Оптимізація режиму роботи та конструкції шахтної печі для виробництва вапна

Abstract

Металургійне виробництво вапна, хоча й відіграє ключову роль у будівельній сфері та інших галузях економіки, але є надзвичайно енергоємним і трудомістким процесом. Особливо важливою проблемою є великий викид CO2 під час кальцинації, який становить половину загальних викидів CO2 у руді. Закриття карбонізаційних установок стає актуальним завданням для екологічної політики. Основна мета виробництва вапна ‒ забезпечення високої якості продукції та постійне покращення умов праці з метою зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Однак, основний фактор витрат – енергія, необхідна для випалу вапняку, що робить управління цим процесом надзвичайно важливим, особливо у зв’язку з постійним зростанням вартості енергоносіїв. Стаття розглядає різні аспекти оптимізації робочого режиму та конструкції шахтних печей для виробництва вапна. Досліджуються технологічні та інженерні аспекти, такі як вибір типу печі, оптимізація процесу випалу вапняку та вплив конструкції печі на якість та кількість виробленого вапна. Головна мета – забезпечення максимального виходу продукції за мінімальних витрат сировини, енергії та зменшення впливу на навколишнє середовище. Висновки досліджень показують, що реконструкція шахтних печей може значно знизити витрати палива та підвищити вміст корисних компонентів у вапні. Ефективне управління процесом випалу вапняку може забезпечити стабільні результати навіть за різних умов роботи печі. Оптимізація температурного режиму та використання принципу теплообміну за прямоточно-протитечійною схемою можуть значно покращити продуктивність та зменшити вплив на довкілля. Встановлено, що один із потенційних шляхів удосконалення шахтних печей із прямим профілем футерування полягає у переході до принципу теплообміну за прямоточно-протитечійною схемою та створенні нижнього контуру для рециркуляції продуктів згоряння, які потім спалюються у суміші з паливом та повітрям. Ця ініціатива має потенціал збільшити продуктивність після реконструкції печі на 15‒20%.The metallurgical production of lime, although it plays a key role in the construction sector and other sectors of the economy, is an extraordinarily energy-intensive and labour-intensive process. A significant problem is the large CO2 emission during calcination, which accounts for half of the total CO2 emissions in the ore. Closing carbonization plants is becoming an urgent task for environmental policy. The main goal of lime production is to ensure high product quality and constant improvement of working conditions to reduce the negative impact on the environment. However, the main cost factor is the energy required to calcine limestone, which makes managing this process extremely important, especially with the constant increase in energy costs. The article considers various aspects of optimizing mine kilns’ operating mode and design for lime production. Technological and engineering aspects such as the choice of kiln type, optimization of the limestone firing process and the effect of kiln design on the quality and quantity of lime produced are investigated. The main goal is to ensure the maximum yield of products with minimum consumption of raw materials and energy and reduce the environmental impact. Research findings show that the reconstruction of mine furnaces can significantly reduce fuel consumption and increase the content of useful components in lime. Effective management of the limestone firing process can ensure stable results even under different kiln operating conditions. Optimizing the temperature regime and using the principle of direct-counter-current heat exchange can significantly improve performance and reduce the environmental impact. It was found that one of the potential ways to improve mine furnaces with a direct linking profile is to switch to the principle of heat exchange in a direct-counterflow scheme and create a lower circuit for recirculation of combustion products, which are then burned in a mixture with fuel and air. This initiative can potentially increase productivity by 15‒20% after furnace reconstruction.