Комбинированный способ производства цемента

Комбинированный способ, как отмечалось выше, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 – 18 % и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 – 14 % воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 – 15 мм и подают на обжиг.

примером комбинированного способа производства цемента может быть технология применяемая на ц/з «Первомайский» (г. Новороссийск), рис. 4. способ производства ведется с увлажнением и гранулированием сырьевой муки. Основным сырьевым материалом для производства цемента является мергель, добываемый на карьерах завода.

Из карьера сырье автосамосвалами подается в приемный бункер щековой дробилки СНД–59А, производительностью 350 т/час.

Рисунок 4 –  Технологическая схема производства цемента на

ц/з «Первомайский»

Для вторичного дробления сырье поступает в молотковую дробилку СМД-98М, производительностью 350 т/час. Измельченное сырье системой ленточных конвейеров подается на склад сырья. Пыль, выделяющаяся при перегрузке материала с ленты 3 на ленту 4, поступает на очистку в циклон ЦН-15.

Далее сырье по транспортеру подается в бункера сырьевых мельниц, а также в склад мергеля, (накопительный запас).

Вся уловленная пыль мергеля от молотковой дробилки и узлов перегрузки сырья, в замкнутом цикле, без промежуточной стадии хранения, возвращается в технологический процесс производства цемента.

Дробленый мергель по транспортеру подается в бункера сырьевых мельниц, а также в склад сырья (накопительный запас). Огарки на склад сырья подвозят с прирельсового склада автотранспортом. Дозировка сырья осуществляется тарельчатыми питателями и весовыми дозаторами. Одновременно с мергелем, для улучшения химического состава сырья, подаются огарки в количестве 1,5 – 3,0 %. Огарки содержат оксид железа. Помол сырьевой смеси, осуществляется в сырьевых мельницах № 3, 4, 5 (тип сепараторные, шаровые), работающих в замкнутом цикле.

Для получения цементного клинкера эксплуатируется две вращающиеся печи с конвейерными кальцинаторами и тарельчатыми грануляторами. Печи работают по комбинированному способу производства. Сырьевая мука из сырьевых силосов пневмокамерными насосами подается в тарельчатые грануляторы, где под действием увлажнения происходит формирование гранул. Обжиг гранул начинается на кальцинаторах (тип – конвейерная решетка), а затем в вращающихся печах № 1, 3 происходит формирование клинкера.

Основной частью вращающейся печи является цилиндрический корпус, изготовленный из листовой стали, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Для футеровки используют магнезиальные и алюмосиликатные огнеупоры. Корпус установлен на опорных роликах, с уклоном к горизонту 3–4^о и вращающийся с помощью привода. Со стороны верхнего холодного конца во внутреннюю полость корпуса (барабана) непрерывно поступает подлежащая обжигу сырьевая смесь, а в нижнем горячем конце печи горит топливо, которое вместе с воздушной смесью подается в печь.

Горячие газы, движущиеся от нижнего конца печи навстречу сырьевой смеси, испаряют содержащуюся в ней влагу и нагревают ее до температуры обжига. В результате химических реакций из известковых и глинистых соединений, содержащихся в мергеле, получается полуфабрикат цемента – клинкер. Обожженный горячий клинкер при дальнейшем перемещении вниз из корпуса печи поступает в колосниковые холодильники, охлажденный клинкер ковшовым транспортером направляется на склад клинкера.

Отходящие газы печи № 1 проходят очистку в электрофильтрах УГ3-4-53 и ДГПН –3-32.

Охлажденный клинкер по металлической футерованной течке подается на склад клинкера. Опока и гипс доставляются в склад ж/д вагонами со станции Тоннельная и автотранспортом с прирельсового склада. Перед загрузкой в бункера клинкер и опоку шихтуют, опоки добавляется 10 %. Шихта и гипс (1,5 –3,5 %) грейферными кранами подаются в бункера цементных мельниц.

Помол клинкера и добавок осуществляется в цементных мельницах №№ 4–6.

Цементные мельницы представляют собой стальной горизонтальный барабан. С двух сторон барабан перекрыт днищами с полыми цапфами. Частота вращения мельниц 16,5 оборотов в минуту. Барабан разделен перегородкой с отверстиями для прохождения материала на две камеры: предварительного и тонкого помола цемента. Внутри мельница футерована бронеплитами. Мельницы загружены мелющими телами. Первая камера загружена мелющими стальными шарами диаметром 50–100 мм, вторая – стальным цильпебсом. Сырьевой материал измельчается в результате ударов свободно падающих мелющих тел, истирания между телами.

Цементные мельницы оснащены двухступенчатой системой очистки аспирационного воздуха.

Из цементных мельниц цемент с помощью пневматических камерных насосов транспортируется по цементопроводу в силоса цемента № 1–5. Силос № 6 предназначен для сбора пыли, уловленной электрофильтрами вращающейся печи.

Из цементных силосов готовый цемент отгружается потребителю железнодорожным и автомобильным транспортом, в мешках и навалом.

1.4 Перевод цементных линий с мокрого способа на сухой

Новый оригинальный метод, который позволит перевести це­ментные линии мокрого способа на сухой за US$5–10 за тонну мощности за полгода (рис. 5) [5].

Основные фонды цементного завода мокрого способа производства при перево­де на сухой по методу [5] используют­ся практически полностью (на 95 %), поэто­му затраты на приобретение оборудования и на строительно-монтажные работы явля­ются минимальными.

Практически не нужна специальная ос­тановка производства, поскольку она сов­мещается с остановкой оборудования на капитальный ремонт.

Основные строительно-монтажные ра­боты по реконструкции осуществляются во время работы мокрой линии, а ее за­вершающий этап совпадает со временем остановки на капитальный ремонт. Работы не потребуют обязательного привлечения зарубежных поставщиков оборудования, можно обойтись собственными силами.

Кроме значительного снижения инвестиций, предлагаемый метод перевода це­ментного завода с мокрого на сухой способ позволяет снизить удельный расход топлива на 30–40 % и увеличить объем производства ориентировочно на 40 %.

При этом срок окупаемости составит от 1 года до 3-х лет.

1–известняк, 2–запыленный воздух, 3–дымовые газы, 4–огарки, 5–глинистый компонент, 6–глинистая мука, 7–сырьевая мука, 8–очищенныи воздух, 9–известняковая мука, 10–сырьевая мука, 11–запыл. Дым. газы, 12–запыл. дым. газы от печи, 13–пыль от электрофильтров 14–валковая мельница, 15–гомогенизатор, 16, 26, 24–пневмонасосы, 17, 18, 19–циклоны, 20–циклон, 21–рукавный фильтр, 22, 32,25-шнеки, электрофильтр, 23–электрофильтр, 28–дымосос, 27–труба, 29, 30–силоса сырьевого помола; 31–вращающаяся печь.

рисунок 5 – Технологическая схема производства цемента при переводе с «мокрого» на «сухой» способ

В качестве примера рассмотрим принци­пиальные решения по переводу с мокрого способа на сухой технологической линии с печью Æ 0,5´185 м при использовании шаро­вой мельницы для помола сырья.

Мощность сырьевого отделения увеличи­вается за счет установки валковой мельница МВС–125 для одновременной сушки и из­мельчения глинистого компонента.

Существующие шаровые мельницы мок­рого помола сырья переводятся на сухой помол.

Сушка известняка предварительно производится непосредственно в бункере с помощью специально разработанной систе­мы слоевой сушки, а затем в реконструиру­емой мельнице с установкой при необходи­мости интенсификации измельчения про­ходных сепараторов и других устройств.

Глинистый компонент, огарки и молотый известняк транспортируются в соответству­ющие силосы в качестве которых использу­ются модернизированные шламбассейны.

После химического анализа и расчетов компоненты с помощью весовых дозаторов подаются в смеситель оригинальной конс­трукции и оттуда в тепловой агрегат или на хранение в силос готовой муки, в качестве которого после определенной реконструк­ции может использоваться горизонтальный шламбассейн. Схема смешения была успеш­но апробирована в условиях опытного про­изводства института «Средазниицемент».

Для перевода технологического процесса обжига клинкера с мокрого на сухой способ производства вращающаяся печь реконс­труируется с применением оригинальных технических решений и ноу-хау, позволяя смоделировать работу печи и декарбонизатора в одном агрегате.

Концентрация пыли в газовом пото­ке должна быть идентична концентрации частиц, например, в шахте шахтного теп­лообменника Пшеровских заводов – до 400 г/м³.

Для моделирования работы такого теп­лообменника над холодным концом враща­ющейся печи в районе шлампитателя уста­навливается двухступенчатый циклонный теплообменник, функции которого, кроме дополнительного теплообмена, заключа­ются, в основном, в обеспыливании печных газов с возвратом уловленного материала во вращающуюся печь.

Для снижения объема затрат, связанных с переводом с мокрого на сухой способ про­изводства, необходимо сохранить тот объем печных газов, который был при мокром спосо­бе производства. Это позволило бы оставить без изменений электрофильтр, печной дымо­сос, систему газоходов. Расчеты показали, что при переходе с мокрого на сухой способ удельный объем газов на 1 кг клинкера за счет снижения влажности материала и удельного расхода топлива также уменьшается. Таким образом, при переводе на «сухой» способ без увеличения объема печных газов произво­дительность тепловых агрегатов может быть увеличена на 30–40 %, хотя теплообмен по­зволяет повысить ее в 2,4–3 раза.

Последним этапом термообработки клин­кера является его охлаждение, поэтому при переводе с мокрого на сухой способ произ­водства необходимо повысить на 30–40 % производительность холодильника. Методы интенсификации охлаждения широко извес­тны и применяются в зависимости от кон­кретных условий, но наиболее универсальное решение заключается в монтаже между кон­цом печи и колосниковой решеткой шахты оригинальной конструкции с использовани­ем специальных балочных устройств. Такой холодильник не требует значительных ин­вестиций, монтируется при остановке теп­лового агрегата на капитальный ремонт и в значительной степени улучшает условия эксплуатации колосникового холодильника. Следует отметить, что шахтный холодильник со специальными балками может быть также использован при наличии на печах рекуператорных, кольцевых и других холодильников.

Перевод завода с мокрого способа про­изводства на сухой предполагает увели­чение объема выпуска продукции на 40 %, что требует соответствующего повышения мощности помольного отделения.

Последнее может осуществляться за счет более тонкого дробления клинкера и уменьшения диаметра шаров в 1-й камере установки наклонной перегородки и эффек­тивных знергоэлементов, разработки сис­темы сепарации и установки сепараторов, а также других мер по интенсификации помола Возможно приобретение и уста­новка дополнительной или более мощной мельницы.

Ниже приводится предварительный рас­чет экономической эффективности при переводе технологической цементной линии мощностью 75 т/ч с мокрого на сухой спо­соб. Дополнительные капитальные затраты составляют US$8,46 млн.

Исходные данные для экономического расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Исходные данные для экономического расчета

* По разработанной [5] технологии

Расчет объема выпуска цемента после реконструкции выполнен с учетом произ­водительности печи 105 т/ч, коэффициента использования 0,8 и ввода 15 % добавок в цемент (табл. 2).

На статью «Оборудование» отведено 75 % всех капитальных затрат на реконс­трукцию «Здания и сооружения» – 25 %. Соответственно приняты нормы амортиза­ции 13,4 и 2,8 %.

После реконструкции увеличиваются расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые расходы снижаются.

Таблица 2 – Расчет объема выпуска цемента

Расход сырьевых компонентов на 1 т цемен­та остается без изменений. Расход топлива при переводе на сухой способ снижается. Средний расход топлива на 1 т клинкера со­ставляет 213 кг усл. т при мокром способе производства и 128 кг усл. т – при сухом.

Себестоимость 1 т цемента при произ­водительности 105 т/ч составляет при сухой схеме 28 у. е., а при мокром способе равня­лась 39 у. е.

Таким образом, окупаемость инвестиции при переводе с мокрого на сухой способ со­ставит меньше одного года.

Главное заключается в том, что исполь­зование предложенных решении по реконс­трукции создает необходимые экономичес­кие условия для ее реализации повышения технико-экономических показателей и кон­курентоспособности предприятия.

Портландцементный клинкер

Основные минералы, ко­торые может содержать портландцементный клинкер, даны в таблице 3 [6]:

Таблица 3 – Минералогический состав портландцементного клинкера

Клинкерные минералы не являются чистыми соединениями, а представляют собой смеси, содержащие в незначительном ко­личестве компоненты других минералов в виде смешанных кристаллических соединений; это относится и к остальным хи­мическим примесям клинкера, которые не могут образовать самостоятельных фаз. Поэтому, чтобы четко отличать чистые соединения от клинкерных минералов, Тёрнебом в 1897 г. дал основным минералам клинкера C₃S и C₂S названия «алит» и «белит» и, еще не зная их состава, исследовал под микроскопом отличия между ними.

Алит. Алит C₃S является основным, клинкерным мине­ралом, определяющим прочность Цемента. Из шести известных модификаций C₃S в клинкере возникают только две¹ высоко­температурные модификации, которые стабилизируются путем включения атомов примесей. [¹ Третья модификация – триклинная – также изредка встречается.].

Белит. Белит главным образом представляет собой b-форму C₂S. При температуре спекания клинкера, превышаю­щей 1420 °С, образуется a-C₂S, а при температуре до 1420°С – a¢-C₂S. Последняя форма во время охлаждения клинкера при температуре 670 °С превращается в метастабильный b-C₂S. При дальнейшем медленном охлаждении из b-C₂S может обра­зоваться стабильная g-форма. Этот процесс протекает с увели­чением объема на 10 % и при определенных условиях может привести к рассыпанию клинкера. Быстрое охлаждение клинкера и наличие примесей препятствует переходу белита в гид­равлически инертную g-фазу, снижающую его качество. Белит твердеет значительно медленнее алита, но в конце концов достигает такой же прочности, как алит.

Если в Клинкере глинозема содержится меньше, чем оксида железа (в молях), то оба компонента, вступая в соеди­нение с известью, образуют алюмоферрит кальция (см. табл.) – смешанно-кристаллическую фазу с конечным членом 2CaO^.Fe₂О₃, где Fe может непрерывно замещаться Al. Этот смешанно-кристаллический ряд сохраняет стабильность до молярного отношения Al₂О₃:Fe₂О₃=2:1; однако в портландцементном клинкере, содержащем только соединения, богатые известью, ряд завершается уже при отношении 1:1. Если в клинкере преобладает глинозем, то его избыток сверх указан­ного отношения (как это имеет место в формуле 4CaO^.Al₂О₃^.Fe₂О₃) образует трехкальциевый алюминат, богатый известью. Трехкальциевый алюминат очень легко вступает в реакцию с водой, однако, не имеет ясно выраженных гидравлических свойств и совместно с силикатами повышает начальную прочность цемента. Алюмоферрит кальция мало способствует гидравлическому твердению цемента.