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

            AШ - потребность в готовом шламе; т/м3

            AC -  потребность в сухом сырье; т/ч

             - плотность шлама; т/м3

         wИ, wГ  -количество воды, поступающее соответственно с натуральным известняком и глиной; т/ч

На основании проведенных ранее расчетов:

AШ =334,4;  AC =351; =1,64

wИ=281,25-265,5=15,75 т/ч

wГ=97,2-84,6=12,6 т/ч

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

W=334,4·1,64-(351+15,75+12,6)=169,066 т/ч

169,066·24=4057,58 т/сут

4057,58·307=1245678,3 т/г

 

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 1819800  клинкера необходимое количество сырьевых материалов, как было подсчитано выше, составляет:

Известняка…………2274750

Глины………………786153,6

С учетом 1,5% потерь потребуется:

Известняка –

2308871,25:307=7520,75

7520,75:16=470

глины –

797945,9:307=2599,17

2599,17:16=162,4

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

                                                 Известняка                       Глины

в год…………………….2308871,25                       797945,9

в сутки…………………..7520,75                            2599,17

в час……………………..470                                   162,4

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

 

1213200 0,995= 1207134т.

 

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

 

в сутки……………1207134:307=3932 т.

в час………………1207134:7368=163,8 т.

 

Введение при помоле цемента гипса (5%) определяет потребность отделения помола клинкера:

1207134 (5:(100-20))=75445,88 т/г

75445,88:307=245,8 т/сут

75445,88:7368=10,24 т/ч

 

Из приведенных выше расчетов следует, что производительность

отделения помола составляет:

1207134+75445,88=1282580 т/г

3932+245,8=4177,8 т/сут

163,8+10,24=174 т/ч

 

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

Тогда действительная производительность помольного отделения составит:

 

1282580 0,995=1276167,1 т/г

4177,8 0,995=4156,9 т/сут

174 0,995=173,13 т/ч

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

75445,88 0,99=74691,42 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 …………..150 0.01=1,5 т.

В сутки……….. 3600 0,01=36 т.

В год …………..1213200 0,01=12132 т.

 

 

Материальный баланс силосно-упаковочного отделения

 

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

 

В год……………..1276167,1 т

В сутки…………...4156,9 т

В час……………..173,13 т

 

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

 

В год……………...1269786 т.

В сутки.. 1269786:365=3478б9 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 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 об/мин, 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.

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. Пройдя зону высших температур, клинкер начинает охлаждаться потоком более холодного воздуха, поступающего из холодильника. В колосниковом холодильнике клинкер окончательно охлаждается до температуры 30-50°С.

 

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 1300-1500°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.

 

 

 

 

 

 

 

4.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”.

Поступающие на предприятие рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по техники безопасности. Ежеквартально должен проводиться дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по техники безопасности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части механизмов и двигателей, а также электроустановки,  приямки, люки, площадки и т.д.

Должны быть заземлены электродвигатели, а также разного вида электроаппаратура. Необходимо предусматривать соответствующие устройства и установки подъемно-транспортных механизмов для безопасного ведения работ.

Из-за взрывоопасности установок по сушке и помолу материалов трубопроводы, сепараторы, бункера для хранения пыли должны оборудоваться предохранительными клапанами.

   Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и  погрузочно-разгрузочных механизмов  должно осуществляться в соответствии  с правилами безопасной работы  у каждой установки.