ОБЖИГ КЛИНКЕРА В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОНЕЙТРАЛИЗАЦИИ

Н.Ф.Глухарев, канд.техн.наук,генеральный директор ООО «ЭКОФОР»

Опыт по интенсификации процесса во вращающейся печи с использованием разработанного нами оригинального активного нейтрализатора свободных электрических зарядов был получен в производстве древесного активированного угля. В 1994 году совместно с ОАО «Пикалевский глинозем» мы впервые испытали такое устройство на аналогичном оборудовании – 60-метровой вращающейся печи обжига клинкера. Связь входа устройства со спекаемой массой осуществлялась по электрической цепи: изолированный от земли, скользящий по обечайке печи контакт в центре зоны спекания, расклинивающие футеровку металлические пластины, в достаточной степени проводящая в горячем состоянии обмазка печи, спекаемая масса. Испытание продолжалось двое суток и сопровождалось улучшением гранулометрии клинкера, ростом активной составляющей тока электродвигателя печи, которая через полчаса после отключения устройства вернулась к исходному значению. Это обстоятельство, свидетельствовавшее о подъеме ставшей во время испытания менее вязкой спекаемой массы, убедило нас в целесообразности продолжения исследований.

Поскольку использованное нами устройство является нейтрализатором свободных электрических зарядов, то происходящее при его подключении к печи изменение вязкости спекаемого материала может быть обосновано его электрической нейтрализацией. Появление свободных электрических зарядов в материале при этом соответствует принципу термодинамического подвижного равновесия Ле Шателье. Этот принцип предусматривает возникновение в системе, находившейся в состоянии равновесия и оказавшейся под каким-либо воздействием, процессов, ослабляющих это воздействие. Так и при обжиге имеет место процесс электризации обрабатываемого материала, который ослабляет тепловое воздействие.

Известно, что ни одно изменение в природе не происходит без сопровождения его какими-либо электрическими явлениями. Для печи спекания это справедливо поскольку:

– материал электризуется трением при пересыпании;

– при нагревании этого материала в силу его неоднородности имеет место структурная, объемная поляризация с накоплением пироэлектрических зарядов. А зона спекания, несмотря на то, что она значительно менее затратна в тепловом отношении, по сравнению с зоной декарбонизации и, особенно, с зоной сушки, имеет наибольшую температуру;

– электрические заряды, обусловленные внутренним трением и притяжением в двойном электрическом слое, сдерживают снижение вязкости расплава в зоне спекания.

Для плавления кристаллического материала существенное значение имеет сопротивление сдвигу, которое при критическом подведении теплоты резко снижается. Одной из составляющих сопротивления сдвигу является электростатическая, связанная с противодействием активированных электрических носителей в обрабатываемом материале. С ростом температуры происходит сначала рост, а затем аннигиляция разноименных зарядов, вызванная интенсификацией теплового, колебательного движения частиц в материале, и оплавление неизбежно достигается. Устройство «ЭКОФОР» помогает электронейтрализации материала в зоне спекания, в том числе разрядкой двойного электрического слоя, при этом сопротивление сдвигу со стороны свободных электрических зарядов уменьшается. Раньше, чем без устройства, снижается вязкость расплава, что создает возможность для снижения удельного расхода топлива при обжиге клинкера.

Реализовать это оказалось нам возможным на вращающейся печи производительностью 25 т/час в Египте на «Tourah Cement» в 1996 году. После включения устройства произошло чрезмерное уменьшение содержания свободного оксида кальция в клинкере и увеличение его веса литра. На Рис.1 представлены во времени имевшие место изменения. Через 6,5 часов доля свободного оксида кальция снизилась с 1,5% до 0,75%, а вес литра увеличился с 1200 до 1400 г/л. По местным условиям это свидетельствовало о крепком обжиге клинкера, и машинист через 10 часов после включения устройства смог увеличить производительность печи на 5 т/час.

В 1997 году нами проводились работы по интенсификации помола цемента на заводах Китая. На одном из них, «Suzhou Nanxin Cement» была предоставлена возможность испытания устройства «ЭКОФОР» на печи также производительностью 25 т/час. После включения устройства содержание свободного оксида кальция с нормативного для завода уровня 1,2% снизилось с одновременным увеличением веса литра клинкера более 1350 г/л. Машинист, возвращая в норму эти параметры, увеличивал подачу материала в печь, а в одной из смен безуспешно попытался одновременно снизить также и подачу топлива. На Рис.2 представлена динамика изменения производительности печи и удельного расхода топлива во время испытания. За три дня работы производительность печи была в среднем повышена на 4 т/час или на 16%, также как и снижение удельного расхода угля на производство тонны клинкера. При этом содержание свободного оксида кальция и веса литра были приведены к норме.

Имея положительные результаты на вращающихся печах малой производительности, в 1998 году мы обеспечили проведение испытания устройства на 170- метровой печи производительностью 68 т/час ОАО «Пикалевский глинозем». В соответствии с договором испытание проводилось в течение месяца специалистами опытно-экспериментального цеха завода. Их сомнения в эффективности устройства сначала привели к потере обмазки печи, а после её восстановления была достигнута в среднем за месяц 3,9% экономия газа при сохранении прежней производительности печи.

В 2002 году по инициативе специалистов ОАО «Горнозаводскцемент» с помощью устройства «ЭКОФОР» была проведена работа по улучшению обмазки печи.

В 2003 году при внедрении наших устройств на цементных мельницах Бухтарминской цементной компании был проведен эксперимент на 185- метровой печи обжига клинкера, который обеспечивался ежечасным петрографическим анализом. После включения устройства в течение двадцати часов без изменения подачи топлива содержание свободного оксида кальция снизилось с уровня 1,15% до 0,45%. Лаборантом – петрографом была отмечена тенденция к укрупнению зерен алита, уменьшению доли белита и увеличению количества промежуточного вещества, однако, не достигающие ещё показателей крепкого обжига. Несколько увеличилась длительность одного оборота печи, что свидетельствовало об увеличении нагрузки на её двигатель, связанное с подъёмом в печи менее вязкого материала. То есть имело место уже известное нам явление, только подтвержденное петрографическим анализом клинкера.

В 2006 году после предварительных испытаний на ОАО «Красносельскстройматериалы» четыре вращающиеся печи обжига были оснащены устройствами «ЭКОФОР», модель ЭФ-01-04. По данным технологической службы объединения на печах 4х150м № 1 и 2 производительностью 32 т/час была достигнута экономия топлива 8-12%, а на печах 5х150 м № 3 и 4 производительностью 54 т/час – от 4 до 6%.

Во всех случаях кроме снижения удельного расхода топлива на производство тонны клинкера отмечалась стабилизация работы печи, в том числе её обмазки.

При обжиге извести на вращающихся печах повышалось её качество, что было отмечено на ОАО «Красносельскстройматериалы» и внедрено на печи обжига извести в Литве на «Naujasis kalcitas».

Устройство «ЭКОФОР», потребляющие не более 90 ВА для собственного питания, не подводит к печи какой-либо дополнительной мощности, а уменьшает сопротивление материала по отношению к прилагаемому к нему тепловому воздействию. То есть реакция материала на это воздействие, возникающая в соответствии с принципом Ле Шателье, уменьшается, увеличивается эффективность теплового воздействия и как следствие снижается удельный расход топлива. Даже при минимально достижимой экономии газа 250 м?/час, устройство окупается в пределах месяца эксплуатации. Ни разу при испытаниях машинисты не переводили печь на тихий ход.

Предлагаемая технология имеет ограничение, так как на пути инициированного устройством стекания зарядов должны находиться металлические пластины, заложенные между огнеупорными кирпичами при их монтаже. Эти пластины без использования устройства «ЭКОФОР» не могут обеспечить полноценное стекание активированных электрических носителей на систему заземления. При высокой температуре металлические пластины излучают электроны по причине термоэлектронной эмиссии, сами при этом получают положительный потенциал, противостоящий стеканию зарядов с материала на землю. При современной футеровке, не предусматривающей металлических пластин, устройство не даёт эффекта из-за разрыва электрической цепи связи со спекаемым материалом. Однако и в этом случае в перерыве между кампаниями такие пластины могут быть установлены ради экономии топлива или применена электропроводящая футеровка.

Снижение удельного расхода топлива на печи обжига клинкера в пределах 4-9% при наличии металлических пластин в футеровке зоны спекания или до 2,5% в зоне топки по предложенной технологии имеет перспективу, учитывая эффективность такого способа энергосбережения.