8. Охрана окружающей среды, энергосбережение

Главные воздействия на окружающую среду при производстве цемента связанны со следующими факторами: - Пыль (выбросы из дымовых труб и быстроиспаряющиеся компоненты) - Газообразные выбросы в атмосферу (NOx, SO2, CO2, VOC, другие) - Другие выбросы (шум и колебания, запах, техническая вода, отходы производства и т.д.) - Потребление ресурсов (энергия, сырье) Пыль Исторически, выбросы пыли (особенно от печей), как загрязняющий окружающую среду фактор цементного производства, вызывают наибольшее беспокойство. В основном причиной выбросов пыли являются сырьевые заводы, печи для обжига, клинкерные холодильники, цементные мельницы. Основная особенность этих процессов это то, горячий отработанный газ или отработанный воздух проходит через измельченный до состояния пыли материал, что приводит к образованию дисперсионной смеси газа и пыли. Основные свойства частиц зависят от исходного материала а именно сырьевого материала, клинкера или цемента. На данный момент доступны современные технические методы снижения пыли (электростатические осадители, фильтры), что снизило пылеобразование в цементной промышленности за последние 20 лет приблизительно на 90 %. Пылеобразование из рассредоточенных источников на территории завода (“сдуваемая пыль”), может происходить в результате хранения и погрузки то есть в транспортной системе, складских запасах, во время движения подъемного крана, упаковки в мешки, и т.д., и в процессе транспортировки, во время движения транспорта по грунтовым дорогам. Поскольку химический и минералогический состав цементной пыли подобен природному камню, ее воздействие на здоровье человека считается вредным, но не токсчиным. Снижение и контроль за пылеобразованием на современном цементном заводе нуждается в инвестировании и компетентных методах управления, но это уже не технические проблемы. Выделение газов в атмосферу Газообразные выделения от системы печей, выбрасываемые в атмосферу, являются проблемой номер один в борьбе с загрязнением окружающей среды при производстве цемента сегодня. Основные газы, которые выбрасываються в атмосферу это - NOx и SO2. Другие менее вредные соединения - VOCs (летучие органические соединения), CO, аммиак, HCl, и тяжелые металлы. CO2 - газ, который в значительных количествах используется для отопления оранжерей, теплиц. Формирование NOx является неизбежным следствием высоко температурных процессов горения. Сера, поступающая в печи вместе с сырьем и топливом в значительной степени поглощается продуктами печи. Однако, сера, содержавшаяся в сырье как сульфиды (или органические сернистые вещества) - легко улетучивается при низких температурах (то есть 400- 600 ° C), что может привести к значительным испарениям SO2 через дымовые трубы. Другие легко испаряющиеся нежелательные вещества, поступающие в систему печей или эффективно разрушаются при высоко температурном горении, или почти полностью поглощаюься продуктом. Таким образом, неотъемлемой частью процесса в печах для обжига цемента есть незначительные выделения газов, таких как VOCs, HCl, HF, NH3 или тяжелые металлы. Наличие органических компонентов в природном сырье может существенно повысить уровень углеводорода и выбросы СО. Выделение хлорсодержащих углеводородов типа диоксинов и фуранов обычно значительно ниже существующих предельных норм. Другие летучие компоненты, такие как ртуть - тщательно контролируются , чтобы предотвратить нежелательные выбросы в атмосферу. Как результат обжига исходного сырья и сгорания ископаемого топлива выделяется углекислота. Выделение углекислого газа, как результат потребления топлива, было прогрессивно снижено в результате воздействия сильного экономического стимула к минимизации потребления топливной энергии.

Начиная с 70-х годов, производство цемента в Республике Беларусь осуществляется мокрым способом. Эта технология, сменившая систему Леполь, в то время имела ряд преимуществ, а часть их сохраняется и сегодня (удобство в гомогенизации шлама и возможность создания необходимого его запаса перед печью, обеспечение стабильного качества и ритмичной работы печи). Мокрая технология производства цемента имеет один серьезный недостаток - высокий удельный расход топлива на единицу продукции. Это вызвано испарением во вращающейся печи большого количества влаги, содержащейся в сырье природной и дополнительной, добавляемой при подготовке шлама.

При среднегодовой карьерной влажности мела 25% количество естественной влаги, которую необходимо испарить при любой технологии, составляет 0,54 кг на килограмм цемента. При приготовлении шлама его влажность достигает 40-44%, то есть необходимо испарить уже 1,28 кг воды на 1 кг цемента.

Все это приводит к тому, что удельный расход условного топлива при мокром способе при использовании печи 3,6х110 м доходит до 360-310 кг/т извести второго сорта.

Учитывая то, что производство всего цемента в республике осуществляется по мокрому способу, а эта технология получения цемента и извести на определенных стадиях одинакова, практически все энергосберегающие мероприятия, связанные с производством цемента, могут быть осуществлены и при производстве извести. Анализ возможных схем перевода производства цемента на новые энергосберегающие технологии позволяет рекомендовать использование в качестве сырья природного мела влажностью 23-28% без добавления влаги при приготовлении шлама, перевод вращающихся печей на сухую технологию, позволяющую уменьшить удельный расход топлива с 270-310 до 210-220 килограммов на одну тонну цемента, или в среднем на 25% (рис. 1). При этом должна быть произведена модернизация технологической линии, которая заключается в следующем: вращающаяся печь оборудуется теплообменным устройством в виде свободно висящих на расстоянии 25 м от холодного конца печи цепей с размером звена 120 мм, диаметром прутка 25 мм, общая масса цепей - 40 тонн, в том числе 15 тонн из жаростойкой стали; за печью в качестве теплообменника-утилизатора тепла устанавливается шахтная дробилка-сушилка ММТ 1300х2300х750. (Дробилка питается мелом автономно и работает на отходящих газах вращающейся печи); система обеспыливания печи оборудуется дополнительной ступенью циклонов 2,8х14 метров; для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления используются резервы дымососа, или увеличиваются его обороты, или дымосос заменяется более мощным.

Схема может быть укороченной, то есть без установки дробилки-сушилки в качестве запечного теплообменника-утилизатора. В этом случае снижаются капитальные затраты, но сокращается экономия топлива в связи с возрастанием температуры уходящих газов. Расход топлива в этом случае уменьшится с 270-310 до 220-230 кг условного топлива на тонну извести, или в среднем на 20%. В настоящее время научные организации Минстройархитектуры работают над созданием новой технологии сухого производство цемента Технология, предложенная УП "Силикат" и Минским НИИСМ, основана на скоростных процессах тепломассообмена в тонкодисперсных средах на всех стадиях технологического процесса: совместной сушки и помола сырья, нагрева, диссоциации карбонатов и охлаждения готового продукта.

Готовый продукт - высокоактивный, тонкодисперсный, высококачественный молотый цемент, пригодный без дополнительной обработки как для автоклавных материалов, так и для строительных целей.

Согласно расчетам, расход условного топлива составит от 177,7 до 188,9 кг на тонну извести, электроэнергии около 40 кВт/ч на одну тонну. Это на 40% меньше в сравнении с традиционной технологией.

Вывод

По ходу курсового проекта мной была подробно освещена и проработана тема производства цемента, а именно стадия обжига шлама в барабанной, вращающейся печи. Были даны характеристики исходных веществ, которые поступают в печь и выходящих после химико-физической обработки из печи обжига. Описана получаемая продукция – цемент, его виды, применение и новейшие разработки в его производстве. В курсовом проекте изложил зонную характеристику вращающейся печи, так как при производстве цемента, шлам, по мере продвижения по корпусу печи находится под воздействием разных температур, от 120 – в зоне сушки, до 1500 – в реакционной зоне, это вызывает необходимость учитывать это при проектировании конструкции печи. Был обоснован вопрос выбора способа производства. Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Два основных способа производства портландцемента – мокрый и сухой; они различаются по характеру переработки сырьевых материалов, а так же по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей на обжиг.

Учитывая особенности процесса обжига и опираясь на научную литературу по конструировании вращающихся печей, мной была разработана конструкция печи. Конструкция вращающихся печей имеет ряд характерных особенностей, которые обусловлены технологией производства цемента из глиняного шлама. Так как глиняный шлам переходит в клинкер, из которого в последствии и изготавливают цемент, в следствии сложных химико-физических процессов под обработкой его разными температурами за большой промежуток времени (около 2 часов), необходимо было разработать печь определённой конструкции. Учитывать необходимость конструирования печи под небольшим наклоном к горизонту для создания возможности продвижения обжигаемого материала.

Так как во многих отраслях промышленности применяются вращающиеся агрегаты типа технологических барабанов, примером которых являются цементные печи. Такие устройства обычно имеют несколько опор, каждая из которых имеет бандаж – стальное кольцо большого диаметра, крепящееся к барабану – и два опорных ролика. В процессе эксплуатации барабана неизбежно происходит раскатывание поверхностей качения бандажа и роликов, что может привести к нарушению функционирования агрегата. Чтобы восстановить нормальный режим работы барабана, поверхности качения опор подвергают периодической обработке, непосредственно на работающем агрегате. Для этой цели наиболее широкое применение нашел специальный переносной встраиваемый станок. Необходимость периодической обработки поверхностей качения опор ТБ требует всестороннего изучения формообразования бандажа и роликов с использованием специального станка. Анализ этого процесса позволил выявить факторы, влияющие на точность обработанной поверхности, разложить погрешность обработки на составляющие и провести моделирование процесса обработки с целью прогнозирования формы обработанных поверхностей. И не маловажным в этом случае является точный, при конструировании, механический расчёт на определение необходимых размеров и материалов.

Подробно по ходу курсового проекта мною били рассмотрены вопросы о технике безопасности при ремонте и эксплуатации вращающихся печей, энергосбережение и охрана окружающей среды.

При производстве цемента вращающаяся печь является основным звеном и от правильности выбора её конструкции, а как следствие и производительности зависит мощность всего цементного завода. Поэтому её конструкцией занимается специально созданный НИИЦемента.