Способы характеристики цепных завес

1. Способ навески: гирляндный; свободновисящий; комбинированный; коврик; шторка.

2. Длина цепной завесы L_Ц, м

3. Масса цепной завесы М_Ц, т

4. Удельная масса цепной завесы ~ отношение массы цепей М_ц к массе клинкера за час G_КЛ: m_Ц = М_Ц / G_КЛ

5. Поверхность цепной завесы F_Ц, м²

6. Удельная поверхность цепной завесы - отношение поверхности цепей F_ц к массе клинкера за час f_Ц = F_Ц /G_КЛ

7. Коэффициент плотности завесы - отношение поверхности цепей F_ц к поверхности футеровки К_F = F_Ц / F_Ф

8. Коэффициент объемной плотности ~ отношение поверхности цепей F_ц к объему печи на участке цепей K_V=F_Ц / F_V

9. Длина цепи L_ц , м.

10. Просвет под цепями L_Ц, м

11. Вид цепей: круглозвенные; овальные.

12. Диаметр звена цепи D_Ц, мм.

13. Диаметр прутка цепи d_Ц, мм.

14. Масса 1 м цепей, кг/м.

15. Поверхность 1 м цепей, м²/м.

Существуют различные способы навески цепей: свободно висящая и гирляндная. Если цепи крепятся к корпусу печи одним концом, то такая завеса является свободновисящей; если двумя концами гирляндной. Выбор вида навески определяется свойствами сырья. Если шлам способен создавать гранулы и сохранять их по всей печи, то рекомендуется гирляндная завеса. Если же сырье не способно к грануляции, то предпочтение имеет свободновисящая завеса. Это обусловлено тем, что после цепей в свободной части печи теплопередача от газового потока к материалу для гранул приблизительно на 25% выше, чем для пылевидной фракции. Поэтому в этих условиях навешивается трехзаходная перекрещивающаяся гирляндная завеса, способствующая образованию гранул, и на выходе из цепей поддерживается температура материала - 95⁰С и влажность ~5%. При этом вследствие повышенного теплообмена до зоны спекания материал нагревается до ~1300°С. На рисунке 10.4 приведена схема навески трех заходной перекрещивающейся гирляндной цепной завесы для печи 5x185 м производительностью 72 т/ч.

Оценить технологические схема комбинированного, полусухого способов.

Схема II основана на последних достижениях процесса обжига цементного клинкера, которая с использованием новейшей печной системы с выносными теплообменниками и декарбонизатором позволяет применить три способа производства клинкера: мокрый, сухой и комбинированный.

При мокром способе, реализованном фирмой Polysius на заводе Рати в Англии, сушка шлама с влажностью 36...38% осуществляется не во вращающейся печи, а в вынесенной за ее пределы сушилке-дробилке (мельнице)*. Это позволяет вынести, из печи и второй высокотеплозатратный процесс, декарбонизацию сырья, и, следовательно, многократно уменьшить размеры вращающейся печи или увеличить ее производительность.

Преимущество данного способа по сравнению с традиционным заключается еще и в том, что необходимое количество тепла подается напрямую в ту зону, где оно требуется. Так, для сушки шлама в дробилке (мельнице) до влажности

____________________________________

*Данный агрегат, когда тонко измельченный материал выносится газовым потоком вверх, в зарубежной практике именуется мельницей; в России принято называть его по конструктивным признакам дробилкой, поэтому в дальнейшем он будет обозначаться дробилкой (мельницей).

около 1% подается необходимое количество тепла из теплогенератора, количество которого регулируется соответствующим расходом топлива. Постоянная степень декарбонизации в соответствующем агрегате обеспечивается также необходимой подачей топлива в него. В этих условиях в печь поступает всего около 40% топлива. Таким образом, обеспечивая постоянные параметры подготовки материала на промежуточной стадии процесса, причем в наиболее теплопотребляемых зонах, удастся легко стабилизировать и автоматизировать работу всей печной системы.

Учитывая преимущества вышеприведенной схемы, представляется, что в дальнейшем при применении мокрого способа производства не будут применяться длинные печи с внутренними теплообменниками, а данная схема. Целесообразность такого решения обоснована еще и тем, что в этих условиях обеспечивается унификация оборудования для всех способов производства клинкера.

По сухому способу, реализованному фирмой FLSmidth на заводе Хэлм в Польше, сушка сырьевой смеси и обжиг клинкера осуществляется без предварительного измельчения сырья, т.е. практически реализована технологическая линия без традиционного сырьевого цеха. Такую технологическую схему с сушилкой-дробилкой (мельницей) можно использовать только для легко измельчаемых сырьевых компонентов, не имеющих твердых включений, особенно крупнокристаллического кварца.

Такая же схема успешно используется и при комбинированном способе производства, когда частично обезвоженный на пресс-фильтрах шлам в виде кека с влажностью около 20% направляется в сушилку-дробилку (мельницу) и претерпевает те же процессы, что и сырьевая смесь в предыдущих вариантах. Следует отметить высокую эффективность способа удаления воды из шлама путем фильтрации, так как затраты энергии в этом случае в ~ 30 Схема III реализована как по комбинированному, так и по полусухому способам. По первому варианту, как и по II схеме, шлам частично обезвоживается в пресс-фильтрах, а затем полученный кек брикетируется и направляется для сушки и обжига в печную установку с конвейерным кальцинатором - печь «Леполь». Название происходит от имени изобретателя кальцинатора Леллепа и фирмы Polysius.

По полусухому способу твердые сырьевые компоненты с низкой влажностью дробятся, усредняются на специальном складе, подвергаются смешению, помолу и сушке в вертикальной тарельчато-валковой мельнице и направляются для окончательной гомогенизации в силос, затем смесь гранулируется с добавкой воды и направляется на сушку и обжиг в печь «Ле- поль». Преимущество данного способа заключается в невысоком удельном расходе топлива около 3500...4000 кДж/кг (835-950 ккал/кг или 120...135 кут/т) клинкера, в связи с чем подобные печи получили широкое распространение в 1960 годы. За указанный период было построено более 400 печей производительностью oт 600 до 3000 т/сут. Недостатком данной схемы является конструктивная сложность оборудования, повышенные требования к свойствам сырья, обеспечивающие получение и сохранение гранул при нагреве и обжиге, а также ограничение максимальной производительности. После 1951 года с внедрением более простых циклонных теплообменников печи «Леполь» утратили свое преимущество и в настоящее время не строятся, а большинство работавших печей реконструированы или демонтированы. В связи с этим в дальнейшем этот способ не будет рассматриваться в данном курсе. В России такие 2 печи сохранились на Липецком заводе. В Казахстане таких печей нет.

Технологическая схема IV

Схема IV применяется при полусухом способе. Приготовление гранул или брикетов производится так же как в предыдущем случае, а сушка и обжиг осуществляется в шахтных печах по «черному брикету», когда угольное топливо вводится в сырьевую смесь при ее помоле. Шахтные печи достаточно интенсивно внедрялись в 1910...1930 годы после их модернизации, проведенной Гауеншильдом. Производительность шахтных печей 160...200 т/сут, удельный расход тепла на уровне печей «Леполь». Помимо низкой производительности недостатком данного способа является пониженное качество клинкера, поэтому в настоящее время такие печи выводятся из эксплуатации, и в дальнейшем не будут рассматриваться в данном курсе. В России 6 таких печей с 1932 по 2008 год работали на Подгоренском цементном заводе.

Оценить технологические схемы при использовании мягкого, твердого сырья.

Оценить технологические схемы различных способов производства цемента.

Технология происходит от греческих слов техно... (мастерство, умение) и ...логия (слово, учение) и применительно к технологии цемента означает совокупность способов и процессов производства продукции, а также научное описание этих процессов. Так как основной составляющей портландцемента является клинкер, оксидный состав которого ориентировочно равен: СаО ~ 66%, SiО₂ ~ 23%, А1₂О₃ ~ 5,5%, Fe₂О₃ ~ 4,5%, то для его получения необходимы сырьевые компоненты, содержащие соответствующие оксиды. Краткая характеристика сырьевых компонентов представлена в предыдущем разделе. При производстве цемента сырьевые материалы подвергаются следующим переделам переработки.

При этом некоторые технологические процессы могут совмещаться в одном агрегате или, напротив, одинаковые процессы протекать в нескольких агрегатах и осуществляться в другой последовательности. В связи с тем, что отдельные сырьевые материалы имеют различные технологические свойства (прочность, влажность, липкость, абразивность, размалываемость, спекаемость и др.), то для организации наиболее экономичного процесса их переработки и в соответствии с состоянием технологического оборудования и систем автоматизации разработаны и получили промышленную реализацию различные способы производства цемента. В настоящее время распространение имеют два основных способа:

• мокрый, когда сырьевые компоненты измельчаются совместно с водой с получением суспензии влажностью W~ 40%, называемой шламом, из которого вода в последующем удаляется испарением;

• сухой, при котором влажные компоненты подвергаются измельчению и сушке с получением сырьевой муки W ~ 1 %.

• Кроме того, возможны сочетания этих вариантов с организацией технологии по комбинированному способу, который также подразделяется на два варианта:

• полумокрый, когда шлам, полученный по мокрому способу, обезвоживается с применением пресс-фильтров с получением кека W~ 20%;

• полусухой, при котором сухая сырьевая мука увлажняется до W~ 13 % и гранулируется или брикетируется.

Учитывая, что последняя стадия технологического процесса - измельчение клинкера и добавок с получением цемента, не зависит от способа производства, то преимущества и недостатки отдельных способов рассматриваются только до завершения процесса получения клинкера (рис.1).

Рис. 1. Технологические схемы различных способов производства клинкера (I…V), включающие основные переделы переработки: 1- добыча сырьевых компонентов; 2 - измельчение компонентов; 3- смешение компонентов; 4 - обезвоживание сырья; 5- обжиг клинкера

Принципиальные технологические решения свидетельствуют, что при двух способах подготовки сырья существуют пять основных схем производства клинкера (схемы которые предусматривают различные варианты реализации отдельных переделов.

Технологическая схема 1

Типовая технологическая схема I мокрого способа производства приведена при использовании легко размалываемых сырьевых компонентов высокой влажности, какими являются мел, некоторые породы мергеля и пластичные глины. Добыча таких мягких пород производится экскаваторами, измельчение - в две стадии в мельницах мокрого самоизмельчения ММС («Гидрофол») и шаровой, смешение и усреднение сырьевых компонентов - в помольных агрегатах и в шламбассейнах, сушка шлама и обжиг клинкера - в длинных печах с внутренними теплообменными устройствами. Такая технология реализована, например, на Старооскольском заводе.

Печи мокрого способа с встроенными цепными теплообменниками получили распространение в 1930...1960 годы. В России и странах СНГ на большинстве заводов, которые строились в 1950...1970 годах, применялся мокрый способ даже при использовании твердых сырьевых компонентов с низкой природной влажностью. Преимущество мокрого способа заключается в возможности приготовления более однородной сырьевой смеси, обеспечивающей получение повышенного качества клинкера. Основным недостатком данного способа является высокий удельный расход тепла, который практически в два раза выше, чем при сухом способе. Это связано с тем, что при производстве одной тонны клинкера испаряется около тонны воды. Вследствие этого на каждую тонну клинкера в атмосферу выбрасывается около 4 тонн отходящих газов, что также в два раза выше, чем при сухом способе. До недавнего времени мокрый способ рекомендовался к применению при использовании сырьевых компонентов с высокой природной влажностью (выше 15%). В настоящее время эти нормы пересмотрены, и фактически не строятся заводы по традиционной схеме мокрого способа даже при использовании сырья с влажностью 25...32%, как например, на Белорусском заводе. Это, кроме того, связано с ограничением единичной мощности длинных вращающихся печей и сложностью их автоматизации. Так, расчетные размеры вращающейся печи для производительности 5000 тонн клинкера в сутки должны составлять 8,2x280 м и выходят за разумные конструктивные пределы (рис. 2).

Рис. 2. Расчетные размеры вращающихся печей различных способов производства клинкера мощностью 5000 тонн/сутки

Недостаток способа, связанного со сложностью автоматизации печей мокрого способа, обусловлен тем, что в одном агрегате протекают взаимосвязанные физические и химические превращения материала, термохимические, тепломассообменные, газодинамические процессы, осуществляется факельное сжигание топлива. Кроме того, ситуация усугубляется еще и тем, что все топливо сжигается в зоне спекания, требующей меньше всего тепла - в 15...20 раз меньше, чем в подготовительных зонах сушки и декарбонизации. В связи с этими затруднениями до настоящего времени не удалось автоматизировать эти печи.