Технологические линии производства цветного портландцемента

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремится к наиболее тонкому помолу, теснейшему смещению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического состава сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца и возможно в более короткий срок.

Согласно заданию в данной курсовой работе выбран сухой способ производства из-за того, что исходные материалы состава(известняк, зола-ТЭС) имеют небольшую влажность, что позволяет применить данный способ. Также, при использовании в качестве алюмосиликатного компонента глинистого сланца, рекомендуется применять сухой способ. При производстве цемента по сухому способу (рисунок 1.) сырьевые материалы в зависимости от твердости измельчают в дробилках различной конструкции до кусков размером 20 - 30 мм и, если влажность их превышает 8%, подсушивают в мельницах самоизмельчения «Аэрофол». Подсушенные материалы в требуемых соотношениях поступают в мельницу сухого помола, где производятся их сушка и тонкое измельчение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-Дробление; 2-предварительная гомогенизация; 3-Помол/Сушка;

4-Гомогенизация; 5-Гранулирование; 6-Сушка; 7-Ротационная печь;

8-Клинкер; 9-Добавки; 10-помол; 11-Хранение; 12-Упаковка;

13-Транспортировка.

Рисунок 1 – Технологическая схема производства портландцемента по сухому способу.

 

Размолотая сырьевая мука подается в гомогенизационные силоса, над которыми расположены бункеры тонкоизмельченных корректирующих добавок. В этих силосах сырьевая мука тщательно перемешивается и корректируется. Из гомогенизационных силосов сырьевая мука поступает в расходные силосы и далее в циклоны теплообменники вращающейся печи. Полученный клинкер после выдерживания измельчается вместе с добавками и поступает в силоса цемента. Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1 %. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства - сушка. Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси.

 

Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка - сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи. Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4-4,2 МДж/кг. Кроме того, на 35-40 % уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья. Важнейшее преимущество сухого способа - более высокий съем клинкера с 1 м3 печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 2-3 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25 % по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным. Инвестиционная привлекательность строительства цементного завода высока. Расчётная окупаемость капиталовложений при готовой инфраструктуре не превышает 4 – 5 лет, а при строительстве цементного завода на новом месте составляет 6 – 8 лет.

 

 3.2 Структура и режим работы предприятия

Типичной для производства портландцемента, а соответственно применяемой на проектируемом предприятии, являются следующие структуры:

-склады сырьевых материалов – в данных складах материал хранится непродолжительное количество времени, во избежание остановок производства. С них постоянно подаётся материал на основное производство. Такие склады оснащены экскаваторами и бульдозерами для разгрузки и погрузки материалов, предназначенных для дальнейшей обработки;

-производственные цехи – осуществляют переработку сырья в готовую продукцию. На данном предприятии используется дробильное отделение, цех силосования, сепарирования, помола вяжущего и обжига.

-вспомогательные цехи – в данных цехах осуществляется ремонт оборудования, а также всё необходимое для стабильной работы основного производства. В данную группу цехов входит ремонтно-механический цех, котельные, компрессорный цех;

-обслуживающие цехи – в данную группу входят цехи, организующие работу транспорта: гаражи для автотранспорта, железнодорожная станция.

-лаборатория и отдел технического контроля (ОТК) – для проверки качества продукции и выявления различного рода браков в  производстве. Данный отдел должен регулярно брать пробы на проверку с производства, во избежание попадания некачественной продукции потребителю и устранения технологических ошибок;

-склад готовой продукции – данный склад аналогичен по своему принципу работы со складом сырьевых материалов;

-административно-управленческий аппарат – обеспечивает организационные вопросы, управление предприятием. В данный комплекс входит одно здание АБК, в котором располагаются кабинеты директора завода, заместителя директора, ответственного за производство технолога, материально ответственного работника, отвечающего за сохранность оборудования, инженера по технике безопасности, бухгалтерия и другие.

 

Режим работы для предприятия цементной промышленности необходим непрерывный из-за того, что на предприятии производится термическая обработка. Самый передовой завод в Республике Казахстан, работающий по сухому способу, находится в Жамбылской области и работает в 3 смены за одни сутки, поэтому в данном проекте мы решили принять также 3х сменный режим работы. Число рабочих мест на данном предприятии предположительно равно 192 человека.

 

Годовой фонд рабочего времени рассчитывают по формуле:

                                              (5)

где Ср – расчётное количество рабочих суток в году, сут;

       n – количество рабочих часов в сутки, ч;

       Кисп – коэффициент использования оборудования во времени.

 

Данные о режиме работы для более наглядного изображения приведены в таблице 7.

 

Таблица 7 – Режим работы предприятия

Наименование цеха, отделения	Количество рабочих суток, Ср, сут	Количество смен в сутках	Длитель-ность рабочих суток, ч	Коэффициент использо-вания оборудо-вания, Кисп	Годовой фонд рабочего времени, Вр, ч
Склады сырья и готовой продукции	365	3	23	0,834	7000
дробильное отделение	365	1	12	0,913	4000
цех силосования, сепарирования, помола вяжущего и обжига	365	3	23	0,834	7000
ремонтно-механический цех, котельные, компрессорный цех	301	2	16	0,83	4000
гаражи для автотранспорта, железнодорожная станция	365	3	23	0,834	7000
лаборатория и отдел технического контроля (ОТК)	301	1	8	0,91	2200
административно - управленческий аппарат	249	1	8	0,75	1500

 

Комментарий к таблице 7: завод работает по непрерывному режиму работы, следовательно все основные цеха, направленные на изготовление продукции работают 365дней в году, 24часа в сутки и в три смены. Однако оборудование не может ломаться ежедневно, поэтому содержать бригаду ремонтно-механического цеха всё время работы предприятия нецелесообразно. Принято решение о назначении данному цеху 6и дневной рабочей недели и 2х сменного режима работы. Лаборатории, ОТК и АБА нецелесообразно делать посменный рабочий день, т.к. их обязанности не являются срочными и на ход производства напрямую не зависят. Поэтому эти комплексы работают в дневную смену, причём работники лаборатории имеют 6и дневную рабочую неделю, а работники административно-управленческого аппарата работают 5 дней в неделю.

 

3.3 Описание технологической схемы  производства  портландцемента

(графическое изображение схемы  приведено в приложении А – рисунки 1,2,3)

 

3.3.1. Карьерные работы

Природное ("первичное") сырье – известняк и зола-ТЭС добываются в карьерах, которые, в большинстве случаев, расположены поблизости от цементного завода. После добычи сырье дробится непосредственно в карьере и транспортируется на цементный завод для промежуточного хранения, гомогенизации и дальнейшей переработки. Размеры частиц, добываемых из карьера, обычно составляют 100-200мм, переправлять такие валуны было бы неэкономично и неудобно. Поэтому на производство поступает сырье с размером частиц менее 20мм, что облегчает последующую работу с сырьём [9].

"Корректирующие" материалы, такие  как отходы обогащения железных руд, могут быть необходимы в химическом составе сырьевой смеси в соответствии с требованиями процесса и технических требований к продукту. Количество корректирующих материалов обычно очень мало по сравнению с общими объемами основного сырья. Технология цементного производства позволяет использовать в нём отходы добывающей, металлургической отраслей, а также побочные продукты этих производств. Гибкая технология позволяет осуществлять комбинирование производства цемента с производством металлов. Оно используется в ограниченных объемах. Таким же образом как традиционное сырье, оно может подаваться на дробилку карьера или непосредственно в процессе подготовки сырья на цементном заводе. На сегодняшний день, современные методы обработки на компьютере позволяют оценить сырье и оптимизировать долгосрочные и краткосрочные производственные планы. Зола-ТЭС изначально имеет размер частиц 1-2мм, поэтому она в измельчении не нуждается. На рисунке 2 видно, как добывается сырьё в карьере.

Рисунок 2 – Карьерные работы

 

3.3.2. Подготовка сырья

Известняк и золу ТЭС предварительно дробят, затем высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и золу совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Для получения сырьевой муки определенного химического состава мельниц ее направляют сначала в смесительные, а затем в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием CаCO3). В силосах мука перемешивается сжатым воздухом. После промежуточного хранения и догомогенизации сырье сушится и перетирается в определенных и хорошо контролируемых пропорциях в мельницах, в результате чего получается сырьевая мука для сухого процесса. Получающийся промежуточный продукт, то есть сырьевая мука, сохраняется и далее гомогенизируется в бункерах сырьевой смеси, в результате чего достигается и поддерживается необходимый однородный химический состав перед отправлением в печь. Как правило, приблизительно необходимо 1.5 - 1.6 тонны (сухого) сырья для производства одной тонны спекшегося материала - клинкера.

 

3.3.3. Подготовка топлива

Обычное (ископаемое) топливо, используемые в европейской цементной промышленности - главным образом уголь (гумат и каменный уголь), топливный мазут (продукт, получаемый в результате очистки сырой нефти) и необработанная нефть (“бункер C”). Природный газ редко используется из-за его высокой стоимости. "Альтернативные" виды топлива - неорганические топлива, производимые из индустриальных отходов - широко используются в наши дни вместо традиционных видов ископаемого топлива. Подготовка топлива - то есть измельчение, высыхание, размол, и гомогенизация – обычно производится на месте. Для этого нужны угольные мельницы, бункеры и помещения для хранения твердого топлива, резервуары для жидкого топлива и соответствующий транспорт и системы подачи к печам. Потребление топлива в значительной степени зависит от основного технологического процесса, применяемого при спекании цементного клинкера.

 

3.3.4. Спекание цементного клинкера

Готовая сырьевая мука поступает в печи, где подвергается процессу тепловой обработки, состоящему из последовательных ступеней высыхания/подогрева, прокаливания (например при получении CO2 из известняка), и спекания (или “клинкеризации”, например при минерализации клинкера при температуре до 1450 ° C). Спекшийся продукт "клинкер" охлаждается потоком воздуха до 100-200 ° C и транспортируется к месту хранения. Обычно применяются барабанные печи с или без так называемых циклонных теплообменников (в более современных системах - "декарбонизатор") в зависимости от основного процесса избранного проекта. Небольшой наклон (3.5 %) вместе с медленным вращением (2.5 оборотов в минуту), позволяют перемещать обрабатываемые материалы достаточно долго для достижения термической конверсии требуемых процессов. Высокая температура в печи используется для сушки сырья, твердого горючего или минеральных добавок в мельнице. Отработанные газы проходят через электростатические осадители или системы мешочных фильтров прежде, чем выпускаются в атмосферу.