Энергетический баланс — это третий, после материального и газового, заключительный баланс системы помола. В нем сводится энергия, поступающая в систему и выводимая из нее.
При сведении всех трех балансов система помола становится «прозрачной» для технолога — он может увидеть ее слабые места и определить пути их устранения. Часто ими являются отклонения температуры и влажности сыпучих, которые вызывают ряд проблем: недостаточную производительность помола, плохое качество цемента, конденсацию воды из газовых потоков и т.д. Поэтому энергетический баланс действующей технологической линии целесообразно подводить сразу после ее пуско-наладки и выхода линии на номинальный режим, а затем — при каждом существенном изменении конструктива или значимых отклонениях технологических параметров.
Так как энергия поступает в систему и выводится из нее преимущественно с твердыми, жидкими и газообразными веществами (в меньшей степени посредством излучения), то прежде чем приступать к энергетическому балансу, необходимо грамотно свести материальный и газовый.
Границы системы (system boundaries) для энергетического баланса
Работа по энергетическому балансу начинается с определения границ системы, в рамках которых будут проводиться необходимые расчеты прихода/расхода энергии. Для дальнейшего рассмотрения темы будем опираться на технологическую схему рис. 1. На ней эти границы представлены квадратом из черных тонких линий (нас интересует то, что внутри квадрата, а не за его пределами).
Потоки на рис. 1:
- черная стрелка — свежее питание;
- красная стрелка — питание сепаратора;
- розовая стрелка — цемент;
- зеленая стрелка — возврат / крупка;
- синяя штриховая стрелка — воздух.
Технологической оборудование на рис. 1:
- BC — ленточный конвейер;
- BM — шаровая мельница;
- FV1-FV3 — маятниковые заслонки;
- AS1-AS4 — аэрожелоба;
- BE — ковшовый элеватор;
- SR — динамический сепаратор;
- BF — рукавный фильтр;
- FN — центробежный вентилятор;
- FM — поточный весоизмеритель.
Статьи энергетического баланса
Следующим шагом составляется список статей прихода и расхода энергии относительно границ баланса. Применительно к рассматриваемой технологической схеме они приведены во 2-ой и 5-ой колонках табл. 1:
- Пп. 1-5. Энергия, поступающая в систему через сыпучие и интенсификатор по ленточному конвейеру BC.
- П. 6. Энергия аспирационного воздуха мельницы (№1, 2 табл. 1 подраздела «Газовый баланс«).
- П. 7. Энергия, генерируемая электродвигателем BM и передаваемая непосредственно мельнице, за исключением потерь в механизмах привода. Фактически это произведение мощности электродвигателя на его КПД.
- П. 8. Доля энергии по п. 7 теряется через корпус мельницы за счет лучистого теплообмена и конвекции (т.е. не передается на процессы измельчения и нагрева сыпучих внутри BM). Чем холоднее окружающий воздух, тем значительнее эта статья расхода. Это касается любого оборудования, где присутствует теплообмен.
- П. 9. Внутри мельницы из сыпучих испаряется физически связанная вода. На этот процесс расходуется энергия по пп. 1-7. В расчете мы предполагаем, что испарение из свежего питания полное, и не учитываем влажность крупки, хотя, в реальной системе помола в той или иной степени из воздуха конденсируется вода, что приводит к ее небольшому увлажнению (рассмотрим это явление в конце подраздела).
- Пп. 10, 14, 20, 22. Энергия воздуха, нагнетаемого центробежными вентиляторами в аэрожелоба AS1, AS2, AS3, BF, соответственно. Важно учитывать эти, казалось бы, незначительные статьи прихода, т.к. конструктив аэрожелоба способствует заметному конвективному теплообмену между транспортируемыми сыпучими и нагнетаемым воздухом.
- Пп. 11, 12, 13, 15, 19, 21, 23. Теплопотери через корпусы AS1, BE, газохода, AS2, SR, AS3, BF, соответственно — аналогично п. 8.
- Пп. 16, 17. Энергия воздуха, всасываемого в динамический сепаратор через патрубки первичного и вторичного воздуха (№6, 7 табл. 1 подраздела «Газовый баланс»).
- П. 18. Энергия от электродвигателя SR, передаваемая через вращение корзины сыпучему материалу и воздуху внутри сепаратора.
- П. 24. Подсосы наружного воздуха характерны для большинства промышленных систем цементного завода, работающих при отрицательном относительном давлении. Помол цемента — не исключение (№5, 8 табл. 1 подраздела «Газовый баланс»).
- П. 25. Энергия, покидающая систему с воздухом (суммарный воздух из всех источников, включая подсосы, удаляемый вентилятором FN) через дымовую трубу (№8 табл. 1 подраздела «Газовый баланс»).
- П. 26. Энергия, выводимая из системы с цементом.
| п. | ПРИХОД / INPUT (в систему) |
кДж/кг | кДж/кг | РАСХОД / OUTPUT (из системы) |
формула расчета энергетического потока [кДж/кг] |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | сухой клинкер | 58.0 | 1️⃣\(\displaystyle \frac{\omega_c \cdot F \cdot (1-W_F)\cdot1000\cdot c_{p_c}\cdot(T_F-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 2 | сухой гипс | 5.4 | 1️⃣\(\displaystyle \frac{\omega_g \cdot F \cdot (1-W_F)\cdot1000\cdot c_{p_g}\cdot(T_F-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 3 | сухая добавка | 3.5 | 1️⃣\(\displaystyle \frac{\omega_a \cdot F \cdot (1-W_F)\cdot1000\cdot c_{p_a}\cdot(T_F-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 4 | вода из смеси клинкера, гипса и добавки на входе в мельницу | 1.0 | 1️⃣\(\displaystyle \frac{W_F \cdot F \cdot1000\cdot c_{p_w}\cdot(T_F-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 5 | интенсификатор помола | 0.1 | 1️⃣\(\displaystyle \frac{F\cdot GA/1000 \cdot c_{p_{GA}}\cdot(T_F-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 6 | аспирационный воздух мельницы | -0.8 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{(Q_1+Q_2)\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 7 | энергия, передаваемая приводом мельницы | 104.5 | 3️⃣\(\displaystyle \frac{P_{BM}\cdot \eta_{BM}\cdot3600}{F\cdot1000}\) | ||
| 8 | 6.2 | теплопотери через корпус мельницы | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{BM}\cdot h_{(r+c)_{BM}}\cdot(T_{BM}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 9 | 7.4 | испарение воды из свежего питания в мельнице | 5️⃣\(\displaystyle \frac{W_F \cdot F \cdot1000\cdot q_w}{F\cdot1000}\) | ||
| 10 | воздух, нагнетаемый в аэрожелоб между мельницей и ковшовым элеватором | -0.1 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{AS1}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 11 | 0.3 | теплопотери через корпус аэрожелоба между мельницей и ковшовым элеватором | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{AS1}\cdot h_{(r+c)_{AS1}}\cdot(T_{AS1}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 12 | 3.6 | теплопотери через корпус ковшового элеватора | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{BE}\cdot h_{(r+c)_{BE}}\cdot(T_{BE}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 13 | 0.5 | теплопотери через газоход аспирации мельницы (из мельницы в динамический сепаратор) | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{5}\cdot h_{(r+c)_{5}}\cdot(T_{5}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 14 | воздух, нагнетаемый в аэрожелоб от элеватора до динамического сепаратора | -0.1 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{AS2}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 15 | 0.3 | теплопотери через корпус аэрожелоба от элеватора до динамического сепаратора | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{AS2}\cdot h_{(r+c)_{AS2}}\cdot(T_{AS2}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 16 | первичный воздух сепаратора | -5.4 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{6}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 17 | вторичный воздух сепаратора | -2.4 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{7}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 18 | энергия, передаваемая приводом сепаратора | 4.5 | 3️⃣\(\displaystyle \frac{P_{SR}\cdot \eta_{SR}\cdot3600}{F\cdot1000}\) | ||
| 19 | 0.4 | теплопотери через корпус динамического сепаратора | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{SR}\cdot h_{(r+c)_{SR}}\cdot(T_{SR}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 20 | воздух, нагнетаемый в аэрожелоб от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | 0.0 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{AS3}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 21 | 0.2 | теплопотери через корпус аэрожелоба от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{AS3}\cdot h_{(r+c)_{AS3}}\cdot(T_{AS3}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 22 | воздух, нагнетаемый в аэродно рукавного фильтра | -0.1 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{BF}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 23 | 1.5 | теплопотери через корпус рукавного фильтра | 4️⃣\(\displaystyle \frac{S_{BF}\cdot h_{(r+c)_{BF}}\cdot(T_{BF}-T)\cdot3.6}{F\cdot1000}\) | ||
| 24 | подсосы наружного воздуха | -0.4 | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{fa}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 25 | 113.5 | вылетающий из системы воздух | 2️⃣\(\displaystyle \frac{Q_{8}\cdot c_{p_{air}}\cdot(T_{8}-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| 26 | 36.3 | цемент | 1️⃣\(\displaystyle \frac{F\cdot1000\cdot c_{p_{cem}}\cdot(T_{cem}-20)}{F\cdot1000}\) | ||
| Σ | 99% | 167.6 | 170.0 | 100% |
Таблица 1. Пример теплового баланса для технологической схемы на рис. 1.
Нулевая (относительная) температура
За нулевую температуру (reference temperature), относительно которой рассчитывают тепловые эффекты, принимают 20 °C. Например, если температура воздуха по пп. 16, 17 более 20 °C, то в систему привносится энергия — значение со знаком “+” в третьей колонке табл. 1. Если менее 20 °C, то наоборот — знак “-”. Однако несмотря на фактическую потерю энергии, эти данные (пп. 16, 17) относятся к статьям прихода.
Расчетные формулы
Далее рассмотрим расчетные формулы энергетических потоков [кДж на кг произведенного цемента = свежего питания] по каждой статье прихода/расхода (они перечислены в последней колонке табл. 1; расшифровку их переменных и единицы измерения см. в табл. 2). Эти уравнения можно обобщить в пять групп (см. соответствующие значки слева от формулы в последней колонке табл. 1):
1️⃣ Для сыпучих материалов и жидкостей через удельную теплоемкость (specific heat).
В этих формулах первые множители: материальный поток [кг/ч], удельная теплоемкость, разность температуры рассматриваемого вещества и окружающего воздуха. Их произведение, как и в остальных формулах, делится на производительность системы помола по цементу (= свежее питание).
Удельная теплоемкость зависит от температуры материала. Ее кривые и их уравнения для интересующих нас веществ представлены на рис. 2.
В легенде указано уравнение каждой кривой. E-04 = 0.0001.
Удельная теплоемкость Cp жидкой воды в диапазоне от 0 до 100 °C ≈4.22 кДж/(кг∙°C).
2️⃣ Для воздуха и газов через удельную теплоемкость.
Аналогично группе 1️⃣, только вместо материального используется газовый (воздушный) поток в [Нм³/ч] и удельную теплоемкость в [кДж/(Нм³•°C)].
Теплоемкость сыпучей, жидкой или газообразной смеси рассчитывается как сумма произведений массовых (обычно для сыпучих и жидкостей) или объемных (обычно для газов) долей их компонентов и соответствующих удельных теплоемкостей этих компонентов. Уравнение (1) — пример для цемента по табл. 2:
3️⃣ Энергия, передаваемая приводом оборудования.
В расчетах принимается, что мощность привода (первый множитель), за исключением потерь согласно его КПД (второй множитель), умноженная на коэффициент перевода кВт в кДж/ч (3600) и деленная на производительность по цементу — энергетический поток — полностью поступает в систему помола. Эти формулы обычно применяют только для крупных электродвигателей (как в нашем примере, для шаровой мельницы и динамического сепаратора).
4️⃣ Теплопотери через корпус оборудования.
Если тело (корпус оборудования) горячее, чем окружающая среда, то оно неминуемо теряет энергию за счет излучения (radiation) и конвекции (convection). Чем больше разница температур, тем интенсивнее теплопотери. Расчетная формула включает в себя площадь оборудования, задействованную в теплообмене (первый множитель), коэффициент лучистого и конвективного теплообмена (второй множитель), разность температуры тела и температуры окружающего воздуха (третий множитель), коэффициент перевода Вт в кДж/ч (3.6) и делитель — производительность системы помола по цементу.
Коэффициент лучистого и конвективного теплообмена зависит от скорости ветра, обдувающего оборудование. Его можно найти графически или вычислить по уравнениям кривых на рис. 3. Теплопотери возрастают пропорционально увеличению скорости ветра.
В легенде указано уравнение каждой кривой. E-04 = 0.0001.
5️⃣ Испарение воды.
Поток аспирационного воздуха мельницы пролетает над шарами с измельчаемым материалом, нагретыми до температуры более 100 °С. Такие условия способствуют испарению из сыпучего материала физически связанной влаги. Этот процесс эндотермический. В расчетной формуле фигурируют массовый поток воды из свежего питания [кг/ч] и теплота парообразования (heat of evaporation). Последняя включает энергозатраты на нагрев и испарение воды.
Измерения
После рассмотрения расчетных формул можно перейти к практической части — сбору исходных данных для энергетического баланса.
Для измерений по энергетическому балансу система помола должна работать стабильно в номинале достаточно длительное время. Чем дольше сохраняется устойчивый режим, тем выше надежность усредненных данных. Однако не на всех заводах есть такая возможность из-за частых переходов технологической линии с одной марки цемента на другую. Желательно, чтобы перед началом измерений система помола работала в устойчивом номинальном режиме 8-12 ч и сохраняла такой же режим в течение всего периода измерений.
Требуемые для расчетных формул энергетического баланса данные сведены в табл. 2. В ее предпоследней колонке указано, где брать информацию, а в последней — какой прибор использовать для измерений. Обратите внимание, что в 6-ой колонке табл. 2 находятся усредненные за измерительный период значения. В зависимости от трудоемкости и колебаний тех или иных показателей измерения проводят каждые 1-2 часа (показания ЦПУ следует вносить ежечасно). После вычисляют их среднее арифметическое (шестая колонка табл. 2) — именно эти средние значения подставляют в уравнения табл. 1 (последняя колонка).
Измерительные точки и рекомендации по работе с ручными приборами приведены в предыдущем подразделе. Здесь следует добавить работу с тепловизором. В расчете теплопотерь через корпус оборудования за счет лучистого и конвективного теплообменов используется средняя температура излучаемого тела. Главный вопрос заключается в ее определении. Решить эту задачу проще всего, сделав ряд термограмм корпуса оборудования, как показано на рис. 4.
Среднюю температуру на термограмме можно установить по гистограммам R, G, B в open-source программе ImageJ (доступна как в веб-интерфейсе, так и для скачивания), либо в специализированном ПО, прилагающемся к используемому тепловизору (если оно имеется).
| № | Пункт из табл. 1 | Среднечасовые значения | Усл. обозн. | Ед. изм. | Среднее значение | Ручной измерительный инструмент | |
| 1 | массовый поток свежего питания (клинкера, гипса, мин. добавки) на входе в мельницу | F | т/ч | 74 | 🖥️ | ||
| 2 | 1, 2, 3, 4, 5 | температура свежего питания на входе в мельницу | TF | °C | 104 | ✏️ | тепловизор |
| 3 | 1, 2, 3, 4 | влажность свежего питания на входе в мельницу (до добавления интенсификатора) | WF | % | 0.27% | 🥼 | |
| 4 | 1 | массовая доля (сухого) клинкера в свежем питании | ωc | % | 89.2% | 🖥️ | |
| 5 | 2 | массовая доля (сухого) гипса в свежем питании | ωg | % | 5.9% | 🖥️ | |
| 6 | 3 | массовая доля (сухой) добавки в свежем питании | ωa | % | 4.9% | 🖥️ | |
| 7 | 1 | удельная теплоемкость сухого клинкера | сp_c | кДж/(кг•°C) | 0.78 | ➗ | |
| 8 | 2 | удельная теплоемкость сухого гипса | сp_g | кДж/(кг•°C) | 1.09 | ✏️ | |
| 9 | 3 | удельная теплоемкость сухой мин. добавки | сp_a | кДж/(кг•°C) | 0.87 | ➗ | |
| 10 | 4 | удельная теплоемкость воды, составляющей влажность свежего питания | сp_w | кДж/(кг•°C) | 4.22 | ✏️ | |
| 11 | 5 | расход интенсификатора помола | GA | г/т | 250 | 🖥️ | |
| 12 | 5 | удельная теплоемкость интенсификатора помола | сp_GA | кДж/(кг•°C) | 4.22 | ➗ | |
| 13 | 6 | температура воздуха внутри помещения, где работает мельница | T | °C | 15.75 | ✏️ | ручная термопара |
| 14 | 6 | скорость воздуха внутри помещения, где работает мельница | v | м/с | 0.5 | ✏️ | анемометр |
| 15 | 6 | расход воздуха на входе в мельницу | Q1+Q2 | Нм³/ч | 10,625 | ✏️ | анемометр |
| 16 | 6 | удельная теплоемкость воздуха в помещении, где работает мельница | сp_air | кДж/(Нм³•°C) | 1.30 | ➗ | |
| 17 | 7 | фактическая мощность привода мельницы | PBM | кВт | 2,294 | 🖥️ | |
| 18 | 7 | КПД привода мельницы (0.94 — для пром. вала, 0.92 — для венцового зацепления) | ηBM | 0.94 | ✏️ | ||
| 19 | 8 | площадь поверхности корпуса мельницы | SBM | м² | 167 | ✏️ | |
| 20 | 8 | температура корпуса мельницы | TBM | °C | 70 | ✏️ | тепловизор |
| 21 | 8 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса мельницы | h(r+c)_BM | Вт/(м²∙°C) | 14 | ✏️ | |
| 22 | 9 | температура сыпучего материала в мельнице | TS | °C | 105 | ✏️ | |
| 23 | 9 | теплота парообразования воды внутри мельницы | qw | кДж/кг воды | 2,698 | ➗ | |
| 24 | 10 | расход воздуха, нагнетаемого в аэрожелоб между мельницей и ковшовым элеватором | QAS1 | Нм³/ч | 988 | ✏️ | анемометр |
| 25 | 11 | площадь поверхности корпуса аэрожелоба между мельницей и ковшовым элеватором | SAS1 | м² | 7 | ✏️ | |
| 26 | 11 | температура корпуса аэрожелоба между мельницей и ковшовым элеватором | TAS1 | °C | 75 | ✏️ | тепловизор |
| 27 | 11 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса аэрожелоба между мельницей и ковшовым элеватором | h(r+c)_AS1 | Вт/(м²∙°C) | 12 | ✏️ | |
| 28 | 12 | площадь поверхности корпуса ковшового элеватора | SBE | м² | 215 | ✏️ | |
| 29 | 12 | температура корпуса ковшового элеватора | TBE | °C | 50 | ✏️ | тепловизор |
| 30 | 12 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса ковшового элеватора | h(r+c)_BE | Вт/(м²∙°C) | 10 | ✏️ | |
| 31 | 13 | площадь поверхности газохода аспирации мельницы | S5 | м² | 50 | ✏️ | |
| 32 | 13 | температура газохода аспирации мельницы | T5 | °C | 35 | ✏️ | тепловизор |
| 33 | 13 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена газохода аспирации мельницы | h(r+c)_5 | Вт/(м²∙°C) | 10 | ✏️ | |
| 34 | 14 | расход воздуха, нагнетаемого в аэрожелоба от элеватора до динамического сепаратора | QAS2 | Нм³/ч | 1,188 | ✏️ | анемометр |
| 35 | 15 | площадь поверхности корпусов аэрожелобов | SAS2 | м² | 19 | ✏️ | |
| 36 | 15 | температура корпусов аэрожелобов | TAS2 | °C | 59 | ✏️ | тепловизор |
| 37 | 15 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпусов аэрожелобов | h(r+c)_AS2 | Вт/(м²∙°C) | 7 | ✏️ | |
| 38 | 16 | расход первичного воздуха динамического сепаратора | Q6 | Нм³/ч | 72,750 | ✏️ | анемометр |
| 39 | 17 | расход вторичного воздуха динамического сепаратора | Q7 | Нм³/ч | 32,500 | ✏️ | анемометр |
| 40 | 18 | фактическая мощность привода динамического сепаратора | PSR | кВт | 103 | 🖥️ | |
| 41 | 18 | КПД привода динамического сепаратора | ηSR | 0.90 | ✏️ | ||
| 42 | 19 | площадь поверхности корпуса динамического сепаратора | SSR | м² | 23 | ✏️ | |
| 43 | 19 | температура корпуса динамического сепаратора | TSR | °C | 50 | ✏️ | тепловизор |
| 44 | 19 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса динамического сепаратора | h(r+c)_SR | Вт/(м²∙°C) | 10 | ✏️ | |
| 45 | 20 | расход воздуха, нагнетаемого в аэрожелоб от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | QAS3 | Нм³/ч | 418 | ✏️ | анемометр |
| 46 | 21 | площадь поверхности корпуса аэрожелоба от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | SAS3 | м² | 17 | ✏️ | |
| 47 | 21 | температура корпуса аэрожелоба от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | TAS3 | °C | 45 | ✏️ | тепловизор |
| 48 | 21 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса аэрожелоба от динамического сепаратора до мельницы (крупка на домол) | h(r+c)_AS3 | Вт/(м²∙°C) | 10 | ✏️ | |
| 49 | 22 | расход воздуха, нагнетаемого в аэроднище рукавного фильтра | QBF | Нм³/ч | 1,163 | ✏️ | анемометр |
| 50 | 23 | площадь поверхности корпуса рукавного фильтра | SBF | м² | 295 | ✏️ | |
| 51 | 23 | температура корпуса рукавного фильтра | TBF | °C | 28.75 | ✏️ | тепловизор |
| 52 | 23 | коэффициент лучистого и конвективного теплообмена корпуса рукавного фильтра | h(r+c)_BF | Вт/(м²∙°C) | 8 | ✏️ | |
| 53 | 24 | подсосы наружного воздуха | Qfa | Нм³/ч | 5,870 | ➗ | |
| 54 | 25 | расход воздуха, вылетающего из системы помола | Q8 | Нм³/ч | 125,500 | ✏️ | анемометр |
| 55 | 25 | температура воздуха, вылетающего из системы помола | T8 | °C | 71.375 | ✏️ | |
| 56 | 25 | удельная теплоемкость воздуха, вылетающего из системы помола | сp_air8 | кДж/(кг•°C) | 1.31 | ➗ | |
| 57 | 26 | температура цемента на выходе из системы помола | Tcem | °C | 65 | ✏️ | ручная термопара |
| 58 | 26 | удельная теплоемкость сухого клинкера | сp_с_cem | кДж/(кг•°C) | 0.76 | ➗ | |
| 59 | 26 | удельная теплоемкость сухого гипса | сp_g_cem | кДж/(кг•°C) | 1.09 | ✏️ | |
| 60 | 26 | удельная теплоемкость сухой мин. добавки | сp_a_cem | кДж/(кг•°C) | 0.84 | ➗ | |
| 61 | 26 | влажность цемента на выходе из системы помола | Wcem | % | 0.61% | 🥼 | |
| 62 | 26 | удельная теплоемкость цемента | сp_cem | кДж/(кг•°C) | 0.81 | ➗ |
🖥️ — показания стационарных датчиков на ЦПУ, ✏️ — результат ручных измерений или справочные данные (взяты из опыта или литературы), 🥼 — данные лаборатории, ➗ — расчетное значение.
Обозначения:
Tout [°C] — температура воздушного потока на вылете из камеры мельницы (в примере предполагается, что испарение происходит при температуре около 105 °C).
Результаты баланса
На основании данных табл. 2, в табл. 1 рассчитаны энергетические потоки по статьям прихода/расхода. Сумма статей прихода — 167.6 кДж/кг (≈99% от расхода), расхода — 170.0 кДж/кг (100%). На практике редко получается добиться полноценного баланса 100%/100%. Считается, что отклонение в пределах 3% приемлемо, а при его превышении вероятна значительная ошибка в измерениях или расчетах — баланс требует пересмотра.
Жирным шрифтом в табл. 1 выделены статьи с наибольшим энергетическим эффектом:
- п. 1. Клинкер — 35% (от суммы по всем статьям прихода);
- п. 7. Энергия, передаваемая приводом мельницы — 62% (из нее >80% переходит в тепло от ударов и трения мелющих тел);
- п. 25. Вылетающий из системы воздух — 67% (от суммы по всем статьям расхода);
- п. 26. Цемент — 21%.
Львиная доля энергии привносится в систему за счет температуры клинкера и работы электродвигателя мельницы. Бо́льшая же часть покидающей систему энергии сконцентрирована в цементе и вылетающем из вентилятора FN воздухе.
Еще одна статья, не самая заметная в данном примере, но очень важная для понимания и модернизации системы помола — п. 9 — испарение воды из свежего питания в мельнице. В табл. 1 она составляет немногим более 4% от суммарного расхода. Это обусловлено относительно низкой влажностью сыпучих (0.27%). Но попробуйте рассчитать энергию, требуемую на испарение 1%, 2% и 3% воды:
Соответственно, для 2% — 54 кДж/кг (32% от суммы прихода), 3% — 81 кДж/кг (48% от суммы прихода) — это уже существенные доли.
Теплопотери через корпусы оборудования и газоходов не оказывают определяющего влияния на тепловой баланс. Тем не менее, ими не стоит пренебрегать.
Добавить комментарий