Описание технологического процесса производства цемента

Рисунок 3. Технологическая схема производства цемента.

Добыча сырьевых материалов.

Рисунок 4. Погрузка мела в думпкары.

Сырьевые материалы, мел и глина, добываются в карьерах предприятия. Сырье добывается экскаваторами. Мел транспортируется от карьера до завода железнодорожным транспортом на расстояние 2,5 км. в самоопрокидывающихся вагонах – думпкарах.

Приготовление сырьевого шлама.

Сырьевой шлам готовится мельнице мокрого самоизмельчения “Гидрофол” куда подается мел, глина, железосодержащая добавка и вода. Приготовленный шлам влажностью 38 – 39 %, подвергают дополнительному измельчению в трубных мельницах размером Ø 3Х8,5 м. Корректирование сырьевого шлама осуществляют в вертикальных шламовых бассейнах, хранение готового шлама в горизонтальных шламовых бассейнах, из которых шлам подается на вращающиеся печи.

Рисунок 5. Мельница самоизмельчения “Гидрофол”.

Обжиг сырьевого шлама.

Рисунок 6. Цех “Обжига клинкера”.

Обжиг сырьевого шлама и получение клинкера осуществляется в пяти вращающиеся печах размером Ø 4,0Х150 м производительностью – 33,5т/час; оснащенных рекуператорными холодильниками, и двух вращающихся печах размером Ø 4,5Х170 м производительностью – 50 т/час, оснащенных колосниковыми холодильниками; все вращающиеся печи снабжены эффективными теплообменными устройствами – цепными завесами и ковриковыми теплообменниками.

Пыль, уловленная электрофильтрами, возвращается в печи на повторный обжиг. Полная годовая мощность печного отделения предприятия составляет 2 млн. 200 тыс. тонн клинкера.

Охлажденный клинкер транспортируется ковшовыми транспортерами в открытый склад отделения помола цемента.

Помол клинкера и добавок.

Помол клинкера и добавок производится в трубных цементных мельницах, типоразмеров: 7 мельниц – 2,6Х13 м, производительностью 25 т/час; 3 мельницы - 3,0Х14 м, производительностью 50 т/час; 4 мельницы – 3,2Х15 м, производительностью до 60 т/ час. Готовый цемент пневмовинтовыми и пневмокамерными насосами транспортируется по цементопроводу в цементные силосы. Годовая мощность помольного отделения составляет около 3 млн. 600 тыс. тонн. цемента в зависимости от выпускаемого ассортимента и рыночного спроса.

Хранение, тарирование цемента и его отгрузка потребителю.

Для хранения готовой продукции на предприятии имеется 22 силоса, обеспечивающее более 70 тыс. тонн цемента. Продукция потребителям отправляется навалом в специализированных железнодорожных вагонах и авто-цементовозах. Тарирование цемента в бумажные мешки по 25 и 50 кг производится карусельными машинами.

Рисунок 7. Тарирование цемента.

Упаковочные машины устанавливают в силосном корпусе для упаковки цемента в бумажные (крафт – бумага в 4 - слоев) мешки; эта бумага не промокаема и выдерживает нагрев до 150⁰ С. На ряде цементных заводов для упаковки цемента в мешки используют четырех сосковые упаковочные машины производительностью за 1 час 700 мешков (36 тонн).

Механизированный комплекс производства немецкой фирмы “Миллер” позволяет одновременно осуществлять тарирование цемента в бумажные мешки, формировать мешки с цементом в пакеты без поддонов и обтягивать готовые пакеты в термоусадочную пленку по системе контр чехлов. Упаковка цемента, которую осуществляет этот комплекс, в полном объеме соответствует требованиям евро стандарта. Мощность этого комплекса – 200 тыс. тонн упакованного цемента в год. Помимо этого, имеется оборудование по затарированию цемента в мягкие контейнеры типа “биг - бег”, грузоподъемностью 1 и 1,5 тонн, мощностью 120 тыс. тонн цемента в год.

Контроль производства.

Контроль производства цемента по всем переделам осуществляет центральная лаборатория, в состав которой входят аналитическая лаборатория, испытательное подразделения и цеховые лаборатории. Лаборатория оснащена современным оборудованием, в том числе позволяющим проводить физико – механические испытания цементов по международным стандартам.

 

Гидрофол.

Рисунок 8. Мельница самоизмельчения “Гидрофол”.

1 – горловина; 2 – загрузочная цапфа; 3 – барабан; 4 – броневые плиты; 5 – разгрузочная цапфа; 6 – венцовая шестерня; 7 – бутара; 8 – электродвигатель; 9 – редуктор; 10 – разгрузочная горловина; 11 – подшипник; 12 – решетка; 13 – лифтеры; 14 – загрузочная втулка.

В настоящее время при производстве цемента по мокрому способу широко применяют мельницы “Гидрофол”. В этих мельницах при бесшаровом измельчении куски сырья действуют как измельчающие тела. Измельчение мягких пород в мельнице “Гидрофол” осуществляется в результате удара, раздавливания и трения.

Таким образом, в мельнице “Гидрофол” происходит одновременный процесс дробления и помола. Время пребывания размалываемого материала в мельнице 3 – 5 мин.

Преимущества мельницы “Гидрофол” – высокая производительность, простота конструкции и обслуживания, небольшая частота вращения органов, низкая удельная затрата электроэнергии.

Мельница “Гидрофол” представляет собой короткий полый барабан 3, который опирается на два цапфовых подшипника 11. Внутренняя полость барабана футерована броневыми плитами 4 из износоустойчивого материала. Броневые плиты отливаются с подъемными ребрами (лифтерами 13), которые служат подъемниками для измельчаемых материалов.

Торцовые стенки барабана снабжены двумя рядами кольцевых плит конического сечения. К фланцам торцовых стенок барабана присоединены загрузочная 2 и разгрузочная 5 опорные цапфы. Со стороны разгрузки расположена выходная классифицирующая решетка 12, через которую проходит готовый шлам. Готовый шлам ковшами подается в разгрузочную горловину 10. Для выделения крупных частиц из шлама разгрузочное устройство оснащено двойным коническим ситом с отверстиями размером 10 и 40 мм, называемой бутарой 7.

Мельница вращается с помощью зубчатой венцовой шестерни 6 от редуктора 9 и электродвигателя 8. Мельница кроме главного привода снабжена вспомогательным, для медленного вращения барабана при ремонте. Материал загружается в мельницу через горловину 1 и втулку 14 полой цапфы. В барабане материал с помощью подъемных ребер (лифтеров) поднимается, и затем падает с большой высоты, измельчаясь при ударах кусков один о другой и о броневые плиты.

Производительность мельниц “Гидрофол” можно повысить путем под-бора оптимального живого сечения разгрузочной решетки (бутары 7), необходимого количества лифтеров на внутренней поверхности барабана и их оптимальной конструкции в зависимости от свойств сырьевых материалов. Раз-мольная способность мельницы значительно повышается при применении классификаторов (гидроциклонов, вибросит и др.) в замкнутом цикле ее работы.

Вращающаяся печь.

Обжиг сырьевого шлама и получение клинкера на предприятии осуществляется в пяти вращающихся печах Ø 4,0Х150 м, оснащенных рекуператорными холодильниками, и двух вращающихся печах размером Ø 4,5Х170 м, оснащенных колосниковыми холодильниками.

Основной частью вращающейся печи является облицованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, расположенный наклонно (3 – 4 %) к горизонту и вращающиеся вокруг продольной оси с частотой вращения 0,9 – 2 об/мин, в зависимости от диаметра печи. Внутрь барабана с верхнего (холодного) конца непрерывно подается сырьевая смесь (шлам). В нижнем (горячем) конце печи горит топливо. Горячие газы, движущиеся навстречу сырьевой смеси, испаряют содержащуюся в ней влагу и нагревают ее до температуры обжига.

Обожженный продукт (клинкер) при дальнейшем перемещении вниз из корпуса печи попадает в устройство для охлаждения – холодильник, а газы, отдавшие большую часть своего тепла сырьевой смеси, выбрасываются в атмосферу через пылеуловитель.

По характеру процессов, протекающих в печи, ее разделяют на зоны испарения (сушки), подогрева, кальцинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения. В зоне испарения, начинающиеся у загрузочного конца, испаряется вода из шлама (или из сырьевых гранул) и подогревается материал до 150⁰С. Из зоны испарения материал переходит в зону подогрева, где температура его повышается до 500 – 600⁰ С. Здесь начинаются реакции: изменяется химический состав и физические свойства сырьевой смеси, разлагаются органические вещества и выделяется химически связанные вода (происходит дегидратация глины) при 450⁰ С.

В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала поднимается до 900 – 1200⁰ С. Здесь углекислый кальций и магний декарбонизируются. При этом выделяется большое количество свободной извести, находящейся в тонкодисперсном состоянии. Свободная известь, взаимодействуя с кремнеземом и полуторными окислами, образуя клинкерные минералы. Эта реакция протекает в твердом состоянии медленно и сопровождается превращением порошкообразной массы в крупные гранулы.

В зоне экзотермических реакций, где температура материала достигает 1300⁰ С начинает образовываться большая часть двухкальциевого силиката, а также алюминатов и алюмоферритов. Количество свободной извести в сырьевом материале быстро уменьшается. В этой зоне завершаются все реакции в твердом состоянии. В зоне спекания температура материала повышается до 1400 – 1450⁰ С, материал частично плавится с образованием жидкой фазы, взаимодействующей с продуктами реакций в твердом состоянии, то есть начинается процесс спекания. Взаимодействуя в расплаве с CaO, двухкальциевый силикат образует основой клинкерный минерал – трехкальциевый силикат, выделяющийся из жидкой фазы в кристаллическом виде. при понижении температуры до 1300⁰ С жидкая фаза застывает и процесс спекания заканчивается.

 

Рисунок 9. Вращающаяся печь.

1 – течка для подачи шлама; 2 – фильтр – подогреватель; 3 – цепная завеса; 4 – теплообменник; 5 – бандаж; 6 – венцовая шестерня; 7 – огнеупорная футеровка; 8 – головка печи; 9 – холодильник; 10 – привод печи; 11 – роликоопоры с контрольными роликами.

Корпус печи сваривают из стальных листовых обечаек длиной 2 – 6 м, толщиной 32 – 120 мм, внутреннюю поверхность футеруют огнеупорным кирпичом. Корпус печи имеет бандаж 6, изготавливают из более толстого стального листа, через которые вся масса печи с материалом передается через роликоопоры на фундаменты. Количество бандажей и их размеры определяются диаметром и длиной печи. Ширина бандажа должна быть на 40 – 80 мм меньше ширины опорных роликов. Бандажи применяют опорные и опорно – упорные. Они насаживаются на корпус печи плотно и крепятся с помощью прокладок или методом посадки с тепловым натягом. В последнее время применяют вварные бандажи. роликовые опоры для бандажей устанавливают на металлической раме, которая крепится на массивном железобетон-ном или металлическом фундаменте.

Смазочная система опор скольжения – черпаковая из масляных ванн корпусов подшипников, опор качения – жидкая циркуляционная или густая набивная.

Печь также оснащена системой гидроупоров. Гидроупоры, восприни-мая осевое усилие, автоматически поддерживают печь в заданном промежут-ке между крайним верхним и нижнем положениями.

Корпус печи приводится во вращение от электродвигателя через редуктор 10, подвенцовую и венцовую зубчатые шестерни. Для проворачивания печи во время ремонта или проведения футеровочных работ на необходимый угол устанавливают вспомогательный привод. В случае остановки основного электродвигателя включают вспомогательный, медленно вращая печь и предупреждая этим возникновение нежелательных деформаций корпуса печи.

Смазочная система редуктора главного привода, подшипников подвенцовой шестерни и подшипников гидроупоров – циркуляционная жидкая. Смазочный материал в узлы трения нагнетается с помощью смазочной станции. Смазочная система зацепления – венца и подвенцовой шестерни, редуктора вспомогательного привода, соединений промежуточного вала – жидкая заливная.

Горячий конец печи закрыт откатной головкой 8, через которую проходят форсунки для питания печи топливовоздушной смесью. Холодный конец печи входит в пыльную камеру.

Печной агрегат включает в себя:

Ø Корпус вращающейся печи со встроенными теплообменными устройствами, в котором происходят физико – химические процессы превращения сырьевых материалов в клинкер;

Ø Питатель шлама, с помощью которого непрерывно подается смесь в печь;

Ø Дутьевой вентилятор и топливную форсунку, по которой углевоздушная смесь непрерывно поступает в горячий конец печи;

Ø Холодильник, в котором охлаждается раскаленный клинкер при выходе из печи и подогревается воздух для горения топлива;

Ø Дымосос, преодолевающий аэродинамическое сопротивление всего газового тракта и обеспечивающий надежность скорости газов в печи (тягу), при которой процессы испарения, подогрева и обжига материала протекает с необходимой интенсивностью;

Ø Пылеулавливающие устройства – пылеосадительную камеру и электрофильтр, которые обеспечивают требуемую степень обеспыливания газов перед выбросом в атмосферу;

Ø устройство для возврата а печь пыли, уловленной в пылеосадителях;

Ø Уплотнительные устройства;

Ø Контрольно – измерительные и регулирующие приборы и аппаратуру, которые позволяют с одного пункта контролировать процессы, протекающие в отдельных механизмах, устройствах, частях и зонах печи, а также регулировать интенсивность этих процессов и управлять всей установкой из указанного пункта.

Печь имеет главный и вспомогательный приводы (рисунок 3). Первый - обеспечивает рабочий режим печи (при n = 0,5 / 1,5 мин-1) и содержит электродвигатель, редуктор, соединительные муфты, промежуточный вал, венцовую и подвенцовую шестерни. Вспомогательный привод используется при пусках и остановках печи, при ремонтных работах. Привод вращающейся печи, начиная с печи размером 4,5*150 м обычно выполняют в виде двух нитей, расположенных справа и слева от ее корпуса. Венцовая шестерня устанавливается на корпусе печи, примерно на одинаковом расстоянии от" холодного" и "горячего" концов.

"Горячий " конец печи закрыт откатной головкой, через которую проходит форсунка для питания печи топливно-воздушной смесью.

 

 

Рисунок 10. Кинематическая схема привода печи.

1 - Электродвигатель главного привода; 2 - Муфта упругая; 3 - Редуктор; 4 - Муфта кулачковая; 5 - Редуктор вспомогательного привода; 6 - Муфта; 7 - Электродвигатель вспомогательного привода; 8 - Рычаг управления муфтой; 9 - Промежуточный вал; 10 - Подвенцовая шестерня; 11 - Венцовая шестерня.

"Холодный" конец входит в пылевую камеру. Для предотвращения подсоса воздуха на концах печи установлены специальные уплотнительные устройства (с прорезиненной лентой; лабиринтное; лепестковое и др.)

Выбор уплотнительного устройства производится с учётом величины смещения печи и температуры. Для увеличения теплообмена между горячими газами и материалом печи снабжены внутренними теплообменными устройствами. Чаще всего они выполняются в виде цепных в корпусе печи со стороны "холодного " конца по длине 30...40 м.

Охладители клинкера.

Рекуператорный холодильник.

Рисунок 11. Рекуператорный холодильник.

1 – стакан; 2 – седло; 3 – башмак порога; 4 – межлеечные башмаки; 5 – подрекуператорная обечайка; 6 – лейка; 7 – днище рекуператора; 8 – броневая плита с полкой; 9 – гладкая броневая плита; 10 – крепление рекуператора; 11 – корпус рекуператора; 12 – полка (сварная).

Холодильник состоит из определенного числа небольших охладительных барабанов (рекуператоров), симметрично расположенных по окружности корпуса печи со стороны ее горячего конца. Барабаны крепят к подрекуператорной обечайки 5 корпуса печи специальными креплениями 10. Днище 7 рекуператора соединено с корпусом печи лейкой 6. между лейками внутри печи расположены башмаками 4 из жаропрочного чугуна.

Для лучшего пересыпания клинкера при вращении печи рекуператор внутри с горячего конца отфутерован броневыми плитами с полками 8 из жаропрочного чугуна. В середине рекуператора установлены гладкие броневые плиты 9, а в конце – сварные пересыпающие полки 12. В конце барабана находится разгрузочное отверстие с колосниками, а в торце установлены борт, препятствующий высыпанию клинкера через открытый конец барабана.

Материал задерживается в холодильнике и тепло его передается проходящему через холодильник воздуху, который охлаждает клинкер до температуры 250 – 350⁰ С и затем подогретый поступает в печь.

Вращающиеся печи, оснащенные рекуператорными холодильниками, характеризуются более простой конструкцией, что облегчает эксплуатацию и уменьшает расход электроэнергии на обжиг. Кроме того, для рекуператорного холодильника не требуется пылеуловитель.

Колосниковый холодильник.

 

Рисунок 12. Колосниковый холодильник.

1 – камера холодильника; 2 – печь; 3 – подача топлива; 4 – подача воздуха на обеспыливание; 5 – труба; 6 – цепная завеса; 7 – дробилка; 8 – течка; 9 – клинкерный конвейер; 10 – конвейер для просыпи; 11 – подвижные балки; 12 – подвижный колосник; 13 – неподвижный колосник; 14 – подвижная балка; 15 – перегородка; 16 – привод подвижных колосников; 17 – общее дутье; 18 – привод конвейер просыпи; 19 – острое дутье.

Колосниковые холодильники по сравнению с другими охладителями клинкера обеспечивают более высокую скорость продвижения клинкера и степень охлаждения. Температура клинкера, выходящего из этих холодильников, составляет 80 – 120⁰ С.

Основная рабочая часть колосникового холодильника – решетка, по которой непрерывно перемещается горячий клинкер, поступаюший из печи. Снизу решетки под напором подается холодный воздух, он просовывается через слой горячего клинкера и охлаждает его. Охлажденный клинкер направляется на измельчение, а подогретый воздух поступает в печь.

Колосниковый холодильник представляет собой камеру 1 с горизонтальной решеткой. Продольные стенки камеры на уровне колосниковой решетки офутерованы стальными броневыми плитами, а выше колосниковой решетки – огнеупорным кирпичом.

Клинкер из вращающейся печи 2 поступает в шахту холодильника, где установлены неподвижные наклонные колосники, и резко охлаждается воздухом, подаваемым под эти колосники вентилятором высокого давления напором 10 – 12 кПа.

Далее клинкер поступает на горизонтальную решетку, которая состоит из рядов: подвижных 12 и неподвижных 13 колосников. Неподвижные колосники закреплены на неподвижных балках 14, а подвижные – на подвижных балках 11. Подвижные колосники совершают возвратно – поступательное движение. Клинкер постепенно перемещается по решетке, направляясь к разгрузочному концу, откуда конвейером 9 подается на склад.

В разгрузочном конце холодильника установлены неподвижный грохот и встроенная дробилка 7 для измельчения крупных кусков клинкера. Зерна клинкера, провалившиеся через решетку холодильника (просыпь), удаляются скребковым конвейером 10. Подколосниковое пространство разделено на камеры перегородкой 15.

При постоянном количестве охлаждающего воздуха, подаваемого вентиляторами, степень охлаждения клинкера зависит от скорости его перемещения и толщины слоя на решетке. Регулируя эти два параметра и сочетая их с работой печи, добиваются наилучшего охлаждения клинкера.