1. Классен В.К., Таймасов Б.Т. Цементология: структура, свойства цементов и оптимизация технологических процессов / Учебник. - Шымкент: ЮКГУ им. М.Ауэзова, 2016. -265 с.

2. Классен В.К. Технология и оптимизация производства цемента: краткий курс лекций: учеб. пособие. –Белгород: Изд. БГТУ, 2012. -308 с.

3. Таймасов Б.Т. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник. – Алматы: Эверо, 2015. Том 1. –332с. Том 2. –162с.

4. Лугинина и.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: учеб. Пособие в 2 ч. – Белгород: Изд-во бгту им. В.Г.Шухова, 2004. – ч. 1. – 240с. Ч. 2. – 199с.

5. Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента: уч. пособие. – Алматы: Эверо, 2015. –272с.

6. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учебник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2005. - 334 с.

Дополнительная литература

7. Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы: учебник. 2-ое издание. – Киев: Вища школа, 1985. – 440с.

Форма отчетности

Показ и проверка технологических схем процессов производства цемента на современном цементном заводе, составленных схем компоновки.

Практическое занятие № 9

Тема занятия: Расчет и анализ эффективности применения выгорающих техногенных материалов и горючих отходов при производстве ЦЕМЕНТа

План занятия:

1.Типы топливных отходов и их состав.

2. Использование топливных отходов при обжиге цементного клинкера

3. Использование горючих отходов при мокром способе производства.

4. Использование горючих отходов при мокром способе производства.

5.Анализ эффективности применения выгорающих техногенных материалов и горючих отходов при сухом и мокром способе производства

Цель и задачи занятия, умения, навыки и компетенции: ознакомить магистрантов с методами расчета и анализ эффективности применения выгорающих техногенных материалов и горючих отходов при сухом и мокром способе производства

Краткие теоретические сведения

1Типы топливных отходов и их использование при обжиге клинкера

В последнее десятилетие использование топливных отходов для получения клинкера все время увеличивается. В 2004 году в Европе было использовано 6,1 млн. тонн различных топливных отходов в качестве топлива для цементных печей. Из них более 1 млн. тонн были опасными. В 23 странах ЕС замена традиционного топлива топливными отходами заметно увеличивается, повысившись от 3 % в 1990 до почти 17 % в 2007 году, что эквивалентно сохранению 4 млн тонн угля.

В 2007 году отдельные заводы уже достигли замены более 80 % топлива отходами. Вплоть до 100 % потребления тепла может быть обеспечено использованием топливных отходов при сухом способе, с печной установкой, оборудованной четырехступенчатым двухветвевым циклонным теплообменником и планетарным холодильником. Следует отметить, что калорийность топливных отходов изменяется в широких пределах − от 3 до 40 МДж/кг. Калорийность обычного топлива в среднем составляет 26 − 30 МДж/кг для угля, 40 − 42 МДж/кг для мазута, тогда как калорийность обычных твердых топливных отходов – 8,5 МДж/кг и только калорийность отходов на основе пластмасс достигает 40 МДж/кг. Топливные отходы с достаточной величиной калорийности могут заменить ископаемое топливо и привести к снижению его потребления. Для этого печи, предназначенные для сжигания топливных отходов, должны быть оптимизированы, чтобы обеспечивать высокую энергетическую эффективность

Обычное ископаемое топливо может быть заменено топливными отходами, то есть остатками после сортировки отходов, содержащих твердые или жидкие горючие остатки топлива и/или биомассы. В настоящее время используется большое количество различных типов отходов, включая уловленные золы. Отходы могут быть твердыми, жидкими или пастообразными в зависимости от источника их образования, например, промышленные, сельскохозяйственные, городские.

Поскольку процесс обжига клинкера характеризуется благоприятными условиями для использования отходов, топливные отходы используются для замены части обычного топлива. В Европейских цементных печах в качестве топлива используются различные типы отходов, которые классифицируются на опасные и неопасные отходы.

Отходы с высокой калорийностью могут заменять первичное топливо в цементных печах, поэтому постоянство качества отходов является обязательным (например, достаточная теплотворная способность, низкое содержание тяжелых металлов, хлора, золы, способность к горению, горючесть). Использование топливных отходов в производстве клинкера постоянно увеличивается.

Основные топливные отходы, используемые в ЕС разделены на 14 групп.

Таблица 9.1 - Различные типы отходов, используемые как топливо для вращающихся печей в 27 странах ЕС и их калорийность

№ группы	Типы топливных отходов (опасные и безопасные)	Калорийность, кДж/кг
1	дерево, бумага, картон	3 – 16
2	текстиль	до 40
3	пластмассы	17 – 40
4	продукты перегонки (например, RDF)	14 – 25
5	шины/резина,	около 26
6	промышленные шламы	8 – 14
7	городские сточные воды	12 – 16
8	отходы животноводства	14 –18, 27–32
9	уголь/отходы углерода	20 – 30
10	сельскохозяйственные отходы	12 – 16
11	твердые отходы (насыщенные древесные опилки)	14 – 28
12	растворители и соответствующие отходы	20 – 36
13	нефть и нефтяные отходы,	25 – 36
14	другие	-

Отходы, смешанные городские отходы, смешанные коммерческие отходы или отходы разрушения конструкций должны пройти предварительное испытание с выделением высококалорийных фракций (рисунки 9.1,9. 2). Объем предварительной переработки отходов − сортировка, дробление, подготовка окатышей − зависит от области применения топливных отходов.

Подача твердого топлива в печь зависят от типа отходов и может осуществляться: 1- в главную обжиговую систему (на головке печи или выходном отверстии, вдувание топлива через форсунку); 2 – в вторичную обжиговую систему (топливо подается в печь через впускное отверстие между печью и нижним циклоном или кальцинатором); ограничение размера для твердых топливных отходов не важно для вторичной обжиговой системы. Даже целая покрышка может быть введена через впускное отверстие.

Рисунок 9.1 - Специально приготовленные топливные отходы на основе бумаги, пластика и текстиля	Рисунок 9.2 - Специально приготовленные бытовые отходы, используемые в качестве топлива в цементных печах

Жидкие топливные отходы обычно приготавливаются смешением различных отходов использованных растворителей, красок или нефтяных отходов с подходящей величиной теплотворной способности с использованием специальных средств менеджмента. Жидкие топливные отходы в большинстве опасные отходы. Это необходимо учитывать при обращении с ними, например при складировании, подаче материала, чтобы предотвратить выбросы органических соединений.

Отходы, используемые как сырьевые материалы и/или как топливо в цементных печах, должны обладать стандартным качеством, поскольку топливные золы полностью связываются с образованием клинкера, минимальным негативным действием на состав клинкера и не давать дополнительных выбросов в атмосферу. Кроме того необходимо стабильное качество отходов. Чтобы гарантировать характеристики топливных отходов, требуется система менеджмента качества. Она включает обеспечение отбора проб, их подготовку, анализ и внешний контроль.

Высокая калорийность отходов может быть использована для замены первичного топлива в цементной печи. Величина калорийности отходов колеблется в широких пределах.

Подготовку различных типов горючих отходов или отходов, содержащих фракции с высокой калорийностью, обычно выполняют вне цементного завода. Такие отходы обычно подготавливаются поставщиком или специальными организациями предварительной обработки отходов, использующих специальные устройства и оборудование для получения продукта, пригодного для использования в цементных печах без дополнительной подготовки на цементном заводе.

Только в некоторых случаях можно использовать отходы без предварительной их обработки, например шины и отработанные масла.

Важными характеристиками и параметрами топливных отходов являются величина калорийности, а также содержание воды, серы, хлора, тяжелых металлов (особенно ртути и таллия) и золы.

Топливные отходы обычно подготавливаются на специальных обслуживающих предприятиях. Подаваемые подготовленные отходы необходимо только складировать на цементном заводе и затем в отмеренном количестве подавать в цементную печь.

Жидкие топливные отходы в большинстве случаев являются опасными отходами. Это необходимо учитывать при их доставке, при складировании, при подаче в производство

Обжиг клинкера является наиболее важной частью технологического процесса в отношении количества потенциальных выбросов, качества продукции и её стоимости. При обжиге клинкера сырьевая смесь (или сырьевой шлам при мокром способе производства) подается во вращающуюся печь, где она высушивается, подогревается, кальцинируется и обжигается с получением цементного клинкера.

В процессе обжига клинкера требуется высокая температура чтобы превратить сырьевую смесь в цементный клинкер. Самым главным по существу является обеспечение температуры материала в зоне спекания в пределах 1400 − 1500 ^оС и температуры пламени факела около 2000 ^оС. Необходимо также обжигать клинкер в окислительной среде. Поэтому требуется избыток воздуха в зоне обжига печи.

Печная система с пятиступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором является стандартной для новых заводов сухого способа производства. На рисунке 9.4 показана принципиальная схема такой установки и места подачи отходов в качестве топлива.

Мощность новых заводов определяется тенденциями развития рынка, а также масштабом экономики. Типичная производительность новых заводов в Европе в настоящее время находится в пределах 3000 – 5000 т/сут. Технически возможны установки и с большей производительностью, вплоть до 15000 т/сут; в настоящее время на Азиатском рынке эксплуатируются три печи производительностью 10000 т/сут.