Технология производства цемента сухим способом

2SiO₂·Al₂O₃ → 2SiO₂+Al₂O₃

Термическая диссоциация  СаСО₃ — это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСО₃), поэтому потребление

теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне оксид кальция в твердом  состоянии вступает в реакцию с продуктами распада глины с образованием  

низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция (2CaO·SiO₂; СаО·A1₂O₃; 2CaO·Fe₂O₃).

В зоне экзотермических реакций  обжигаемая масса, передвигаясь, быстро нагревается от 1100 до 1300°С, при этом образуются более основные соединения: трехкальциевый алюминат ЗСаО·А1₂О₃(С₃А), четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃(C₄AF), некоторое количество трехкальциевого силиката 3CaO·SiO₂ (С₃S), но часть оксида кальция еще остается в свободном виде. Обжигаемый материал агрегируется в гранулы.

В зоне спекания при температуре от 1300 до 1450°С обжигаемая смесь частично расплавляется. В расплав переходят трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, оксид магния и все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. По мере появления расплава в нем растворяются C₂S и СаО и, вступая во взаимодействие друг с другом, образуют основной минерал клинкера — трехкальциевый силикат 3CaO·SiO₂(C₃S), который плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из расплава в виде мелких кристаллов, а обжигаемый материал спекается в кусочки размером от  4 до 25 мм, называемые клинкером.

В зоне спекания происходит частичное плавление материала. В состав жидкой фазы переходят минералы: С₃А, С₅А₃, C₂F, C₄AF, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси и MgO; в твердом состоянии остаются C₂S, СаО и образовавшиеся на низкотемпературной стадии кристаллы C₃S.

 

CaO + SiO₂ + Fe₂O₃ + Al₂O₃ → С₃S + C₂S + C₃A + C₄AF

 

клинкер

Обжигаемый материал спекается в кусочки размером от  4 до 25 мм, называемые клинкером.

 В процессе обжига клинкера  очень важно поддерживать рабочую  температуру печи в зоне спекания  в интервале 1400-1500°C для преобразования сырьевой муки в клинкер.  Для достижения таких температур требуется, чтобы температура пламени составляла около 2000°С.  Кроме того, по соображениям качества клинкера необходим избыток воздуха в зоне спекания для поддержания окислительных условиях.  В противном случае, если кислород присутствует в недостаточном количестве, четырехкальциевый алюмоферрит не образуется;  вместо этого Fe₂O₃ редуцируется до FeO.  Это приводит к образованию клинкера, из которого производится быстро схватывающийся цемент с меньшей итоговой прочностью.  Кроме того, наличие несгоревшего углерода производит клинкер с нежелательного коричневого цвета.

Охлаждение является заключительной стадией получения клинкера. На этой стадии происходит фиксация в его  составе гидравлических активных модификаций основных клинкерных минералов, и окончательно оформляются гранулы клинкера.

Быстрое охлаждение клинкера после достижения им максимальной температуры  является одним из важнейших факторов, обусловливающих качество цемента.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С, происходит окончательная фиксация его структуры и состава, включающего C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF, стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

По выходе из печи клинкер  необходимо быстро охладить в специальных  холодильниках, чтобы предотвратить  образование в нем крупных кристаллов и сохранить в незакристаллизованном виде стекловидную фазу.

Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и нестабильны. Меняя режим работы печи, можно смещать границы и протяженность зон и тем самым регулировать процесс обжига. /12,13/

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

1

КР 04.00 ПЗ

 

  Разраб.

Степуро

 

 Провер.

Самстыко

 

 Конс.

 

кая

 Н.Контр.

Самстыко

 Утв.

Самстыко

Технологическая схема производства цемента сухим  способом

Лит.

Листов

31

БГТУ 72213028, 13

 

У

Технологическая схема  производства цемента сухим способом

 

1. Технологическая схема процесса

 

Технологическая   схема   производства   цемента   представлена на   рисунке 4.1.1.

Мел и глина при помощи экскаваторов 2 добываются открытым способом на карьерах 1, после чего железнодорожным транспортом 3 доставляются в усреднительные бункера 4. С бункеров 4  сырье при помощи весовых дозаторов 9 в определенной пропорции дозируются в мельницу самоизмельчения «Аэрофол» 12, в которую также подаются отходящие дымовые газы из циклонного теплообменника 23 и   газотурбинной установки 15.   Пиритные огарки на завод поступают в железнодорожных вагонах 5, затем доставляется  в приемные бункера 11 после чего при помощи весового дозатора 8 подаются на  ленточный конвейер 10 и в мельницу «Аэрофол» 12, снабженную шахтной молотковой мельницей.

Помол и сушку сырьевой смеси  целесообразно вести одновременно в одном аппарате. Этот способ более  эффективен и экономически выгоден, так как теплота отходящих  газов из печи расходуется на удаление влаги. В настоящее время он применяется  на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

Высушенная до влажности примерно 1% и предварительно измельченная сырьевая мука выносится с дымовыми газами в проходной сепаратор 14, где разделяется  на крупную и мелкие фракции. Крупка подается обратно на домол в мельницу самоизмельчения 12, а мелкие фракции осаждаются в циклонах 16 и рукавном фильтре 17.

Далее сырьевая мука подается в бункер 20, а затем  подготовленная сырьевая мука при помощи ленточного конвейера 21 и элеватора 22 поступает в силос 34, где и происходит окончательная  корректировка и гомогенизация.

После силоса гомогенизации сырьевая смесь при помощи элеватора 22 подается в циклонный теплообменник 23 между  циклонами III и IV. Сырьевая мука в циклонном теплообменнике 23 нагревается до температуры начала декарбонизации, а затем кальцинаторе (декарбонизаторе) происходит разложение карбонатного компонента (степень декарбонизации 85%). Топливо в декарбонизаторе сжигается в вихревой камере.

В реакторе конвективный теплообмен происходит почти мгновенно, (поэтому  в нем отсутствует высокотемпературная  зона, горение идет в присутствии  большого количества инертных газов  при температуре 900–1000°С. Это   обусловливает  беспламенное горение топлива,   что   в   свою   очередь

 

предотвращает локальный нагрев материала и  позволяет избежать налипания его

на стенки декарбонизатора и газоходов. В  связи с тем, что в декарбонизаторах осуществляется беспламенное горение топлива при относительно низкой температуре и незначительном избытке кислорода, оксиды азота практически не образуются. Кроме того, при прохождении через декарбонизатор печных газов содержащиеся в них оксиды азота восстанавливаются. Это снижает содержание оксидов азота в выбрасываемых в атмосферу газах.

В декарбонизаторе сжигается примерно 60% расходуемого на обжиг топлива  и 40% – во вращающейся печи.

Для обеспечения высокой надежности работы печного агрегата, средств  контроля и управления ответственные  детали и узлы системы циклонного теплообменника (выходные патрубки циклонов, компенсаторы, рассекатели, мигалки, детали креплений футеровки и др.) изготовлены из жаростойких сталей марок 20Х23Н18 и 12Х18Н10Т. Футеровка циклонов и газоходов теплообменника выполнена с использованием жаростойкого торкрет-бетона по теплоизоляции с надежной анкеровкой.

Для предохранения циклонов IV ступени, газоходов и дымососа от перегрева при различных ситуациях предусмотрены впрыскивание воды и установка специального клапана присадки холодного воздуха в газоход перед циклоном IV ступени. Компоновка циклонов теплообменника выполнена максимально компактно с минимальными горизонтальными участками газоходов с целью уменьшения возможности отложения пыли в газоходах.

После декарбонизатора материал поступает  в циклоны I ступени, а затем во вращающуюся печь 24, где и происходит процесс формирования  клинкера.

Горячий клинкер с температурой порядка 1250⁰С, вышедший из печи 24, подвергается резкому охлаждению в колосниковом холодильнике 26, после чего при помощи лоткового конвейера 27 направляется в шатровый склад 28 на хранение. Нагретый воздух в холодильнике выступает в качестве вторичного воздуха при горении топлива и подается на горение во вращающуюся печь и декарбонизатор.

Помол осуществляется следующим образом: гипс и шлак на завод поступают  в железнодорожных вагонах и  разгружаются на закрытый склад. На складе предусмотрена щековая дробилка 4, в которой происходит дробление  гипса. Со склада гипс и шлак  при  помощи ленточного конвейера 10 гипса  в трубную мельницу 29.

Клинкер в цех помола со склада клинкера 28 подается по наклонному ленточному конвейеру 10 в трубную мельницу 29.

Трубная мельница 29 работает  по замкнутому циклу  помола. После измельчения  продукт при помощи элеватора 22 поступает  в сепаратор 30 с выносными циклонами, где происходит отделение крупки от готового продукта. В сепараторах  пылевоздушная смесь образуется непосредственно в самом аппарате. Классифицируемый материал попадает на вращающийся диск. Часть крупных  частиц под действием силы тяжести  падает вниз, остальные под действием  центробежных сил сбрасываются во внутренний корпус. Вращающиеся вместе с диском вентилятор и крыльчатка засасывают воздух из нижней зоны, который, поднимаясь вверх, подхватывает мелкие частицы и поступает в пространство между внутренним и внешним корпусами, двигаясь по спирали вниз. Под действием центробежной силы мелкие частицы отбрасываются к стенкам, где происходит снижение скорости движения частиц. Затем частицы выпадают из потока и поступают к разгрузочному патрубку. Через жалюзи воздух снова поступает во внутренний корпус, где процесс повторяется.

Готовый продукт при помощи аэрожелоба 35 направляется в промежуточный  бункер цемента 31. Крупка же поступает  назад в мельницу на домол.

Тонкость помола цемента характеризуется  остатком на сите 008. Согласно стандарту  этот остаток не должен превышать 15%. После бункера цемента продукт  при помощи пневмокамерного насоса 32 транспортируется в силос для хранения и упаковки 33.

Очистка запыленного воздуха на заводе осуществляется в двухступенчатой  пылеулавливающей установке, состоящей  из циклона 16 и электрофильтра 25.

На силосный склад цементного завода цемент в виде аэросмеси транспортируется насосом по цементопроводу. Чтобы переключать подачу цемента в ответвляющийся цементопровод, устанавливается двухходовой переключатель с пневматическим дистанционным управлением.

На верху силоса находится распределительный цементопровод, соединенный с питательным цементопроводом. Из него цементная аэросмесь через двухходовые переключатели поступает в патрубки, а затем в силос.

Скорость движения аэросмеси по трубам от 15 до 30 м/с. При такой скорости цементные зерна удерживаются в воздушном потоке. Но при входе в силос скорость движения аэросмеси резко падает и из нее выпадает цемент.

Воздух, предварительно пройдя пылеулавливающую установку, уходит из силоса в атмосферу. Силосы соединяются между собой трубами, по которым воздух может переходить из одного силоса в другой и удалиться через один или сразу через несколько фильтров. Наполнение силосов контролируют уровнемерами.

Разгружаются силосы пневматически. Для этого днище силоса устраивают с наклоном 4–5%, а 20–25% площади покрывают коробками с аэроплитами. В коробки нагнетается под давлением 0,2–0,3 МПа предварительно охлажденный и обезвоженный воздух. В результате цемент насыщается воздухом и приобретает свойство жидкости, стекая в отверстие в центре днища. Аэрация силоса служит также для того, чтобы цемент не слеживался и охлаждался.

Разгружают силосы с помощью  пневморазгружателей донного типа дистанционного управления.

Донный пневморазгружатель работает следующим образом. Через воронку разгружателя цемент стекает в корпус и попадает на аэроплиты, служащие нижней поверхностью корпуса, к которым подводится сжатый воздух. Цемент, находящийся на аэроплите, насыщается проходящим через нее воздухом и приобретает текучесть. Легкоподвижный цемент транспортируется дополнительным сжатым воздухом, подаваемым в коробку шибера и направляется к разгрузочному патрубку. Поток цемента можно регулировать и полностью выключать коническим клапаном.

Между воронкой и корпусом установлена  задвижка, предназначенная для полного  отключения подачи цемента из силоса в разгружатель. Производительность донного разгружателя до 120 т/ч, расход воздуха составляет 1 м³ на 1 т цемента при давлении 0,2–0,3 МПа.

Отгружают цемент в таре – бумажных мешках – или навалом, в специально оборудованном транспорте – цементовозах или контейнерах автомобильного, железнодорожного или водного транспорта со специальными разгрузочными устройствами. 

 

Рисунок 4.1.1 Технологическая схема производства цемента 

4.2 Характеристика основного оборудования

 

Перечень оборудования для производства цемента достаточно широк и включает в себя:

- дробильное оборудование;