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

При смешивании известняка с глиной не всегда  удается получить шлам требуемого химического состава из-за разнородности сырья, несовершенства дозирующих устройств и других факторов. В связи с этим возникает необходимость в систематическом контроле содержания компонентов в сырьевой смеси и, в случае отклонения от принятых величин, в корректировании состава шлама. Для этого в него вводят недостающий компонент в соответствующем количестве.

В зависимости от состава и однородности сырья, а также от качества выпускаемого цемента, сырьевую смесь корректируют по заданному содержанию в ней CaCO₃ и по требуемому коэффициенту насыщения и одному из модулей. Корректирование и усреднение шламов осуществляется в шлам-бассейнах.После корректирования шлам подается на обжиг. Для обжига сырьевой смеси применяются  вращающиеся печи. Температура обжига смеси во вращающихся печах достигает 1500°С. После печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 150-200°С.

До помола клинкер подвергается маганизированию, 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 см²/г. С этого предела обычно наблюдается ухудшение прочностных показателей.

Помол клинкера осуществляется в многокамерных шаровых мельницах, куда одновременно подается  гипс и хризотил-асбест. 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 см²/г при температуре 40°С затрачивается около 24 квтч/т, при температуре 120°С – 34 квтч/т и при 150°С – 39 квтч/т. При тонкости помола до 3300 см²/г с увеличением температуры материала расход еще более повышается (до 130 квтч/т 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 см³ 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 и со склада отгружается потребителю.

 

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).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – материал;

2 – газовый поток;

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 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:

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

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

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

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

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  ЦЕХА И ПОТРЕБНОСТИ В СЫРЬЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ

 

3.4.1. Расчет  состава двухкомпонентной шихты  для получения

портландцементного  клинкера.

 

Производим расчет состава  двухкомпонентной сырьевой смеси, состоящей  из известняка и глины, химический состав которых приводится в таблице исходных данных.

 

Известняк	3,19	0,75	0,56	51,91	1,56	0,41	41,45	99,83
Глина	47,17	12,84	6,83	9,94	3,85	0,14	14,76	95,53

Таблица 1

 

Изучив свойства сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками портландцемента задаемся величиной коэффициента насыщения  КН=0,87, исходя из того, что клинкер сульфатостойкого портландцемента должен содержать умеренное количество трехкальцевого силиката.

Поскольку в справочных данных химическом составе пород данного месторождения  сумма составляющих не равна 100%, необходимо привести ее к 100%, выполнив пересчет состава. Для этого содержание оксидов в первом компоненте надо умножить на коэффициент, во втором на

Химический состав исходных сырьевых материалов после пересчета на 100% представлен в табл.2

 

Известняк	3,195	0,751	0,561	52	1,563	0,41	41,52	100
Глина	49,378	13,44	7,15	10,405	4,03	0,147	15,45	100

Таблица 2

 

Обозначим соотношение  карбонатного компонента шихты к  глинистому через X и выразим его из уравнения для КН.

Находим процентный состав шихты:

 

И+Г=100%                     И=100-Г             3,145Г=100-Г       Г=24,13%

И=3,145Г           4,145Г=100           И=75,87%

 

Наименование компонентов
75,87 весовых част.известняка	2,425	0,57	0,427	39,45	1,186	0,312	31,5	75,87
24,13 весовых частей  глины	11,91	3,24	1,725	2,52	0,972	0,035	3,728	24,13
Сырьевая смесь	14,335	3,81	2,152	41,97	2,158	0,347	35,228	100
Клинкер	22,133	5,88	3,32	64,8	3,33	0,537	-	100

Химический состав сырьевой смеси и клинкера при найденном  соотношении исходных компонентов  представлен в табл.

 

 

Химический состав клинкера при известном составе сырьевой смеси рассчитывают умножением процентного содержания каждого оксида смеси на коэффициент

 

Для проверки правильности расчета смеси вычисляют КН, который  должен быть равен задорному т.е. КН=0,87

 

 

Величина КН для клинкера оказалась равной заданной, следовательно  расчет выполнен правильно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4.2. Составление  материального баланса цементного  завода.

 

Исходные данные при  расчете:

 

Способ производства – мокрый

Годовая производительность завода – 1200000 т/г по клинкеру.

Состав портландцемента:

клинкер ……………………… 95%

гипс …………………………...5%

Состав сырьевой смеси:

известняк …………………….75,87%

глина …………………………24,13%

 

Естественная влажность  сырьевых материалов

известняк …………………….4%

глина …………………………12%

гипс двуводный ……………..6%

Потери при прокалывании сырьевой смеси – 35,228%

 

Производственные потери:

Сырьевых материалов ………2,5%

Клинкера ……………………..0,5%

Добавки……………………….1%

Цемента ………………………1%

Коэффициент использования  вращающихся печей – 0,92

 

При коэффициенте использования  вращающихся печей – 0,92

печи работают в течении  года

365 0.92 = 337 сут = 8088 ч.

 

Отсюда часовая производительность всех печей составит:

 

 т/ч

 

Следовательно, в данном расчете к установке принимаем  три вращающиеся печи производительностью  по 50 т/ч

Материальный баланс цеха обжига:

Производительность трех вращающихся печей:

 

50·3 = 150 т/ч;

150·24 = 3600 т/сут;

150·8088 = 1213200 т/год;

 

Расчет расхода  сырьевых материалов.

 

Расход сырьевых материалов составляет 150 т/г.

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

 т/т, клинкера

 

где 35,228 – потери при  прокалывании 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:

 

 т/т, клинкера

1,56·150=234 т/ч

234·24=5616 т/сут

234·8088=1892592 т/г

 

Определяем расход отдельных  компонентов сырьевой смеси известняка:

 

 т/т, клинкера

1,18·150=177 т/ч

177·24=4248 т/сут

177·8088=1431576 т/г

Определяем расход отдельных компонентов  сырьевой смеси глины – 

 

0,376·150=56,4 т/ч

56,4·24=1353,6 т/сут