ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ

Под редакцией

канд. техн. наук Зозули П. В.

и канд. техн. наук Никифорова Ю. В.

Настоящее издание является учебным пособием по курсовому и дипломному проектированию и предназначено для студентов V курса и студентов-дипломантов, обучающихся по специально­сти 2508 «Химическая технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов», специализации «Технология це­мента».

Пособие содержит технические и технологические данные, не­обходимые при проектировании цементных заводов. Приводятся сведения об основном и вспомогательном отечественном и зару­бежном оборудовании для цементного производства, методы рас­чета, примеры технологических схем и проектных решений це­ментных заводов мокрого и сухого способов производства. Рассматриваются принципы организации и функционирования си­стемы автоматизированного проектирования цементных заводов (САПР — цемент), а также особенности разработки и ввода в действие автоматизированных систем управления технологиче­скими процессами (АСУТП). Большое внимание уделено обеспыливанию отходящих газов и аспирационного воздуха, а также вопросам экологии.

Учебное пособие подготовлено коллективом авторов: препо­давателями Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) и сотрудниками института «Гипроцемент». Авторы выражают благодарность сотрудникам институ­та «Гипроцемент» (С.-Петербург) за ценные указания и помощь при подготовке рукописи.

РАЗВИТИЕ И СОСТОЯНИЕ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

Цементная промышленность России до недавнего времени развивалась по единому плану развития отрасли бывшего СССР.

Отечественная цементная промышленность практически нача­ла создаваться после окончания Великой Отечественной войны. Необходимость восстановления народного хозяйства потребовала организации многотоннажного производства цемента в короткие сроки. Темпы прироста производства цемента за 1946—1950 гг. составили 40,6 %. Цементные заводы бывшего СССР восстанав­ливались и строились при использовании мокрого способа про­изводства, т. к. в послевоенные годы технология сухого способа производства цемента еще только зарождалась. Основными печ­ными агрегатами были вращающиеся печи размерами 3,6X150 и 4,0X150 м производительностью 550—600 т. кл./сут. За короткие сроки эти печи были установлены на таких заводах как Белго­родский, Коркинский, Карагандинский, Себряковский, «Пролета­рий», «Октябрь», Ангарский, Николаевский, «Пунане Кунда», Карадагский, Чимкентский и др.

В середине 50-х годов была разработана печь мокрого способа производства 4,5X170 м производительностью 1200 т. кл./сут. Эта печь стала основным технологическим агрегатом при стро­ительстве новых и расширении действующих производств. Были расширены производства на Белгородском, Коркинском, Пикалевском, Себряковском и Чернореченском заводах, а также по­строены новые заводы — Ульяновский, Ахангаранский и др.

В качестве более высокопроизводительных агрегатов мокрого способа производства клинкера были разработаны вращающиеся печи 5X185 и 5,6X185 м производительностью, соответственно, 1730 и 1820 тонн клинкера в сутки. В 1972 г. на Балаклейском цементном заводе (Украина) была установлена самая большая печь мокрого способа производства 7X230 м производительно­стью 3000 тонн клинкера в сутки. Вращающиеся печи, а также другое технологическое и комплектующее оборудование, произ­водились на заводах «Сибтяжмаш» (Красноярск), «Уралмаш» (Екатеринбург) и затем — на производственном объединении «Волгоцеммаш» (Тольятти).

Наряду с вводом нового высокопроизводительного оборудова­ния проводилась реконструкция и модернизация малопроизводи­тельных печей (в основном, путем увеличения их диаметра), что позволило улучшить показатели их работы. Всего в цементной промышленности было модернизировано около 200 печей, что дало значительный экономический эффект. Одновременно про­водился демонтаж малопроизводительного оборудования. В на­стоящее время шахтные печи работают только на Подгоренском заводе (6 печей), использующем в качестве сырья натуральные мергели. Выведены из эксплуатации старые производства Катав-Ивановского и Невьяновского заводов, а также полностью Ле­нинградский цементный завод.

Развитие сухого способа производства клинкера в России на­чалось с реконструкции Спасского завода, на котором четыре вращающиеся печи 3,6X52,0 м и одна печь 3,6X59 м реконст­руированы путем установки запечных теплообменников. Произ­водительность печей возросла до 23—25 т/ч, резко снизился рас­ход топлива.

Далее, были разработаны и установлены печи размером 4,0X60 м с запечными теплообменными устройствами на Сланцевском (2 печи) и на Катав-Ивановском (4 печи) цементных заводах. На Липецком цементном заводе была установлена печь 5,0X75,0 м с системой запечных теплообменных устройств, про­изводительностью 75 тонн клинкера в час. Однако доля сухого способа производства цемента в СССР составляла все еще менее 10%.

Положение несколько улучшилось после разработки и пуска в эксплуатацию технологических линий сухого способа производ­ства с печами размерами 7,0/6,4X95 м и запечной системой циклонных теплообменников. Эти технологические линии постро­ены с учетом опыта проектирования и эксплуатации заводов сухого способа производства зарубежных фирм.

Были запроектированы и построены современные системы го­могенизации с 2-ярусными силосами, усреднительными складами сырьевых материалов, разработаны системы автоматизации тех­нологического процесса.

Линии сухого способа производства клинкера построены на Спасском (2 вращающиеся печи), Карагандинском (Казахстан, 2 вращающиеся печи), Резинском (Молдова, 1 вращающаяся печь) и Навоийском (Узбекистан, 3 вращающиеся печи) цементных за­водах.

Практика эксплуатации печей 7,0/6,4X95 м с циклонными теплообменниками показала, что они имеют резерв производи­тельности. За исключением печей Карагандинского завода, эти печи обеспечивают проектные показатели (125 т/ч). Однако эти печи характеризуются невысоким коэффициентом использования, который фактически составляет 0,60—0,81, что ниже проектных показателей (0,90). Низкое значение коэффициента использова­ния большинства печей 7,0/6,4X95 м на протяжении всего пе­риода их эксплуатации объясняется длительными простоями по разным причинам, в частности, большими затратами времени на футеровку (30 %) на капитальный ремонт (9,7 %), и прочими причинами (60,3 %).

В 1986 г. на Криворожском цементном заводе была введена в эксплуатацию печь сухого способа производства 4,5X80 м с запечной системой циклонных теплообменников и декарбонизатором фирмы «Онода» (Япония). Производительность такой печи составляет 122—125 т кл./ч.

Технологические линии с печью 4,5X80 м с циклонными теп­лообменниками и декарбонизатором стали, как правило, основ­ным решением при реконструкции и строительстве новых цемен­тных заводов. Технологическая линия с такой печью была установлена при коренной реконструкции Невьянского цемент­ного завода мокрого способа производства. При выводе всех трех действующих печей мокрого способа производства (были выве­дены из эксплуатации 2 печи 3,6—3,0—3,6X74 м и 1 печь 3,6X70 м) была установлена одна печь 4,5X80 м с запечной системой циклонных теплообменников и реактором-декарбонизатором. Аналогичные линии запроектированы для строительства Усть-Борзинского (Читинская обл.) и Ново-Белорусского заводов (г. Костюковичи, Белоруссия).

Намечена реконструкция Красноярского завода с установкой печи сухого способа при выводе из эксплуатации всех печей мокрого способа.

В целях отработки технологии полумокрого способа производ­ства цемента на Себряковском заводе была запроектирована и построена экспериментальная технологическая линия с подготов­кой сырьевого шлама по мокрому способу и последующей его фильтрацией с целью снижения влажности и расхода тепла. Здесь была пущена в эксплуатацию вращающаяся печь 5,0X125 м, оборудованная двухступенчатым циклонным теплообменником и сушилкой-дробилкой, в которую направляется полученный на ка­мерных прессфильтрах кек с влажностью 19—20 %.

В настоящее время в России работает 53 цементных заводах с полным технологическим циклом и одна помольная установка. Объем производства цемента заводами России в 1991 г. составил 77,3 млн. т. В составе цементных заводов 233 вращающихся печи, в том числе 5 печей оборудованных конвейерными кальцинаторами и 20 печей с запечными циклонными теплообменниками.

Наряду с ростом производства цемента произошли большие изменения в ассортименте и качестве продукции. В 20—30-е годы в основном выпускался портландцемент, имеющий общеотраслевое значение. Его производство развивалось наиболее высокими темпами. Этот вид цемента и сейчас занимает основное место в ассортименте продукции.

На основе портландцемента разработан и выпускается широ­кий спектр цементов с учетом особенностей эксплуатации стро­ительных конструкций и сооружений. Так, выпускается быстротвердеющий портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, портландцемент для асбестоцементных изделий, сульфатостойкий портландцемент, напрягающий и дорожный порт­ландцемента и другие виды этого вяжущего.

Шлакопортландцемент ранее выпускался в ограниченном ко­личестве на технологических линиях при металлургических за­водах. Однако необходимость увеличения производства цемента, разработка технологии использования основных и, особенно, кис­лых доменных шлаков позволили расширить объем производства шлакопортландцемента. Так, в настоящее время доля производ­ства шлакопортландцемента составляет 24—26 % от общего ко­личества производимого цемента. По уровню производства этого эффективного вида цемента наша страна занимает одно из пер­вых мест в мире.

Проведение научно-исследовательских работ по использова­нию в составе цементов активных минеральных добавок позво­лило создать новый класс цементов — пуццолановый портланд­цемент. Этот вид вяжущего цементные заводы начали выпускать с 1930 г. В 1991 г. его выпуск составил 1,5 % от общего объема производства цемента.

Развитие нефтяной и газовой промышленности потребовало разработки и производства специального вяжущего — тампонажного цемента. Специфические условия службы обусловили необ­ходимость придания новому вяжущему материалу особых свойств. В первую очередь — это высокая начальная прочность цемента при высоком водоцементном отношении.

Данные об ассортименте и качестве выпускаемой продукции России за 1990—1991 гг. приведены в табл. 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1.

Соотношение объемов продукции, отгруженной цементными заводами России за 1990-1991 г.Г.

Вид продукции	Доля к общему объему
	1990 г.	1991 г.
Портландцемент и его разновидности, в том числе тампонажный цемент	72,4	75,5
Шлакопортландцемент и его разновидности	28,5	21,4
Пуццолановый портландцемент	168	165
Глиноземистый цемент	0,2	1,5
Прочие виды цементов	0,1	0,1
Всего	100,0	100,0

Таблица 1.2.

Марочный состав (%) и средняя марка основных видов цемента в 1991 г.

Наименование цемента	Марка цемента					Средняя марка
	300	400	500	550	600
Портландцемент и его разновидности, в том числе тампонажный цемент	1,3	67,5	27,8	2,8	0,4	431,1
Шлакопортландцемент и его разновидности	37,6	61,7	0,6	-	-	362,9
Пуццолановый портландцемент	31,6	68,4	-	-	-	368,4
Глиноземистый цемент	-	49,1	50,9	-	-	450,9
Прочие виды цементов	-	78,6	20,0	0,8	0,6	422,4
Всего	11,1	66,1	20,4	2,1	0,3	412,6

За последние 10—15 лет были разработаны и освоен выпуск новых видов цементов, обеспечивающих требования промышлен­ности. В эти годы было также расширено производство сульфатостойкого цемента для гидротехнических и подземных сооруже­ний, работающих в агрессивных средах; высокомарочного портландцемента; разновидностей тампонажного портландцемен­та, расширяющегося портландцемента; декоративного; особобыстротвердеющего портландцемента для производства сборных же­лезобетонных изделий, пластифицированных цементов и ряда других.

В последнее время освоено производство бездобавочного пор­тландцемента марок «550» и «600», а также шлакопортландцемента марки «500». Сегодня отечественная цементная промыш­ленность выпускает более 40 видов цементов, что позволяет удовлетворять требования самых различных отраслей народного хозяйства.