1363
.pdfсей, состояния теплообменников и других факторов и по достигну тому уровню па разных заводах различны. Значения коэффици ента /Ст. и- зависят от уровня эксплуатации печей, состояния техни ческой и технологической дисциплины на предприятии, своевремен ности и качества ремонтов и др.
Проектную мощность цеха обжига с наиболее распространенными печами рассчитывают с учетом значений q и Кт. и печей, прини маемых по табл. 42.
§ 71. Обеспечение надежности работы оборудования
Непрерывный технологический процесс обжига клинкера во вращающихся печах и непредусматриваемый запас их мощности при проектировании технологических линий предъявляют высокие требования к надежности функционирования], печных агрегатов.
Анализ происходящих поломок и аварий печных агрегатов пока зывает их преимущественную связь с отказами технологической си стемы на предыдущих обжигу переделах, приводящих, как правило к нестабильному и некачественному питанию печей сырьевыми смесями. Это вызывает снижение производительности печей, вы нужденные длительные простои для восстановления футеровки, уст ранение завалов мелким клинкером подрешеточного пространства колосниковых охладителей и др.
Вместе с тем получение качественного клинкера тесно связано
стехнологической надежностью обжига шлама или сырьевой муки
впечном агрегате, закладываемой при его проектировании, а также от квалификации машиниста вращающейся печи.
Основными параметрами, контролируемыми в процессе обжига сырьевых смесей, являются температура материала, газового потока, разрежение или давление в ответственных зонах вращающейся печи, циклонного теплообменника, охладителя, а также системы пыле улавливания. Для этого предусматривают установку термопар, манометров и других средств контроля, показания которых выносят на пульт управления. Кроме того, на отдельных участках печи пре дусматривают лючки отбора проб обжигаемого материала для лабо раторного анализа качества его подготовки. Это позволяет машинисту
полностью контролировать технологический процесс обжига и опе ративно вмешиваться при отклонении режима от заданных парамет ров путем изменения подачи в печь топлива, сырьевой смеси, пер вичного и вторичного (от холодильника) воздуха, числа оборотов печи. При любом нарушении режима работы печного агрегата дол жна срабатывать предупреждающая световая или звуковая сигнали зация, а при возникновении опасной ситуации должна отключаться подача в печь технологического топлива.
Техническую надежность печного агрегата обеспечивают установ кой весовых дозаторов питания печей сырьевой мукой и резервного транспортера клинкера после охладителя, введением постоянного контроля за нагревом корпуса печи в зоне спекания и автоматиче ского его обдува холодным воздухом при нагреве сверх допустимого.
Г л а в а |
16 |
ПЕЧНЫЕ АГРЕГАТЫ |
|
§ 72. Классификация агрегатов |
|
Печной |
агрегат представляет собой комплекс машин, |
механизмов и устройств, осуществляющих термохимический про цесс обжига сырьевых материалов, охлаждение готового продуктаклинкера, обеспыливание отходящих дымовых газов и аспирацион ного воздуха, а также контроль и управление процессами.
Печные агрегаты разделяют |
по различным |
признакам: |
|
по способу производства — на |
печи мокрого, |
сухого и полусу |
|
хого способов, а также с шахтными печами; |
с |
рекуператорными |
|
по типу охладителей клинкера — на печи |
|||
(планетарными), колосниковыми, |
барабанными |
и |
другими охлади |
телями; в зависимости от размеров вращающейся печи на длинные (80—
230 м) и короткие (до 80 м) печи.
Вращающуюся печь в зависимости от характера процессов, про текающих в обжигаемом материале, условно можно разделить на шесть зон: сушки, подогрева, декарбонизации (кальцинирования) экзотермических реакций, спекания и охлаждения.
При мокром способе производства все эти зоны расположены непосредственно во вращающейся печи, причем более половины длины всей печи (50—60 %) приходится на подготовительные зоны (сушки и подогрева). При сухом способе процессы сушки, подогрева, а также частично декарбонизации, происходят в запечных теплообменниках, а остальные более высокотемпературные процессы — непосредственно
Т а б л и ц а 43. |
Удельные показатели печных агрегатов мокрого |
|
|||||
и сухого способов |
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
Производи |
Металло |
Расход |
||
|
на |
тельность, |
емкость, |
электро |
|||
Печь |
теплоты |
1 |
кг клин |
1 т |
метал |
энергии на |
|
обжиг 1 |
кг |
1 |
кера на |
ла |
на 1 т |
1 т клин |
|
|
клинкера, |
м* футе |
клинкера |
кера, |
|||
|
кДж/кг |
|
ровки в 1 ч |
в сутки |
кВт* ч/т |
|
|
Мокрый способ |
|
|
|
4,5Х 170 м |
|
6700 |
23,2 |
1,81 |
40,7 |
5Х 185 м |
|
6700 |
27,5 |
1,78 |
30,7 |
7X230 м |
|
6700 |
26,5 |
2,1 |
43,8 |
|
|
Сухой способ |
|
|
|
4X60 м, с конвейерным каль- |
4000 |
51,5 |
1,07 |
30 |
|
цинатором |
циклонным |
3600 |
66,3 |
1,27 |
45 |
7/6,4X95 м, с |
|||||
теплообменником |
3470 |
121,3 |
0,8 |
50 |
|
4,5X80 м, с циклонным теп |
|||||
лообменником |
и декарбо- |
|
|
|
|
низатором |
|
|
|
|
|
1
в короткой вращающейся печи. В шахтных печах эти зоны не раз* граничивают, так как процессы обжига происходят без движения материала.
Печные агрегаты являются самым энергоемким оборудованием технологических линий производства цемента, на долю которых приходится около 80 % затрат тепловой и электрической энергии. Поэтому этот вид цементного оборудования подвергают постоянному совершенствованию, направленному на снижение этих затрат. При эксплуатации действующих линий ведут работы по снижению влаж ности шлама, использованию теплоты корпуса печи и отходящих газов и др.
Сравнительные показатели печных агрегатов различных способов производства приведены в табл. 43.
§73. Печные агрегаты мокрого способа
Внастоящее время цементная промышленность страны насчи тывает более 350 печных агрегатов мокрого способа, на которых про изводится большая часть выпуска клинкера. Преимущественное рас пространение получили печные агрегаты с вращающимися печами следующих размеров: 3,6x150 м, 4x150 м, 4,5x170 м и 5x185 м.
Техническая характеристика наиболее мощных отечественных печных агрегатов мокрого способа приведена в табл. 44.
Т а б л и ц а |
44. Техническая характеристика печных агрегатов мокрого способа |
||||||
с вращающимися печами различных размеров |
|
|
|
||||
|
Показатель |
4 X 150 м |
4,5X170 м |
5 X 185 м |
7 X 230 м |
||
Производительность, т клинкера в сут |
850 |
1200 |
1800 |
3000 |
|||
ки (при влажности шлама 36 %) |
|
|
|
5485 |
|||
Установленная мощность электродви |
1100 |
2030 |
2300 |
||||
гателей, кВт |
|
|
|
|
|
|
|
В том числе для: |
|
|
250X2 |
250X2 |
630X2 |
||
печи |
|
|
|
160X2 |
|||
охладителя |
клинкера |
460 |
530 |
800 |
1725 |
||
дымососов |
|
|
320 |
500X2 |
500X2 |
1250X2 |
|
Удельный |
расход |
теплоты на обжиг |
6680 |
6700 |
6700 |
6700 |
|
1 кг клинкера, |
кДж/кг |
|
40,7 |
30,7 |
43,8 |
||
Удельный |
расход |
электроэнергии на |
31,4 |
||||
1 т клинкера, |
кВт-ч/т |
|
2176 |
3215 |
6311 |
||
Масса, т |
|
|
|
1622 |
|||
В том числе: |
|
|
1435 |
1947 |
2950 |
5776 |
|
печи |
|
|
|
||||
охладителя |
клинкера |
187 |
229 |
265 |
535 |
||
Удельная металлоемкость, т металла |
1,9 |
1,8 |
1,8 |
2,1 |
|||
на 1 т клинкера |
в сутки |
|
|
|
|
7 Л ск утоп Ю. А. и др.
Рис. 83. Схема печного агрегата мокрого способа'с печью 5Х 185 м
Печной агрегат мокрого способа (рис. 83) состоит из вращаю щейся печи 8, охладителя 13 клинкера, узла питания печи шламом, установки 14 возврата в печь уловленной пыли, пылевой камеры 3, обеспыливающих устройств (электрофильтров) 2 и 10 и клинкер ного конвейера.
Готовый шлам из сырьевого цеха подают в бачок 4} откуда после дозирования питателем шлам стекает по сливной трубе в загрузочную часть вращающейся печи. Во вращающейся печи сырьевой материал, перемещаясь в результате наклона и вращения печи к ее разгрузоч ному концу и подвергаясь воздействию раскаленных газов, которые образуются при сгорании топлива, последовательно проходит термо химические процессы (сушку, подогрев, кальцинирование и др.), образуя при этом готовый продукт — цементный клинкер.
Клинкер температурой 1200—1300 °С разгружается в колоснико вый охладитель 13 с переталкивающими колосниками, где продува емый воздухом, подаваемым вентиляторами 12 через слой перемеща ющегося по колосниковой решетке клинкера, охлаждается до тем пературы 90—100 °С. В разгрузочной части колосникового охлади теля клинкер ссыпается вниз на клинкерный конвейер и транспорти руется на склад.
Воздух, проходя через слой раскаленного клинкера, охлаждает его и при этом нагревается сам. Его используют в качестве вторич ного воздуха для сжигания в печи технологического топлива. Избы точный воздух удаляют из охладителя через отверстие, расположен ное в выходной, более холодной его части. Пройдя очистку
вскруббере 9 и электрофильтре 10, он выбрасывается дымососом И
ватмосферу.
В качестве технологического топлива используют мазут, газ или уголь. Для сжигания топлива печь оснащают соответственно мазутной, газовой или пылеугольной форсунками (горелками).
194
Рис. 84. Схема загрузочного устрой ства для возврата пыли в печь
В случае применения мазут
ной или |
пылеугольной |
фор |
|||||
сунки |
через нее |
в печь от |
|||||
специального |
высоконапор |
||||||
ного |
вентилятора |
подают |
|||||
первичный |
воздух, |
необхо |
|||||
димый для |
лучшего |
распы |
|||||
ления |
топлива |
в |
зоне |
горе |
|||
ния печи. |
Количество |
пер |
|||||
вичного |
воздуха, |
составляет |
|||||
около 20 % общего расхода |
|||||||
воздуха, |
необходимого |
для |
|||||
горения |
топлива |
в |
|
печи, |
|||
а остальное подается из ох |
|||||||
ладителя. При |
газообразном |
||||||
топливе |
весь воздух для го |
||||||
рения поступает в печь из |
|||||||
охладителя |
клинкера. |
|
|||||
Запечный дымосос |
1 преодолевает сопротивление всего газового |
тракта, обеспечивает скорость движения газов в печи, необходимую для экономичного и устойчивого ведения процесса обжига. Отходя щие из печи газы, пройдя пылевую камеру, попадают в электро фильтр 2 и после очистки направляются запечным дымососом в дымо вую трубу.
В мощных печных агрегатах средний вынос пыли из печи со ставляет 8—10 % количества обжигаемого в них сырьевого мате риала. Поэтому использование уловленной пыли имеет большое значение. Обычно пыль, если ее химический состав не снижает каче ство клинкера, возвращают обратно в печь. Разработано несколько способов ее возврата: подача по отдельной трубе под поступающий в печь шлам, вдувание по специальным трубопроводам в горячий конец печи (в зону спекания), вдувание под слой материала за цепной завесой в зоне подогрева. Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому выбор способа осущест вляется конкретно для каждого завода с учетом его особенностей.
Принцип работы установки для возврата пыли в печь заклю чается в следующем.
Пыль, собранную из электрофильтра 2 и пылеЕой камеры 5, транспортируют шнековым конвейером 17 в бункер 16, откуда пневмовинтовым насосом 15 подают в расходный бункер 7 Оба бункера снабжены аспирационными установками, состоящими из рукавного фильтра 6 и вентилятора 5. Уловленную в рукавных фильтрах пыль возвращают в бункеры. Из бункера 7 пыль шнековым питателем подают в устройство 14 для ее загрузки в печь.
Нижняя часть корпуса загрузочного устройства является бун кером, в котором собирается пыль (рис. 84). Внутри корпуса вра-
щаются ковши 2, жестко соединенные с экранной обечайкой З н с обе чайкой корпуса / печи. Загрузочным концом ковш зачерпывает пыль нз нижней части 4 корпуса. При повороте печи на 45° пыль попадает под слой материала, в результате чего пыль в момент разгрузки не соприкасается с отходящими газами и не уносится их потоком.
§74. Печные агрегаты сухого способа
сциклонными теплообменниками
Первый печной агрегат сухого способа, оборудованный запечным теплообменником циклонного типа был пущен в эксплу атацию фирмой «Гумбольдт» (ФРГ) в 1951 г. Новизна этого тепло обменного устройства, нашедшего широкое применение в цементной промышленности большинства стран мира, основана на принципе
подогрева и частичной декарбонизации |
сырьевой муки не в слое, |
а во взвешенном состоянии благодаря |
интенсивному теплообмену |
в циклонах и газоходах между горячими газами и сырьевой мукой. В СССР первыми циклонными теплообменниками были оснащены в 60-х гг. печные агрегаты сухого способа с печами 4 х 60 м и 5 X
X 75 м. В 1975—1978 гг. на Новоспасском, Новокарагандинском и Навонйском цементных заводах были пущены в эксплуатацию мощные линии сухого способа с печными агрегатами 7/6,4 х 95 м,
оснащенными циклонными теплообменниками, производительностью 3000 т клинкера в сутки.
В настоящее время в отечественной цементной промышленности находятся в эксплуатации более 20 печных агрегатов с циклонными теплообменниками. Техническая характеристика мощных печных агрегатов приведена в табл. 45.
Печной агрегат (рис. 85) состоит из вращающейся печи 5, двухветьевого четырехступенчатого циклонного теплообменника 4, охла дителя / / клинкера с тягодутьевым 7, 8, 9, 10 и обеспыливающим 6 оборудованием, узла 17 питания печного агрегата, установок 19 для охлаждения и увлажнения отходящих печных газов, запечных дымососов 20, электрофильтров 2 и концевых дымососов 1 печи, а также вспомогательного оборудования, системы автоматического контроля н управления технологическим процессом.
Принцип работы агрегата заключается в следующем. Из расход ных снлосов сырьевого отделения мука подается в узел 17 питания печного агрегата, который обеспечивает автоматическое дозирование
нподачу пневмоподъемннкгмн, 14 заданного количества сырьевой укн в газоходы обеих ветвей циклонного теплообменника между Ш
нIV ступенями. Материал движется по циклонному теплообменнику сверху вниз, последовательно проходя газоходы н циклоны всех его ступеней навстречу восходящему потоку горячих отходящих газов
вращающейся печн. Сырьевая мука, находящаяся во взвешенном состоянии, под действием горячих газов подогревается и частично декарбоннэнруется.
Из обеих ветвей циклонного теплообменника материал попадает во вращающуюся печь 5, где происходит его окончательная тепловая
196
Т а б л и ц а 45. Техническая характеристика печных агрегатов сухого способа с циклонными теплообменниками
|
|
|
см!1-*446 с |
сЖ -7з |
|
|
|
7/6,4X95 ы |
|
|
|
|
|
|
Температура материала, °С: |
|
|
||
на выходе из циклонного теплообменника |
700-800 |
700-800 |
||
(на входе в печь) |
|
|
||
на выходе из печи (на входе в охладитель |
1 260-1 300 |
1 260-1 300 |
||
клинкера) |
|
|
||
на выходе нз охладителя клинкера |
60 -80 |
60 -80 |
||
Температура |
газов, °С |
|
|
|
перед I |
ступенью теплообменника |
1 050-1 150 |
1 050-1 150 |
|
на выходе из циклонного теплообменника |
300-350 |
300-350 |
||
Степень декарбонизации сырьевой муки на вхо |
0,2—0,3 |
0,2 -0,3 |
||
де в печь |
|
|
|
|
Удельный расход теплоты на обжиг 1 кг клин |
3 600 |
3 600 |
||
кера, кД ж /кг |
|
|
||
Удельный расход электроэнергии на 1 т клин |
45 |
45 |
||
кера, кВт-ч/т |
66 667 |
|
||
Тепловая мощность печного агрегата, кВт |
125 000 |
|||
Масса |
основного технологического оборудова |
1 750 |
3 800 |
|
ния |
(без футеровки), т |
|
|
|
Удельная металлоемкость, т металла на I т клин |
1,09 |
1,27 |
||
кера в сутки |
|
|
обработка, в результате чего образуется цементный клинкер. Из печи клинкер температурой 1260— 1300 °С направляется в охладитель 11 клинкера колосникового типа, где происходит его охлаждение воздухом. Из охладителя клинкер выходит температурой 60—80 °С,
иего транспортируют на склад.
Вкачестве топлива во вращающейся печи используют мазут, уголь или газ. Отходящие из печного агрегата газы температурой 300—350 °С дымососами 20 направляют в агрегат для помола и сушки сырья, после чего их подают в электрофильтр 2 и очищенные сбра сывают в атмосферу. В случае остановки агрегата для помола и сушки сырья при работающем печном агрегате поток отходящих
газов проходит через установки 19 для охлаждения и увлажнения, и после электрофильтра 2 и их сбрасывают в атмосферу. В печном агрегате предусмотрена подача горячего воздуха от охладителя клинкера для сушки добавок.
Эффективная эксплуатация печного агрегата, в первую очередь, зависит от качества сырьевой муки: стабильности ее химического и минералогического состава, однородности гранулометрического состава, степени гомогенизации. Нарушение этих показателей ведет к нестабильности химико-термических процессов как в теплообмен нике, так и во вращающейся печи, образованию настылей (наростов сырьевого материала в виде бугров на стенках теплообменников, газоходов, вращающихся печен) и приваров, что резко уменьшает живое сечение циклонов н газоходов.
о
ОС
J
Рис. 85. Схема печного агрегата сухого способа с печью 7/6,4X95 м с двухветьевым |
четырехступенчатым |
циклонным |
теплообмен |
||||||||||||||||
ником: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ — концевой |
дымосос: |
2 — электрофильтр |
печн; 3 |
— вентилятор; |
4 — |
двухветьевой |
четырехступенчатый |
циклонный |
теплообменник; |
5 |
— |
||||||||
вращающаяся |
печь; |
6 |
— электрофильтр |
охладителя; |
7 — дымосос |
охладителя; 8 — вентилятор |
общего дутья; 9 |
— вентилятор |
первой |
|
ка |
||||||||
меры; |
10 — вентилятор |
острого дутья; |
11 |
— колосниковый |
охладитель |
клинкера; 12 |
— рукавный фильтр; |
13 — расходный бункер посто |
|||||||||||
янного |
у р о в н я : N |
— п н е в м о п о д ъ е м н н к ; |
|
1 5 — дозатор; 1 6 |
— элеватор; |
17 — узел |
питания |
печного агрегата; |
18 |
— воздуходувка; |
19 |
— |
|||||||
установка для |
охлаждения и увлажнения |
отходящих печных газов; 20 — дымосос печн; |
21 |
— вентилятор |
|
|
|
|
|
|
Рис. 86. Схема циклонного теплообмен
ника |
с системой |
байпасирования: |
|
|
|||||||
/ — циклонный |
теплообменник; |
2 — вращаю |
|||||||||
щаяся |
печь; 3 |
— трубопровод отвода |
байпас |
||||||||
ных газов; 4 — циклоны-пылесадитслн |
|
||||||||||
|
Другим |
важным фактором яв |
|||||||||
ляется |
эффективность |
смешения |
|||||||||
в теплообменнике материала с га |
|||||||||||
зовым потоком. При недостаточном |
|||||||||||
смешении |
частицы |
материала |
не |
||||||||
подхватываются |
|
потоком |
газа, |
||||||||
а |
проваливаются |
в |
расположен |
||||||||
ные |
ниже |
циклоны |
|
или |
печь. |
||||||
Это |
приводит |
к |
неоднородности |
||||||||
степени |
декарбонизации |
муки |
|||||||||
в |
теплообменнике. |
Для устране |
|||||||||
ния |
этого |
явления |
подбираются |
||||||||
более эффективные |
рассекатели |
||||||||||
струй |
материала |
|
(конические, |
||||||||
сферические |
и |
др.), |
которые |
ус |
|||||||
танавливают |
перед течками. |
|
|
||||||||
|
Надежность |
работы |
циклонов также во многом зависит от их |
герметизации. При подсосе в циклоны 3 % газов из расположенных ниже газоходов КПД циклонов снижается на 30—40 %, а при под сосе 8—15 % — падает до нуля. Герметичность циклонов обеспечи вается надежным соединением узлов, а также эффективными кон струкциями затворов-мигалок.
На эффективность работы печного агрегата отрицательно влияет наличие в сырьевой смеси щелочей. При тепловой обработке сырья в печи они возгоняются и при высокой температуре вступают в. реак цию с С02 и 0 2, образуя различные соли, которые конденсируются и образуют настыли в каналах между циклонами и печью или в ниж ней части циклонов. Для снижения содержания щелочей в сырьевой муке применяют ряд технологических приемов и конструктивных решений. Наиболее эффективным решением является отвод из си стемы части печных газов с наибольшим содержанием щелочей. Этот процесс называют байпасированием, а отводимый газ — бай пасом. Байпасирование вызывает дополнительный расход теплоты и электроэнергии. Так, расход теплоты на получение 1 кг клинкера повышается на 6—23 кДж на каждый процент отводимого газа, расход электроэнергии на получение 1 т клинкера — на 2 кВт-ч независимо от объема байпаса. Как правило, отводится 3—10 % объема печных газов.
В настоящее время разработаны различные байпасные системы, различающиеся в основном вариантами обеспыливания байпасных газов. На рис. 86 приведена схема циклонного теплообменника, оснащенного байпасной системой. В этом теплообменнике байпасный газ охлаждается и подается в обеспыливающие циклоны 4, а очи щенный газ смешивается с основным газовым потоком. Осажденную