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

В печной агрегат  входят также шламовый питатель, пылеосадительная камера, электрофильтры для очистки  дымовых газов от пыли, дымосос, горячая головка печи, колосниковый холодильник, предназначаемый для охлаждения клинкера.

Одним из элементов  печи являются встроенные в них теплообменники, предназначаемые для интенсификации процессов теплоотдачи от печных газов обжигаемому материалу.

Вращающаяся печь работает по следующей схеме. Шлам из шламбассейна перекачивается насосом в распределительный бак, установленный над печью. Отсюда он через ковшовый питатель или специальный расходомер по трубе поступает в печь.

С противоположной  стороны в печь подается газ. Попадая в раскаленное пространство, газ воспламеняется и начинает гореть. Образующиеся дымовые газы проходят через всю печь, отдавая свое тепло обжигаемому материалу. По выходе из печи газы с температурой 150 – 200 °С направляются через пылеосадительную камеру в электрофильтр, где очищаются от пыли.

Шлам, проходя  через печь и подвергаясь воздействию  газов все более высокой температуры, претерпевает ряд физических и физико-химических превращений.

Процессы, протекающие  при обжиге клинкера во вращающихся печах.

Обжиг сырьевой смеси, и получение клинкера сопровождается сложными физическими и физико-химическими  процессами, в результате которых  из исходных компонентов спекшиеся  зерна размером до 2-3см, состоящие  в основном из минералов  , , ,  и стекловидной фазы.

Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси  определяется температурой обжига. Условно  вращающуюся печь можно разделить  на следующие зоны:

- зона сушки:  шлам, попадая в печь, подвергается  действию отходящих газов нагретых  до высокой температуры (t=300-600°C). При этом происходит испарение воды, шлам загустевает. Когда значительная часть воды испарилась, образуются крупные комья, распадающиеся затем на мелкие частицы, вследствие ухудшения связующих свойств глиняного компонента. Процесс испарения из шлама воды длится примерно до температуры 200°C , так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.

- зона подогрева:  в этой зоне материал нагревается  до температуры t=500-600°C, при этом  происходит выгорание органических  веществ и теряется вода, содержащаяся  в минералах глинистого компонента. Потеря химически связанной воды (дегидратация) приводит к тому, что глинистый компонент теряет связующие свойства. При этом происходит частичное или полное разложение глинистых минералов на свободные оксиды  и , а также декарбонизация углекислого магния . Удаление воды приводит к потере пластичности глинистым материалом, рассыпается в порошок и поступает в зону декорбанизации.

В смеси начинаются реакции в твердом состоянии  между его составляющими. При  этом наблюдается сцепление отдельных  частиц порошка и образование  гранул различного размера.

- зона декорбанизации: В этой зоне протекает процесс разложения углекислого кальция . Здесь потребление тепла наибольшее, так как происходит эндотермическая реакция разложения  с образованием  и . В этой зоне возникают реакции между основным оксидом  и кислотными оксидами глинистого компонента ,  и  с образованием , , . Температура обжигаемого материала в зоне декарбонизации колеблется в пределах 900 - 1200° C.

- зона экзотермических  реакций: В этой зоне взаимодействие  между основными и кислотными  оксидами протекает с большей скоростью вследствие более высокой температуры. Эти твердофазовые реакции осуществляются с выделением теплоты. При температуре 1200° C и более происходит насыщение образовавшихся ранее низкоосновных соединений до соответствующих клинкерных минералов: , , , . Реакция образования алюминатов, силикатов и алюмоферритов кальция является экзотермической, что приводит к повышению температуры материала на 200 - 250°С на коротком участке печи. При температуре 1300°C твердофазовые процессы образования минералов заканчиваются, и материал к этому времени состоит из образовавшихся соединений , , , , , , .

-зона спекания: В этой зоне температура подымается  до 1300-1600°C, происходит спекание материала,  вследствие образования в нем  расплава в количестве 30% . Оптимальная температура спекания зависит от свойств исходных материалов, наличия в них примесей, тонкости измельчения, однородности смеси.

После расплавления в зоне спекания части материала, и образования жидкой фазы в твердом  состоянии остается главным образом только двухкальцевый силикат , который частично также растворяется в жидкой фазе. Соединяясь в расплавленном состоянии с оксидом кальция,  образует .  менее растворим в расплаве, чем  и поэтому выкристаллизовывается из жидкой фазы. При этом количество  и  в расплаве уменьшается, и в нем растворяются новые порции этих соединений, которые опять вступают в реакцию и т.д.

Образование  в условиях обжига завершается за 25…30 мин. Увеличение продолжительность выдержки материала в зоне спекания с одной стороны способствует более полному усвоению , а с другой стороны может вызвать чрезмерное укрупнение кристаллов алита, что скажется на качестве.

Для ускорения  клинкерообразования, особенно при  изготовлении клинкеров с высоким  содержанием  , используют специальные добавки – минерализаторы: , кремнефтористый натрий или , , гипс. Минерализаторы каталитически влияют на образование  и , понижают температуру спекания на 150°С, что приводит к экономии. Количество вводимых минерализаторов составляет 1% от массы.

- зона охлаждения: В этой зоне температура клинкера  понижается с 1300 до 1000° C, в результате  чего расплав кристаллизуется  и из него выделяются минералы  , , , , , а часть жидкой фазы затвердевает в виде стекла.

Для хранения клинкера после обжига используют силосный склад, который представляет собой шесть – девять железобетонных цилиндров – силосов (на каждую печь) диаметром 12 – 18 м. и высотой 30 м. и более, сооруженных на общем основании и поднятых над цехом на колоннах так, что под их коническими днищами смонтированы дозаторы, при помощи которых клинкер и гипс, хранящиеся в разных силосах, дозируются в определенном соотношении. Отдозированые клинкер, доменный граншлак и гипс подаются на ленточный конвейер, который транспортирует их в шаровую многокамерную мельницу на помол.

3. Мероприятия  по охране труда и окружающей  среды

При большой  насыщенности предприятий цементной  промышленности сложными механизмами  и установками при добыче и  переработке сырья, по обжигу сырьевой смеси и измельчению клинкера, по перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, при наличии большого количества электродвигателей особое внимание должно уделяться при проектировании заводов и при их эксплуатации созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрана труда должна осуществляться в полном соответствии с "Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности".

Со всеми  поступающими на работу рабочими, ИТР  и служащими проводят вводный инструктаж. Один раз в год проводят обучение безопасным методам работы на рабочем месте. Перед производством работ по наряду – допуску проводят текущий инструктаж. Внеплановый инструктаж может быть произведен на рабочем месте в объеме первичного инструктажа. Все виды инструктажей должны регистрироваться в специальных журналах. Инженерно – техническиеработники должны проходить проверку знаний по охране труда.

Выполнение работ, связанных  с повышенной опасностью должно проводиться  по специальному наряду – допуску. Он обязан: ознакомить каждого непосредственного исполнителя с содержанием и объемом работ и проинструктировать их о мерах безопасности; совместно с непосредственными исполнителями работ проверить состояние техники безопасности на участках выполнения работ; осуществлять постоянный контроль за ходом выполнения работ и соблюдением работающими мер безопасности, указанных в наряде – допуске.

Неблагоприятные условия  труда могут быть в основном обусловлены  повышенной концентрацией пыли и  влаги в помещении; недостаточной тепловой изоляцией обжиговых аппаратов; ненадежным ограждением вращающихся частей механизмов и т.п.

Для борьбы с пылью пылевыделяющее технологическое и транспортное оборудование заключает в герметические  кожухи с плотно закрываемыми отверстиями. На участках образования пыли и газов помимо общей вентиляции устраивают местную аспирацию. Очистку запыленных газов и воздуха необходимо производить в эффективных пылеосадительных устройствах со степенью очистки не менее 98%. Степень допустимой запыленности воздуха регламентирована СН 245-71. Она составляет для пыли, содержащей более 70% свободного оксида кремния, не более 1 мг/м3, для пыли содержащей 10-70% SiO2 – не более 2 мг/м3, для пыли цемента, глиняных минералов, не содержащих свободной SiO2 – 6мг/м3.

Для обеспыливания технологических  газов применяют пылеосадительные камеры (грубая очистка), сухие и  мокрые циклонные аппараты (первая ступень), тканевые фильтры и электрофильтры (окончательная очистка). Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно – разгрузочных механизмов необходимо осуществлять в соответствии с правилами безопасной работы у каждого механизма или установки. Все вращающиеся части приводов и других механизмов должны быть надежно ограждены, токоподводящие части изолированы, а металлические части механизмов заземлены на случай повреждения изоляции. Из-за взрывоопасности установок по сушке и помолу угля трубопроводы, сепараторы, бункера для хранения пыли следует оборудовать предохранительными клапанами. Установки по приготовлению угольной пыли должны работать под разряжением.

Основное оборудование в  производственных цехах в обязательном порядке оборудуют звуковой и  световой сигнализацией, предупреждающей  персонал о пуске оборудования, его  остановке и возникновении аварийных ситуаций.

Создание здоровых и безопасных условий труда обеспечивается также  постоянным совершенствованием технологии, полной механизацией и автоматизацией производственных процессов.

С целью уменьшения пылеобразования  сокращают число перевалок на транспортных коммуникациях; при перевозке пылящих материалов транспортные устройства устанавливают в плотных кожухах; с этой же целью отказываются от открытых складов для хранения клинкеров, гипса и добавок и переходят на силосные.

Для повышения эффективности очистки печных газов переходят от вертикальных на четырехпольные горизонтальные электрофильтры с установкой также инерционных пылеуловителей.

Требования экологии и  производственной санитарии допускают  концентрацию пыли в воздухе производственных помещений в зависимости от состава пыли 5-10 мг/м3 (в ФРГ допускается концентрация до 75 мг/м3). Для обеспечения защиты окружающей среды и санитарных норм в производственных помещениях предусматривают отсос воздуха из бункеров, течек, от мест перегрузки транспортного и дробильного оборудования. Кроме того, в дробильных отделениях применяют перед дроблением обрызгивание породы водой, содержащей ПАВ, которое увеличивают смачиваемость измельченного материала водой. Аспирационный воздух из мельниц, сушилок, сепараторов, колосниковых холодильников, воздух, используемый для пневмотранспорта цемента, очищают в циклонах, зернистых, рукавных или электрофильтрах. Для повышения степени и надёжности очистки часто используют двухстадийную очистку (циклон - электрофильтр, жалюзийный сепаратор – рукавный фильтр). Газы после печей или после их использования в сушильно - размольных установках подвергают очистке в электрофильтрах наиболее приспособленных аппаратах для очистки больших объёмов газов. Для повышения степени и надежности очистки применяют установку перед фильтрами испарительных холодильников – кондиционеров, отказываются от вертикальных фильтров, используют трех - и четырехпольные фильтры. С позиций экологии, охраны природы и экономики становится необходимостью ориентация на безотходную технологию – комплексное использование сырья и полупродуктов. Еще в 50-е годы было осуществлено комплексное использование сырья при получении глинозема из нефелиновых пород. На Волховском алюминиевом и Пикалевском глиноземном комбинатах были построены цементные заводы, использовавшие в качестве сырья белито – нефелиновый шлам – побочный продукт глиноземного производства. На 1 т техногенных материалов в составе сырьевой смеси в качестве основного сырьевого компонента целесообразно если такой материал как минимум на 50 % заменяет природный компонент, а радиус перевозок не превышает 200 км.

Цементная промышленность использует значительное количество различного вида отходов: отходы камнепиления и отсев  производства щебня карбонатных  пород; доменные и электротермофосфорные шлаки, золы ТЭС, шлак бездоменного процесса получения железа, шлаки цветной металлургии, отходы углеобогащения, представляющие собой высокоалюминатные глины; минерализаторы – медеплавильный шлак, фосфогипс и др. Топливо содержащие отходы необходимо подавать либо непосредственно в печь, либо сжигают в специальных установках.

Использование техногенных  продуктов в любом количестве позволяет экономить природные  сырьевые ресурсы, повысить производительность печей, снизить расход технологического топлива, получать цементы со специальными свойствами, улучшать экологическую обстановку в регионе.

 

Литература

Используемая литература:

1.  Рояк С.М. Специальные цементы / С.М. Рояк, Г.С. Рояк. – М.: Стройиздат, 1983. – 279 с.

2.  http://www.nii-cement.ru

3.  Таймасов Б.Т. Технология производства портландцемента: Учеб. пособие. – Шымкент, Изд-во ЮКГУ, 2003. - 297 с.

4.  Грачьян А.Н. и др. Технология белого портландцемента. М. – 1970.

5.  Дзабиева Л.Б. Вяжущие вещества. – Минск 2010 – 53 с.

6.  Классен В.К. Обжиг цементного клинкера – Красноярск: Стройиздат, Красноярск, отд., 1994. – 323 с.