Приготовление сырьевой смеси по сухому способу

Приготовление сырьевой смеси по сухому способу

Приготовление сырьевой смеси по сухому способу. На рисунке  представлен один из вариантов технологической  схемы приготовления сырьевой смеси  сухим способом. Известняк после  двухстадийного дробления в щековой и молотковой дробилках, глину после дробления в валковой дробилке и огарки — все вместе подают на помол в шаровую мельницу. Глину предварительно подсушивают в сушильном барабане. Полученную сухую сырьевую муку транспортируют в смесительные силосы, где ее корректируют и перемешивают с помощью сжатого воздуха. Затем сырьевую муку подают на обжиг. Последовательность технологических операций при сухом и мокром способах одинакова. Однако реализуются они по-разному и, кроме того, при сухом способе подготовки появляется дополнительная операция — сушка.

Сушка. Большинство видов портландцементного сырья имеет влажность 5—20 %. Размалываться  сухим способом могут материалы  с влажностью не более 1 %. При более  высокой влажности происходит налипание  измельчаемого продукта на стенки мельницы. Поэтому цель сушки — подготовить сырье к помолу, обеспечить нормальные условия работы мельницы. Выбор способа и, режима сушки сырьевых материалов зависит от их физических свойств, гранулометрического состава, начальной и конечной влажности. Сушка может производиться как в отдельных аппаратах, так и совместно с измельчением сырья.

При измельчении пластичных налипающих пород с содержанием влаги  до 25—30 % целесообразно совмещение процессов сушки и дробления. Дробилки-сушилки — это дробилки ударно-отражательного действия, приспособленные для приема горячих газов (отходящих печных или из специальной топки). В них можно перерабатывать материалы с исходной влажностью до 25 %, крупностью до 750 мм. К загрузочному устройству влажный материал подают пластинчатым питателем. Ножевой барабан измельчает крупные куски материала и распределяет его по всей ширине питателя. Ссыпаясь с пластинчатого конвейера, материал падает на молотковый барабан мельницы через смесительную камеру, в которую поступают горячие дымовые газы. В   результате интенсивного теплообмена  поверхность кусков материала подсушивается и предотвращается их слипание. Материал измельчается молотками и отбрасывается на отражательную плиту. Подсушиваясь в потоке горячих газов, частицы материала продолжают измельчаться в результате соударений с отражательной плитой и друг с другом. Измельченные частицы выносятся потоком газов из мельницы, а крупные частицы снова падают вниз и доизмельчаются за счет повторного соударения с молотками мельницы. Для каждого измельчаемого материала подбираются соответствующая скорость молотков и воздушного потока, размер и расположение отражательной плиты. Обычно продукт дробления имеет влажность около 1 % и небольшое число частиц крупнее 1 мм. Как правило, горячие газы поступают в дробилку из теплообменника — подогревателя печи; температура их на входе менее 400° С. Однако для очень влажных и липких материалов требуется температура до 800 °С. В этих случаях дробилку-сушилку снабжают горячими газами из вспомогательной топки.

Технологическая схема  подготовки портландцементной сырьевой смеси по сухому способу

1 — щековая дробилка; 2 — молотковая дробилка; 3 — склад: 4 — валковая дробилка; 5 — сушильный  барабан; 6 — бункера сырьевых  мельниц; 7 — тарельчатые питатели; 8 — шаровая мельница; 9 — сепаратор; 10— коррекционные силосы; 11 — запасные силосы

Широкое распространение  в цементной промышленности получили сушильные барабаны. В зависимости  от заданного режима сушки применяют  как противоточные, так и прямоточные барабаны. В противоточных газы и материал движутся навстречу друг другу, а в прямоточных — в одном направлении. Топочные газы, получаемые сжиганием твердого, жидкого или газообразного топлива, смешиваются с холодным воздухом до получения температуры сушильного агента 500— 950 °С. Температура отходящих из барабана газов 100—120° С, а высушенного материала —80—100 °С,

Пластичное сырье (глину, суглинки) сушат в основном в прямоточных  сушилках, где воздействие горячих  газов на влажный материал предотвращает его налипание у входа в сушилку. При сушке пластичных материалов в противоточных сушилках приходится заметно снижать скорость подачи материала в сушильный барабан, что соответственно снижает его производительность. Для улучшения теплообмена между газами и материалом на внутренней поверхности барабана закрепляют лопасти, полки и другие устройства, заставляющие высушиваемый материал пересыпаться. Применяют также ячейковые внутрибарабанные устройства, которые разделяют сечение барабана на ряд ячеек, что приводит к увеличению поверхности теплообмена и более полному контакту материала е горячими газами при вращении барабана. Одновременно уменьшается пылевыделение. Обычно степень заполнения материалом сушильных барабанов с пересыпными устройствами составляет 12—15 %, у барабанов с ячейковыми устройствами она выше — от 25 до 30 %. Более высокая степень заполнения материалом обеспечивает при одинаковых размерах сушилок повышение производительности на 30—50 %.

В цементной промышленности эксплуатируются  сушильные барабаны размерами, м: 2,2х14; 2,6х18; 2,8х20; 3х21 и др. Производительность сушильных барабанов по сухому веществу в зависимости от их размеров и типа высушиваемого материала колеблется от 8 до 70 т/ч, по количеству испаряемой влаги — от 1800 до 18 000 кг/ч; расход теплоты на сушку материала составляет 4,6—5 МДж/кг при теоретическом расходе теплоты на испарение 1 кг воды 2,69 МДж. Остальное количество теплоты теряется с отходящими газами и с нагретым материалом, а также лучеиспусканием. Основные недостатки сушильных барабанов — высокая металлоемкость и низкий коэффициент использования теплоты.

Сушку невязких материалов целесообразно производить во взвешенном состоянии, например в вихревых сушилках. В стальном корпусе, футерованном внутри огнеупором, вращаются два вала с лопастями. Высушиваемый материал попадает на быстро вращающиеся лопасти и разбрасывается по внутреннему пространству сушилки. Сушильный агент, поступающий через патрубок, омывает зерна материала и сушит их во взвешенном состоянии. Отработанные газы удаляются в пылеуловители, а затем в атмосферу. Высушенный материал выгружается из сушилки через клапанные затворы. В качестве сушильного агента используют горячий воздух из воздухоподогревателей и колосниковых клинкерных холодильников или отходящие газы вращающихся печей. Температура газов, поступающих в сушилку, не должна превышать 600 °С. Вихревые сушилки более экономичны и компактны по сравнению с сушильными барабанами, их производительность в 2—3 раза выше. Так, за 1 ч в 1 м3 сушильного пространства вихревой сушилки испаряется 125— 150 кг воды, а в сушильных барабанах — не более 50— 60 кг. Однако в вихревых сушилках можно сушить только сыпучие материалы, не налипающие на лопасти вала и футеровку. Их недостатки — большой пылевынос и быстрый износ.           

В последние годы широко применяют аэросушллки с сушкой материала в кипящем   слое. Аэрофонтанная сушилка позволяет  интенсифицировать процесс сушки  за счет увеличения поверхности теплообмена  и повышения температуры сушильного агента до 1300— 1500 °С, обеспечивающих рост производительности установки и уменьшение ее габаритов. Материал высушивается в вертикальном реакторе в псевдоожиженном (кипящем) слое. Напор газового потока должен быть достаточен для создания псевдоожиженного слоя толщиной 500—600 мм. Вновь поступающие порции материала вытесняют подсушенный продукт вниз, в зону более высоких температур. Затем последний через течку попадает на конвейер. Газы, отдавшие теплоту материалу в кипящем слое, через реактор попадают в воздушно-проходной сепаратор. Здесь выделяются крупные частицы пыли, а затем газы окончательно обеспыливаются в циклонах. Аэрофонтанные сушилки отличаются высокой производительностью (50—70 т/ч по сухому материалу) при удельном паронапряжении 250—300 кг/(м3-ч) и удельном расходе теплоты на сушку 4,2 МДж/кг. Кроме того, они в 50 раз менее металлоемки, чем сушильные барабаны, просты по конструкции, легко автоматизируются.

 В сушильных установках  с русловым кипящим слоем сушке  подвергают шлак с размером  кусков до 50 мм и влажностью  до 25 %. Шлак равномерно распределяется на незначительно наклоненной решетке слоем высотой до 300 мм. Поток дымовых газов с температурой до 1100°С из топки подается под решетку. Напор потока обеспечивает перевод слоя шлака в кипящее состояние, его сушку и перемещение к разгрузочной топке. Сухой шлак с влажностью не более 2 % поступает на ленточный конвейер, а отработанный запыленный газ направляется на очистку.

При разработке технологической  схемы в каждом отдельном случае должна быть решена целесообразность предварительной сушки сырья в особом аппарате либо совмещения помола и сушки. При совмещении с помолом сушка идет более интенсивно, так как увеличивается поверхность соприкосновения горячего  газа с размолотым материалом, а также используется теплота мелющих тел и броневых плит, нагревающихся при помоле.

Тонкое измельчение  сухих сырьевых смесей. Помол портландцементных  сухих смесей происходит в таких  же трубных мельницах, какие используются при мокром измельчении. Однако сухое  измельчение протекает труднее. Расход энергии на единицу массы размалываемого материала при сухом способе на 30 % выше, чем при мокром. Кроме того, при сухом помоле сырья из мельницы необходимо удалять тонкодисперсные частицы путем отсоса запыленного воздуха. Если этого не делать, то налипающие на мелющие тела и футеровку мельчайшие зерна амортизируют удары мелющих тел и затрудняют измельчение. Третья особенность сухого помола — совмещение процессов размола и сушки, что позволяет упростить технологическую схему, снизить капитальные затраты и расход электроэнергии.

Измельчение сырьевых материалов может производиться по открытому  или замкнутому циклу. При открытом цикле материал проходит через мельницу один раз и поступает на дальнейшую переработку. Такая схема эксплуатируется  на ряде старых цементных предприятий, но не может быть использована на новых, так как не обеспечивает необходимой тонкости помола сырья. Сырьевая смесь высокого качества может быть получена только при замкнутом цикле измельчения, когда после прохождения мельницы продукт классифицируется в сепараторе на тонкую и грубую фракцию с возвратом последней на доизмельчение. При замкнутом цикле повышается расход энергии на вспомогательные операции, однако это единственный путь получения высокой тонкости помола сырья.

По нормам технологического проектирования цементных заводов предусмотрены следующие возможные варианты сухого помола сырьевой смеси:

а) одностадийный в замкнутом  цикле в мельницах с воздушно-проходными сепараторами и одновременной сушкой;

б) одностадийный в замкнутом цикле в мельницах с сушкой и центробежным проходным или центробежным циркуляционным сепаратором;

в) двухстадийный с применением  на первой стадии мельниц самоизмельчения  типа «Аэрофол» с одновременной  сушкой материала и на второй стадии сепараторных шаровых трубных мельниц для доизмельчения крупки с подачей в них при необходимости сушильного агента.

Если влажность измельчаемых материалов невелика, то сушильным агентом могут  быть отходящие газы печей с циклонными теплообменниками с температурой 300—350°  С. При средней влажности сырья более 10 % сушку производят смесью горячих газов, получаемых сжиганием топлива в специальной топке, и отходящих газов печей. Трубные мельницы, в которых совмещаются помол и сушка, имеют некоторые конструктивные особенности. Как правило, первая короткая камера мельницы (сушильная камера) не имеет мелющих тел, но оборудуется лопастями для перемешивания измельчаемых материалов. Кроме того, узел загрузки мельницы должен обеспечивать возможность подачи горячих газов и разбавления их при необходимости холодным воздухом.

Технологические схемы помола по замкнутому циклу отличаются между собой  способами транспортирования измельченного  продукта от мельницы к сепараторам. Применяют два способа транспортирования  материала — пневматический в струе горячих газов или воздуха, просасываемых через мельницу, и механический с помощью элеваторов. Соответственно используют и различные типы сепараторов: воздушно-проходные или центробежные.

Мельницы с воздушно-проходными сепараторами рассчитаны в первую очередь на измельчение сырьевых материалов одновременно с сушкой. Они работают при невысокой температуре газового потока, что позволяет использовать отходящие газы вращающихся печей. Молотый продукт транспортируется потоком сушильного агента в проходной сепаратор, где разделяется на крупку и готовый продукт. Крупка возвращается в мельницу на домол, а готовый продукт отделяется от газов в циклонах и электрофильтрах. Преимуществами указанных мельниц являются: более полное использование теплоты отходящих газов, меньшие капитальные затраты на установку, лучшие условия эксплуатации. Однако через них приходится пропускать большое количество сушильного агента— (2—3) 104 м3/ч, что требует высокого расхода электроэнергии. Для мельниц с механическим транспортированием муки к сепаратору расход энергии на 1 т муки ниже на 14,5—18 МДж. Вследствие этого воздушно-проходные сепараторы постепенно вытесняются центробежными.

В мельницах с центробежными  сепараторами объем сушильного агента может быть существенно ниже, а  температура повышена до 600—650 °С. Горячие газы подают в мельницу и сепаратор или только в сепаратор. При этом иногда питание мельницы осуществляют через сепаратор. В нем предварительно подсушивают материал, что способствует повышению производительности помольного агрегата и снижению расхода электроэнергии.

Работа центробежных сепараторов  основана на принципе механического  отделения крупных частиц под  действием центробежной силы. Измельченный материал попадает в сепараторе на вращающийся распределительный  диск и под действием центробежной силы разбрасывается внутри сепаратора. Крупные частицы по сравнению с мелкими отбрасываются дальше. Ударяясь о стенки внутреннего кожуха, они ссыпаются во внутренний конус и поступают на вторичное измельчение. Мелкие частицы увлекаются восходящим воздушным потоком. С увеличением скорости воздушного потока увеличиваются размеры крупки и зерен готового продукта. Регулируют ее изменением угла наклона лопастей.