Aprospect.ru

Агентство недвижимости
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Производство цемента обжиговая печь

Производство цемента обжиговая печь

Обжиг — завершающая технологическая операция производства клинкера. В процессе обжига из сырьевой смеси определенного химического состава получают клинкер, состоящий из четырех основных клинкерных минералов.
В состав клинкерных минералов входит каждый из исходных компонентов сырьевой смеси. Например, трехкальциевый силикат, основной клинкерный минерал, образуется из трех молекул СаО — окисла минерала известняка и одной молекулы SiО2 — окисла минерала глины. Аналогично получаются и другие три клинкерных минерала — двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. Таким образом, для образования клинкера минералы одного сырьевого компонента — известняка и минералы второго компонента — глины должны химически прореагировать между собой.
В обычных условиях компоненты сырьевой смеси — известняк, глина и др. инертны, т. е. они не вступают в реакцию один с другим. При нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность. Объясняется это тем, что с повышением температуры энергия движущихся молекул твердых веществ становится столь значительной, что между ними возможен взаимный обмен молекулами и атомами с образованием нового соединения. Образование нового вещества в результате реакции двух или нескольких твердых веществ называют реакцией в твердых фазах.
Однако скорость химической реакции еще более возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление получило название спекания, а материал — спекшимся. Портландцементный клинкер обжигают до спекания. Спекание, т. е. образование жидкой фазы, необходимо для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом SiО2 и получения при этом трехкальциевого силиката.
Частичное плавление клинкерных сырьевых материалов начинается с температуры 1300° С. Для ускорения реакции образования трехкальциевого силиката температуру обжига клинкера увеличивают до 1450° С.
В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы различные по своей конструкции и принципу действия тепловые агрегаты. Однако в основном для этой цели применяют вращающиеся печи, в них получают примерно 95% клинкера от общего выпуска, 3,5% клинкера получают в шахтных печах и оставшиеся 1,5% — в тепловых агрегатах других систем — спекательных решетках, реакторах для обжига клинкера во взвешенном состоянии или в кипящем слое. Вращающиеся печи являются основным тепловым агрегатом как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера.
Обжигательным аппаратом вращающейся печи является барабан, футерованный внутри огнеупорными материалами. Барабан установлен с наклоном на роликовые опоры.
С поднятого конца в барабан поступает жидкий шлам или гранулы. В результате вращения барабана шлам перемещается к опущенному концу. Топливо подается в барабан и сгорает со стороны опущенного конца. Образующиеся при этом раскаленные дымовые газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу и нагревают его. Обожженный материал в виде клинкера выходит из барабана. В качестве топлива для вращающейся печи применяют угольную пыль, мазут или природный газ. Твердое и жидкое топливо подают в печь в распыленном состоянии. Воздух, необходимый для сгорания топлива, вводят в печь вместе с топливом, а также дополнительно подают из холодильника печи. В холодильнике он подогревается теплом раскаленного клинкера, охлаждая последний при этом. Воздух, который вводится в печь вместе с топливом, называется первичным, а получаемый из холодильника печи — вторичным.
Образовавшиеся при сгорании топлива раскаленные газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу, нагревают его, а сами охлаждаются. В результате температура материалов в барабане по мере их движения все время возрастает, а температура газов — снижается.
Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящие нагревание (пологие участки), а в других — способствующие резкому нагреванию (крутые участки). Сущность этих процессов состоит в следующем.
Сырьевой шлам, имеющий температуру окружающего воздуха, попадая в печь, подвергается резкому воздействию высокой температуры отходящих дымовых газов и нагревается. Температура отходящих газов при этом снижается примерно от 800—1000 до 160—250° С.
При нагревании шлам вначале разжижается, а затем загустевает и при потере значительного количества воды превращается в крупные комья, которые при дальнейшем нагревании превращаются в зерна — гранулы.
Процесс испарения из шлама механически примешанной к нему воды (сушка шлама) длится примерно до температуры 200° С, так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.
По характеру процессов, протекающих в шламе при температурах до 200° С, эта зона печи называется зоной испарения.
По мере дальнейшего продвижения материал попадает в область более высоких температур и в сырьевой смеси начинают происходить химические процессы: при температуре свыше 200—300° С выгорают органические примеси и теряется вода, содержащаяся в минералах глины. Потеря минералами глины химически связанной воды (дегидратация) приводит к полной потере глиной ее связующих свойств и куски шлама рассыпаются в порошок. Этот процесс длится до температур примерно 600—700° С.
По существу процессов, протекающих в интервале температур от 200 до 700° С, эта зона печи носит название зоны подогрева.
В результате пребывания сырьевой смеси в области такой температуры образуется окись кальция, поэтому эта зона печи (до температуры 1200°) получила название зоны кальцинирования.
Температура материала в этой зоне возрастает сравнительно медленно. Это объясняется тем, что тепло дымовых газов расходуется в основном на разложение СаСО3: для разложения 1 кг СаСО3 на СаО и С02 требуется затратить 425 ккал тепла.
Появление в сырьевой смеси окиси кальция и наличие высокой температуры обусловливает начало химического взаимодействия находящихся в глине окислов кремния, алюминия и железа с окисью кальция. Это взаимодействие протекает между окислами в твердом состоянии (в твердых фазах).
Реакции в твердых фазах развиваются в области температур 1200—1300° С. Эти реакции экзотермичны, т. е. протекают с выделением тепла, почему эта зона печи получила название зоны экзотермических реакций.
Образование трехкальциевого силиката происходит уже на следующем участке печи в области наибольших температур, называемом зоной спекания.
В зоне спекания наиболее легкоплавкие минералы расплавляются. В образовавшейся жидкой фазе происходит частичное растворение 2CaO-Si02 и насыщение его известью до 3CaO-Si02.
Трехкальциевый силикат обладает значительно меньшей способностью растворяться в расплаве, чем двухкальциевый силикат. Поэтому, как только произошло его образование, расплав становится пересыщенным по отношению к этому минералу и трехкальциевый силикат выпадает из расплава в виде мельчайших твердых кристаллов, которые затем при данных условиях способны увеличиваться в размерах.
Растворение 2CaO-Si02 и поглощение им извести происходит не сразу во всей массе смеси, а отдельными ее порциями. Следовательно, для более полного усвоения извести двухкаль-циевым силикатом требуется выдерживать материалы некоторый период при температуре спекания (1300—1450°С). Чем продолжительнее будет эта выдержка, тем полнее произойдет связывание извести, а вместе с тем станут крупнее кристаллы 3CaO-Si02.
Однако долго выдерживать клинкер при температуре спекания или медленно охлаждать его не рекомендуется; портландцемент, в котором ЗСаО — Si02 имеет мелкокристаллическую структуру, обладает более высокой прочностью.
Продолжительность выдержки клинкера зависит от температуры: чем она выше в зоне спекания, тем быстрее образуется клинкер. Однако при чрезмерно высоком, а главное резком повышении температуры быстро образуется много расплава и обжигаемая смесь может начать комковаться. Образующиеся при этом крупные зерна труднее прогреваются и процесс перехода C2S в C3S нарушается. В результате клинкер будет плохо обожжен (в нем мало будет трехкальциевого силиката).
Чтобы ускорить процесс клинкерообразования, а также в тех случаях, когда нужно получить клинкер с высоким содержанием 3CaO-Si02, применяют некоторые вещества (фтористый кальций CaF2, окись железа и др.), обладающие способностью снижать температуру плавления сырьевой смеси. Более раннее образование жидкой фазы сдвигает процесс образования клинкера в область менее высоких температур.
В период спекания иногда вся известь смеси не успевает полностью усвоиться кремнеземом; процесс этого усвоения протекает все медленнее вследствие обеднения смеси известью и 2СаО • Si02. В результате в клинкерах с высоким коэффициентом насыщения, для которых требуется максимальное усвоение извести в еиде ЗСаО • Si02, всегда будет присутствовать свободная известь.
1—2% свободной извести не отражается на качестве портландцемента, но более ее высокое содержание вызывает неравномерность изменения объема портландцемента при твердении и поэтому недопустимо.
Клинкер из зоны спекания попадает в зону охлаждения (VI), где навстречу клинкеру движутся потоки холодного воздуха.
Из зоны охлаждения клинкер выходит с температурой 1000—1100° С и для окончательного охлаждения его направляют в холодильник печи.

Читайте так же:
Слово цемент какое число

Производство цемента обжиговая печь

Самой значительной статьей в себестоимости цемента являются затраты на топливо при обжиге клинкера. Эти затраты резко возрастают в условиях нестабильного режима работы вращающихся печей. Кроме того, нестабильность режима ведет к снижению активности клинкера и выпуску бракованной продукции. Таким образом, для интенсификации процесса обжига, снижения себестоимости и повышения качества цемента необходимо обеспечить наиболее стабильную работу печи в заданном режиме, определенном для данных технологических условий обжига с учетом опыта эксплуатации печей и результатов промышленных испытаний.

Вращающиеся печи мокрого способа производства являются сложными объектами с большим количеством взаимосвязанных параметров, характеризующих сложные тепломассообменные, физико-химические и химические процессы обжига цементного клинкера [1]. Кроме этого, сложность в управлении таким агрегатом состоит в том, что все эти процессы протекают в одном аппарате и нет возможности обособлено влиять на протекание отдельного процесса. Так, добавление топлива на горение приводит к увеличению тепла поступающего во все зоны печи, и может быть причиной возникновения «слоения» материала вследствие зависимости скорости его движения от температуры [2].

Все эти условия делают детерминированные модели для такого объекта не эффективными [4, 6], поэтому алгоритм управления был разработан на основе теории нечетких множеств [3, 7, 10]. Кроме этого, данная теория позволяет включать в состав контролируемых параметров параметры, значения которых не могут быть определены численно или с точностью, достаточной для детерминированных расчетов.

Алгоритм работы (рис. 1) системы (рис. 2) построен на следующих положениях.

1. Степень и характер возмущения определяются по тепловому состоянию печи, то есть необходимое стабилизирующее воздействие не зависит от первопричины возмущения (если ситуация не является аварийной).

pic_31.wmf

Рис. 1. Алгоритм принятия решения

2. Печь разбивается на несколько технологических частей (зон), и управляющие воздействия определяются по вектору состояний этих частей. Исходя из этого принципа, поддержание необходимого режима обжига заключается в перераспределении тепла между технологическими частями печи.

3. Количество теплоты, подаваемой в технологическую зону печи, складывается из теплоты, необходимой для возмещения потери теплоты в зоне и теплоты для компенсации текущего изменения параметра. Это положение позволяет в информационной системе произвести объединение нечеткой модели и детерминированных зависимостей [5].

4. Выделен допустимый интервал изменения объемной удельной тепловой мощности печи, при которой следует поддерживать постоянную производительность печи. Вне этого интервала поддерживается постоянный тепловой режим с изменением производительности.

pic_32.tif

Рис. 2. Советующая система по управлению цементной вращающейся печью

Состояние технологических частей печи представляется в системе как лингвистические переменные и оценивается в словесном виде. Количество технологических частей печи устанавливается оператором. Это количество определяется количеством измерительной аппаратуры и может быть от 2 до 4. В системе предусмотрены следующие технологические части: холодная часть печи; зона декарбонизации; горячая часть печи; холодильник.

Каждая из частей печи характеризуется минимальным набором контролируемых параметров, если система определяет что наличие параметров недостаточное, то выделение этой технологической части в виде лингвистической переменной блокируется. Пользователь может убирать или добавлять имеющиеся контролируемые параметры. Когда количество параметров становится недостаточным для оценки состояния технологической части печи, она автоматически объединяется с соседней.

Читайте так же:
Шланг для выкачки цемента

Множество состояний технологических частей печи определяет температурную карту печного агрегата и определяет необходимые управляющие воздействия для более рационального перераспределения тепла.

В системе оценка состояния технологических частей печи показана как словесно, так и цветовой схемой, что позволяет оператору более наглядно оценивать текущую технологическую ситуацию. С помощью лингвистических переменных, характеризующих тепловое состояние частей печи определяются необходимые значения управляющих параметров для вывода печного агрегата в наилучшее технологическое состояние и обеспечивающие стабильную работу с наилучшими показателями.

Функция принадлежности выходного параметра m′В(y) j-го правила для N входных параметров определяется как:

где Rkj(x, y) – матрица отношения j-го правила k-го параметра; ° – операция минимаксной композиции.

Алгоритм на основе нечеткой логики дополняется детерминированными зависимостями, которые учитывают изменение химических и физических свойств шлама. Применение этих зависимостей позволяет корректировать результат и работать не только на основании текущего технологического состояния, но и предсказывать его дальнейшее изменение. Кроме этого, в системе используются алгоритмы, ограничивающие и контролирующие работу нечеткого алгоритма. Управляющие параметры ограничиваются следующим образом:

а) расход топлива – по тепловой мощности печи;

б) разрежение в пыльной камере – по коэффициенту избытка воздуха;

в) положение горелки, дросселя и завихрителя – по положению зоны горения факела.

Рассчитанные системой необходимые значения управляющих параметров могут быть использованы в качестве заданий для ПИД регуляторов нижнего уровня, осуществляющих управление исполнительными механизмами шиберов и задвижек.

В системе имеется возможность для добавления новых технологических параметров, редактирования свойств и определения новых правил. Множество значений параметра задается как отклонения от наилучшего значения, которое определяется технологом.

Система позволяет выполнять действия:

1. По введенным значениям контролируемых на печи параметров проводится анализ технологического состояния печного агрегата.

2. Исходя из анализа состояния печи, предлагаются действия по нормализации режима обжига, в том числе перевод печи на «тихий ход».

3. Имеется возможность предварительной оценки величины расхода топлива на основе теплового баланса печного агрегата и сравнение с реальным расходом топлива.

Система позволяет связываться со SCADA-системой с помощью OPC-сервера. Таким образом, в систему поступают оперативные показания датчиков через теги SCADA-системы и в то же время обеспечивается надежность работы информационной системы в целом (система может выполняться на другом компьютере и быть аппаратно независимой).

В дальнейшем планируется использовать результаты работы алгоритма системы не только для получения рекомендаций, но и для непосредственного управление цементной вращающейся печью мокрого способа производства в реальном режиме времени.

Основные преимущества предложенной системы следующие:

1. Предложена советующая система для машинистов вращающихся печей мокрого способа производства. Она является инструментом технолога цеха «Обжиг» и облегчает разработку и осуществление единообразной схемы управления режимом обжига цементного клинкера.

2. По сравнению с субъективным управлением машиниста разработанная система имеет ряд преимуществ: она охватывает весь спектр имеющейся информации; при определении управляющего воздействия производятся теплотехнические расчеты, дополняющие показания контролируемых параметров; производится постоянный контроль технологического состояния печного агрегата.

3. Применение теории нечетких множеств позволило создать более эффективный алгоритм по сравнению с детерминированными и статистическими моделями [8, 9], а также включить в набор контролируемых параметры, которые могут быть выражены только в словесном виде или точное определение затруднительно для данных условий.

4. Применение системы позволит облегчить работу оператору печи, предупредить сложные технологические ситуации, заблаговременно оповестить машиниста об опасной ситуации (это позволит принять своевременные меры, обеспечит экономию энергоресурсов и предотвратит выпуск бракованной продукции).

5. Представленная информационная система предоставляет возможность технологу разрабатывать необходимую схему поддержания наилучшего режима обжига, менять ее в зависимости от изменения технологических факторов и реализовывать непосредственно на объекте.

6. Наборы контролируемых параметров в системе жестко не заданы, что делает возможным менять параметры из анализируемого набора в зависимости от наличия измеряемых датчиков.

Предложен алгоритм управления теплотехнологическим агрегатом, в котором оценивается его тепловое состоянию печи и управление заключается в перераспределении теплоты между технологическими частями агрегата. Алгоритм реализован в виде советующей системы по управлению цементной вращающейся печью мокрого способа производства, которая в отличие от существующих включает управление на основе синтеза нечеткого вывода и детерминированных зависимостей.

Рецензенты:

Беседин П.В., д.т.н., профессор кафедры технологии стекла и керамики, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород;

Носов О.А., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, НОУ ВПО «Белгородский инженерно-экономический институт», г. Белгород.

Энергосберегающая технология производства извести из рыхлого мела

Потребность строительного комплекса страны, заводов по производству строительных материалов автоклавного твердения, сельского хозяйства, химической промышленности, населения в извести (не принимая в расчет потребностей металлургии и некоторых других отраслей, выпускающих ее самостоятельно) с учетом перспективы оценивается сегодня в 1 млн т в год. Не исключается и возможность экспорта, что повлечет за собой дальнейшее улучшение качества продукта и снижение затрат.

Для производства извести в Беларуси существуют большие запасы мела, характеризующегося достаточно высоким содержанием СаСО3, но имеющего высокую карьерную влажность и весьма низкую прочность. К сожалению, камнеподобным сухим карбонатным сырьем, которое можно было бы обжигать на кальциевую известь в высокоэкономичных шахтных печах, республика не располагает.

Действующая технология производства извести предопределена рыхлостью и влажностью сырья. Обжиг его производится во вращающихся печах так называемым “мокрым” способом, который имеет два весьма существенных недостатка:

– высокий удельный расход топлива на единицу продукции;

– качество выпускаемой извести, имеющей малую, не превышающую 75 % активность, низкое.

В то же время по химическому составу сырье хорошее. Содержание в нем карбоната кальция дает возможность получить известь первого сорта активностью 90 % и более. Однако изза несовершенства технологии ведущие известковые заводы страны в Волковыске и Гродно выпускают более 90 % извести третьего сорта.

Читайте так же:
Сколько надо цемента для ленточного фундамента

На сегодняшний день в стране затрачивается 280–320 кг условного топлива на производство 1 т извести 2–3-го сорта. Это в два раза больше, чем при обжиге сухого прочного кускового известняка в современных шахтных печах. Для отечественного сырья с влажностью от 25 до 30 % технически достижимый удельный расход условного топлива составляет 180–200 кг на 1 т извести второго сорта. Как видно, в реальности энергозатраты в 1,5–2,0 раза выше.

В чем же причина? Дело в том, что в принятом у нас “мокром” способе к влажному природному сырью в процессе производства добавляют воду, которую затем нужно испарять, затрачивая дополнительное топливо. При выпуске 1 т извести во вращающейся печи из мелового шлама влажностью 44% приходится испарять до 1,3 т воды: 600 кг природной влаги сырья и 700 кг добавленной при роспуске мела в меловой шлам. Только на это дополнительно уходит 30% топлива.

Кроме того, высокий удельный расход тепла при обжиге минерального сырья во вращающейся печи вызван тем, что обжигаемый материал занимает лишь 10 % объема и сечения печи, что не способствует интенсивному теплообмену изза плохого контакта греющего газа с материалом. В результате расход топлива возрастает, а уровень декарбонизации сырья низкий.

К тому же для вращающихся печей из-за отсутствия тепловой изоляции характерен высокий (18–20 %) выход тепла в окружающую среду – в 2–3 раза больший по сравнению с печами других конструкций. Во вращающихся печах происходит также дополнительное измельчение материала, это вызывает повышенный пылевынос из печи и снижает экономичность. Что касается производства порошковой извести, то после обжига мела во вращающихся печах полученную комовую известь размалывают в энергоемких шаровых мельницах, в которых до 40 % энергии уходит на внутреннее трение и нагрев размалываемого материала.

Таким образом, существующая технология, которой более 40 лет, и ее техническое обеспечение устарели по двум основным критериям – качеству выпускаемой продукции и удельному расходу энергоносителей. Это и явилось толчком к созданию новой, свободной от этих недостатков технологии производства извести.

Направления исследовательской работы

Научно­исследовательский институт строительных материалов (НИИСМ) в сотрудничестве с другими исследовательскими и проектными организациями и предприятиями разработал энергосберегающую технологию производства комовой и молотой извести из белорусского карбонатного сырья – низкопрочного и влажного мела.

Исследования проводились в двух направлениях, результатами которых стали:

1. Разработка технологии “сухого” способа производства комовой извести вместо “мокрого” на имеющихся вращающихся печах 3,6х110 м (в целях повышения их экономичности).

2. Разработка принципиально новой высокоэкономичной скоростной технологии производства высококачественной порошковой извести активностью 90 % и более.

“Сухой” способ производства извести на вращающихся печах

В Беларуси имеется девять вращающихся печей для обжига извести “мокрым” способом из мелового карбонатного сырья:

– 5 печей 3,6х110 м, ОАО “Красносельскстройматериалы”;

– 2 печи 3,6х92–100 м, ОАО “Гродненский КСМ”;

– 1 печь 3,6х1210 м, ОАО “Любанский КСМ” (на консервации);

– 1 печь 3,2х80 м, ОАО “Забудова”.

В процессе работы над энергосберегающей технологией нами проработаны и просчитаны все возможные варианты перевода действующих вращающихся печей с “мокрого” способа на “сухой”, при котором исходное природное сырье недоувлажняется до жидкотекущего состояния и соответственно не требует дополнительных энергозатрат для испарения добавленной воды.

Проработаны различные варианты перевода печей на “сухой” способ путем:

1) удлинения печей до 150 м с начинкой их необходимыми встроенными теплообменными устройствами;

2) строительства за печами дополнительных наружных теплообменных устройств;

3) превращения длинных печей в двухбарабанные с разным числом оборотов и начинкой их “холодной” части встроенными теплообменными устройствами;

4) достройки к действующим печам шахтных сушилок­дробилок;

5) начинки печей высокоэффективными встроенными теплообменными устройствами.

В процессе работы над энергосберегающими технологиями рассчитаны тепловые балансы всех возможных вариантов перевода печей на “сухой” способ, сделан анализ с учетом положительных и отрицательных сторон каждого из предложенных вариантов. Проанализированы также показатели работы коротких печей с кальцинаторными решетками и работы печей 4х150 м на Славянском мелоизвестковом заводе, изучены литературные данные о мировой практике.

В результате мы пришли к выводу, что наиболее оптимальным вариантом является перевод печей 3,6х110 м на “сухой” способ путем обустройства их высокоэффективными встроенными теплообменниками.

В настоящее время по “сухой” технологии работает вращающаяся печь 3,6х110 м на Белорусском цементном заводе в г. Климовичи. Экономия топлива составляет 15 %, завод устойчиво производит известь с более высокой активностью і80 % по сравнению с заводами, работающими по “мокрому” способу.

В дальнейшем, если в республике будут строиться новые вращающиеся печи для производства извести, с учетом проведенных исследований они должны работать только по “сухому” способу.

Энергосберегающая скоростная технология производства высококачественной порошковой извести

Строительство и успешное освоение “сухого” способа производства цемента из рыхлого и влажного мела и мергеля на Белорусском цементном заводе в Костюковичах навело на мысль, что пора и выпуск извести поставить на принципиально новую основу. Сырье Белорусского цементного завода аналогично сырью известковых заводов Республики Беларусь.

Идея состоит в том, чтобы от медленных, вялых процессов тепломассообмена при производстве извести во вращающихся печах и энергоемкого помола в шаровых мельницах перейти к скоростным процессам тепломассообмена при сушке и обжиге на известь тонкомолотого карбонатного сырья во взвешенном состоянии (в газовой суспензии).

Для ее реализации использован как собственный опыт, приобретенный на Белорусском цементном заводе, так и мировая практика: цементные заводы “Хэлм” (Польша), “Себряки” (Россия) и др.

Была тщательно изучена кинетика тепломассообмена в теплообменных устройствах первой технологической линии Белорусского цементного завода: дисперсность материала на всех стадиях процесса, скорости газовых потоков, температурный и газодинамический режимы и т.п.

Читайте так же:
Цементные блоки для стен вес

Концепция принципиально новой технологии состоит в следующем.

1. Для производства извести используется сырье (мел) природной (карьерной) влажности. В отличие от применяемой ныне технологии воду к сырью дополнительно не добавляют. Сырье заготавливают в сухое время года в открытый или закрытый мелозапасник с целью снижения его влажности и усреднения химсостава.

2. Усредненное сырье проходит сушку, выделение камней и тонкий помол в сушилке­дробилке F.L.Smidth, работающей на отходящих газах от скорост­ного обжигового агрегата. Тонкомолотый сухой мел выделяется из газового потока в циклоне­осадителе, гомогенизируется в силосе сырьевой муки и подается в скоростной обжиговый агрегат, где обжигается на высокоактивную тонкопорошковую известь. Таким образом, высушивается и обжигается на известь не карбонатное сырье с размером кусков 20–40 мм, а тонкий порошок, диаметр частиц которого составляет доли миллиметра. Это ускоряет процессы сушки и обжига на 2–3 порядка, т.е. в 100–1000 раз.

Отходящие газы из сушильнообжигового агрегата после циклона­осадителя дымососом направляются в рукавный фильтр для окончательной очистки.

3. Скоростной обжиговый агрегат имеет ступень нагрева сырьевой муки в циклонном теплообменнике, реактор­декарбонизатор, циклоносадитель извести и многоступенчатый циклонный холодильник. В реакторе при температуре 950 °С за счет вводимого в него топлива происходит скоростной обжиг нагретой сырьевой муки в горячем воздухе из холодильника – происходит диссоциация СаСО3 на СаО и СО2.

4. Полученная в реакторедекарбонизаторе известь оседает в циклоне первой ступени (циклоне­осадителе) и попадает в холодильник циклонного типа, где охлаждается до 40 °С.

5. Колоссально развитая поверхность тонкомолотого сырья кроме скоротечности тепломассообмена снижает до минимума перепад температуры между газовой фазой и материалом, что исключает пережог извести и потребность футеровки реактора огнеупорами особо высокой огнеупорности. Температура в реакторе не выше 950 °С, имеет место беспламенное горение топлива. Реактор может работать на пылевидном твердом топливе. Производится известь “мягкого”обжига.

6. Вследствие скоростного характера процессов тепломассообмена и химических реакций, малой инерционности достигаются точная регулировка температурного и гидравлического режимов, получение извести высокого качества и возможность полной автоматизации технологии и ее компьютеризации.

Степень декарбонизации сырья обеспечивается на уровне 99,0 % и более вместо 85–90 % при обжиге извести во вращающихся печах.

7. Технология становится полностью химической, все тепловые и химические процессы проходят в герметичных установках. Тем самым достигаются высокий уровень защиты окружающей среды и хорошие условия для обслуживающего персонала.

Производство полностью безотходное.

8. Минимальное количество испаряемой влаги, низкая температура отходящих газов, низкие потери тепла в окружающую среду благодаря герметичности и хорошей теплоизоляции неподвижных реакторов и теплообменников позволяют получить минимальный расход топлива на единицу продукции: 180–190 кг условного топлива на 1 т.

При использовании для сушки мела отходящего от газотурбоэлектрогенератора тепла удельный расход топлива снижается до 140–145 кг на 1 т.

9. В связи с тем что осуществляется помол исходного тонкодисперсного от природы сырья, а не обожженной комовой извести, как по традиционной технологии, исчезает необходимость применения энергоемких шаровых мельниц, в которых 40 % энергии затрачивается на внутреннее трение материала в процессе помола.

Это снижает расход электроэнергии.

10. Готовый продукт представляет собой тонкомолотую высокореакционноспособную известь, применение которой позволит упростить технологию на силикатных заводах, так как отпадает необходимость помола.

За счет снижения издержек производства и повышения качества увеличивается возможность поставки извести на экспорт.

Что сделано для внедрения новой энергосберегающей технологии производства извести?

По состоянию на 01.01.2007 г. разработан регламент и основные технические решения перевода с “мокрого” на “сухой” способ известкового завода ОАО “Красносельскстройматериалы”.

Основные показатели технологической линии (установки):

На первых порах планируется строительство технологической линии порошковой извести мощностью 120 тыс. т в год на основе сушильнообжигового агрегата производительностью 15 т в час. В дальнейшем целесообразно продолжить перевод известкового завода на новую технологию путем введения технологических линий большей единичной мощности, например 200–400 тыс. т в год, а также создать аналогичное производство в восточной части страны, например на Белорусском цементном заводе или в другом месте.

По мере внедрения новой технологии можно и должно уйти от применения металлоемких и энергозатратных вращающихся печей, заменив их современными установками скоростного обжига.

Строительство и освоение первой установки скоростного обжига извести откроет также перспективу использования доломита, запасы которого в Беларуси очень большие, для производства различных вяжущих материалов – магнезиальной извести, каустического доломита, цемента. Кроме того, вполне реализуема возможность поставки комплектного оборудования для производства порошковой извести в другие страны, поскольку в мире аналогов предлагаемой установке по выпуску кальциевой извести пока нет.

Закономерен вопрос: каков может быть риск при внедрении новой технологии? На наш взгляд, он минимален. Кинетика процесса применительно к извести отработана и проверена в производственных условиях Белорусского цементного завода. Кстати, именно здесь впервые в мире освоен выпуск высококачественного цемента “сухим” способом из влажного, рыхлого и липкого белорусского мела. Ведь по канонам того времени, если влажность сырья превышала 16 %, полагалось использовать “мокрый” способ. Много лет назад мы приняли решение идти собственным путем и не ошиблись. Вслед за осуществленным технологическим прорывом в Костюковичах последовала фирма “Смит”, построившая в Польше цементный завод “Хэлм” (влажность сырья 22–25 %), на котором мы лишний раз убедились в правильности избранного пути, и другие.

Сегодня можно с уверенностью утверждать, что в ближайшей перспективе альтернативы “сухому” способу производства цемента в стране нет. Это уже осознали почти все. Теперь настала очередь извести. Не исключено, что в процессе освоения новой скоростной технологии ее производства “сухим” способом что­то, может, и придется доработать. Поэтому первую технологическую линию следует назвать опытнопромышленной, поскольку таковой она и станет.

Читайте так же:
Полистиролбетонный блок с облицовкой кирпичом

Обжиг клинкера белого цемента

Клинкер белого портландцемента обжигают во вращающихся печах, конструктивно мало отличающихся от печей, используемых для производства обычного портландцемента. Если вслед за обжигом отбеливают клинкер быстрым охлаждением в воде, то в концевой части вращающейся печи отсутствуют обычные устройства для охлаждения клинкера (рекуператоры или другие холодильники). Вместо этого в центральной части зоны спекания по окружности печи в корпусе имеется 6 лючков d 200 мм для разгрузки клинкера в водяной отбеливатель.

Объясняется это тем, что в этом случае клинкер необходимо выгружать из печи при высоких температурах и быстро охлаждать в воде. Зону спекания вращающейся печи футеруют тальковым или магнезитовым огнеупорным кирпичом. Использование хромомагнезитового кирпича недопустимо, так как возможна присадка окрашивающих окислов к клинкеру при обжиге.

Для обжига клинкера используют беззольпое топливо — мазут или природный газ. Температура обжига маложелезистого клинкера белого портландцемента высокая и достигает 1500— 1550С. Физико-химические процессы, протекающие при нагревании сырьевой смеси, используемой для получения белого портландцемента, не отличаются от присущих серому портландцементу. Возможно лишь некоторое отличие физико-химических процессов, обусловленное характером вводимых в сырьевую смесь добавок и газовой средой в печи.

Влияние минерализующих и легирующих добавок на клинкерообразование.

Для облегчения обжига трудноспекаемой сырьевой смеси и улучшения свойств клинкера белого портландцемента необходимо вводить в сырьевую смесь некоторые добавки. Минерализующие добавки позволяют полностью завершить клинкерообразование. Механизм влияния этих добавок при обжиге клинкера белого портландцемента аналогичен их действию при обжиге обычного портландцемента, за исключением некоторых специфических особенностей, относящихся к процессу кристаллизации, которые будут рассмотрены ниже.

Как известно, минерализаторы интенсифицируют как твердофазовые процессы, так и процессы клинкерообразования, протекающие с участием жидкой фазы клинкера.

Микроструктура клинкеров с добавками минерализаторов.рис. 3.1 Микроструктура клинкеров с добавками
минерализаторов. CaSo4.

Н. А. Торопов, С. Л. Голынко-Вольфсон, М. М. Сычев пришли к заключению, что во время протекания реакций в твердой фазе минерализатор вызывает глубокое нарушение кристаллических решеток реагирующих компонентов. Это объясняется полиморфными превращениями кристаллических модификаций кремнезема и образованием промежуточных соединений между некоторыми добавками и составляющими компонентами сырьевой смеси. Во время протекания реакций с участием жидкой фазы минерализаторы ускоряют клинкерообразование, так как снижается температура появления жидкой фазы, увеличивается ее количество и снижается вязкость.

Как указывают Н. А. Торопов и Йирку, минерализаторы действуют каталитически, ускоряя разрушение комплексных кремниевокислородных и алюминиевокислородных ионов типа

Ввод в сырьевую смесь минерализаторов влияет не только на кинетику физико-химических процессов клинкерообразования, но и на фазовый состав клинкера и его структуру. Последнее обстоятельство необходимо учитывать, особенно при производстве белого портландцемента.

Микроструктура клинкера предопределяет один из основных показателей белого портландцемента его белизну. Современные представления о влиянии минерализаторов на процессы клинкерообразования основываются на достижениях кристаллохимии. Различная эффективность действия минерализаторов, как на процесс минералообразования, так и на характер кристаллизации, может быть объяснена, как указывают некоторые исследователи, различием их электростатических характеристик.

Микроструктура клинкеров с добавками минерализаторов.рис. 3.2 Микроструктура клинкеров с добавками
минерализаторов. Na2SiF6.

Нашими исследованиями было установлено, что структура клинкера белого портландцемента при введении минерализатора зависит от электроотрицательности катионов и анионов, входящих в состав минерализатора и обусловливающих его интенсифицирующее действие. Так, при одном и том же анионе с увеличением электроотрицательности катионов в ряду.

K + ->Na + ->Li + ->Mg 2+ ->Be 2+

Увеличивается размер кристаллов алита и белита. Еще в большей степени, чем у катионов, проявляется влияние анионов при одном и том же катионе на характер кристаллизации клинкера. Однако характер влияния анионов иной, чем катионов: с уменьшением электроотрицательности анионов в ряду SiF 2- 6 -> F — -> SO 2- 4 -> Cl — увеличивается размер кристаллов в клинкере (рис. 3).

Изучение тонкой структуры клинкера методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показало, что в зависимости от электроотрицательности катионов и анионов изменяется координация ионов Fe 3+ : анионы минерализаторов с большей электроотрицательностью SiF 2- 6,F- способствуют переходу Fe3+ в клинкере белого портландцемента из тетраэдрической координации в октаэдрическую, обладающую меньшей окрашивающей способностью.

Результаты исследований минерализующего влияния добавок на минералообразовакие и структуру клинкера показывают, что наилучшим является минерализатор, в который входит анион с наибольшей электроотрицательностью и катион с наименьшей электроотрицательностью. Для белого портландцемента таким минерализатором является кремнефтористый натрий, предопределяющий образование мелкокристаллической структуры, что способствует повышению белизны клинкера. Немаловажное значение в производстве белого портландцемента, как указывалось, имеет введение в сырьевую смесь легирующих добавок, улучшающих свойства белого портландцемента.

Изучение действия таких добавок, как окислы переходных элементов (Fe, Mn, Ti, Со и др.), показало, что они влияют не только на белизну портландцемента, но и на клинкерообразование. В частности, добавка двуокиси титана способствует интенсификации обжига (табл. 14). В этом случае добавка двуокиси титана и окислов других (переходных элементов интенсифицирует клинкерообразование, выполняя роль минерализатора.

Таблица 11. Усвоение извести при обжиге сырьевых смесей с добавками окислов переходных элементов.

Содержание окислов в %Количество свободной извести в % в образцах, обожженых при температуре в C
Fe2O3Mn2O3TiO21150125013501450
0.238.533.716.23.2
0.20.0531.225.911.01.3
0.20.050.0530.124.010.40.9

Ввод добавки двуокиси титана в сырьевую смесь изменяет также характер кристаллизации клинкерных минералов, так как несколько увеличиваются их размеры.

Благодаря изменению структуры клинкера при вводе добавки двуокиси титана в значительной степени изменяются физико-механические свойства цемента, в частности, на 20—30% повышается его механическая прочность на сжатие.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector