Energiankäytön kartoitus Lappeenrannan sementtitehtaalla.

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa Finnsementti Oy:n Lappeenrannan sementtitehtaan energiankäyttöä ja etsiä potentiaalisia energiansäästökohteita. Diplomityö liittyy Kauppa- ja teollisuusministeriön ja Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliiton väliseen teollisuuden energiankäytön tehostamiseen tähtäävään puitesopimukseen, johon Finnsementti Oy on liittynyt. Diplomityön teoriaosassa tutustutaan sementin kemiaan raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin. Lisäksi kartoitetaan sementtiteollisuuden energiansäästömahdollisuuksia laite-hankintojen ja prosessin optimointinnin kannalta. Työssä tutustutaan sementin-valmistuksessa käytettäviin laitteistoihin ja selvitetään niiden teknistä kehitystä ja energiaasäästäviä ratkaisuja. Kokeellinen osuus alkaa yksityiskohtaisella kuvauksella Lappeenrannan sementtitehtaan valmistusprosessista. Kokeellisessa osassa tutustutaan tehtaan energiankulutukseen sähkön ja polttoaineen muodossa. Lisäksi käsitellään paineilmaa ja vettä. Sähkön osalta kokeellinen osa sisältää sähkönkulutuksen historian ja sähkönjakeluverkon selvityksen lisäksi tehtaalla käytössä olevien luokittimien tehokkuustarkasteluita sähkönkulutuksen kannalta. Polttoaineen osalta diplomityö sisältää sementtiuunien energiataseiden mittaukset ja tulosten laskemisen sekä Excel-pohjaisen menetelmän kehittämisen energiataseiden laskemiseksi tulevaisuudessa. Paineilman ja veden osalta selvitetään niiden kulutusta tehtaalla ja lasketaan paineilmalle teoreettinen ominaissähkönkulutus. Luokittimien tehokkuustarkastelujen osalta havaittiin raakamyllyn luokittimen erottelu-terävyyden olevan huono verrattuna nykyaikaisiin korkeatehokkuusluokittimiin. Sementtimyllyjen luokittimien toiminnasta ei havaittu merkittäviä ongelmia. Energia-taseiden tuloksina havaittiin Lappeenrannan sementtitehtaan sementtiuunien edustavan vanhentunutta sementinvalmistustekniikkaa. Molempien uunien savukaasukanavien vuotoilmojen määrien havaittiin olevan suuret. Energiataloutta pystyttäisiin parantamaan mm. uusilla polttimilla, jolloin lämmittämättömän ensiöilman osuutta saataisiin pienentymään ja polttoaineen polttoa tehostumaan. Paineilman suhteen havaittiin kuumailman paineenalennuksen aiheuttavan turhia energiahäviöitä.

The target of this thesis for the degree of master of science was to study the energy usage at Finnsementti Oy's Lappeenranta cement works and find possibilities for saving energy. This thesis is written in conjunction with a skeleton agreement between the Finnish Ministry of Trade and Industry and the Confederation of Finnish Industry and Employers. Finnsementti, along with other Finnish companies, has signed this agreement, the goal of which is to save energy in the Finnish industry. This paper discusses cement chemistry from the raw materials to the finished products. Miscellaneous energy saving possibilities for cement industry are presented. This paper also surveys the equipment needed to produce cement from out-dated to the best available technology. The experimental part of this paper begins with a detailed description of the manufacturing process in the Lappeenranta cement works. Besides electrical and fuel energy consumption, this paper also studies the consumption of water and compressed air. The part of this paper that deals with electricity presents a history of electrical consumption and studies the efficiencies of the separators at the raw and cement mills. As far as fuel is concerned, this paper presents a history of fuel energy consumption and calculates the heat balances of the cement kilns. In addition an Excel-based method for calculating heat balances in the future was developed and the theoretical specific energy consumption for compressed air was calculated. The study showed that the efficiency of the separator at the raw mill is poor in comparison to the modern high-efficiency saparators. No significant problems were observed in the separators at the cement mills. The heat balances showed that the cement kilns in use in the Lappeenranta cement works represent out-dated technology. The false air volymes in both kilns turned out to be high. New multichannel burners could improve the conservation of energy in both kilns. This would reduce the volume of unpreheated primary air and make combustion more effective. The decompression of compressed hot air was observed as being a cause of useless energy losses.