction of vibrating machines. This article describes the proposed machines with the results. A new technology of cement production scheme is suggested.

Key words: cement, grinding, vibrating machines , cement production technology, vibrating cone inertial crusher, vibrating cone crusher, vibrosieve crusher,vibration machines.

Мировое производство цемента в 2010 году достигло 3,325 млрд. тонн. Производство цемента в России, по данным Росстата, в 2012 году составило 61,5 млн. тонн.

В зависимости от вида подготовки сырья к обжигу различают мокрый, сухой и комбинированный способы производства клинкера. При мокром способе производства измельчение сырьевых материалов, их перемещение, усреднение и корректирование сырьевой смеси осуществляется в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции выполняются с сухими материалами. При комбинированном способе сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, затем ее максимально обезвоживают и в виде полусухой массы обжигают в печи. Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки. [1]

Процесс производства цемента состоит из:

• приготовление сырьевой смеси

• обжиг сырьевой смеси

• помол клинкера в тонкий порошок

Энергозатраты на производство цемента при использовании шаровых и центробежных мельниц составляют около 35-40 кВт на 1 т, а расход мелющих тел (шаров и футеровок) составляет около 3 кг на 1 т цемента. Еще одним недостатком шарового помола является получение частиц окатанной изометрической формы с соответственно пониженной механо-химической активностью.

Проблема необходимости снижения энергопотребления и повышения качества получаемого материала при производстве цемента существует и требует своего решения.

Самыми энергозатратными процессами при производстве цемента являются обжиг сырьевой смеси, сушка и измельчение. При мокром способе подготовки сырья затраты на обжиг достигают порядка 1000 кВтч на тоннупродукта. С целью снижения энергозатрат предприятия переходят на сухой способ подготовки сырья. Кроме этого, есть возможность снизить энергозатраты про измельчении сырьевых материалов и помола клинкера.

В цементном производстве тонкому измельчению (помолу) подвергаются сырьевые материалы (известняки, мел, мергель, глины, глинистые сланцы и т.п.), твердое топливо, клинкер и различные добавки.При сухом способе производства цемента при помоле получается сырьевая мука, при мокром - шлам.

Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, нои от тонкости помола. Тонкость помола цемента характеризуется по остатку на сите № 008 и составляет 8—12% для большинства цементов (по ГОСТ 310.2—76 этот остаток не должен превышать 15 %). С повышением тонкости помола затраты электроэнергии возрастают в большей мере, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % уменьшения остатка на сите № 008 повышает расход электроэнергии на 4—6 % и снижает производительность мельницы на 3—5 %.[5]

Недостатком шарового помола, используемого на большинстве предприятий, является высокие энергозатраты, расход мелющих тел (около 3 кг на 1 т цемента), а так же получение частиц окатанной изометрической формы с соответственно пониженной механо-химической активностью.

Решение данной проблемы возможно за счет наложения высокочастотных колебаний на рабочие органы дробилок, что позволит снизить энергопотребление и металлоемкость процесса измельчения.

Для реализации данного предложения необходимо было изучить закономерности влияния свойств разрушаемой породы на режим вибраторов. Эти теоретические и экспериментальные исследования с использованием высокочастотных вибровозбудителей были осуществлены и освещены в диссертации А.С. Сапожникова [2,3,4,6,7].

Авторами были предложены конструкции высокочастотных вибрационных машин с внешним расположением вибраторов (дробилок щековой и конусной и ударной конусной мельницы) в отличие от других производителей, и для подтверждения закономерностей, полученных теоретическими и экспериментальными

исследованиями, а также для оценки уровня снижения энергопотребления и металлоемкости были изготовлены и испытаны в 2004-2012 г.г. их лабораторные образцы [6].

В технологии производства цемента предусмотрены этапы измельчения сырья, обжига гранул и помола клинкера. Измельчение сырья предусматривает сокращение размеров кусков породы с 900-1200 мм до 0.1 мм, что достигается постадийной дезинтеграцией материала, а именно: дроблением в дробилке и помолом в шаровой мельнице. Измельчение клинкера обеспечивается в двухкамерной барабанной мельнице.

Для дробления сырья (известняка, глинистых сланцев и т.д.)была предложена конструкция высокочастотной конусной дробилки с круговыми колебаниями внешнего конуса в горизонтальной плоскости (ВКДС) (рис.1).

Область применения высокочастотной дробилки - предварительное дробление и измельчение кусковых материалов исходным размером до 120-150 мм. Высокочастотная дробилка типа ВКДС с такими показателями позволит заменить в традиционной технологии дробилку мелкого дробления со стержневой мельницей и разгрузит шаровую. При этом снижается минимум в два раза энергоемкость процесса измельчения материала, а значит себестоимость продукта дробления.

Был изготовлен и испытан лабораторный образец. При дроблении боя красного кирпича на конусной дробилке при частоте силового воздействия 3000 раз/минуту степень дробления достигала 36, а энергопотребление 2 кВт*час/т. Результат дробления представлен на рис.2.

Рис. 1. Экспериментальный образец виброконусной дробилки

Рис. 2. Продукт до и после дробления ВКДС

Помимо низкого уровня потребления электроэнергии, указанная дробилка-мельница характеризуется еще и высокой надежностью за счет того, подшипники рассчитаны на 40 000 часов работы. Ремонтопригодность дробилки обеспечивается легким доступом к элементам привода и использованием стандартных узлов.

Данная дробилка позволит получать известковую муку, но не позволит измельчать более мелкие фракции, такие как песок, клинкер и т.п. Поэтому для измельчения этих строительных материалов была предложена конструкция виброударной конусной мельницы с вертикальным движением конусов

Рис. 3. Экспериментальный образец ВУМС

Эксперименты, выполненные на лабораторном образце, подтвердили возможность измельчения гранитного отсева (60% продукта мельче 0,074 мм) с энергопотреблением 3-4 кВт*час/т. Результат дробления представлен на рис.4.

Рис. 4. Продукт до и после дробления ВУМС

Область применения высокочастотной мельницы - тонкое измельчение материалов исходным размером до 20-25 мм. Высокочастотная мельница типа ВУМС позволит заменить в традиционной технологии шаровую мельницу.

Эксперименты, выполненные на лабораторных образцах, позволили оптимизировать конструктивные схемы высокочастотных вибромашин, подтвердили возможность работы вибраторов в синхронном режиме и в режиме противофазного движения рабочих элементов, как на холостом ходу, так и под нагрузкой, а также сформулировать требования к системам управления.

На основе испытанных конструкций авторами было предложены отделение для помола сырья (рис.5) и отделение для помола клинкера (рис.6).

Рис. 5 - отделение помола сырья

Отделение помола сырья включает дробилку ВКДС для грубого измельчения материала, пневмоклассификатор (ПК) для разделения продукта измельчения, мельницу ВУМС для тонкого помола и служит для измельчения различных строительных материалов, таких как известняк и доломит.

Материал размером до 150 мм поступает в дробилку ВКДС, где происходит его дробление. Продукт дробления (30-40% мельче 0,05 мм; 60-70% крупнее 0,05мм) попадает в ПК. Легкие частицы (меньше 0,05мм) подхватываются всасывающим потоком, создаваемым вентилятором, и транспортируются в бункер, а тяжелые падают на дно классификатора, и разгружаются в мельницу ВУМС. Продукт измельчения ВУМС (60-70% мельче 0,05 мм; 30-40% крупнее 0,05мм) попадает в ПК, где происходит его разделение. Шнековый питатель бункера разгружает продукт (частицы мельче 0,05мм) в транспортную систему.

Отделение помола клинкера включает мельницу ВУМС для тонкого помола и ПК для разделения продукта измельчения.

Рис. 6 - Отделение помола клинкера

Клинкер размером до 40 мм поступает в мельницу ВУМС, где измельчается. Продукт измельчения (60-70% мельче 0,05 мм; 30-40% крупнее 0,05мм) попадает в ПК.Легкие частицы (меньше 0,05мм) подхватываются всасывающим потоком, создаваемым вентилятором, и транспортируются в бункер, а тяжелые падают на дно классификатора, и возвращаются в мельницу ВУМС на доизмельчение.

Использование этих двух отделений вместе, включающих высокочастотные машины, позволяет модернизировать технологию производства цемента.

Технология производства цемента с применением вибрационных машин до и после внедрения вибрационных машин представлена на рис. 7.

Рис. 7 - технология производства цемента с применением вибрационных машин

В результате внедрения вибрационных машин энергозатраты снизились на этапе измельчения сырья с 20 до 6 кВгчас/т, а на этапе помола клинкера с 40 до 16 кВгчас/т. Суммарное снижение энергозатрат - 38 кВгчас/т. Кроме того снижаются расходы на мелющие тела (шары) и снижаются занимаемые мелющим оборудованием производственные площади. Суммарная экономия достигает S4.5-5 на тонну продукта.

Замена барабанных мельниц на высокочастотные дробилки-мельницы обеспечит:

• снижение энергозатрат в 4-5 раз;

• сокращение расхода мелющих тел в 8-10 раз;

• сокращение производственных площадей в 1.5-2 раза;

• уменьшение капитальных затрат в 1.5-2 раза;

• повышение качества цемента на 15%, за счет увеличения площади поверхности его частиц, при повышении выхода готового по крупности цемента на 5%, благодаря сокращению намола частиц мельче 5 мкм, склонных к конгломерации.

Библиографический список:

1. Алексеев Б. В. Технология производства цемента: Учебник для сред.проф.-техн. училищ. - М.: Высш. Школа, 1980. - 266 с.

2. А.с. 1059061 СССР, МКИЗЕ 02 0 1/00. Устройство для исследования процесса деформирования грунтов/ А.И. Батулов, А.И. Сапожников; Ленинградский ордена Труд. Крас. Знамен. инжен.-строит. инст. №3424757/29-33; Заяв. 16.04.82; Опубл. 07.12.83, Бюл. №45.

3. А.с. 1087793 СССР, МКИЗ в 01 М 7/00. Вибрационная установка/ С.Н. Васильев, А.И. Сапожников. №3507047/25-28; Заяв. 28.10.82; Опубл. 23.04.84, Бюл. №15.

4. А.с. 1093770 СССР, MM3E 02 F 5/30. Виброрыхлитель/ А.И. Батулов, А.И. Сапожников; Ленинградский ордена Труд. Крас. Знамен. инжен.-строит. инст. №3569007/29-03; Заяв. 28.03.83; Опубл. 23.05.84, Бюл. №19.

5. Голованова Л.В. Общая технология цемента: Учебник для средних проф.-техн. училищ. - M.: Стройиздат, 1984. - 118 с.

6. Патент на изобретение «Конусная дробилка» RU 2450860 C2; MПК B02C

2/04.

7. Сапожников А.И. Повышение эффективности динамического рыхлителя мерзлых грунтов: дис. ... канд. тех. наук: 05.05.04. Ленинград, 1984.

8. Mонгуш С.Ч., Шавыраа Ч.Д. Реологическая модель транспортируемого слоя сыпучей среды при воздействии воздушного потока сверху вниз. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование.г. Санкт-Петербург: издательство Политехнического университета, 2009г.

Bibliograficheskij spisok

1. Alekseev B. V. Tekhnologiya proizvodstva tsementa: Uchebnik dlya sred. prof. -tekhn. uchilisch. - M.: Vyssh. Shkola, 1980. - 266 s.

2. A.s. 1059061 SSSR, MKIZE 02 D 1/00. Ustroystvo dlya issledovaniya protsessa deformirovaniya gruntov/ A.I. Batulov, A.I. Sapozhnikov; Leningradskiy ordena Trud. Kras. Znamen. inzhen.-stroit. inst. №3424757/29-33; Zayav. 16.04.82; Opubl. 07.12.83, Byul. №45.

3. A.s. 1087793 SSSR, MKIZ G 01 M 7/00. Vibratsionnaya ustanovka/ S.N. Vasilev, A.I. Sapozhnikov. №3507047/25-28; Zayav. 28.10.82; Opubl. 23.04.84, Byul. №15.

4. A.s. 1093770 SSSR, MKIZE 02 F 5/30. Vibrorykhlitel/ A.I. Batulov, A.I. Sapozhnikov; Leningradskiy ordena Trud. Kras. Znamen. inzhen.-stroit. inst. №3569007/2903; Zayav. 28.03.83; Opubl. 23.05.84, Byul. №19.

5. Golovanova L.V. Obschaya tekhnologiya tsementa: Uchebnik dlya srednikh prof.-tekhn. uchilisch. - M.: Stroyizdat, 1984. - 118 s.

6. Patent na izobretenie «Konusnaya drobilka» RU 2450860 C2; MPK B02C 2/04.)

7. Sapozhnikov A.I. Povyshenie effektivnosti dinamicheskogo rykhlitelya merzlykh gruntov: dis. ... kand. tekh. nauk: 05.05.04. Leningrad, 1984.

8. MongushS.Ch., ShavyraaCh.D. Reologicheskayamodeltransportiruemogosloyasypucheysredyprivozdeystviivozdushnogopot okasverkhuvniz. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU. Nauka i obrazovanie. g. Sankt-Peterburg: izdatelstvo Politekhnicheskogo universiteta, 2009g.

ГоликовВасилий Михайлович - аспирант,Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, E-mail: vaso093@gmail.com Golikov Vasilii- graduate studentSaint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, E-mail vaso093@gmail.com

Репин Сергей Васильевич - доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, E-mail: repinserge@mail.ru

Repin Sergei- doctor of technical sciences, professor, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, E-mail: repinserge@mail.ru

Сапожников Александр Иванович - кан. тех.наук, СПКТБ «Ленгидросталь» -филиал АО «Трест Гидромонтаж», глав. Конструктор, E-mail:, aisapoznikov@yandex.ru Sapoznikov Aleksei - Ph. D. (Spktb Lengidrostal" - branch of JSC "Trest Gidromontazh", chief designer) E-mail: aisapoznikov@yandex.ru

УДК 69.002.5:338.242

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ФУНКЦОНИРОВАНИЯ ПАРКА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Репин С.В. Бакланова Т.В., Монгуш С.Ч.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург Тувинскийгосударственныйуниверситет, г. Кызыл

THE ECONOMIC CRITERION OF OPERATION OF THE PARK CONSTRUCTION ENGINEERING

Repin S.V., Baklanova T.V., Mongush S.Ch.

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint Petersburg

TuvanStateUniversity, Kyzyl

В статье рассматривается влияние экономических критериев на эксплуатацию строительных машин. К экономическим критериям относятся: выручка от предоставления техники организациям, приведенные затраты, прибыль, рентабельность, лизинг, экономическая эффективность капитальных вложений. Один из основных вариантов по оснащению организаций строительными машинами, оборудованием и транспортом является финансовый лизинг (финансовая аренда). Описываются преимущества финансового лизинга. Показана динамика экономических показателей во времени двух машин разного уровня качества, а также динамика уровня рентабельности за срок службы машины. Перечислены варианты обновления парка строительных машин.

Ключевые слова:парк строительных машин, лизинг, приведенные затраты, рентабельность, экономическая эффективность капитальных вложений, прибыль.

The article considers the influence of the economic criterion to the machine operation. The economic criterions are proceeds from contract work, inputs, profit, profitability, and leasing, economic efficiency of investments. One of the basic variants on equipping of the organization building machines, equipment and transport is the financial leasing (the financial lease). The advantages of the financial leasing are described. The dynamics of the economic indices in the course of two machines different the level of quality also the dynamics of the level of profitability in durability of the machine is shown. The variants of replacement of old equipment are itemized.

Key words: park construction engineering, leasing, inputs, profitability, economic efficiency of investments, profit.

В процессе строительного производства участвуют инвестор - заказчик -проектировщик - подрядчик - специализированные строительные организации. Кроме этих участников строительного процесса в создании строительной продукции