6.4. Системное проектирование технологических схем приготовления сырьевой смеси

Сырьевые смеси заданного химического состава составляются из сырьевых материалов различной степени неоднородности. По­вышение степени неоднородности сырья приводит к необходимо­сти усложнения схемы его переработки и системы управления. Принципиальная технологическая схема приготовления сырьевой смеси включает участки механического перемешивания, в том числе усреднение на карьере, предварительную гомогенизацию дробленых материалов в усреднительном складе, пневматическое усреднение тонкомолотых порошков в силосах в псевдоожиженном слое при сухом способе производства, перемешивание водных суспензий в вертикальных и горизонтальных бассейнах. Суммар­ная усреднительная способность всего усреднительного отделения (К$) определяется отношением oi: ff_n, то есть среднеквадратич­ного отклонения отдельных значений химических характеристик сырьевых материалов(01) к среднеквадратичному отклонению за­данного значения коэффициента насыщения сырьевой смеси, по­ступающей в печь на обжиг (а_п). Обычно а_п принимается равной 0,01—0,015.

В то же время суммарную усреднительную способность всего сырьевого передела можно рассматривать как произве­дение коэффициентов усреднения всех его технологических переделов:

(6.1)

Таблица 6.5.

Технологический передел Себряковского завода	Обозначения	Объем шлама в горизонтальных бассейнах, м3	Среднее значение коэффициента усреднения титра
Вертикальные бассейны		-	3,4
Круглый горизонтальный бассейн		1500 1500-3000 3000	3,6 7,2 10,9
Сырьевые мельницы		-	1,3

Выражение (6.1) позволяет представить технологическую схе­му в виде каскада усреднителей, объединенных системой управ­ления процессом приготовления сырьевой смеси. Математическое моделирование участков механического, пневматического усред­нения и перемешивания в водной среде сырьевых материалов и их смесей, а также скорости управления процессом приготовле­ния сырьевой смеси заданного состава является основой для рас­чета необходимой усреднительной способности всей технологи­ческой схемы и отдельных ее переделов. Расчеты производятся при помощи ЭВМ по программам системы автоматизации проек­тных работ САПР-цемент. Прогнозирование степени усреднения на участках технологических схем базируется на эксперимен­тальных характеристиках эффективности усреднения. Некоторые из них, определенные на Ново-Спасском заводе сухого способа и на Себряковском заводе мокрого способа, приведены в табл. 6.5 и 6. 6.

Таблица 6.6.

Технологический передел Себряковского завода	Содержание СаО, %		Обозначение	Среднее значение коэффициента усреднения титра
	Среднее	Среднеквадратичное отклонение
Карьер навестняка	51,0	4,40	σ2	-
Первичное дробление – щековая дробилка	52,4	2,54		1,7
Вторичное дробление - Аэрофол	43,1	2,21		1,1
Шаровая мельница домола	43,0	1,51		1,4
Смесительные силосы	43,1	0,38		4,0
Запасные силосы	43,1	0,36		1,0

Эффективность усреднения в мощных горизонтальных бассей­нах мокрого способа гораздо выше, чем в смесительных силосах сухого способа, в связи с чем возрастает значение точности дозирования компонентов сырьевой смеси, частоты отбора контрольных проб и скорости анализа их химического состава. Проектирование технологии приготовления сырьевой смеси тесно связано с выбран­ной системой автоматизации управления процессом, от чего, в свою очередь, зависит тип и количество усреднительных емкостей. По­этому аппаратурное оформление процесса осуществляется одно­временно с разработкой способа управления, то есть представляет собой единую систему проектирования технологии приготовления сырьевых смесей заданного химического состава.

Сухой способ. Тонкомолотая сырьевая мука, однородная по физическим свойствам и минералогии, отвечающая заданному химическому составу, готовится на трех основных переделах ус­реднения. Первым является карьер, где осуществляется добыча, и, в случае необходимости, шихтовка пород различного качества или их внутрикарьерное усреднение.

Второй передел усреднения представляет собой склады пред­варительной гомогенизации материалов — преимущественно по­сле вторичного дробления.

Третий основной передел — измельчение с последующей пневматической гомогенизацией и корректированием сырьевой муки в смесительных и запасных силосах.

Управление процессом приготовления сырьевой муки на этих трех переделах производится четырьмя возможными спо­собами.

Первый предусматривает управление химическим составом сырьевых материалов, поступающих с карьера в дробильное отделение. Система включает оперативное опережающее оп­робование сырьевых материалов, составление плана горных работ по добыче сырья с учетом их качества. Управление осуществляется путем подачи на завод сырья такого химиче­ского состава, которое обеспечивает выпуск вида и марки цемента, производство которого запланировано в соответству­ющий период.

В торой способ связан с управлением качеством сырья, выхо­дящего со склада предварительной гомогенизации дробленых сырьевых материалов.

С помощью третьего способа осуществляется регулирование Дозирующих устройств перед сырьевыми мельницами. Эта подсистема используется для корректирования химического состава сырьевой муки путем изменения состава порций муки, поступа­ющих в смесительный силос.

Четвертый способ управления процессом приготовления сырь­евой муки представляет собой корректирование химического со­става путем добавки заранее приготовленной сырьевой муки, по химическому составу резко отличающейся от заданного.

Схемы четырех способов управления приведены на рис. 6.29. Сочетание перечисленных элементов позволяет создавать различные технологические схемы приготовления сырьевой муки в зависимости от неоднородности химического состава исходных сырьевых материалов и мощности проектируемого предприятия. На рис. 6.30 представлена технологическая схема Ново-Кара­гандинского цементного завода с двумя подсистемами управления процессом приготовления сырьевой муки: первая регулирует хи­мический состав известняка, поступающего с усреднительного склада, вторая — корректирование химического состава сырьевой муки в смесительных силосах непрерывного действия.

Н а рис. 6.31 изображена технологическая линия завода «Ком­мунар», где в качестве сырьевых материалов применяются мел и мергель пестрого химического состава, мягкие, мажущие ма­териалы с высокой естественной влажностью. Физические свой­ства сырья предопределяют невозможность предварительной го­могенизации сырья в складах. Для достижения заданного состава сырьевой муки в этих условиях введены две подсистемы управ­ления технологическим процессом: первая включает дозирование материалов в мельницу сушки и измельчения типа Аэрофол, вторая — корректирование состава сырьевой смеси в смеситель­ных силосах с помощью заранее приготовленной сырьевой муки известного химического состава.

Мокрый способ. Наиболее распространен порционный способ приготовления сырьевого шлама благодаря простоте технологи­ческой схемы, возможности переработки неоднородных по соста­ву сырьевых материалов и снижению требований к точности дозирования сырьевых компонентов.

Сущность порционного приготовления и корректирования хи­мического состава сырьевой смеси заключается в том, что по­следняя готовится относительно небольшими порциями (порядка 300—800 м³), а затем перекачивается в большие емкости, кото­рые служат для создания запаса готовой сырьевой смеси на за­воде и обеспечения ею вращающихся печей. Сам процесс пор­ционного корректирования состоит из ряда последовательных операций:

1. Заполнения корректировочных емкостей сырьевой смесью, поступающей из мельниц.

2. Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси.

3. Отбора проб и их анализа (включая доставку проб и подготовку их к анализу).

4. Расчета необходимых количеств корректирующих смесей 1 для доведения химических характеристик сырьевой смеси до их заданных значений (по результатам анализа).

5. Перекачки необходимых порций корректирующих смесей.

6. Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси после до­бавления расчетных количеств корректирующих смесей.

7. Отбора проб и анализа для проверки правильности коррек­тирования.

8. Перепуска откорректированной сырьевой смеси в емкость, из которой осуществляется питание печей.

Однако, по мере увеличения мощности заводов и перераба­тываемых потоков сырьевых материалов возникла поточная тех­нология приготовления сырьевых шламов, которая позволила снизить затраты труда, эксплуатационные расходы и автомати­зировать управление корректированием сырьевых смесей.

Если при порционном приготовлении сырьевого шлама горизон­тальные бассейны использовались в качестве емкостей для его хра­нения, то при поточном его приготовлении горизонтальные бассей­ны выполняют функции емкостей-гомогенизаторов, в которых производится перемешивание и усреднение шлама перед поступле­нием его на обжиг. Использование вертикальных бассейнов в по­точной технологической схеме полностью исключается.

Основными требованиями, определяющими возможность по­точного приготовления сырьевой смеси, являются:

а) подача на помол сырьевых компонентов заданного и одно­родного химического состава;

б) дозирование сырьевых компонентов с помощью точных и надежных дозирующих устройств с автоматическим регулировани­ем, позволяющим строго соблюдать расчетное соотношение компо­нентов;

в) интенсивное перемешивание размолотой сырьевой смеси в больших смесительных емкостях, обеспечивающих высокую эф­фективность усреднения ее химического состава перед подачей на обжиг;

г) надежный и оперативный контроль (включая химико-ана­литический) и автоматическое регулирование процесса приготов­ления сырьевой смеси.

Одним из решающих элементов поточных схем, обеспечива­ющим получение сырьевой смеси надлежащего состава, является точное дозирование, которое может быть достигнуто путем пе­риодического изменения настройки дозаторов.

Впервые в отечественной цементной промышленности на Балаклейском заводе была внедрена так называемая «двухшламовая» поточная технология приготовления смеси из влажных ма­жущих сырьевых компонентов (мела, глины), разработанная ин­ститутом Южгипроцемент.

Сущность этой технологии состоит в следующем: сначала при­готавливаются два промежуточных грубомолотых шлама — «вы­сокий» и «низкий» (с более высоким и более низким содержанием СаСОз соответственно); затем эти шламы и железистая добавка (огарки) в заданном соотношении подаются при помощи системы дозаторов на домол в мельницы: размолотый шлам усредняется в горизонтальных бассейнах, а затем подается на обжиг.

В Гипроцементе разработаны различные варианты «одношламовых» поточных схем приготовления сырьевых смесей из твердых сырьевых компонентов (известняка и глины) и из влажных мажу­щих сырьевых материалов (мела и глины). Одношламовая техно­логия в отличие от двухшламовой, основанной на двухстадийном дозировании (вначале сырьевых материалов, затем сырьевых ком­понентов — «высокого» и «низкого» шламов) предусматривает только одну стадию дозирования сырьевых компонентов перед по­дачей их на помол. Приготовление сырьевого шлама в условиях «одношламовой» технологии осуществлено на Себряковском це­ментном заводе. Технологическая схема поточного приготовления сырьевого шлама на этом заводе представлена на рис. 6.32.

К основным операциям при поточном корректировании сырь­евой смеси относятся: контроль химического состава и произво­дительности потоков материалов, расчеты по результатам этого контроля, определяющие необходимость и величины регулирую­щих (управляющих) воздействий, и осуществление последних. В зависимости от способов осуществления отдельных операций раз­личают 5 разновидностей управления химическим составом сырь­евой смеси при поточном корректировании: стабилизацию, синхронное управление, управление по тенденции, интегральный и тенденционно-интегральный способы управления.

Выбор способа регулирования определяется сырьевыми и тех­нологическими условиями на каждом конкретном цементном за­воде, а также экономическими соображениями.

Для повышения скорости приготовления сырьевого шлама на ряде действующих заводов, запроектированных и постро­енных на основе традиционной технологии с порционным кор­ректированием, в Гипроцементе С. И. Данюшевским, В. Его­ровым и Л. В. Беловым была разработана полупоточная тех­нология. Сущность ее состоит в том, что вертикальные бас­сейны, предварительно оснащенные автоматическими следящи­ми уровнемерами, выполняют функции дозирующих устройств. Процесс полупоточного корректирования химического состава сырьевой смеси складывается из ряда последовательно выпол­няемых операций:

1. Заполнения вертикальных бассейнов и отбора соответству­ющих проб.

2. Анализа этих проб (включая прободоставку и проборазделку).

3. Расчета количеств сливаемых шламов.

4. Слива рассчитанных количеств шламов из вертикальных бассейнов в горизонтальный.

5. Перемешивания и усреднения шлама в горизонтальном бассейне.

6. Подачи готового шлама на обжиг.

В качестве примера на рис. 6.33 представлена технологиче­ская схема приготовления сырьевого шлама при совместном из­мельчении карбонатного и глинистого компонента.

Применение полупоточной технологии, свободной от недостат­ков порционного корректирования, не требует существенной ре­конструкции сырьевых отделений, позволяет по-новому исполь­зовать имеющееся в наличии технологическое оборудование, ликвидировать перекачки шлама в отделении вертикальных бас­сейнов, повысить его пропускную способность, уменьшить расход сжатого воздуха на перемешивание шлама, улучшить качество его приготовления и снизить затраты труда на управление от­делением вертикальных бассейнов.