1. Твердое топливо

К основным видам твердого топлива, используемого в цементной промышленности, относятся каменные и бурые угли, горючие сланцы. В России в качестве твердого топлива преимущественно применяется каменный уголь, поэтому ниже приводятся данные именно по этому топливу. Для твердого топлива в зависимости от состава различают рабочую, сухую, горючую и органическую массы (табл. 9.1). Сера подразделяется на серу органическую (S_орг) и серу колчеданную (S_колч).

Таблица 9.1

Характеристики состава твердого топлива

Каменный уголь - характеристика горючей массы:

1. содержание:

• углерод - 75...90%,

• водород - 4...6%,

• кислород - 2... 15%,

• летучие - 10...50%,

• зольность -13…20% (сухой массы),

• влажность - 5...15% (природной рабочей массы),

• RO₂^мак *= 18,0...19,3%;

2. теплота сгорания Q^Г_Н = 31. ..35 МДж **/кг;

3. жаропроизводительность t^max = 2020...2120°С;

4. теоретический расход воздуха на 1 кут - 7,63 нм³;

5. выход продуктов горения на 1 кут - 7,92 нм³.

2. Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива для вращающихся печей применяют в основном топочный мазут марок 40 и 100.

1. состав мазута:

• углерод - 86,1... 86,3%,

• водород - 9,6...10,7%,

• сера - 0,5...3,5%,

• влажность - 0...2%,

• RO₂^мак - 15,9...16,2%;

2. теплота сгорания Q^Р_H = 38,3...40,3 МДж/кг;

3. жаропроизводительность t^max = 1400...2000 °С;

4. теоретический расход воздуха на 1 кут - 7,63 нм³;

5. выход продуктов горения на 1 кут - 8,18 нм³;

6. температура застывания: М 40...<+10 °С,...М 100...< +25°С;

7. температура вспышки: М 40...> 90°С,... М 100...> 110°С.

3. Газообразное топливо

В качестве газообразного топлива используется природный газ, который в основном состоит из метана и незначительного количества высокомолекулярных углеводородов.

Характеристика природного газа

1. содержание:

СН₄....... = 81,7...98,7 %,

С_nН_m..... = 1,2...9,5 %,

СО₂....... = 0,1...0,4 %,

___________________________

* RO₂^мак = СО₂+SО₂ в сухих продуктах сгорания при теоретическом расходе воздуха на горение.

** В системе СИ тепловой единицей является Дж. Однако на практике широкое распространение имеет «кал» и «кут» - кг условного топлива. Соотношение между ними; 1 кут = 7000 ккал = 29,31 МДж; 1 ккал = 4,19 кДж.

N₂.......... = 0,5...8,5 %,

RO₂ ^max...= 11,6...12,0 %;

2. теплота сгорания:

Q^Р_Н ...= 36...38 MДж/нм³;

Q^ст_Н = 33...36 MДж/ ст.м³*;

3. жаропроизводительность Т^max= 2030...2040 ;

4. теоретический расход воздуха на 1 кут -7,77 нм³;

5. выход продуктов горения на 1кут - 8,68 нм³.

Охарактеризовать тепловые процессы в печи мокрого способа.

Позонные затраты тепла свидетельствуют, что больше всего тепла требуется в 1~ой и 3-ей зонах, которые соответственно равны 2700 и 2180 кДж/кг клинкера. В 5-ой же зоне, которую многие технологи считают важнейшей, расход тепла в 10 раз меньше, чем в 1-ой и составляет всего 270 кДж/кг клинкера (рис. 10.7).

Рис.10.7. Затраты тепла по отдельным технологическим зонам

Причем, тепло потребляется только на начальном участке зоны спекания, протяженностью около 2/3 ее длины, где материал нагревается от 1300 до 1450°С. В оставшейся части 5-ой зоны происходит охлаждение клинкера от 1450 до 1300°С и практически возврат того же количества тепла. Поэтому В.Н. Юнг справедливо считает, что суммарный расход тепла на физико-химические процессы в зоне спекания равен нулю. Это подтверждается минимальной эндотермической величиной реакции образования алита СаО+С₂S=C₃S, равной всего 1,5 кДж /кг клинкера, которая от суммы 6400 кДж/кг составляет всего 0,02%.

Охарактеризовать устройство и принцип работы холодильника «Волга 75» для печи мокрого способа 5х185 м.

Холодильник состоит из корпуса, колосниковой решетки, дутьевых вентиляторов, вентилятора избыточного воздуха, транспортера уборки клинкерной просыпи и молотковой дробилки (рис. 12.5.). Решетка состоит из чередующихся поперечных рядов подвижных и неподвижных колосников. Подвижные колосники совершают возвратно-поступательные движения от кривошипно-шатунного привода, в результате чего осуществляется продвижение клинкера по решетке. Поступательное движение клинкера происходит вследствие того, что передняя лобовая часть колосника крутая, а задняя - пологая.

Рис. 12.5. Устройство и принцип работы колосникового переталкивающего холодильника

Рис. 12.6. Распределение гранулометрии и скорости продвижения клинкера по высоте слоя

Для прохождения воздуха через слой клинкера колосники имеют щели шириной до 7 мм. Через эти щели просыпается мелкий клинкер, который перемещается к выгрузочному концу скребковым транспортером.

Охлаждение клинкера производится воздухом, который нагнетается вентилятором общего дутья (или несколькими вентиляторами) в подрешеточное пространство, разделенное на несколько камер (І....ІV) перегородками, что необходимо для того, чтобы в камерах поддерживать различное давление. Это обусловлено тем, что при высокой температуре вследствие увеличения объема и вязкости воздуха сопротивление слоя в начале холодильника практически в 4 раза выше, чем в конце. Поэтому в начальных камерах следует создавать более высокое давление воздуха, чем в последующих.

Следует иметь в виду, что с уменьшением расхода воздуха V_В снижается количество сбрасываемого горячего избыточного воздуха в атмосферу и, следовательно, возрастает тепловой КПД холодильника. Поэтому для повышения эффективности работы холодильника необходимо снижать расход воздуха, что можно компенсировать увеличением времени охлаждения путем повышения высоты слоя и снижением размера клинкерных гранул.

Проведенные на модели исследования, подтвержденные затем на промышленном холодильнике «Волга 75», показали, что при увеличении слоя Н выше двух высот колосника h_кол наблюдается дополнительно два положительных эффекта (рис. 12.6):

1. происходит распределение фракций клинкера по высоте слоя - мелкий клинкер проваливается вниз, а крупный - вытесняется вверх.

2. при этом одновременно снижается скорость продвижения верхнего крупного клинкера, увеличивается время его охлаждения, следовательно, снижается температура и повышается КПД холодильника. Мелкий же клинкер нижних слоев продвигается быстрее, и в связи с малым размером и обдуванием холодным воздухом быстро охлаждается до низких температур.

При оптимизации работы холодильника целесообразно увеличивать слой клинкера на холодной камере. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Теплообмен конвекцией, согласно уравнению

Q_КОН=α _KOНF ∙ (t_кл - t_в),

значительно снижается в холодной части вследствие уменьшения разности между температурой клинкера t_кл и воздуха t_в. Теплопроводность также уменьшается со снижением температуры клинкера.

Кроме того, как было отмечено ранее, с повышением температуры воздуха увеличивается сопротивление слоя, и поэтому, чтобы частично выровнять эти значения в горячей и холодной частях, следует увеличить слой на второй колосниковой решетке. На горячей решетке целесообразно поддерживать небольшой слой клинкера, так как вследствие повышенной теплопроводности и конвективного теплообмена при высоких температурах клинкер быстро охлаждается. Одновременно при этом снижается сопротивление слоя ∆Р, что, согласно уравнению

N=V_B - ∆P,

приводит к снижению потребляемой электрической энергии N, а резкое охлаждение клинкера повышает его качество.

В соответствие с рекомендациями многих машиностроительных фирм необходимо при проектировании холодильников заложить следующие параметры:

4. ширина решетки должна составлять 0,6 внутреннего диаметра печи, В_реш = 0,6 ∙ D_П^B, чтобы обеспечить равномерное распределение клинкера по ширине решетки;

5. равномерное распределение клинкера по ширине решетки обеспечивает равномерное прохождение воздуха через слой;

6. поддерживать высоту слоя клинкера на колосниковой решетке на уровне 600...800 мм;

7. дутьевые вентиляторы должны обладать достаточно высоким напором, чтобы преодолеть сопротивление вышеуказанного слоя;

8. скорость восходящего воздушного потока в шахте холодильника должна быть не более 5 м/с для снижения возврата в печь клинкерной пыли и обеспечения устойчивого факела;

9. осуществить тщательное уплотнение межкамерных перегородок, чтобы обеспечить необходимое продувание воздуха через горячий клинкер в начале холодильника;

10. иметь независимую от холодильника систему аспирации клинкерных течек.

Холодильник типа «Волга», особенно первых модификаций, по основным показателям не отвечает этим требованиям и поэтому подлежит модернизации вследствие следующих недостатков по приведенным параметрам (рис. 12.7):

1. ширина решетки равна 5,4 м при внутреннем диаметре печи 4,5 м, следовательно, В_реш = 5,4/4,5 =1,2∙ D_n^B, т.е. в два раза выше нормы;

2. для равномерного распределения клинкера по ширине решетки (помимо уменьшения ее ширины) предназначено острое дутье, которое путем создания взвешенного слоя должно обеспе­чить растекание клинкера по ширине холодильника; однако вследствие завышенного положения первого ряда колосников клинкер сдувается воздухом вдоль, а не поперек холодильника;

3. сечение шахты несколько заужено, скорость восходящего воздушного потока составляет не 5, а около 8 м/с;

4. из-за того, что скребковый транспортер проходит через все межкамерные перегородки, не обеспечивается достаточное их уплотнение, и происходит переток воздуха из горячих камер в холодные, вследствие чего недостаточно быстро охлаждается клинкер в начале холодильника, снижается его КПД, и ухудшается активность клинкера;

5. как правило, аспирация клинкерных течек осуществляется вентилятором избыточного воздуха через дробилку, а так как сопротивление этого тракта значительно выше, чем свободное пространство над колосниковой решеткой, поэтому значительное количество горячего воздуха отсасывается аспирационным вентилятором, при этом снижается КПД холодильника.

Модернизация колосникового холодильника типа «Волга» предусматривает преодоление приведенных недостатков путем внесения следующих конструктивных изменений и рациональных эксплуатационных параметров (рис. 12.7).

Puc. 12.7. Модернизация колосникового холодильника «Волга»

Для равномерного распределения клинкера по всей ширине горячей решетки необходимо уменьшить ее ширину на 800...1200 мм, исключив 2...4 продольных ряда колосников.

Кроме того, следует отказаться от острого дутья и обеспечить расстояние от первого ряда колосников до обреза печи на уровне 1,5...2,5 м путем демонтажа двух поперечных рядов колосников (рис. 12.8).

В связи с тем, что при этом уменьшается поверхность решетки, необходимо увеличить давление воздуха в первой камере и повысить частоту ее колебаний, поддерживая высоту слоя клинкера на уровне 200...250 мм. Расширение шахты холодильника можно осуществить путем поднятия свода холодильника в горячей части печи и уменьшением длины печи на 1 м. Для рационального распределения воздуха в области прохождения скребковых перегородок его целесообразно подавать только в первые две камеры, причем в первую камеру около 70 %.

Рис. 12.8. Способ равномерного распределения клинкера по ширине решетки

Важнейшим направлением повышения КПД холодильника является разделение технологического горячего воздуха и аспирационного от клинкерных течек путем установки индивидуальной системы аспирации с циклоном и вентилятором.

Наиболее эффективным решением повышения эффективности работы холодильника является повышение слоя клинкера на второй решетке. Учитывая, что конструкция привода холодильника «Волга» рассчитана на высоту слоя до 400 мм, целесообразно на двух тележках холодной камеры установить индивидуальные приводы. Промышленные испытания на «Осколцементе» показали, что при увеличении слоя клинкера на холодной решетке до 650 мм был достигнут КПД холодильника 96 %, и температура клинкера на выходе снизилась до 40 °С.

Охарактеризовать физико-химические процессы в печи. Физико-химические процессы в присут­ствии щелочесодержащих соединений.

В зависимости от характера физико-химических процессов, происходящих при нагревании сырьевого материала, печь по длине разделяют на 6 технологических зон (рис. 10.6).