Значения измеренной и моделированной температуры в зоне горения и в верхней и нижней зонах стояка соответствуют истине. Моделированные значения температуры материала и газа равны, благодаря равновесному расчету в девяти блоках программы ChemApp (рис. 3). В реальном процессе температура газа выше, чем температура материала. При хорошем перемешивании в башне теплообменника разница в температурах небольшая, но она увеличивается по мере продвижения материала к зоне горения. На рис. 6 и 7 показаны измеренные и моделированные значения содержания CО₂ и О₂ в потоке газа. Содержание CО₂ и О₂ в циклонах согласно модели выше, чем параметры, замеренные в реальном процессе . Химический состав выборочных газовых потоков показан на рис. 8. В диаграмму не включены элементы, содержание которых в газе составляло менее 1 ppm (миллионной части). Количество N₂ (г) составило более 65 весовых процентов в зонах горения и кальцинации. Модель позволяет учитывать добавление свежего воздуха к вторичному воздуху, исходящему из клинкерного холодильника. Содержание CO2(г) практически не меняется, колеблясь от 33 до 36 весовых процентов при прохождении газа через циклонную башню и от 21 до 23 весовых процентов при прохождении газа через вращающуюся обжиговую печь. На входе печи в газе преобладают KCl(г) и K₂Cl₂(г). На рис. 9 масштаб оси Y такой же, как на графике рис. 8 – для того, чтобы можно было рассмотреть детали. Предсказанный состав клинкера показан на рис. 10. Состав образцов клинкера из реального процесса был определен при помощи Остривного счетчика на отполированной поверхности среза образца клинкера. При микроскопии образцов клинкера не было обнаружено предсказанных компонентов K2SO4( и KAlO₂(s). Общее количество жидкости и твердого вещества показано на рис.11. Для некоторых элементов была использована специальная система обозначений. Так, CaO обозначалась как. С, SiO — как S, Al₂O₃ — как A и Fe₂O₃ — как F. C₂S (белит) существует в трex различных кристаллических формах: призматической, моноклинной и гексагональной, и принимает различные модификации в зависимости оттемпературы [13]. Здесь рассматриваются четыре модификации белита: C2S, C2S-A (αелит), C2S-AP (α’-белит) и C2S-GO (лит). Химический состав компонентов меняется согласно модели: При 790°C и выше прекращает существование CaC0₃(s), C2S начинает образовываться между 460°C и 492°C, а между 790°C и 1089°C он переходит в форму α-белита. C3S (алит) образуется при 1450°C и выше и т. д.

4 Обсуждение и заключение

Описанная здесь прогнозирующая химическая модель — полезный инструмент для предсказания химии газовой и материальной фаз процесса производства цемента. Ее разработка может быть в дальнейшем продолжена для включения в модель расплавленных смесей и процессов циркуляции пыли и топочных газов. Состав клинкера показал хорошее соотношение по алиту, алюминату и ферриту, а химический состав на протяжении всего процесса был предсказан очень точно, как это и ожидалось. Предсказанные уровни температур, расхода газа, содержания CO₂(г) и O₂(г) в циклонах требуют коррекции по подсосу воздуха и энергопотерям, поскольку температура и расход газа в циклонах низкие, а содержание CO₂(г) и O₂(г) высокое. Постоянство уровня содержания CO₂(г) в циклонной башне, было предсказано реалистично. Кальцинация происходит в температурном интервале от 600 дo 800°C, что соответствует условиям в верхней и нижней части стояка, где подсос воздуха в четыре раза выше, чем в циклонах. Образование щелочных солей, которые являются причиной проблемы формирования колец в реальном процессе, было предсказано в виде образования KC1(1) в нижней части стояка, где ожидается возникновение этих проблем.

Потери энергии в окружающую среду в прогнозирующей модели должны быть скорректированы с учетом изменяющегося состава топлива на входе системы. Для этой цели будет разработан усовершенствованный метод, учитывающий потери через радиацию.

Благодарности

Выражаем благодарность Шведскому агентству по энергетике (Swedish Energy Agency) (No. 2006- 06679, проект 30527-l), ассоциации MinFo – Шведской исследовательской ассоциации по разработке минеральных ресурсов (Swedish Mineral Processing Research Association), компаниям Cementa AB, Cementa Research AB, Nordkalk Oyj Abp, а также Урсуле Кяянтее из компании Finnsementti Oy за ее поддержку.

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

Цемент. Известь. Гипс