Сушильно-помольная установка для производства тампонажного портландцемента

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И  СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИИ.

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «Теплотехника  и теплотехническое оборудование в технологии строительных материалов, изделий и конструкций»

на тему: «Сушильно-помольная установка для производства тампонажного портландцемента»

 

 

 

 

                                               Выполнил студент группы  ПСКз-08-2

                                    Семенцова Наталья Викторовна

                         

                                                             Проверил доцент: 

                                                      Катаева Людмила Ивановна

 

                                                               Дата  выдачи задания на курсовой проект

                                     Дата защиты курсового проекта    

 

                                     Оценка за курсовой проект_____

 

 

 

 

 

ПЕРМЬ 2012

Оглавление

 

1.Теоретический раздел

1.1. Вещественный, химический и минералогический  состав продукта.

 

    Тампонажный цемент (ГОСТ 1581-78) – продукт, получаемый измельчением цементного клинкера, гипса и добавок. Тампонажный цемент применяют для цементирования нефтяных и газовых скважин. Выпускают следующие разновидности тампонажного цемента: утяжеленный, песчанистый, солестойкий и низкогигроскопический, предназначенные в зависимости от условий эксплуатации для холодных и горячих скважин.

 

   В тампонажные цементы при помоле вводят минеральные добавки в следующих количествах: доменный гранулированный или электротермофосфорный шлак – не более 20%, активные минеральные добавки – не более 12%, или кварцевый песок, или известняк – не более 10%. В сверхглубоких нефтяных скважинах, где температура превышает 100С, прочность цементного камня снижается. Чтобы устранить это явление, применяют песчанистый тампонажный цемент с пониженным содержанием С3S и C3A в клинкере и содержанием кварцевого песка, вводимого при помоле в количестве 20-50%.

 

  Тампонажный цемент, затворенный 50% воды, способен давать подвижную массу (пульпу), которую можно накачивать в скважины насосами. Необходимо, чтобы затвердевший цементный камень из такой пульпы обладал высокой начальной прочностью. Сроки схватывания теста из тампонажного цемента, затворенного 50% воды, составляют: для холодных скважин – начало схватывания не ранее 2 часов, конец – для тампонажного цемента не позднее 10 часов, для утяжеленного, песчанистого и низкогигроскопического – не позднее 12 часов, солестойкого - не позднее 20 часов после затворения; для горячих скважин – начало схватывания не ранее 1 часа 45 минут, конец – не позднее 5часов для всех цементов, кроме солестойкого.

 

   Для солестойкого цемента конец схватывания должен наступать не позднее 10 часов с момента затворения. Предел прочности при изгибе образцов, изготовленных из тампонажного цемента для холодных скважин, в возрасте 2 суток должен составлять при температуре затвердения (22+-2)С не менее 2,7 МПа, для горячих скважин в возрасте суток при температуре затвердения (75+-3)С – не менее 3,5 МПа.  

 

1.2 Сушка материала и сушильное  оборудование

 

   Сушка представляет собой тепловую обработку материалов с целью удаления из них влаги путём испарения. Испарение влаги из материала происходит при условии, когда окружающая среда не насыщена влагой и способна воспринять водяные пары от поверхности материала. 

   Следовательно,  при сушке необходимо, чтобы концентрация (парциальное давление) водяного пара непосредственно у поверхности влажного материала (Рпов) была больше, чем концентрация водяных паров в окружающей газовой среде (Ргаз).

   Интенсивность  сушки будет тем выше, чем больше разность парциальных давлений пара на поверхности материала и окружающей среды и больше приток тепла к поверхности материала.

   По технологическим требованиям  производства сушила должны обеспечить  заданную производительность, возможную  гибкость регулирования процесса и соблюдения оптимального режима сушки, чтобы получить наилучшее качество сушимого материала при наименьших затратах.

   При этом большое значение  имеет равномерность сушки материалов или изделий по всему объёму рабочего пространства сушил.

  

   Применяемые в промышленности  сушила можно классифицировать  по ряду конструктивных, технологических  и других признаков.

   По режиму работы  - периодического и непрерывного действия.

   По виду обрабатываемого материала они разделяются на сушила для сушки изделий и сушки сыпучих кусковых материалов.

   По конструкции сушильного пространства – туннельные, шахтные, барабанные, камерные.

   По способу подачи и перемещения материала – распылительные, конвейерные, пневматические, размольно-сушильные.

   По схеме движения материала и сушильного агента – противоточные, прямоточные, с рециркуляцией и другие.

  

   Для сушки мелкокусковых,  сыпучих материалов и порошков  применяются различные конструкции  сушил непрерывного действия, например: барабанные, пневматические и распылительные.

  Барабанные сушила получили распространение в силикатной промышленности для сушки сыпучих и мелкокусковых материалов размером кусков до 50 мм. Барабан сушила имеет длину 4-30 м и диаметр 0.1-3.2 м, установлен под углом 4-6⁰ к горизонту и вращается со скоростью 0.5-8 об/мин.

   Движение материалов  и топочных газов внутри сушила  может быть прямоточным и противоточным.  Последнее обуславливается рядом  факторов. Если требуется глубокое  высушивание материала или когда  материал не выдерживает высокой температуры в первый период сушки и может быть нагрет до более высокой температуры в конце сушки, схема движения может быть противоточной. Противоток применяется при сушке песка, известняка и др. Однако в большинстве случаев находит применение прямоточная схема движения.

   Прямоток обеспечивает  меньшее пыление и унос; влажные  и пластичные материалы легче  отдают начальную влагу и быстро  приобретают необходимую сыпучесть.  Сушка глин, недопускающих потери  пластичности в следствие перегрева, производиться в сушильных барабанах при прямотоке. При этом допускается высокая начальная температура газов, входящих в барабан  (до  900 ⁰С),  но материал при сушке сильно не нагревается. Обычно при температуре отходящих из барабана газов 110 – 120 ⁰С материал выходит с температурой 70-80⁰С. Скорость  движения газов в барабане не превышает 2,5-3 м/с в избежание чрезмерного пылеуноса. 

   Внутренняя полость  барабана в целях улучшения  процессов теплообмена и сушки  заполняется различными насадками  или разделяется на ячейки. При сушке крупнокусковых материалов, склонных к налипанию внутри, на стенках барабана устанавливают продольные лопасти (подъемно-лопастная система). При сушке мелкокусковых материалов по всему сечению барабана устанавливают полки, обеспечивающие надежное перемешивание материала (распределительная система). Для очень мелкого материала, склонного к пылению, применят закрытую ячейковую систему внутренних устройств, в которой материал только переваливается при вращении барабана при небольшой высоте падения. Ячейки не сообщаются между собой.

   Для повышения равномерности сушки материалов, производительности барабана и частичного совмещения сушки и размола применяют навеску цепей, которые заменяют некоторую часть внутренних перегородок по длине барабана. При вращении барабана цепи разбивают крупные куски глины, но при этом повышается вынос пыли газовым потоком. Степень заполнения барабана материалом колеблется в пределах от 0,05 до 0,20. Наибольшая степень заполнения достигается в сушильных барабанах с ячейковым внутренним устройством.

  

   Материал для  просушки поступает в барабан  из камеры загрузки, где смешивается с топочными газами. При вращении корпуса материал пересыпается по внутренним насадкам и продвигается вдоль оси барабана за счет уклона корпуса, нагреваясь при сушке. Топочные газы омывают пересыпающийся материал, нагревают его и поглощают содержащуюся в нем влагу. Для активизации передачи тепла барабаны внутри снабжены различными внутренними теплообменными устройствами. В серийно выпускаемой конструкции устанавливаются насадки: в начале – винтовая, в средней части – подъемно – лопастная, в конце – секторная.

   Эффективность  сушки материалов в сушильных  барабанах характеризуется удельной паронапряжённостью – количеством воды, испарённой за 1 час с 1 м3 рабочего объёма барабана. Удельная паронапряжённость зависит от свойств материалов, их начальной и конечной влажности и для различных материалов может сильно отличаться. При выборе сушильных барабанов пользуются опытными показателями.

   Для уменьшения  потерь тепла через стенки  барабана наружную поверхность  сушильной части барабана теплоизолируют.

 

   При сушке материала  в сушильных барабанах необходимо  соблюдать следующие условия:

- создавать максимально возможный перепад температур газов при входе и выходе из барабана. При этом следует учесть, что при температуре поступающих газов больше 700-800 0С создаётся опасность деформации барабана, а температуре газов меньше 110-75 0С возможна конденсация паров воды и не только прекращается сушка материала, но он даже увлажняется;

 - равномерно питать барабан материалом, куски должны быть одинаковыми по величине. При чрезмерно быстром поступлении в барабан он выйдет из него недосушенным, а при недостаточном поступлении – пересушенным;

 - обеспечить определённую скорость движения газов, которая не должна превышать 1,5-2,0 м/сек. При более высокой скорости повышается унос материала и возрастает пылеобразование.

 

   Для отопления барабанной сушилки можно использовать любой вид топлива, который сжигается в топке, расположенной со стороны входа дымовых газов в барабан. Продукты горения топлива смешиваются с холодным воздухом в смесительной камере для получения требуемой температуры. Отработанные газы удаляются из разгрузочной камеры при помощи вентилятора, предварительно пройдя циклон для очистки от пыли.

 

   Основные преимущества барабанного сушила:

- возможности использования  для сушки дымовых газов с  достаточно высокой температурой (700-800⁰С) без перегрева материала, что обеспечивает хорошую экономичность сушки;

- можно сушить материалы,  содержащие куски размером до 250 мм, и материалы, не обладающие  сыпучими свойствами (флотоконцентраты, шламы и др.).

  

   К недостаткам барабанного сушила можно отнести:

- довольно большие  габариты, обусловленные объемом испаряемой влаги в 1 м³ их рабочего объема;

- значительную массу  сушила (4-5 т на 1 т испаряемой влаги  в 1 ч) и большую массу (до 25% рабочего объема) материала, постоянно  находящегося в сушилке во  время ее работы;

- налипание влажного материала на внутренние устройства сушильного барабана, что значительно снижает эффективность ее работы;

- возможное просыпание  сырого материала через горячий  конец барабана, что удается ликвидировать  увеличением шага разгонной спирали  и уменьшением подачи материала в сушилку.

 

Технические характеристики сушильных барабанов (по ГОСТ 27134-86):

 
1.3 Мельницы

 

   В промышленности для помола применяют разнообразные типы мельниц.

   Помол в мельницах  может быть грубый – при  размере зерен выходящего продукта 1,5-0,3 мм, тонкий – при размере зерен менее 0,1-0,07 мм и сверхтонкий – при размере зерен в 5-10 мкм и ниже.

   Наибольшее распространение  получили барабанные мельницы  с шаровой загрузкой (шаровые мельницы). В отдельных случаях вместо шаров применяют стрежни (стержневые мельницы) и гальку (галечная мельница).

1.3.1 Шаровые  мельницы

 

  Шаровые мельницы  классифицируют по следующим  основным признакам:

   По принципу работы – на периодические и непрерывно действующие;

   По характеру  работы – на мельницы, работающие по открытому и замкнутому циклу; сюда относятся все шаровые мельницы непрерывного действия как мокрого, так и сухого помола;

   По способу  помола – на мельницы сухого и мокрого помола; к мельницам этого типа относятся все шаровые мельницы, за исключением помольных машин с периферийной разгрузкой, а также машин, предназначенных для одновременной сушки и помола и работающих только по сухому способу;

   По форме  рабочего барабана – на цилиндрические, конические и трубные цилиндрические;

   По форме мелющих тел – на шаровые, стержневые и самоизмельчения(без мелющих тел);

   По способу  разгрузки – на мельницы с механической и пневматической разгрузкой;

   По конструкции  загрузочного и разгрузочного  устройства – на мельницы:

а) с центральной загрузкой и разгрузкой через пустотелые цапфы;

б) с разгрузкой через торцовую решетку (с диафрагмой);

в) с периферийной разгрузкой через  решетку;

г) с загрузкой и разгрузкой через  люк в барабане (мельницы периодического действия).

 

 В промышленности строительных материалов применяют в большинстве случаев мельницы непрерывного действия, работающие по открытому или замкнутому циклу, сухим или влажным способом. Производительность мельниц при мокром помоле на 35-45% больше, чем при сухом.

 

 

 

 

 

● Мельницы периодического действия.

   Мельницы с периодической  загрузкой и разгрузкой вследствие  низких эксплуатационных показателей  используют преимущественно в  производстве тонкой керамики  при мокром помоле массы и  глазури. В отдельных случаях,  если необходимо особо тонкое измельчение, эти мельницы можно применять и при сухом помоле материалов, однако в этом случае возникают значительные затруднения при разгрузке.

   Производительность шаровых  мельниц периодического действия  определяют исходя из веса  загруженного материала и времени полного цикла помола. Например, помол полевого шпата и кварца до остатка на сите № 0063  в 1-2% продолжается 5-8 часов.