Разработка материального баланса и основных проектных технологических решений цеха обжига цементного завода

Влияние начальной  температуры охлаждения клинкера на его белизну

Способ охлаждения	Белизна в % по МС-20
Быстрый в воде при 1450° С	83
Быстрый в воде при 1350° С	81
Быстрый в воде при 1280° С	77
Быстрый в воде при 1200° С	73
Медленный в  печи	63

Для отбеливания цементного клинкера наиболее благоприятными следует считать размеры зерен 5—15 мм.

Если они превышают 15 мм, отбеливание несколько ухудшается. Это объясняется тем, что действие охлаждающей водной среды на массу  обожженного клинкера постепенно распространяется от наружных слоев зерна к внутренним. Таким образом, зерна цементного клинкера малого размера в одних и тех же условиях обжига оказывались сильнее спёкшимися, чем крупные зерна, и даже оплавленными. Плотность малых зерен большё, чем крупных, а поэтому вода хуже проникает к центральной части клинкера, что, в свою очередь, и сказывается на эффекте отбеливания.

До помола клинкер подвергается магазинированию, которое заключается  в том, что после обжига клинкер  до трех и более суток хранится на складе, в результате чего клинкер остывает до температуры окружающей среды (ниже 30°С). Кроме того имеющаяся в клинкере негашеная известь частично гасится парами воды при контакте с влажным воздухом; в клинкере заканчивается переход недостаточно стабилизированного минерала белита из β- в γ- модификацию с увеличением объема, что растрескивание, а иногда и частичное рассыпание клинкерных зерен; может происходить частичная кристаллизация стекловидной фазы с ослаблением межкристаллических связей в зерне клинкера, вплоть до распада. Отмеченные эти превращения делают клинкер более рыхлым, что облегчает его помол в мельнице, увеличивая ее производительность и уменьшая удельный расход электроэнергии на производство цемента.

Многие свойства портландцемента определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита, белита и др., но и в большей  степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и  формой частичек порошка.

С увеличением  тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000-8000 . С этого предела обычно наблюдается ухудшение прочностных показателей.

Помол клинкера осуществляется в трубных шаровых мельницах, куда одновременно подается белый гипс и активная минеральная добавка. При размоле белого портландцемента вводят гидравлическую добавку белого цвета ( диатомит) в количествах не более 6%, которая предупреждает образование солевых выцветов на цементных конструкциях. В противном случае под действием капиллярных сил вода, растворяя выделяющуюся при твердении цемента известь, выходит на поверхность, испаряется и оставляет кристаллы извести и солей в виде полос и подтеков. При помоле материалов наблюдается значительное выделение тепла, вызывающее нагрев мелющих тел и материала до температуры 120-150°С и более, что отрицательно сказывается на производительности помольных установок. По данным С.М. Рояка и В.З. Пироцкого, на измельчение клинкера до удельной поверхности 2500  при температуре 40°С затрачивается около 24 , при температуре 120°С – 34  и при 150°С - 39 . При тонкости помола до 3300  с увеличением температуры материала расход еще более повышается (до 130  при 150°С). Это объясняется значительной агрегацией мелких частиц при повышенных температурах, вследствие испарения воды, адсорбированной частицами и препятствовавшей их слипанию. В связи с этим следует размалывать только холодный клинкер. Чтобы снизить температуру цемента и предотвратить слипание частиц в камеры мельницы впрыскивают распыленную воду в количестве 0,5-1% от массы цемента, при достижении цементом температуры выше 100-110°С.

Снизить температуру  цемента можно также интенсивной  аспирацией. При аспирации из мельницы удаляются наиболее тонкие фракции цемента. Большие объемы холодного воздуха (до 300  на 1т цемента), пропускаемые через мельницу, охлаждают футеровку корпуса, мелющие тела и цемент.

После помола цемент поступает в силоса. Хранение горячего цемента в силосах может вызвать следующие нежелательные явления:

- цемент может  слежаться;

- в силосах  могут начаться реакции гидратации;

- такой цемент  при затворении водой дает  ложное схватывание;

- при затаривании  горячего цемента мешки часто  рвутся;

Чтобы не допустить  такого явления устанавливают холодильники.

После охлаждения цемент идет на склад в цементные  силосы. Далее идет упаковка в 5 – 6 слойные  бумажные мешки из крафт-бумаги емкостью 50 кг и полипропиленовые мешки.

График тепловой обработки

На рисунке  показано распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства.

Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси  в ней происходят различные физико–химические процессы, в одних случаях тормозящих нагревание (пологие участки), а в других – способствующие резкому нагреванию (крутые участки). Следует отметить, что в отличии от сухого способа производства, мокрый способ имеет примерно равномерное нагревание клинкера по всей длине печи.

цемент клинкер  обжиг сырьевой

Отличительной чертой получения белого портландцемента  явл. Высокая температура обжига шихты. Высокая температура (выше обычной  на 100 - 150⁰ С ) обжига клинкера свидетельствует о малом количестве плавней в шихте. Это объясняется тем, что к плавням относят такие материалы, которые при обжиге изделий вступают во взаимодействие с сырьевыми материалами шихты, давая легкоплавкие соединения. Таким образом, понижая температуру обжига.

Расчет материального баланса цеха

Режим работы цеха

Режим работы цеха является основой для расчета  производительности, потоков сырья, оборудования. Он определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих  часов в смене.

Режим работы основных цехов и отделений в течение года:

1.  карьер и дробильное отделение – 307 дней по 16 часа в сутки (4912);

2.  отделение помола сырья – 307 дней по 24 часа в сутки (7368);

3.  отделение помола цемента – 307 дней по 24 часа в сутки (7368);

4.  цех обжига клинкера – 337 дней по 24 часа в сутки (8088);

5.  силосно-упаковочное отделение – 365 дней по 24 часа в сутки (8760);

Расчет производительности цеха и потребности в сырье  для выполнения производственной программы

Составление материального  баланса цементного завода.

Исходные данные при расчете:

Способ производства – мокрый

Годовая производительность цеха – 1200000т. по клинкеру

Состав портландцемента:

Клинкер………………………90%

АМД………………………….6%

Гипс…………………………..4%

Состав сырьевой смеси:

Известняк……………………77,58%

Глина………………...............22,42%

Естественная  влажность сырьевых материалов:

Известняк …….………4%

Глина…………………15%

Влажность шлама……40%

Потери при  прокаливании сырьевой смеси - 35.12%

Производственные  потери:

Сырьевых материалов...2,5%

Клинкера……………….0,5%

Цемента………………...1%

Коэффициент использования  вращающихся печей – 92%

Определяем  производительность по цементу:

1200000 ∙ (100/90) =1333333.33 т/год

где 90 – содержание клинкера в цементе, %

1200000 - годовая  производительность цемента по  клинкеру, т/год

При коэффициенте использования вращающихся печей – 0,92 , печи работают в течении года

365∙0,92=337сут  или

337∙24=8088ч.

Отсюда часовая  производительность всех печей составит:

1200000 /8088=148.37 т/ч

Следовательно, в данном расчете к установке  принимаем две вращающиеся печи производительностью по 75 т/ч.

Материальный  баланс цеха обжига :

Производительность  двух вращающихся печей:

75 ∙ 2=150 т/ч

150 ∙ 24=3600 т/сут

150∙8088=1213200т/год

Расчет расхода  сырьевых материалов.

Расход сырьевых материалов составляет 150 т/ч

Теоретический удельный расход сухого сырья для  производства клинкера определяют с  учетом потерь при прокаливании:

100/(100-35,12)=1,54 т/т,  клинкера

где 35,12 – потери при прокаливании сырьевой смеси.

Для обеспыливания отходящих газов вращающихся печей устанавливают электрофильтры, что дает возможность считать потери сырья с отходящими газами не более 1%.Тогда расход сухого сырья составит:

1,55∙100/(100-1)=1,566т/т,  клинкера

1,566∙150 = 234.9 т/ч

234.9 ∙24=5637.6 т/сут

234.9 ∙8088=1899871.2 т/год

Определяем  расход отдельных компонентов сырьевой смеси:

Известняк :

1.566∙(77,58/100)=1,21 т/т,  клинкера

1.21∙150=181,5 т/ч

181,5∙24=4356 т/сут

181,5 ∙8088=1467972 т/год

Глины :

1,566∙(22,42/100)=0,35 т/т,  клинкера

0,35∙150=52.5 т/ч

52.5 ∙24=1260 т/сут

52.5 ∙8088=424620 т/год

С учетом естественной влажности расход сырьевых материалов соответственно составит:

Известняк :

1,21∙(100+4)∙100=1,26 т/т

1,26∙150=189 т/ч

189 ∙24=4536 т/сут

189 ∙8088=1528632 т/год

Глины :

0,35∙(100+15)∙100=0,4 т/т, клинкера

0,4∙150=60 т/ч

60 ∙24=1440 т/сут

60 ∙8088=485280 т/год

Расчет расхода  шлама.

Часовой расход шлама рассчитывается по формуле:

А_ш= (А_с∙ 100)/( 100- ω_ш ) ∙ γ_ш

Где А_{ш –} расход шлама, м³/ч

А_с – расход сухого сырья, т/ч

ω_ш – влажность шлама, %

γ_ш – плотность шлама, т/м³

γ_ш=1,600, т/м³

Тогда на обе  печи необходимо подать шлама:

А_ш=244.69 м³/ч

244.69 ∙24=5872.56 м³/сут

244.69 ∙8088=1979052.72 м³/год

Материальный  баланс отделения помола сырья.

Из предыдущих расчетов следует, что отделение помола сырья, работающее с выходными днями (307 суток в году по три смены в сутки), должно обеспечить помол 1899871.2  сухих сырьевых материалов.

Следовательно, должно быть измолото сырья

в сутки: 1899871.2  307 = 6188,5 т.

в час: 6188,5  24 = 257,85 т.

В том числе расход отдельных компонентов составит:

известняка :

в час…………………  т.

в сутки……………  т.

в год………………  т.

глины :

в час………………….  т.

в сутки…………….  т.

в год……………….  т.

Для образования  шлама одновременно с исходными  материалами в сырьевые мельницы подается вода. Потребность в воде определяется по формуле:

W

 

где W -количество воды, необходимое для приготовления шлама;

 - потребность в готовом  шламе; 

 - потребность в сухом  сырье; 

- плотность шлама; 

-количество воды, поступающее  соответственно с натуральным известняком и глиной;

На основании  проведенных ранее расчетов:

=244.69

=234.9

=1,60

 

 

Подставляя  эти данные в формулу, определяем количество воды на приготовление шлама:

W =244.69 ·1,60-(234,9 +7.5+7.5)=141.6

141.6 ·24=3398.4

3398.4 ·307=1043308.8

Материальный  баланс карьера и дробильного  отделения.

Согласно исходным данным потери сырья составляют 2,5%. Из них 1,5% - это потери на карьере  и 1% - потери сырья с отходящими газами вращающихся печей.

Карьер, как  и дробильное отделение, работает с выходными днями – 307 суток в году по две смены в сутки:

307·16=4912 ч.

Для производства 1213200  клинкера необходимое количество сырьевых материалов, как было подсчитано выше, составляет:

Известняк……..…………1528632

Глины………………485280

С учетом 1,5% потерь потребуется:

Известняк:

1551561.48:307=5053.95

5053.95:16=315.87

глины :

491544.2:307=1601.12

1601.12:16=100.07

Таким образом, производительность карьера должна обеспечить добычу, а дробильное отделение  – следующее количество материалов:

Известняка  Глины

в год……………………..1551651.48 т 491544.2 т

в сутки…………………..5053.95 т 1601.12 т

в час……………………..315.87 т 100.07 т

Материальный  баланс клинкерного склада и отделения  помола цемента.

Из данных материального  баланса цеха обжига следует, что в склад поступает клинкера:

в час…………… 150 т.

в сутки………… 3600 т.

в год…………… 1213200 т.

При хранении сыпучих  материалов в складских помещениях неизбежны потери:

клинкера………….0,5%

гипса………………1,0%

Таким образом, в отделение помола цемента за год поступает клинкера

 т.

При работе отделения  помола цемента 307 суток в году по три смены в сутки (7368 ч. в год) необходимо клинкера:

в сутки……………1213806.6:307=3953,77 т.

в час………………1213806.6:7368=164,74 т.

Введение при  помоле цемента гипса (4%) определяет потребность отделения помола клинкера в этих материалах:

Гипса……………..  

53946.96:307=175.72

53946.96:7368=7.32

Введение при  помоле цемента диатомита (6%) определяет потребность отделения помола клинкера в этих материалах:

Диатомит…………

80920.44 : 307 = 263.58

80920.44 : 7368 = 10.98

Из приведенных  выше расчетов следует, что производительность отделения помола составляет:

1213806.6+53946.96+80920.44=1348674

3953,77+175.72+263.58 =4393.07

164,74+7.32 +10.98 =183.04

Аспирация цементных  мельниц осуществляется с помощью электрофильтров. При этом потери цемента могут быть приняты порядка 0,5%.

Тогда действительная производительность помольного отделения  составит:

Так как гипс поступает на помол без предварительной  сушки, то должен быть учтен только 1% его потерь:

 

Если учесть, что диатомит подается на помол после  предварительной сушки (Wнач = 20% ) и  потери его на складе составляют примерно 1 %,то количество диатомита, которое  поступает на склад за год, должно быть

т/г

 

Поступающий из вращающихся печей на склад клинкер поливают водой, при этом расход воды на поливку принимается равным 1% от веса клинкера, т.е.

В час …………..  т.

В сутки………..  т.

В год …………..  т.

Материальный  баланс силосно-упаковочного отделения

В соответствии с произведенными расчетами в силосно-упаковочное отделение поступает цемента:

В год……………..1264314,033 т

В сутки…………...4118,29 т

В час……………..171,59 т

Учитывая потери цемента при упаковке и отгрузке порядка 0,5%, получим количество цемента, подлежащее отгрузке:

В год……………...1264314,033  т.

в сутки…………....1257992,463:365=3446,55 т.

Поскольку суточная отгрузка зависит от количества и  времени поступления транспорта под погрузку цемента, то отгрузка в  среднем цемента в час не может  быть определена.

Подбор и  описание работы основного технологического оборудования

Для обжига сырьевой смеси применяют вращающиеся  печи. Они состоят из корпуса, представляющего  собой барабан длинной 150 – 185 м. и  более диаметром 4 – 7 м., сваренного из стальных обечаек. Корпус устанавливается  на фундаменте с уклоном по длине 3 – 4°. На нем закреплены бандажи, опирающиеся на роликовые опоры, а также венцовая шестерня, через которую печь приводится во вращение электродвигателем. Обычно скорость вращения находится в пределах 0,5 – 1,2 , причем она может изменятся. Приподнятая часть печи является холодным концом, входящим в пылеосадительную камеру через уплотняющее устройство, которое препятствует подсосу наружного воздуха. Для защиты от воздействия горячих и для уменьшения теплопотерь корпус печи изнутри футеруется. Огнеупорные материалы для этой цели выбирают с учетом температур газов в разных зонах печи, а также основности обжигаемого материала. Широко применяется шамотный и многошамотный кирпич, а также высокоглиноземистые и талькомагнезитовые огнеупоры. Для зоны спекания преимущественно используют хромомагнезитовый, периклазошпинелидный и магнезитохромитовый кирпич.