सीमेंट किल्न की दक्षता क्लिंकर उत्पादन को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण है और इसमें ऊर्जा संचरण, रासायनिक प्रतिक्रियाओं और ताप संतुलन से संबंधित थर्मोडायनमिक सिद्धांत और सूत्र शामिल हैं। प्रमुख अवधारणाओं में ऊर्जा हानि को कम करना और दहन दक्षता को सुधारने तथा ईंधन की खपत को कम करने के लिए गर्मी के उपयोग को अधिकतम करना शामिल है। यहाँ सीमेंट किल्न की दक्षता को नियंत्रित करने वाले महत्वपूर्ण थर्मोडायनमिक सूत्र और अवधारणाएँ हैं:
भट्ठी के लिए ऊर्जा संतुलन निम्नलिखित रूप में लिखा जा सकता है: \[Q{\text{में}} = Q{\text{बाहर}} + Q_{\text{हानि}}\] जहाँ:
दहन दक्षता को प्रभावी गर्मी के उपयोग बनाम प्रदान की गई गर्मी के आधार पर गणना की जाती है: \[\eta_{\text{combustion}} = \frac{\text{क्लिंकर उत्पादन के लिए उपयोगी ऊर्जा}}{\text{ईंधन से उपलब्ध ऊर्जा}} \times 100\]अवशिष्ट ईंधन या अतिरिक्त हवा को कम करना इस दक्षता को अनुकूलित करने में मदद करता है।
भट्टी और प्रीहीटर में ताप हस्तांतरण तंत्र (संवहन, संवहन, विकिरण) थर्मल दक्षता को नियंत्रित करते हैं। विकिरण गर्मी हस्तांतरण के लिए स्टेफन-बोल्ट्जमैन सिद्धांत लागू होता है: \[Q_{\text{radiation}} = \sigma \cdot A \cdot T^4\] जहाँ:
अधिक तापमान के माध्यम से अत्यधिक नुकसानों को कम करने के लिए अनुकूलन (T) और उचित इन्सुलेशन (Q_{\text{radiation}}) को कम करने के लिए आवश्यक हैं।
वायु उत्सर्जन गैसों में एंथाल्पी हानि महत्वपूर्ण होती है। इसे निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना किया जा सकता है: \[Q_{\text{exhaust}} = \dot{m} \cdot C_p \cdot \Delta T\]जहाँ:
अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति प्रणाली आमतौर पर इन हानियों को कम करने के लिए लागू की जाती हैं।
विशिष्ट ऊष्मा खपत क्लिंकर के प्रति इकाई उत्पादन में प्रयुक्त ऊर्जा को मापता है: \[H{\text{विशिष्ट}} = \frac{Q{\text{कुल}}}{m_{\text{क्लिंकर}}}\]जहाँ:
प्रयासों का लक्ष्य (H_{\text{specific}}) को गर्मी हस्तांतरण, प्रीहीटिंग प्रक्रियाओं और वैकल्पिक ईंधनों की दक्षता में सुधार करके कम करना है।
भट्टी प्रतिक्रियाएँ (चूने के पत्थर का चूने और CO₂ में अपघटन)2), सिलिकेट्स और एल्युमिनेट्स का निर्माण) प्रतिक्रिया के एंथैल्पी के आधार पर विशेष तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है: \[\Delta H{\text{प्रतिक्रिया}} = \sum \Delta H{\text{निर्माण}} (\text{उत्पाद}) – \sum \Delta H{\text{संरचना}} (\text{प्रतिक्रिया तत्व})\] कच्चे माल के मिश्रण और प्रतिक्रिया तापमान को नियंत्रित करने से ऊर्जा दक्षता पर प्रभाव पड़ता है।
प्रभावशीलता को ताप और कार्य प्रक्रियाओं में एंट्रोपी उत्पत्ति और अविवर्तनीयता से जोड़ा जा सकता है:\[\Delta S = \frac{Q}{T}\]ताप स्थानांतरण और दहन में एंट्रोपी हानियों को न्यूनतम करने से कुल भट्टे की प्रभावशीलता में सुधार होता है।
इन थर्मोडायनैमिक सिद्धांतों और सूत्रों को लागू करके, सीमेंट कारखाने ऊर्जा की खपत को कम करने का लक्ष्य रखते हैं, जबकि क्लिंकर की गुणवत्ता को बनाए रखते हुए और पर्यावरणीय प्रभाव को न्यूनतम करते हैं।
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