СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТОПЛИВО ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА

Основным сырьем для получения цементного клинкера являются карбонатные ( известняк, мел, известняк-ракушечник и др.) и глинистые ( глина, глинистый сланец, лесс и др.) породы. Их характеристика дана в разделе 2.1. Содержания карбонатных и глинистых пород в сырьевой смеси, как правило, — 75—80% и 20—25%. Однако заданное соотношение оксидов в двухкомпонентной сырьевой смеси удается получить только при особо благоприятном составе сырьевых материалов. В большинстве случаев применяют третий и даже четвертый компоненты — корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из недостающих оксидов. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже — колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины или бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть: для железистых Fe203 — не менее 40%, для кремнеземистых Si02— не менее 70%, для глиноземистых А1203 — не менее 30%. Большинство цементных заводов использует железистые добавки.

Корректирующие добавки, как правило, сырье привозное. Карбонатное и глинистое сырье в большинстве случаев заводы добывают на своих карьерах. Оптимальный вариант, когда глинистые породы составляют вскрышу карьера карбонатного сырья, что снижает общую стоимость сырьевой смеси.

Весьма перспективно использование в составе сырьевых смесей техногенного сырья ( доменные шлаки, нефелиновый шлам и др.). Это позволяет не только утилизовать отходы других производств, но и снизить расход топлива на обжиг, так как техногенное сырье частично уже прошло тепловую обработку.

В цементной промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо.

Предпочтительно применение твердого топлива с теплотой сгорания не ниже 20 МДж/кг, зольностью не выше 10—12%, с содержанием летучих 20—30%. В качестве твердого топлива используют каменные и бурые угли, коксовую мелочь, горючие сланцы. Для большинства обжиговых агрегатов необходима предварительная подготовка твердого топлива. С этой целью строят подготовительное отделение, в котором осуществляется сушка и помол угля. Тонкость помола должна составлять по остатку на сите 008 - 8-16%.

При сжигании в виде пыли уголь приобретает особые свойства. Газовые угли с повышенным содержанием летучих веществ воспламеняются на близком расстоянии от форсунки и образуют длинный факел. Тощие угли воспламеняются позднее, а сгорают быстрее, образуя при этом короткий факел. Подбор смеси газовых и тощих углей позволяет регулировать длину и форму факела в печи.

В качестве жидкого топлива применяют мазут — смесь углеводородов, испаряющихся и разлагающихся при высоких температурах. Зольность мазута должна быть не менее 0,15—0,2%, содержание воды — 1—2%, теплота сгорания — около 40 МДж/кг. Скорость сгорания мазута и интенсивность излучения образующегося факела ниже, чем у твердого топлива, поэтому расход теплоты на обжиг повышается примерно на 10%. Сократить расход теплоты можно за счет снижения вязкости мазута, путем его подогрева, увеличения давления распыления и уменьшением размеров каналов форсунки.

В качестве газообразного топлива применяют природный газ, смесь природного газа с газом подземной газификации, а также коксовый газ — продукт коксования каменных углей. Наибольшее распространение получили природные газы с теплотой сгорания 32—39 МДж/кг. В зависимости от месторождения газов содержание метана в них составляет 80—99%. Газ на заводы поступает из магистральных газопроводов, где поддерживается давление 0,6 МПа. В заводском газораспределительном пункте давление газа снижают до 0,25—0,3 МПа и транспортируют к местам потребления.

Газ — наиболее дешевый и удобный вид топлива, несмотря на меньшую светимость пламени, что обуславливает необходимость повышения удельного расхода топлива. Он не требует устройств для хранения, не дает отходов при сгорании, не загрязняет атмосферу. Применение газа облегчает автоматизацию процесса сжигания топлива и технологического процесса в целом. Постоянство химического состава и теплоты сгорания газа обеспечивает равномерность режима обжига и стабильность работы печи. При этом повышается стойкость футеровки, коэффициент использования печей и, следовательно, увеличивается выпуск продукции, улучшается ее качество. Газообразное топливо не требует специальной его подготовки перед сжиганием, что снижает капитальные затраты и себестоимость продукции. Благодаря этому газ стал основным видом топлива в цементной промышленности. Однако его потребление не соответствует реальной структуре топливного баланса страны, и актуальной проблемой является сокращение в отрасли расхода газа и расширение использования угля. Затраты на топливо в цементной промышленности очень высоки — до 40% себестоимости цементного клинкера. Поэтому сокращение расхода топлива — одна из важнейших задач.

Вращающиеся печи позволяют использовать в качестве топлива горючие отходы других отраслей промышленности как в составе сырьевых смесей (отходы коксового производства и др.), так и при непосредственном сжигании в печи (отработанные технические масла, автомобильные покрышки и др.). Это позволяет снизить расход природного топлива на 15—25%.

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 тонкодисперсной сметанообразной водной суспензии — шлама. Обжиг ведут в длинных вращающихся печах с внутрипечными 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 обезвоживают на фильтрах до влажности 16—18% и тонко измельчают в дробилках-сушилках.

Каждый из способов производства имеет свои преимущества и недостатки. Так, при мокром способе в присутствии воды облегчается измельчение материалов, легче достигается однородность смеси, надежнее и проще транспортировка шлама, лучше условия труда. Однако при этом способе расход топлива на обжиг на 30—40% больше, чем при сухом способе. Кроме того, необходимо использовать более габаритные и соответственно металлоемкие печи, так как значительная часть печного пространства выполняет функцию испарителя механически примешанной воды из шлама.

Основное преимущество сухого способа производства — 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. Объем печных газов (при одинаковой производительности печей) при сухом способе на 35—40% меньше, чем при мокром. 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. Важнейшее преимущество сухого способа производства возможность получения более высоких удельных съемов клинкера в печных агрегатах, что позволяет использовать печи производительностью до 6000—10000 т/сут. К недостаткам этого способа следует отнести относительную сложность корректировки состава шихты, повышение расхода электроэнергии, а также увеличение количества единиц технологического оборудования и усложнение схемы производства.

Одним из важнейших условий при компоновке основных агрегатов при проектировании заводов сухого способа является стремление к наиболее полному использованию теплоты отходящих газов, так как только в этом случае данный способ является эффективным. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит 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 на 10% себестоимости продукции.

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 широкого применения. Тем не менее это не умаляет перспективности его использования, 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 распространен мокрый способ. На его основе выпускается около 70% общего производства клинкера в мире. Однако в связи с ростом цен на топливо в последние десятилетия постоянно возрастает доля производства клинкера по сухому способу. В цементной промышленности России 59 цементных предприятия, из них 52 — с полным циклом производства. Среди последних на 39 заводах реализуется мокрый способ (суммарная годовая мощность 67,2 млн. т), 11 заводов работают по сухому способу (суммарная годовая мощность 12,8 млн. тонн) и на 2-х заводах реализуется и тот, и другой способы.

Выбор способа приготовления сырьевой смеси при проектировании новых предприятий или реконструкции действующих определяется целым рядом 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.

Мокрый способ может оказаться более выгодным при мягких, пластичных, хорошо размучивающихся сырьевых материалах, обладающих обычно высокой влажностью (20—30% и более). Такое сырье 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 этом 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 следует организовывать по сухому способу. Сухой способ целесообразен также при ограниченной топливной базе в районе завода и высокой стоимости топлива.

Основные отличия в технологических схемах мокрого (рис. 3.10), комбинированного (рис. 3.11) и сухого (рис. 3.12) способов производства проявляются на отдельных стадиях приготовления сырьевой смеси, и они отражены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

ОТЛИЧИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ СУХОГО, МОКРОГО И КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА

Мокрый способ

Комбинированный способ

Сухой способ

-

-

Предварительное усреднение сырья

Двухстадийное тонкое измельчение с предварительным распусканием мягких компонентов на 1-ой стадии

Двухстадийное тонкое измельчение с предварительным распусканием мягких компонентов на 1-ой стадии

-

-

Совместное измельчение и сушка сырья

-

Фильтрация шламов

-

Технологическая схема производства портландцемента мокрым

Рис. 3.10. Технологическая схема производства портландцемента мокрым

способом

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.

Технологическая схема производства портландцемента комбинированным способом

Рис. 3.11. Технологическая схема производства портландцемента комбинированным способом

Поскольку вопросы добычи сырья, измельчения, перемешивания были подробно рассмотрены в разделе 2.2, в настоящем разделе основной акцент сделан на отличиях этих технологических операций при разных способах производства портландцемента.

Технологическая схема производства портландцемента

Рис. 3.12. Технологическая схема производства портландцемента

сухим способом

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >