Тепловые процессы в технологии тугоплавки неметаллических и силикатных материалов

                 Производство цемента во вращающихся печах.

Цементное производство состоит  из следующих основных переделов:

1. Добыча, первичное измельчение сырья в карьерах и доставка его на площадку цементного завода, складирование;
2. Измельчение и усреднение (гомогенизация) измельченной смеси, подготовка ее к обжигу;
3. Теплотехническая обработка сырья с получением клинкера – исходного материала – для переработки в цемент, охлаждение клинкера;
4. Помол клинкера с добавками на цемент; количество и состав добавок определяется в зависимости от химического и минералогического состава исходного сырья и клинкера, требуемого сорта цемента;
5. Подача цемента на склад, хранение, упаковка и отгрузка его потребителю.

 

Классификация способов производства цемента.

  В настоящее время производство цемента осуществляется по мокрому, сухому и комбинированному способам.

   Характерным для мокрого способа является введение в технологический процесс в значительных объемах воды, в основном при измельчении и помоле исходных сырьевых материалов. При обжиге на испарение ее тратится больше количества теплоты.

   При сухом способе исходные сырьевые материалы поступают в технологический процесс с природной влажностью , дополнительное небольшое количество воды добавляется только при использовании в печных агрегатах вращающихся печей с конвейерными кальцинаторами.

   Стремление снизить  расход топлива в процессах  обжига и в то же время в наибольшей  степени использовать оборудование существующих технологических линий мокрого способа производства. При таком способе измельчение и помол исходных материалов происходит на существующем оборудовании мокрого способа с добавлением воды, затем происходят глубокое обезвоживание сырьевого шлама на фильтр-прессах со снижением его влажности до 20.

   К преимуществам  мокрого способа обжига относятся простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее состава, сравнительно гигиенические условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа является повышенный расход топлива. При  сухом способе достигается экономия топлива, но вместе с тем усложняется приготовление сырьевой смеси и в связи с этим несколько возрастают энергозатраты.

    Цементный клинкер  получают в основном из мокрых  сырьевых смесей (шламов) с влажностью от 30 до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных теплоутилизаторов. При использовании сухих сырьевых смесей вращающиеся печи обычно оборудуют запечными теплоутилизаторами, например конвейерными кальцинаторами, когда порошкообразная сырьевая смесь перед обжигом превращается в окатанные шарики (гранулы) под воздействием небольшого количества воды.

   Вращающиеся печи  имеют много типоразмеров. Они  отличаются друг от друга не  только по способу обжига и  видам обжигаемых материалов, но также разнообразием конфигурации и объемом рабочего пространства, различными конструкциями внутренних теплообменных устройств и запечных теплоутилизаторов. Вращающиеся печи можно классифицировать следующим образом:

1. Вращающиеся печи, работающие по мокрому способу обжига:

а) мощные длинные печи с  относительной длиной корпуса L/D ≥ 30, с внутренними теплообменными устройствами, без запечных теплоутилизаторов;

б) печи с относительной  длиной корпуса  L/D < 30, без внутренних теплообменных устройств, с запечными теплоутилизаторами;

в) печи с относительной  длиной корпуса L/D < 30 , без запечных теплоутилизаторов.

2. Вращающиеся печи, работающие по сухому способу обжига:

а) печи с конвейерными кальцинаторами;

б) печи с циклонными теплоутилизаторами ;

в) печи с пневмозмеевиковыми или винтовыми теплоутилизаторами;

г) печи с вакуум-фильтрами  шлама;

д) печи с котлами-утилизаторами;

е) печи без запечных теплоутилизаторов.

     Обжиг – это процесс превращения искусственной сырьевой смеси соответствующего химического состава в клинкер путем регулируемого сжигания топлива в обжигательной печи и дальнейшего охлаждения его в холодильнике печного агрегата.

 

        Технологическая схема производства цемента.

        Производство цемента осуществляется по следующей технологической схеме: Сырьевые материалы добываются на карьере открытым способом. Горную массу экскаватором ЭКГ -8И  грузят на Белазы и подают на прирельсовые склады. Из прирельсовых складов известняк грузят экскаваторами в саморазгружающиеся вагоны и доставляют на завод тепловозами ТЭМ – 2.

                    Переработка глины осуществляется  на карьере. Глина доставляется  в отделение глиноприготовления. В отделении имеются 4 глиноболтушки Ø12 м производительностью 35 т/ч. Глиняный шлам влажностью 58 + 2% перекачивается в 2 вертикальных шламбассейна. Затем из шламбассейна глиняный шлам углесосом У 900-90 перекачивается на завод.

                    Переработка известняка заключается  в двух стадийном дроблении.  Первичное дробление осуществляется  в щёковой дробилке № 21 (2 шт) производительностью 400 т/ч каждая. Вторая стадия дробления осуществляется в молотковых дробилках типа СМД – 97А (2 шт), производительностью

          400 т/ч каждая.

                   Дроблёный известняк на ленточных  транспортёрах подаётся в склад  сырья. Кроме того в  складе  сырья хранятся корректирующие  добавки ( огарки ). Склад сырья оборудован 3 грейферными кранами с ёмкостью ковша 6х 3м, которые осуществляют подачу материала в бункера сырьевых мельниц.

                   Сырьевой цех оснащён 9 мельницами: 5 мельниц Ø3х14м, производительностью 60 т/ч и 4мельницы  Ø 3,2х15м, производительностью 76т/ч. Мельницы работают в замкнутом цикле. Шлам после мельниц насосами 6 ФШ – 7А подаётся в гидроклассификатор . Грубая фракция поступает вновь на помол в мельницу Ø 3,2х15м, а готовый шлам перекачивается в вертикальные шламбассейны. Известняк подаётся в мельницу дисковым питателем.

                 Полученный сырьевой шлам из  шламовых приямков центробежными  насосами подаётся в вертикальные шламбассейны. Корректировка шлама осуществляется по титру, коэффициенту насыщения, глинозёмному модулю. Корректировка осуществляется полупоточным методом в горизонтальных шламбассйнах.      

                 Для обжига сырьевой смеси  установлены 2 вращающиеся  печи Ø 5х185м. Расчётная производительность вращающихся печей 72т/ч при влажности шлама 37,5+0,5%. Питание печей осуществляется самоочищающимися питателями. Регулирование количества шлама, подаваемого в печь, осуществляется системой  АРПШ (СМЦ – 37,1). Во вращающейся печи под действием высоких температур 1350 – 1400⁰ С сырьевой шлам претерпевает различные физико-химические превращения. Полученный клинкер охлаждается в колосниковых холодильниках типа  «Волга – 75СА» (3 шт) на печах № 1,3,4 и «КС – 75» на печи № 2 до 90% и подаётся ковшовыми транспортёрами в объединённый склад, охлаждение клинкера осуществляется за счёт воздушного, острого и общего дутья вентиляторами под колосниковую решетку. Большая часть нагретого воздуха (вторичного) из холодильника поступает в печь и способствует сжиганию топлива, меньшая часть

          (избыточного воздуха)  очищается  в циклонах типа «Крейзель» и затем выбрасывается в атмосферу.

                  Предварительная очистка дымовых  газов вращающихся печей осуществляется  в цепных завесах. Окончательная  очистка дымовых газов от пыли  производится на вращающихся  печах № 1,2 в электрофильтрах  типа 

          УГ 3 – 4 – 88 на вращающихся  печах № 3,4 -  в горизонтальных  электрофильтрах ПГД 4х50.

                  Пыль, уловленная в электрофильтрах  пневмовинтовыми насосами, вдувается в печь с горячего конца. Для создания тяги в каждой печи устанавливаются по 2 дымососа ДРЦ 21,5х2 производительностью. Для выброса очищенных газов в атмосферу установлена дымовая труба высотой 120м.

                  Из объединенного склада клинкер,  гипс, гранулированный шлак грейферным  краном подаётся в бункер цементных  мельниц. В цехе помол 9 мельниц Ø 3,2х15м, производительностью 50т/ч. Гранулированный шлак предварительно сушится в сушильном барабане Ø 3,5х27м, производительностью 50т/ч. Из мельницы цемент пневмокамерными насосами транспортируется в цементные силосы. На заводе 12 силосов.

                  Аспирация цементных мельниц  осуществляется в пылеосадительных камерах в циклонах типа «Крейзель» Ø 1400мм и рукавных  фильтрах типа ФРКИ – 360.

 

      Вращающиеся печи.

Корпус.Вращающаяся печь представляет собой сварной цилиндр, выполненный из обечаек, изготовленных из стального листа толщиной  20—70 мм. Обечайки сварены между собой встык кольцевыми швами, кроме того, каждая обечайка имеет продольные сварочные швы. Наиболее нагружены обечайки, на которые надеты опорные бандажи, в связи с чем толщину листа для их изготовления выбирают в 1,5—2 раза больше по сравнению с толщиной остальных обечаек. При работе корпус вращающейся печи подвергается механическим напряжениям вследствие изгибающих моментов и окружных усилий на скручивание, которые возрастают при тепловых деформациях корпуса. Он разогревается в холодном конце печи до 30—60°С, а в горячем — до 300—400° С. Наибольшие напряжения испытывают подбандажные обечайки, которые в процессе эксплуатации по сравнению с другими обечайками деформируются сильнее. Основными напряжениями, возникающими в корпусе вращающихся печей, являются напряжения от изгибающих моментов.

Опорные ролики. Печь опирается на опорные ролики. Опорный ролик состоит из стального литого цилиндрической формы тела, кованой оси и двух подшипников с вкладышами и маслогонными кольцами, свободно надетыми на ось. Плотная посадка оси на тело ролика достигается прессованием в нагретом состоянии. Ширина рабочего полотна опорного ролика на 50—100 мм больше ширины опирающегося на него бандажа. Поэтому при перемещении корпуса печи вдоль оси бандаж не свисает и его рабочее полотно изнашивается равномерно по всей ширине. У большинства действующих вращающихся печей на опорных роликах применяют подшипники скольжения с жидкой смазкой при помощи маслогонных колец или ковшей, которые зачерпывают масло из нижней части подшипника и подают его на ось ролика.

  В точках опоры на печь устанавливают стальные бандажи. Бандажи вращающихся печей представляют собой массивные кольца прямоугольного или трапециевидного сечения. Опорные ролики воспринимают через бандажи давление массы печи, общая нагрузка на каждый из них составляет 110-130 т, а удельное давление на 1 см ширины полотна от 2,5 до 3 тс/см.

  Оси опорных роликов установлены в подшипниках, смонтированных на раме, закрепленной на бетонном фундаменте. У одной из опор устанавливают два контрольных ролика, с левой и правой стороны бандажа, для наблюдения  за перемещением печи. Опоры барабана представлены на рис.1.  Печь вращается при помощи венцовой шестерни. Печь установлена под углом наклона 3,5^о  к горизонту. Скорость вращения печи 0,5-1,3 об/мин.

 

                Рис.1 Опорные ролики вращающейся печи:

1- бандаж; 2- опорные ролики; 3- фундаментная рама; 4-подшипники; 5-упорные ролики.

 

    Вращение барабана осуществляется при помощи венцовой шестерни, соединенной через редуктор с электродвигателем .

  На корпусе барабана  при помощи пружин укреплена  большая венцовая шестерня. Пружины представляют собой стальные пластины , расположенные тангенциально относительно корпуса печи, допускающие свободное расширение барабана от нагревания.

 Привод вращающихся  печей состоит из электродвигателя, редуктора и ведущей шестерни, находящейся в зацеплении с венцовым зубчатым колесом, которое надето на корпус печи. Рабочая частота вращения корпуса печи 0,5—1,2 об/мин, передаточное число основного привода 170—180. На крупных вращающихся печах устанавливают двойной блок привода с синхронно связанными электродвигателями. Такой привод называют двухсторонним, причем каждая сторона его снабжена вспомогательным механизмом с дополнительным  передаточным числом около 60, который используют при  необходимости  медленного вращения печи (1 об/ч) в периоды ремонта, пуска (разогрев) и перед остановкой (охлаждение), а также при аварийном отключении электроэнергии. В последнем   случае вспомогательный привод пускается в ход от электрогенератора, который вращается посредством  аварийного  карбюраторного  двигателя или дизеля. Для нормальной   работы привода   большое  значение имеет правильная посадка венцового колеса на корпус печи, когда оси венца и барабана совпадают.

Существуют три основных способа крепления венца к  корпусу печи: при помощи пружин, установленных тангенциально или  продольно корпусу печи, либо при помощи шарнирных пластин, соединенных с одной стороны с кронштейнами, укрепленными на корпусе печи, а с другой — с выступами на ободе венцового колеса. Зубчатые венцы отливают из углеродистой   конструкционной стали марки 45Л или 50Л,   а ведущие шестерни — из легированной   стали   марки 40Х.

 Привод  печи представлен на рис.2.

                                    

                              Рис.2 Привод вращающейся печи:

     1-пластины  крепления шестерни; 2-ведущая (малая  венцовая) шестерня; 3-редуктор; 4-электродвигатель; 5-большая венцовая шестерня.

 

    Верхним концом  барабана печь входит в пыльную  камеру, нижним- в откатную головку. Уплотнение между корпусом печи и головкой  достигается устройством лабиринтовых затворов. Верхний холодный конец барабана имеет плотное соединение с пылевой камерой.

  Пыльная камера представляет собой высокую кирпичную шахту. Для подачи в барабан сырого материала через ее свод проходит наклонно поставленная течка, в нижней части шахты имеется отверстие для выхода газов, направляемых в пылеосадительные устройства и далее в дымосос.