В зависимости от технологических особенностей приготовления сырьевых смесей различают три способа производства портландцемента: мокрый, сухой и комбинированный.
При мокром способе производства измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде тонкой сметанообразной водной суспензии - шлама. При этом обжиг ведут в длинных вращающихся печах с внутренними теплообменниками.
При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонко измельченного сухого порошка - сырьевой муки, поэтому перед помолом или в ходе его сырьевые материалы высушивают. Обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах с запечными теплообменниками.
При комбинированном способе производства сырьевую смесь готовят по технологии мокрого способа в виде шлама, а затем либо обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18% и подают на обжиг в печь в виде полусухой массы, либо предварительно высушивают до низкой остаточной влажности и обжигают в виде сырьевой муки как при сухом способе. Одним из вариантов комбинированного способа является технологическая схема с обезвоживанием сырьевого шлама в
распылительной сушилке.
Каждый из способов производства имеет свои преимущества и недостатки. Так, при мокром способе в присутствии воды облегчается измельчение материалов, проще достигается однородность смеси по химическому и минералогическому составу, надежнее и проще транспортировка шлама, условия труда с экологической точки зрения лучше. Однако при этом способе расход топлива на обжиг на 30-40% больше, чем при сухом способе, необходимо использовать более длинные печи, так как значительная часть печного пространства выполняет функцию испарителя механически примешанной воды из шлама.
Основным преимуществом сухого способа производства является существенное снижение расхода теплоты на обжиг клинкера - до 3,4-4,2 кДж/кг по сравнению с 5,8-6,7 кДж/кг при мокром способе. Объём печных газов (при одинаковой производительности печей) при сухом способе на 35-40% меньше, чем при мокром. В результате, при сухом способе производства снижается стоимость обеспыливания печных газов, имеются лучшие возможности для использования теплоты отходящих газов для сушки сырья, что позволяет снизить общий расход топлива, но при этом усложняется технологическая схема. Важнейшим преимуществом сухого способа производства является также возможность более высоких удельных съёмов клинкера в печных агрегатах, что позволяет строить печи с производительностью до 6000-10000 т/сут. К недостаткам сухого способа следует отнести относительную сложность корректировки состава шихты, повышение расхода электроэнергии на помол сырья, а также увеличение количества единиц технологического оборудования и усложнение схемы производства. Одним из важнейших условий при компоновке основных агрегатов при проектировании заводов сухого способа производства портландцемента является стремление к наиболее полному использованию теплоты отходящих газов, так как только в этой случае данный способ является эффективным. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходи мокрый. При использовании мощных высокопроизводительных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного работающего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10% и снижение капиталовложений при строительстве заводов на 50%.
Комбинированный способ производства позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг. При этом способе примерно на 30% уменьшается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по сравнению с мокрым способом, но на 15-20% повышается расход электроэнергии. Механическое удаление воды при фильтрации шламов значительно усложняет технологический процесс. В нашей стране этот способ пока не нашел практического применения, однако он имеет широкие перспективы, так как это реальный путь экономии дефицитного топлива при использовании влажного сырья.
Основными способами производства клинкера в мировой цементной промышленности остаются мокрый и сухой. Более распространенным является мокрый способ, на его основе выпускается около 70% от общего производства клинкера в мире. Однако в связи с ростом цен на топливо в последние десятилетия постоянно возрастает доля производства цемента по сухому способу. Выбор способа приготовления сырьевой смеси при проектировании новых предприятий или реконструкции действующих определяется целым радом факторов, связанных не только с технико-экономическими соображениями, но и со свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием топливной и энергетической базы в зоне строительства.
Портландцементная шихта включает карбонатный и глинистый компоненты в соотношениях 75-80% и 25-20%, соответственно. Кроме того, в её состав обычно входят корректирующие добавки: железосодержащие (огарки, колошниковая пыль), глиноземистые (бокситы), кремнезёмистые (кварцевый песок, опока). Их вводят для обеспечения заданного соотношения оксидов в сырьевой смеси, а следовательно, для получения клинкера с необходимым минералогическим составом. Количество корректирующих добавок в сырьевой смеси обычно не превышает 5%, они существенно не влияют на основные физические свойства сырьевых смесей. Поэтому выбор способа производства будет определяться видом и свойствами карбонатного (известняк, мел, известковый туф, известняк-ракушечник, высокоосновный мергель и пр.) и глинистого (глины, глинистые сланцы, лёсс и пр.) сырья. Разные породы существенно отличаются друг от друга по плотности, твёрдости, влажности и однородности состава.
Мокрый способ может оказаться более выгодным при мягких, пластичных, хорошо размучивающихся сырьевых материалах, обладающих обычно высокой влажностью (20-30% и более). Такое сырьё легко диспергируется в водной среде в болтушках и мельницах-мешалках, в результате чего достигается экономия электроэнергии. Мокрый способ более целесообразен и при естественной влажности сырья более 12-15%, поскольку в эхом случае при сухом способе требуются высокие затраты на предварительную подсушку сырьевых материалов.
При наличии твердых сырьевых компонентов умеренной влажности (известняка, глинистого мергеля), которые могут быть измельчены только в мельницах, производство портландцемента может быть организовано по сухому способу. Сухой способ целесообразен также при ограниченной топливной базе в районе завода и высокой стоимости топлива.
Технологические схемы производства портландцемента
Основные отличия в технологических схемах мокрого (рис. 9), комбинированного (рис. 10) и сухого (рис. 11) способов производства проявляются на стадий приготовления сырьевой смеси, и они отражены в табл.'2.
Таблица 2
Отличия в технологических схемах на стадии приготовления сырьевой смеси сухого, мокрого и комбинированного способов производства
Мокрый способ: Двухстадийное тонкое измельчение с предварительным распусканием мягких компонентов на 1-й стадии в воде
Комбинированный способ: Двухстадийное тонкое измельчение с предварительным распусканием мягких компонентов на 1-й стадии в воде, Фильтрация шламов
Сухой способ Предварительное усреднение сырья, Совместное измельчение и сушка сырья.
Эти основные отличия определяют конкретные технологические операции того или иного способа (дробление, тонкий помол, классификация, гомогенизация и пр.) и то, какие типы оборудования используются для их реализации. Заключительные этапы (охлаждение клинкера, помол цемента) одинаковы для всех способов производства.
