Machinewiremesh.ru

Стройка, мебель и декор
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

42. Вращающиеся печи мокрого способа производства

§ 42. Вращающиеся печи мокрого способа производства

Общие сведения. Вращающиеся печи мокрого способа производства бывают длинные — от 80 до 230 м, короткие — от 40 до 80 м. Длинные вращающиеся печи оборудуют только внутренними теплообменными устройствами (иногда их называют также встроенными) — цепями, фильтрами-подогревателями, металлическими и керамическими теплообменниками различных типов, устанавливаемыми в подготовительных зонах печи.

Короткие печи с цепными завесами малопроизводительны и требуют большого расхода тепла на обжиг клинкера. В связи с этим их или реконструируют, или выводят из эксплуатации. Чтобы повысить производительность и уменьшить расход топлива, некоторые короткие печи без внутренних теплообменных устройств оборудуют запечными установками — концентраторами шлама или распылительными сушилками шлама.

Производительность длинных вращающихся печей зависит от поверхности теплообмена между обжигаемым материалом и дымовыми газами, влажности поступающего на обжиг шлама, частоты вращения барабана, разности температур газов и обжигаемого материала, скорости газового потока в барабане, режима обжига, величины уноса пыли из печи и многих других факторов. Однако исходный показатель производительности печи — поверхность теплообмена; им определяются размеры барабана печи, величина поверхности и конструкции теплообменны!||устройств.

На производительность печи влияет влажность шлама. Повышение влажности на 1% снижает производительность печи до 2%. Поэтому необходимо систематически контролировать влажность шлама, не допуская его переувлажнения.

Устройство вращающихся печей и принцип их работы. Печной агрегат включает в себя: ^ корпус вращающейся печи (барабана) со встроенными теплооб- менными устройствами, в котором происходят физико-химические процессы превращения сырьевых материалов в клинкер;

питатель шлама, с помощью которого непрерывно подается смесь в печь;

дутьевой вентилятор и топливную форсунку, по которой угле- воздушная смесь непрерывно поступает в горячий конец печи; при использовании для обжига угля в комплект печного агрегата входит винтовой углепитатель, а также сепараторная мельница для одновременной сушки и помола угля, подаваемого в печь;

холодильник, в котором охлаждается раскаленный клинкер при Еыходе из печи и подогревается воздух для горения топлива;

дымосос, преодолевающий аэродинамическое сопротивление всего газового тракта и обеспечивающий надежную скорость газов в печи (тягу), при которой процессы испарения, подогрева и обжига материала протекают с необходимой интенсивностью;

пылеулавливающие устройства — пылеосадительную камеру и электрофильтр, которые обеспечивают требуемую степень обеспыливания газов перед выбросом в атмосферу;

устройство для возврата в печь пыли, уловленной в пылеуловителях;

устройство для водяного охлаждения корпуса печи в зоне спекания;

контрольно-измерительные и регулирующие приборы и аппаратуру, которые позволяют с одного пункта контролировать процессы, протекающие в отдельных механизмах, устройствах, частях и зонах печи, а также регулировать интенсивность этих процессов и управлять всей установкой из указанного пункта.

На цементных заводах наиболее распространена вращающаяся печь длиной 150 м различного профиля (3,6/3,3/3,6; 3,6; 4/3,6/4; 4). Рассмотрим конструкцию такой печи, а также современной мощной печи размером 5×185 м ( 78). Корпус печи 14 сваривают из стальных листовых обечаек длиной 2—6 м, толщиной 32—120 мм, внутреннюю поверхность футеруют огнеупорным кирпичом. Обечайку, где устанавливают массивное кольцо прямоугольного сечения— бандаж 5, изготовляют из более толстого стального листа, чем весь корпус печи. Бандажи опираются на ролики 12. Количество бандажей и их размеры определяются диаметром и длиной печи. X печи 5×185 м их бывает семь-восемь. Ширина бандажа должна быть на 40—80 мм меньше ширины опорных роликов, в противном случае он будет неравномерно изнашиваться при свисании его с ролика. Бандажи применяют опорные и опорно-упорные. Они насаживаются на корпус печи плотно и крепятся с помощью прокладок или методом посадки с тепловым натягом. В последнее время применяют вварные бандажи. Роликовые опоры для бандажей устанавливают на металлической раме, которая крепится на массивном железобетонном или металлическом фундаменте.

Смазочная система опор скольжения — черпаковая из масляных ванн корпусов подшипников, опор качения — жидкая циркуляционная или густая набивная.

Выделяющееся при трении тепло поглощается циркулирующей по каналам вкладыша водой. При установке подшипников скольжения печь удерживается от смещения вниз раскосом опорных роликов в сочетании с контрольными роликами, а при установке подшипников качения — системой гидроупоров. Гидроупоры, воспринимая осевое усилие, автоматически поддерживают печь в заданном промежутке между крайним верхним и нижним положениями. Контрольные ролики устанавливают на ближайшей к приводу печи опоре 11 по обе стороны бандажа на расстоянии 20—60 мм от его кромки. При смещении корпуса печи выше допустимого предела (20—60 мм) бандаж давит на контрольный ролик и он начинает вращаться, что свидетельствует о неправильном положении корпуса. Контрольный ролик только в течение некоторого времени может удерживать корпус, а затем, если не принять соответствующих мер, бандажи сползут с опорных роликов.

На случай аварийного сползания печи с опор устанавливаются предохранительные упоры 17, которые располагаются на одной из опор печи по обе стороны бандажа на расстоянии от его кромки на 30—50 мм больше, чем между бандажом и контрольным роликом. Предохранительные упоры снабжают автоматическим измерительным преобразователем, с помощью которого электродвигатель печи выключается.

Корпус печи приводится во вращение от электродвигателя через редуктор, подвенцовую и вен- цовую 6 зубчатые шестерни. Привод 10 печи может быть выполнен в виде двух нитей. Так, приводной механизм печи 5X185 м состоит из двух электродвигателей мощностью по 320 кВт, соответственно двух редукторов и ведущих Шестерен, находящихся в зацеплении с венцовой шестерней. Приводы в этом случае расположены справа и слева от корпуса печи.

Для проворачивания печи во время ремонта или проведения футеровочных работ на необходимый угол устанавливают вспомогательный привод. Частота вращения печи от вспомгательного привода составляет 1—4 об/ч. Электродвигатель 5 вспомогательного привода, мощность которого равна 5—30 кВт, может получать электроэнергию также от специального генератора с двигателем внутреннего сгорания. «Таким образом, он может работать и при выключении электроэнергии на заводе. В случае остановки основ

Читайте так же:
Норма производства цементного раствора

ного электродвигателя 1 включают вспомогательный, медленно вращая печь и предупреждая этим возникновение нежелательных деформаций корпуса печи.

Смазочная система редуктора главного привода, подшипников подвенцовых шестерен и подшипников гидроупоров — циркуляционная жидкая.

Смазочный материал в узлы трения нагнетается с помощью смазочной станции (у вращающейся печи 5×185 м устанавливают три станции).

Смазочная система зацепления — венца и подвенцовой шестерни, редуктора вспомогательдого привода, соединений промежуточного вала — жидкая заливная. Зубчатые венцы большинства вращающихся печей закреплены на корпусах с помощью 10—^тангенциальных плоских пружин, реже с помощью 4—6 продольных пружин, установленных на высоких подкладках вдоль оси печи. Зубчатые венцы вращающихся печей 5X135 м, 4,5X170 м, 5X185 м, 7X230 м укрепляют на корпусах специальными шарнирами.

Горячий конец печи закрыт откатной головкой 8 (см. 78), через которую проходят форсунки для питания печи топливовоз- душной смесью. Холодный конец печи входит в пыльную камеру.

Для правильного ведения процесса обжига в печи необходимо как в разгрузочном, так и в загрузочном ее концах устранять подсос холодного воздуха, для чего в указанных местах применяют специальные уплотняющие устройства 16 (см. 78). У современных печей применяют уплотнения двух типов: механические и аэродинамические.

Конструкции механических уплотняющих устройств весьма разнообразны: лабиринтное уплотнение, уплотнения с подвешенным кольцом и со свободно скользящим по поверхности корпуса кольцом, уплотнение с прорезиненной лентой и др. Например, холодный конец печей 5×185 м имеет уплотнение в виде уголка и диска, поджимаемого шестью регулируемыми (с помощью пружин) пальцами к диску заделки камеры. К корпусу печи это уплотнение, состоящее из шести секторов, прижимается четырьмя рычагами с грузами. С помощью этих рычагов зазор между корпусом и уплотнением уменьшается до 2 мм.

В настоящее время часто применяют простое, но довольно надежное уплотнение холодного конца длинных печей из прорезиненной ленты. Весьма эффективно аэродинамическое уплотнение горячего конца печей, представляющее собой кольцевой канал с кольцевой щелью, расположенной вокруг разгрузочного конца печи. В этом канале создается разрежение, благодаря которому наружный воздух не проникает в печь, а засасывается в канал.

Для интенсификации работы коротких вращающихся печей при мокром способе производства на некоторых цементных заводах установлены концентраторы шлама. Наибольшее повышение производительности печи и снижение расхода тепла на обжиг достигнуто при установке концентраторов на печах с отношением диамет- pa к длине 1: 20—1 : 22, в которых температура отходящих газов достигает 500—600° С.

Концентратор, или испаритель, шлама ( 80) представляет собой медленновращающийся цилиндрический барабан 3 диаметром от 3 до 4,5 м и длиной от 2 до 4 м, боковые стенки которого образованы металлическими кольцами 2, укрепленными на продольных балках. Внутренняя часть барабана заполняется примерно наполовину специальными полыми металлическими телами диаметром 100—200 мм и длиной 120—250 мм или подвешенными цепями, которые нагреваются теплом отходящих газов, просасываемых дымососом, и отдают это тепло шламу, вследствие чего он обезвоживается. Барабан заключен в стальной кожух 6, нижняя часть которого снабжена огнеупорной футеровкой. Питателем 4 шлам направляется в продольный желоб, укрепленный на кожухе и снабженный соплами, через которые он подается в концентратор.

При вращении барабана с помощью привода 1 жидкий шлам налипает на кольца и заполнители и быстро просушивается с влажности 36—42 до 8—12%. Образовавшийся сухарь в виде комочков и крупки просыпается сквозь зазоры между кольцами и проваливается через питательный желоб 7 в печь 8. Отходящие газы просасываются через газоход 5 и поступают на очистку. Температура отходящих газов при выходе из концентратора равна 150—200° С.

Печи с концентраторами отличаются значительным пылеуносом сырья, достигающим 15—30%. Для улавливания этой пыли применяют двухстадийную очистку газов, состоящую из группы циклонов и электрофильтра. Пыль из циклонов поступает в тарельчатый гранулятор, откуда в виде гранул направляется непосредственно в печь. Один из существенных недостатков в работе концентраторов— повышенное пылеобразование, вызываемое истиранием высушенного шлама наполнителями. Кроме того, затруднен контроль за процессом сушки.

Смотрите также:

В СССР преобладает мокрый способ производства цемента, но все шире внедряется сухой.
Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.

У печей для сухого способа это отношение несколько меньше и составляет от 30 до 35, а у печей для мокрого способа от 34 до 42.
Небольшие вращающиеся печи применяют для производства керамзита (вспученные глин), а также для обжига.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой.
Известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединена с конвейерной решеткой.

При сухом способе производства иногда используют шахтные печи. Длина современных вращающихся печей при мокром способе производства 150—185 м, диаметр — 4—5 м.

Температура во вращающейся печи 1573—1723 К- Размеры вращающихся печей, применяемых при мокром способе производства, 4,5X170 или 5X185 м. Цилиндр печи по всей длине имеет одинаковый диаметр.

Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150—.185 м и диаметром 3,6—5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом.

Печи для обжига клинкера

Для получения клинкера сырьевую смесь (в виде шлама муки или гранул) обжигают во вращающихся печах.
Вращающаяся печь — пустотелый, открытый с торцов, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, установленный с наклоном 3—4° к горизонту и вращающийся со скоростью 1—1,5 об/мин в зависимости от диаметра и производительности печи. Печь работает по принципу противотока. Сырьевую смесь подают со стороны верхнего «холодного» конца печи, а со стороны нижнего «горячего» конца непрерывно загружают топливо— воздушную смесь Благодаря вращению и наклону барабана сырьевая смесь движется к разгрузочной части печи. Обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через пылеуловители.
Вращающуюся печь по характеру процессов, происходящих во время обжига, разделяют на шесть температурных зон — испарения (или подсушки), подогрева, декарбонизации, экзотермии, спекания и охлаждения (см. гл. 4, § 17). Зоны испарения и подогрева занимают обычно 50—60 % длины печи, декарбонизации и экзотермии— 25—30 %, спекания — 10—15% и охлаждения — 2—4%. В печах сухого способа производства портландцемента зоны испарения, подогрева и частично декарбонизации выносят из корпуса в отдельно установленные агрегаты. Сырьевая смесь, проходя последовательно все зоны в печи, превращается в клинкер.
Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены.
Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными или отдельно установленными теплообменными устройствами; для охлаждения клинкера предусматривают отдельно стоящие или укрепленные на корпусе печи холодильники.
Вращающиеся печи классифицируют: по конструкции корпуса — печи с корпусом, имеющим одинаковый диаметр по всей длине; печи с корпусом, расширенным в зоне спекания; печи с корпусом, расширенным в зоне подсушки; печи с корпусом, расширенным в зонах спекания и подсушки:

Читайте так же:
Как замешивать цемент 400 с песком

конструкции устройства для снижения расхода топлива — печи со встроенными теплообменниками, печи с кальпинаторами, печи с концентраторами шлама, печи с* циклонными теплообменниками;

конструкции привода — печи с приводом от одного или двух электродвигателей, печи с гидравлическим приводом,
конструкции холодильника — печи с холодильниками барабанного типа, печи с рекуператорными холодильник ками, печи с колосниковыми холодильниками.
Главные параметры вращающейся печи — диаметр и длина. На цементных заводах эксплуатируются вращаюЛ щиеся печи длиной от 36 до 230 м, диаметром от 2,1 до 7 м. Отношение длины к среднему диаметру для печей мокрого способа 27—41, сухого— 15—17.
Если вращающаяся печь имеет одинаковый диаметр по всей длине, то размеры ее, например диаметр 7 м и длину 230 м, обозначают так: «печь вращающаяся 7х Х230» Если вращающаяся печь имеет расширенную по сравнению с зонах спекания зону подсушки, то диамет-1 ры их указывают в виде дроби. Например, печь длиной 150 м и диаметром барабана в зоне спекания 4 м, в зоне подсушки 3,6 м обозначают: «печь вращающаяся 4/3,6×150»; при наличии в печи двух расширенных зон (спекания и подсушки) — «печь вращающаяся 4/3, 6/4 X X150» и т. д.
В цементной промышленности постоянно ведутся работы по созданию новых конструкций печных агрегатов большой производитель-! ности и с высокими удельными съемами клинкера сім8 печи, пониженным расходом топлива и высоким качеством получаемой продукции. При этом имеется тенденция к созданию малогабаритных агрегатов — реакторов с интенсивным обменом между материалом и теплоносителем, отличающихся значительно большей скоростью процесса обжига клинкера
Разрабатываются и совершенствую іся способы получения клиі- кера во взвешенном состоянии, в кипящем слое, во взвешешю-фсн- танирующем состоянии, путем плавления, в вакуумной камере и др.
Принцип обжига во взвешенном состоянии заключается в том, что материалы движутся прямотоком или противотоком с горячими газами и равномерно распределяются в них.
В качестве печного агрегата для производства клинкера используется циклонная топка, применяющаяся в металлургии. Это цилиид-J рический барабан диаметром 0,5 м и длиной 1,5 м, отфутерованный хромомагнезитом. Тонкоизмельченная сырьевая смесь подхватывается в печи тангентально вводимым потоком воздуха и жидкого топлива и рассредотачивается в печном пространстве. Время обжига материала во взвешенном состоянии от долей секунды до нескольких секунд. Температура обжига достигает 2000 СС. Обожженный материал выносится из печи потоком дымовых газов и осаждается в пи- леосадительных устройствах.
В Японии созданы установки для высокоскоростного обжига цементного клинкера во взвешенном состоянии. Кроме того, предложена однореактивная печь, представляющая собой цилиндрическую или коническую камеру, в которую из бункера по загрузочному верхнему патрубку поступает тонкомолотая сырьевая смесь. В верхней части камеры тангентально вводится поток воздуха и жидкого топлива. Воспламенение топлива происходит в самой камере. Скорость теплоносителя регулируется путем изменения давления и скорости подачи воздушно-топливной смеси. У стенок камеры поток теплоносителя, закручиваясь по спирали, спускается вниз, а в центре камеры движется по спирали снизу вверх. Попадающие в центр камеры через загрузочный патрубок часгицы сырьевой смеси подхватываются поднимающимся потоком и движутся по спирали вверх, постепенно перемещаясь от центра камеры к ее стенкам. Для предотвращения уиоса материала скорость его не должна быть слишком большой. Подходя к стенкам камеры, частицы сырьевой смеси вместе с подогретыми частицами, подаваемыми через нижний патрубок, опускаются вниз, а газы через нейтральное отверстие в торцовой стенке удаляются из камеры. Затем обожженный материал поступает в холодильник, а из него в выгрузочное отверстие.
Подъем и опускание взвешенных частиц обеспечивают интенсивный теплообмен и высокую скорость реакции клинкерообразования.
Способ обжига материала в кипящем слое заключается в том, что через слой гранулированного материала пропускают снизу вверх поток горячих газов с такой скоростью, чтобы гранулы находились в непрерывном движении. Материал в таком состоянии имеет сходство с кипящей жидкостью
Обжиг клинкера в кипящем слое осуществлен в опытно-промыш- леиной печи НИИЦемента — цилиндрической шахте переменного диаметра. Гранулированная сырьевая смесь поступает сверху, а топливо и воздух снизу. Материал последовательно проходит через все зоны шахты. В сечении зоны наименьшего диаметра при движении газового потока образуется кипящий слой с интенсивным перемешиванием материала. Интенсивный теплообмен между материалом и газами позволяет ускорить процесс клинкерообразования и улучшить теплотехнические показатели работы печного агрегата.
Фирмой «Пайзел» (США) предложена установка для обжига цементного клинкера в кипящем слое, представляющая собой печь- реактор диаметром 2,5 и высотой 5 м. Сырьевая мука пневмовин- товым насосом подается в реактор через донную колосниковую решетку. Обожженный клинкер по трубе поступает в холодильник. Затем клинкер рассеивается на грохоте, в результате чего гранулы размером менее 2,5 мм возвращаются в реактор в качестве затравки. Съем готовой продукции в несколько раз превышает съем с вращающейся печи.
НИИЦементом совместно с Институтом тепломассообмена АН БССР разработана конструкция многореакториой шахтной безрешеточной печи для обжига клинкера во взвешенно-фонтанирующем состоянии. Печь состоит из конических реторт-реакторов. По высоте она делится на зоны подогрева, обжига и охлаждения. Сырьевая смесь поступает сверху в виде гранул, а в самый нижний реактор подается воздушное дутье и обожженный материал, который здесь и охлаждается. Клинкер образуется в вышерасположенном реакторе, где происходит сжигание топлива. В каждом реакторе материал находится в пульсирующем взвешенно-фонтанирующем состоянии.
Частота пульсации определяет производительность установки, коте,, рая в свою очередь должна быть строго согласована с необходимы» временем термообработки материала.
Способ плавления клинкера, предложенный В. В. Серовым, зц. ключается в получении портландцемента путем обогащения извесТняком огненно-жидких шлаков. В конвертор диаметром 3, высотой 8 м и вместимостью 10 т расплава загружают жидкий шллк, и* вестняк и железную руду. СНизу конвертера через две фурмы жидкий шлак под давлением вдувают топливо вместе С воздухе; обогащенным кислородом. Температура расплава в конрерюре по?, тигает 1900—2000 °С. Расплавленный клинкер, выпущенный из ков- вертера, охлаждается на грануляционном барабане. Клинкер можно плавить и в энергетических котельных топках, получаемый при этоц в виде отхода шлак близок по составу к портландцементу.
Принцип обжига цементной сырьевой муки в вакуумной камер» батарейного типа при помощи электронного пучка разработан в ГДР. Дне обжиговой камеры имеет конфигурацию переменного сечения, профиль которого определяется углом естественного откоса сыры, вой муки и цементного клинкера. Для создания глубокого вакуума вся система помещена под колокол, в верхней и нижней частях которого имеются шлюзовые затворы для загрузки сырьевой муки к иыгрузки цементного клинкера. Вакуум в системе создается при помощи вакуумных насосов, которые отсасывают воздух из системы. Готовый клинкер выгружают из камеры, дробят в клинкерной дробилке и охлаждают в холодильнике. Нагретый в холодильнике воздух используется для подогрева сырьевой муки в бункере загрузочного устройства. Подогрев производится без смешивания материала с теплоносителем. Установка оборудована системой автоматического регулирования

Читайте так же:
Как отчистить цементный раствор

Вращающаяся печь для обжига цемента по мокрому способу

(Ю.С. Шлионский, И.П. Цибин)

Наиболее важным процессом в производстве строительных материалов (извести, цемента, керамзита) является обжиг исходного сырья. При этом в сырье происходит множество физических и химических превращений, таких, например, как сушка, дегидратация, декарбонизация (кальцинация), спекание, вспучивание и др.

Ввиду схожести основных сырьевых материалов
(в производстве извести – известняк, в производстве цемента – известняк и глина, в производстве керамзита – глина), а также процессов при их термической обработке в этих производствах применяется однотипное Лабораторное оборудование. Это Лабораторное оборудование отличается только размерами и набором вспомогательных устройств, входящих в состав печного агрегата.

Основным агрегатом для обжига является вращающаяся печь. В дальнейшем рассматривается вращающаяся печь для производства цементного клинкера, а различия в расчете вращающихся печей для производства извести и керамзита отражены в соответствующем разделе.

19.3.1. Вращающиеся печи для производства цементного клинкера

(Ю.С. Шлионский)

Существуют два способа производства цемента – мокрый и сухой. При мокром способе сырьевая смесь получается в виде сметанообразной массы (шлама) путем тонкого измельчения сырьевых материалов и корректирующих добавок с водой и содержит преимущественно 35–45 % воды.

По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушиваются и измельчаются и сухая сырьевая смесь (сырьевая мука) подается в печной агрегат.

Сухой способ производства является более экономичным в отношении расхода топлива, поэтому цементная промышленность высокоразвитых стран Европы и Японии практически полностью использует сухой способ производства. Мокрый способ производства существует преимущественно в России, странах бывшего СССР и в США.

Цементный клинкер – полуфабрикат для производства цемента – обжигается во вращающихся печах, являющихся основным Лабораторное оборудованием печных агрегатов. Кроме печи печной агрегат включает в себя устройство для сжигания топлива, питатели, холодильник, пылеулавливающие аппараты и др.

Вращающаяся печь (рис. 19.3.1.1) – это полый барабан, сваренный из стальных обечаек, выложенных изнутри огнеупорным кирпичом (футеровкой). Корпус печи расположен наклонно (под углом 3–4°) к горизонту и вращается вокруг продольной оси с частотой вращения 1–3 мин –1 . В верхнюю загрузочную часть подается сырьевая смесь, а в нижней разгрузочной части устанавливается топливосжигающее устройство. Во вращающихся печах преимущественно сжигается природный газ, пылевидное топливо (уголь или сланец) и мазут. Благодаря вращению наклонного барабана сырьевая смесь движется по направлению к головке печи и обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник, установленный за печью. Если холодильник устанавливается на самой печи, то клинкер попадает в него через разгрузочные окна. Холодильники вращающихся печей имеют самостоятельный привод, частота вращения составляет 3–6 мин –1 . Холодильник располагают или под вращающейся печью, или по одной линии ниже печи. Угол наклона холодильников 5–7°.

Рис. 19.3.1.1. Схема вращающейся печи мокрого способа производства:
1 – шламовая течка; 2 – фильтр-подогреватель; 3 – цепная завеса; 4 – теплообменник;
5 – бандаж; 6 – подбандажная обечайка; 7 – венцовый привод; 8 – охлаждающее устройство;
9 – горячая головка печи; 10 – клинкерный холодильник

Основные конструктивные характеристики вращающейся печи – это ее диаметр D и длина L.

Применяемые в цементной промышленности вращающиеся печи подразделяются на печи мокрого и сухого способа производства. Для мокрого способа применяются длинные вращающиеся печи с отношением 30, оснащенные внутрипечными теплообменными устройствами. Для этого способа применяются и другие типы печей, например печи с концентраторами, но эти печи можно встретить только в единичных случаях на старых цементных заводах.

Для сухого способа производства применяются вращающиеся печи с запечными циклонными теплообменниками и вращающиеся печи с декарбонизаторами.

Читайте так же:
Для чего нужен цементный стакан

Печи с декарбонизаторами в свою очередь подразделяются на печи с выносными декарбонизаторами
и встроенными декарбонизаторами.

Выносные декарбонизаторы представляют собой самостоятельный агрегат, соединенный с запечной системой теплообменников. Эти декарбонизаторы оснащены топкой, в которой сжигается либо такой же вид топлива, как и во вращающейся печи, либо низкосортное топливо, например промышленные отходы. Продукты сгорания топлива поступают в систему теплообменников.

Во встроенных декарбонизаторах топка размещена в нижней части газохода, соединяющего теплообменник с печью.

В соответствии с протекающими во вращающейся печи физико-химическими процессами она разбивается на ряд технологических зон. Между зонами нет строгих границ, в отдельных зонах протекающие реакции частично перекрывают друг друга или идут параллельно. В печи мокрого способа различают следующие зоны, показанные в табл. 19.3.1.1.

Зонная структура вращающихся печей для мокрого способа производства клинкера

Длина зоны,
% от общей
длины печи

Наименование зоны (ее функции)

Температура
материала
в зоне, С

Зона сушки (удаление около 90 % физической влаги)

Зона дегидратации и подогрева (испаряется остаточная влага; протекает химическая реакция распада каолинита с выделением химически связанной воды; получается аморфный глинозем и кремнезем; происходит разложение карбоната магния)

Зона декарбонизации (разложение углекислого кальция и частичное протекание реакции образования алюмосиликатных минералов и двухкальциевого силиката)

Реакционная зона. В этой зоне происходит частичное плавление ранее образованных минералов (образование жидкой фазы) и образование основного минерала цементного клинкера: трехкальциевого силиката

Вращающаяся печь для обжига цемента по мокрому способу

Образованию конечного продукта — клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, в результате которых клинкер приобретает сложные минералогический состав и микрокристаллическую структуру.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Длина печей 95— 185—230 м, диаметр 5—7 м. В нашей стране стали применять вращающиеся печи, работающие по сухому способу, размером 7×95 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты на обжиг 3400 кДж/кг. На предприятиях, работающих по мокрому способу производства, применяют печи 7х230 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты 5600 кДж/кг. Для улучшения теплообмена внутри печей ближе к верхнему (холодному) концу устраивают цепные завесы, устанавливают теплообменники различной конструкции.

Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в виде порошка (сухой способ) или шлама (мокрый способ) подается автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде 20—30-метрового факела. Сырье занимает только часть поперечного сечения печи и при ее вращении со скоростью 1—2 об/мин медленно движется к нижнему концу навстречу горячим газам, проходя различные температурные зоны. Выдающийся советский ученый В. Н, Юнг, разработавший основы теории обжига клинкера, условно разделил вращающуюся печь на шесть температурных зон в зависимости от характера протекающих в них процессов. Рассмотрим эти процессы, начиная с поступления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

В зоне испарения (сушки) происходит высушивание поступившей сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

В зоне подогрева, которая следует за зоной сушки сырья, при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450—500 °С) и образуется безводный каолинит Al2О3×2Si02. Подготовительные зоны (испарения и подогрева) при мокром способе производства занимают 50-60 % длины печи (считая от холодного конца); при сухом же способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.

В зоне декарбонизации (ее протяженность 20—23 % длины печи) температура обжигаемого материала поднимается с 700 до 1100 °С; здесь завершается процесс диссоциации карбонатных солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. Термическая диссоциация СаСО3 —это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОз), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12Оз, Fе2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-А12Оз, СаО-А12Оз и частично 2CaO-SiO2.

В зоне экзотермических реакций (1100—1250 °С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО×А12О3; 4CaO-AI2O3-Fe2O3 и белита. Эти экзотермические реакции на сравнительно коротком участке печи (5—7 % ее длины) сопровождаются выделением большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клинкера) и интенсивным повышением температуры материала (на 150—200 °С).

В зоне спекания (1300—1450—1300 °С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения (1450°С), необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера — алита. В начале спекания, начиная с 1300 °С, образуется расплав в количестве 20—30 % объема обжигаемой массы из относительно легкоплавких минералов ЗСаО-А12Оз, 4СаО-А12Оз-Fе2Оз, а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450°С в клинкерной жидкости растворяются 2CaO-SiO2 и СаО и из них в расплаве происходит образование алита ЗСаО-SiO2, проходящее почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвоб не более 0,5—1 %). В расплаве сначала образуются тетраэдры SiO44-, которые потом соединяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что влечет дальнейшее растворение в расплаве 2CaO-SiO2 и СаО. Процесс образования алита заканчивается за 15—20 мин пребывания материала в зоне спекания (ее протяженность 10—15% длины печи). Поскольку при вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частички слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А12Оз, 4СаО×А12Оз-Fе2Оз и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения, следующей за спеканием.

Читайте так же:
Кто покупает щебень цемент

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С; здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит С3S, белит C2S, C3A, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000 до 100—200 °С в колосниковых, рекуператорных и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру или просасываемым через слой горячего клинкера. После этого клинкер выдерживается на складе одну-две недели.

Сухой способ производства цемента в последние годы значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — реактор-декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов.

Из расходных силосов сырьевая мука сначала поступает в систему циклонных теплообменников, где, находясь во взвешенном состоянии, нагревается движущимися навстречу (снизу-вверх) отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор. Непосредственно в декарбонизаторе сжигают около 50 % топлива, что позволяет быстро и почти полностью (на 90 %) завершить разложение СаСОз. Остальная часть топлива сжигается, как обычно, в горячем конце вращающейся печи, в которой получают клинкер из уже подготовленной к обжигу, т. е. декарбонизированной, сырьевой муки. Теплообменное устройство с декарбонизатором устанавливают около печи.

Повсеместное распространение сухого способа производства с применением декарбонизатора обусловлено возможностью ускорить технологический процесс, повысить суточную производительность технологических линий до 3000 т клинкера, использовать теплоту газов, отходящих из печи и холодильника, и тем самым снизить затраты топливно-энергетических ресурсов. При системе декарбонизатор—печь сокращается примерно вдвое длина вращающейся печи, компоновка цементного завода получается более компактной, соответственно уменьшается потребность в земельных площадях.

В СССР открыт новый способ производства портландцемента — путем обжига клинкера в солевом растворе хлоридов. При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, А12Оз, Fe2O3) и образование минералов завершается при 1100—1150 °С вместо обычных 1400—1500 °С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер, наряду с алитом, содержит минерал – хлорсодержащий аналог алита, названный алинитом. Алинит — это высокоосновный А1—С1— силикат кальция, содержащий около 2,5 % хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3—4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов. Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.

Технология производства

Технология производства портландцемента

При производстве портландцемента необходимо сочетание в сырьевой смеси карбонатного и глинистого компонентов, которые в разных пропорциях содержатся в мергеле – горной породе, их которой состоят склоны Маркхотского хребта. Помимо основных материалов при производстве портландцемента используются также различные корректирующие добавки (железосодержащие, алюминатные и т.д.).
Добыча мергеля осуществляется открытым способом в карьерах. Карьеры мергеля разрабатываются горизонтальными уступами высотой от 15до 20м. Основными процессами при добыче и переработке мергеля являются производство вскрышных работ, разрушение и добыча материала, погрузка экскаваторами и внутрикарьерное транспортирование карьерными самосвалами. Мергель из карьера поступает в дробильное отделение, где подвергается одно – либо двухстадийному дроблению в щековых, ударно – отражательных, молотковых дробилках. Дробленый мергель по системе транспортеров поступает на склад.

Существует два основных способа производства портландцемента – «мокрый» и «сухой».При «мокром» способе производства сырьевые материалы измельчают в помольных установках в присутствии воды, в результате чего получается текучая сметанообразная масса, называемая шламом, с влажностью 37 — 38%. Полученная таким образом сырьевая смесь подается на обжиг в длинную вращающуюся печь с внутрипечными теплообменными устройствами.
Типоразмеры вращающихся печей мокрого способа производства: Ø5х185м; Ø4х150м; Ø4х3,6х4х150м.

При «сухом» способе производства помол сырьевых материалов осуществляется с одновременной сушкой, в результате чего получается сырьевая мука с влажностью не более 1%, которая подается на обжиг в короткую вращающуюся печь с запечными теплообменными устройствами: циклонными теплообменниками и декарбонизатором.

Существует также комбинированный способ производства портландцемента, который предполагает либо частичное обезвоживание шлама (до 16-18%) с применением вакуум – фильтров и концентраторов шлама, либо увлажнение сырьевой муки до влажности 10-14%, грануляцию сырьевой смеси и подачу ее на обжиг в короткую вращающуюся печь.

При выборе способа производства учитываются различные факторы: однородность химического состава сырьевых материалов, их физико – механические характеристики.

В настоящее время наиболее востребован «сухой» способ производства цемента, как более экономичный: удельный расход условного топлива на 1 тонну клинкера при «сухом» способе производства в два раза меньше, чем удельный расход условного топлива при «мокром» способе производства.

Для получения портландцемента клинкер подвергается тонкому измельчению в мельничных агрегатах совместно с гипсом (применяется для регулирования сроков схватывания цементного теста), а также при производстве некоторых видов цемента — с различными добавками.
Готовый цемент по системе цементопроводов подается на хранение в специально оборудованные силосы, откуда отгружается потребителю в таре либо навалом в вагоны – цементовозы или автотранспорт.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector