7.4.3. Печные агрегаты комбинированного способа производства /

Комбинированный способ производства цемента сочетает под­готовку сырьевых материалов по технологии мокрого способа с тепловой обработкой предварительно глубоко

обезвоженного шлама — кека (рис. 7.3). Обезвоживание осуществляется меха­ническим способом — на фильтр-прессах. Принцип действия фильтр-прессов основан на отделении от твердой фазы шлама воды и ее фильтрации под воздействием высокого давления через тонкопористую перегородку. В камеры фильтр-прессов (рис. 7.4), покрытых изнутри плотной пористой тканью 4, под высоким давлением — 2,0 МПа и выше — закачивается

сырьевой шлам. Вода из шлама проходит через поры ткани и удаляется по специальным каналам 1. Внутри камеры остается кек, кото­рый при раздвижке стенок-рам камер выгружается. Вертикально ориентированные секции-камеры набираются в блоки вдоль го­ризонтальной оси, суммарная площадь фильтрации одного фильтр-пресса колеблется в пределах от десятков до 1500 м². Фильтр-прессы являются аппаратами периодического действия.

Влажность кека в зависимости от фильтруемости шламов ко­леблется от 12 до 23%.

Обжиг может осуществляться во вращающихся печах любых типов — от длинных печей с внутрипечными теплообменными ус­тройствами до коротких печей с запечными циклонными тепло­обменниками. Последний вариант является наиболее экономич­ным по расходу тепла на обжиг, по удельной металлоемкости и по наименьшей конструктивной сложности.

Для отечественной цементной промышленности применение комбинированного способа может рассматриваться как вариант реконструкции действующих технологических линий мокрого способа производства.

При проектировании новых технологических линий комби­нированный способ может конкурировать с сухим только в случае высокого содержания щелочей в исходном сырье, по­скольку при фильтр-прессовании возможно осуществить вы­щелачивание кека путем удаления растворенных щелочей с фильтратом.

7.4.4. Проектирование цехов обжига

Исходя из заданной производительности цеха по клин­керу выполняется технико-экономическое обоснование выбо­ра способа подготовки сырьевой шихты (мокрый, сухой), конструкции и типоразмера печи и вспомогательного обору­дования (теплообменник, холодильник, аспирационное обо­рудование и т. д.).

Независимо от мощности завода к установке принимается ми­нимальное количество печей, если это не оговорено особыми требованиями. Наиболее экономически целесообразным является цех с двумя-тремя вращающимися печами. При этом, как пра­вило, проектом должно предусматриваться строительство сначала одной печной установки с возможностью дальнейшего расшире­ния цеха без нарушения работы действующей части.

Основное оборудование цеха — вращающиеся печи — следует располагать вне зданий, без перекрытий. Исключение могут составлять заводы, проектируемые для районов с особыми климатическими условиями (холод, ливни).

Расстояния между печами принимаются в соответствии с ша­гом строительных конструкций, в зависимости от размеров печей и вспомогательного оборудования. Над загрузочной частью печей предусматривается сооружение закрытых, иногда отапливаемых помещений. В этих помещениях устанавливаются питатели шла­ма или сухой сырьевой шихты, датчики контрольно-измеритель­ной аппаратуры и автоматического регулирования и аппаратура топливного хозяйства декарбонизаторов и систем управления ими.

П итатели шлама устанавливаются в узлах питания, располо­женных над загрузочными концами печи.

Сооружение закрытых помещений предусматривается так­же над горячей, разгрузочной частью печей и холодильниками для охлаждения клинкера. В этом помещении размещаются щиты контрольно-измерительной аппаратуры и приборы авто­матического регулирования процессов обжига, тепловой обра­ботки сырьевой шихты в запечном теплообменнике и охлаж­дения клинкера.

Охлаждение клинкера предусматривается в колосниковых хо­лодильниках переталкивающего типа. Производительность холо­дильника выбирается в зависимости от производительности печи. Общий вид такого холодильника, например, для вращающейся печи 04,5X80 м с циклонным теплообменником и декарбонизатором при производительности по клинкеру — 150 т/час показан на рис. 7.5.

Холодильник оборудован тремя последовательно расположен­ными решетками полезной площадью 153 м². Размер решеток 26,7X5,9 м. Колосниковая решетка имеет подвижные и непод­вижные колосники. Число двойных ходов подвижных колосников плавно регулируется от 6 до 18 ходов в минуту, обеспечивая заданную конструкцией толщину слоя клинкера на решетке от 150 до 300 мм.

Охлаждение клинкера, поступающего из печи в холодильник при температуре 1150—1350 °С, осуществляется потоком воздуха, продуваемого через клинкер, находящийся на решетке, вентиля­торами: острого дутья — под распределительную решетку в ко­личестве 35—40 тыс. м³/ч, и двумя вентиляторами общего дутья — под основную решетку в количестве 115000 м³/ч и под последнюю решетку — 350000 м³/ч. Общий расход воздуха на охлаждение 3,0—3,5 нм³/кг- кл. При этом температура клин­кера на выходе из холодильника составляет 60—100 °С.

На входе в холодильник предусматривается распределитель­ное устройство в виде наклонной решетки с подвижными и не­подвижными колосниками длиной около 2,5 м. Подвижные ко­лосники двигаются от самостоятельного привода. На выходе из холодильника предусматривается разгрузочное устройство, обес­печивающее возможность распределения клинкера на два транс­портера. На каждой течке устанавливаются скребковые транс­портеры и двойные мигалки. На течках к клинкерным транспортерам предусматривается установка секторных затворов. Часть охлаждающего воздуха из приемной части холодильника при температуре 800—900 °С поступает, в качестве вторичного, непосредственно в печь (0,42-^-0,45 нм³/кг • кл). Вторая часть (около 0,64 нм³/кг-кл) при температуре 600—650 °С после пред­варительной очистки в устройстве циклонного типа поступает по воздуховоду со скоростью 18—22 м/с в вихревую камеру (0,9-=-0,64 нм³/кг-кл) и вихревой кальцинатор (~0,064 нм /кг- кл.) для поддержания стабильного горения топлива в горелках декарбонизатора.

Остальной воздух при температуре 150—170 °С (1,9-2,5 нм³/кг кл.) является избыточным и может быть использован в качестве В. Т. Э. Р. в специальных устройствах для нагревания воздуха, воды и т. д. или после очистки с помощью дымососа сброшен в атмосферу.

Для очистки воздуха до необходимого, согласно санитарным нормам, качества предусматривается установка электрофильтров. С целью увеличения коэффициента очистки воздуха в электро­фильтре необходимо предусмотреть увлажнение его впрыском тонкораспыленной воды в количестве около 25—50 г/нм³ охлаждающего воздуха.

Отвод избыточного воздуха из холодильника предусматрива­ется с помощью вентилятора.

Мелкий клинкер и пыль, провалившиеся через решетку, убираются двумя скребковыми транспортерами, установленными под решеткой. Их производительность составляет, примерно, по 25—30 т/ч.

Для измельчения крупных кусков и «сваров» перед клинкер­ными транспортерами могут быть предусмотрены дробилки производительностью около 0,7—0,8 от номинальной производитель­ности печи.

Для удобства эксплуатации механизмов, комплектующих хо­лодильники, следует по возможности не заглублять холодильники ниже нулевой отметки.

Для транспортировки клинкера после холодильников приме­няются конвейеры различной конструкции. Как правило, уста­навливают два конвейера на одну печь. Производительность их принимается с двойным запасом.

Печи, электрофильтры и дымососы к ним устанавливаются на открытых площадках. Выброс обеспыленных, после электрофильтров, газов от двух печей осуществляется через одну дымовую трубу. Для сброса очищенного воздуха от холодильника принимается индивидуальная труба.

Электрофильтры оборудуются теплоизоляцией и местными укрытиями верхней и нижней их частей. Сечения газоходов до и после электрофильтров проектируются из расчета скорости газов 16—18 м/с. Нижняя отметка конической бункерной части; электрофильтров проектируется из расчета получения пылеспусков минимальной высоты. Транспортные устройства для сбора пыли следует устанавливать по возможности на нулевой отметке. Количество отходящих газов и аэродинамическое сопротивление; печной установки определяются из теплового и аэродинамического расчета печи и газовых трактов. На основании полученных данных производится выбор электрофильтров и дымососов необходимой производительности и напора. Коэффициент избытка воздуха перед дымососом для различных случаев компоновки вспомогательного комплектующего оборудования может быть принят в пределах 1,6—2,0.

Важным вопросом при компоновке оборудования печных ус­тановок для обжига шлама является выбор способа возврата пыли, осажденной в электрофильтрах. При содержании в отхо­дящих газах из печи пыльной фракции 10% (от расхода сырьевой шихты) возвращение ее в процесс обжига диктуется экономическими соображениями. При этом следует учитывать, что уловленная пыль является материалом, на получение ко­торого, в зависимости от влажности шихты, затрачено тепло: на испарение воды около 2220—2890 кДж (530—690 ккал/кг кл. и на нагревание и частичную декарбонизацию шихты порядка 837 кДж (200 ккал/кг кл.), при П.П.П. пылеуноса ~22 %. С другой стороны, наличие в уловленной пыли большого количе­ства вредных примесей (щелочи, хлориды, сернистые соединения) ограничивает или делает вообще невозможным возврат ее в процесс обжига из-за снижения качества клинкера и нарушений технологии обжига вследствие образования настылей и колец в печи, приводящих к расстройству режима движения материала. В каждом конкретном случае выбирается оптимальный вариант ис­пользования пыли, уловленной электрофильтрами печей. Как пра­вило, удается избежать нежелательного воздействия вредных при­месей путем отделения пыли от одного (иногда двух) последних полей электрофильтра и использовать эту пыль, в зависимости от содержащихся в ней примесей, в той или иной отрасли народного хозяйства (удобрение для сельского хозяйства, в дорожном стро­ительстве и т. д.).

Возврат пыли в печь в зависимости от ее химического состава и вида технологического топлива может осуществляться как со стороны горячего, так и со стороны холодного конца печи. В первом случае пыль от электрофильтра подается в печь через бункер с питателем по специальному трубопроводу, вводимому в печь, и заканчивающемуся специальным наконечником из жа­ростойкой стали. Сечение наконечника обеспечивает скорость в нем от 20 до 35 м/с в зависимости от характеристики пыли и типоразмеров разгрузочной части печи. При стабильном режиме работы печи и электрофильтров пыль может вводиться в печь непосредственно с помощью пневмовинтового насоса.

Возврат пыли в печь со стороны загрузочного конца пред­почтительней ранее описанного. Он может быть осуществлен двумя способами. В первом случае пыль загружается в печь через специальное приспособление — кольцевой питатель, ус­танавливаемый за теплообменными устройствами с «горячей стороны».

В связи со сложностью эксплуатации этого устройства при установке его под открытым небом и громоздкости конструкции этот способ не получил распространения. Большинство заводов используют способ возврата пыли по трубопроводу, проходящему

через сальниковое уплотнение, установленное соосно с печью в плоскости загрузочной шайбы и далее выходящее на корпус печи. В месте установки бандажей пылепровод проходит внутри печи. Загрузка пыли в печь осуществляется за теплообменными уст­ройствами через специальное приспособление — гаситель. Такой способ получил название «Рижского». На рис. 7.6 дана схема установки возврата пыли по «Рижскому» способу.

Технологическая схема вращающейся печи 0 5,0—185 м для работы на угольном топливе с электрофильтром, устройством для возврата пыли в печь, холодильником для клинкера и системой аспирации избыточного воздуха показана на рис. 7.7.

Для подготовки топлива к сжиганию предусмотрен расходный склад, состоящий из двух бункеров для хранения двух марок угля, обеспечивающих работу мельниц примерно на две смены.

Обеспыливание отходящих газов осуществляется с помощью электрофильтров. На каждую печь устанавливаются 2 электро­фильтра и 2 дымососа.

Осажденная в электрофильтрах пыль частично с I и II полей возвращается в процесс обжига, а с III и IV полей может выво­диться из процесса для отправки потребителю.

Цеха для обжига сухой сырьевой шихты. Компоновочные решения основного оборудования цеха вращающихся печей при обжиге сырьевой муки практически ничем не отличаются от, проектных решений печей мокрого способа. То же можно сказать и о компоновке вспомогательного оборудования горячей (разгрузочной) части печи (холодильник, вентиляторы, электро­фильтры, дымососы). Исключение составляют дополнительные устройства для забора горячего воздуха из холодильника с аспирационной системой и воздуховодом к декарбонизатору. Ос­новным и наиболее сложным вопросом при проектировании печ­ных установок и цехов обжига сырьевой муки является выбор работоспособных конструкций запечных теплообменников: цик­лона, газоходов, течек и т. д. При этом должны соблюдаться следующие основные положения: течки для спуска материала из циклонов в газоходы должны устанавливаться под углом 50—55 градусов; место ввода течек в газоход должно отстоять от крышки нижестоящего циклона на расстоянии 2—3 м; ниже ввода материала на расстоянии 1000 мм от течки должен быть установлен рассекатель для равномерного распределения мате­риала по сечению газохода; сечения газоходов должны обеспе­чивать скорость газа в них 9—20 м/с, а сечения входных патрубков — около 20—22 м/с. Размеры циклонов, течек и га­зоходов принимаются на основании опытных данных и рекомен­даций ведущих машиностроительных предприятий и фирм. Во избежание налипания материала в загрузочной головке, газоходе 1 ст. на поворотах газоходов, при входе в циклоны и на крышках циклонов и декарбонизатора предусматриваются плотно закрываемые лючки для обдува этих мест сжатым воздухом. При способности материала к настылеобразованию в наиболее уязвимых местах (в зависимости от состава шихты и распределения температуры по теплообменнику) следует предусмотреть шуровочные лючки для обрушения настылей. Аналогичные лючки следует предусмотреть в нижней части конусов циклонов.

Питание печной установки сырьевой шихтой принимается раз­дельным для каждой ветви циклонных теплообменников.

Для непрерывной подачи сырьевой шихты по вертикальному пылепроводу в циклонные теплообменники на высоту 60—90 м применяются пневмоподъемники.

Для выгрузки и подачи сырьевой муки (угольного порошка и др. мелкозернистых аэрированных материалов) из емкостей должны предусматриваться питатели. Эти питатели могут быть использованы также в качестве донных разгружателей силосов. Промышленностью освоено производство лопастных двухсекционных питателей СМЦ-143 с производительностью от 20 до 80 т/ч и СМЦ-80 с производительностью от 40 до 180 т/ч.

Система питания сырьевой шихтой выбирается с двойным за­пасом (по количеству механизмов) на каждую ветвь циклонного теплообменника. Исключение составляют пневмоподъемники и воздуходувки, которые выбираются с запасом по производитель­ности, примерно, 140%. На 2 пневмоподъемника принимается к установке 1 резервный.

Пример проектного решения печной установки с вращающей­ся печью 04,5X80 м, циклонными теплообменниками и декарбонизатором, холодильником, а также аспирационным оборудо­ванием показан на рис. 6.45.

Вращающаяся печь установлена на 4-х опорах, на открытой площадке. Теплообменники с декарбонизаторами размещены в этажерке с легким укрытием. Привод печи осуществляется от двигателя постоянного тока, благодаря чему скорость вращения; печи может поддерживаться от 0,6 до 3,5 об/мин.

Упорные ролики оборудованы автоматическими устройствами для регулирования положения печи. Каждая опора снабжена маслостанцией.

Помимо вращающихся печей на открытых площадках ус­танавливаются также электрофильтры, дымососы и вентиляторы.

Для подачи топлива в печь предусматривается установка, горелки (форсунки) или вентилятора первичного воздуха (для работы на твердом и жидком топливе). Горелка (форсунка) снабжена устройством для безопасного розжига и механизмами для ее перемещения вдоль оси и поворота во всех направлениях.

Для соединения печи с холодильником имеется разгрузочная головка с дверцами по оси печи. Через проем дверцы осущест­вляется доставка в печь огнеупоров и других ремонтных мате­риалов. При нормальном технологическом режиме отходящие га­зы в количестве, примерно, 1,48—1,5 нм³/кг кл. с температурой 320—350 °С направляются в установку для помола и сушки сырь­евой шихты. При принятом техническом решении ожидаемый удельный расход тепла на обжиг в печной установке составит, в зависимости от спекаемости шихты, принятого вида техноло­гического топлива 830—870 ккал/кг кл. и при избытке воздуха на выходе из циклона IV ст. а= 1,3—1,35.

При остановке сырьевых мельниц отходящие газы с темпера­турой 300—350 °С перед подачей в электрофильтр подвергаются охлаждению до температуры 180—200 °С и увлажнению в охла­дителях (кондиционерах), обеспечивающих нормальную работу электрофильтров.

Охлаждение воздуха в кондиционере осуществляется за счет впрыска и испарения тонко распыленной воды. Помимо охлаж­дения введение воды обеспечивает уменьшение электрического сопротивления сухих газов в 10—100 раз (в зависимости от ко­личества воды), что повышает эффективность пылеосаждения на электродах электрофильтра. Отходящие печные газы после от­дачи тепла в мельнице направляются, как правило, в электро­фильтры. Для предотвращения конденсации водяных паров кор­пуса электрофильтров и газоходы, расположенные вне здания, должны быть теплоизолированы. Скорость газов в газоходах ре­комендуется принимать в пределах 15—18 м/с. Скорость газов в электрофильтрах принимается в соответствии с характеристи­ками электрофильтров.

Для обслуживания и ремонта оборудования печных отделений предусматривается установка: крана для обслуживания печей грузоподъемностью до 100 т, а для обслуживания горячего конца печей — подвесного крана грузоподъемностью 5—10 т. Для об­служивания узла питания печей служат тали на 5—10 т (по потребности).

Размер дымовых труб (НХД) принимается на основании рас­чета допустимой приземной концентрации пыли и вредных ве­ществ для рабочей зоны производственных помещений, воздуха, поступающего через приемные устройства, систем вентиляции, а также максимально-разовых и среднесуточных выбросов для на­селенных пунктов.

Важное место в решении вопроса долговечности и надежно­сти работы отдельных узлов печного агрегата имеет правильный выбор оптимальной конструкции футеровки отдельных узлов и агрегатов от теплового и абразивного износа металлоконструк­ций.

Для защиты металлоконструкций от действия высоких темпе­ратур (до 1100°С) все внутренние поверхности установок футе­руются шамотными огнеупорами с двух-трехслойной изоляцией. Исключение составляют: шахта и входная часть холодильника и декарбонизатор с вихревой камерой, которые футеруются изно­соустойчивыми магнезиальными огнеупорами. Высокотемпера­турные зоны вращающейся печи также футеруются магнезиаль­ными или периклазовыми огнеупорами.

В некоторых случаях, при применении тугоплавкой сырьевой шихты, с целью удлинения срока службы футеровки, в высоко­температурных зонах вращающихся печей применяют установки водяного или воздушного охлаждения корпусов с целью улучше­ния условий образования обмазки и снижения температуры кор­пуса печи.

Использование вторичных топливно-энергетических ресурсов ВТЭР.

Из приведенной на рис.7.8 схемы возможного использования вторичных теплоэнергетических ресурсов следует, что до настоя­щего времени не нашли технического и аппаратурного решения вопросы: использования тепла избыточного воздуха с температу­рой 150—180 °С от холодильников клинкера — около 540 кДж (130 ккал) кг кл.— при обжиге сухой шихты и использования тепла излучения корпусов печей в высокотемпературных зонах — около 188 кДж (45 ккал). Надежно решенным способом утилизации тепла отходящих от печи газов с температурой около 350 °С, примерно 795 кДж (190 ккал) кг кл. является использование их в помольно-сушильных установках для сушки влажной сырьевой шихты в мельницах с одновременной сушкой. В этом процессе может быть полезно использовано 70—80% тепла отходящих газов печи.

Вопросом использования тепла излучения корпусов печей для целей теплоснабжения занимается институт Южгипроцемент. Од­нако достаточно надежного конструктивного решения установки, способной обеспечить необходимое охлаждение корпуса печи и футеровки, при работе печей в различное время года в связи с изменением режима потребления тепла пока не найдено.

Использование тепла избыточного воздуха от холодильника связано с созданием отечественной конструкции котла — утилиза­тора.