Описание технологического процесса

Лекция № 14

 

Глава 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОБЖИГА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

 

Краткие сведения о технологии обжига

 

План

 

1 Описание тепловых агрегатов

2 Описание технологического процесса

 

Описание тепловых агрегатов

 

Основным агрегатом любого цементного завода является цементообжигательная печь. По принципу работы печи делятся на вращающиеся, с циклонными теплообменниками, с кальцинаторной решеткой и др.

Вращающиеся печи. Наиболее распространены в мировой практике. Этому способствовали такие их преимущества, как максимальная производительность, возможность применения разного вида топлива и сырья, простота обслуживания.

Печь представляет собой цилиндр диаметром от 2,5 до 7 м, длиной от 40 до 230 м, отфутерованный изнутри огнеупорными материалами. Частота вращения печи составляет 1—1,5 об/мин. Печь имеет наклон к горизонту до 5°. Сырье в виде шлама (при мокром способе производства) или сырьевой муки (при сухом способе) поступает в верхний конец печи и проходит ее по всей длине за 2—4 ч в зависимости от длины, диаметра и наклона печи.

Процесс теплooбмeнa во вращающихся печах построен по принципу противотока: направление движения горячих газов, образующихся при сжигании топлива и отсасываемых дымососом, установленным за печью, противоположно движению материала.

Последовательно пройдя все этапы тепловой обработки в печи, материал превращается в полуфабрикат (клинкер) и попадает в холодильник, где охлаждается встречным потоком воздуха, а затем транспортером подается непосредственно на клинкерный склад.

Печи с циклонными теплообменниками. Это те же вращающиеся печи, только оборудованные запечными теплообменниками. Длина печи не более 75 м, диаметр до 5 м. Наибольшее распространение в настоящее время получил циклонный теплообменник. Его преимущества: максимально развитая поверхность теплообмена взвешенной в газовом потоке сырьевой муки, высокая скорость нагревания, надежность работы. Теплообменник состоит обычно из четырех отдельных циклонов, установленных последовательно друг над другом и соединенных между собой патрубками для пересыпания сырьевой муки. Последняя загружается в самый верхний циклон и движется вниз, переходя из одного циклона в другой и нагреваясь движущимися ей навстречу отходящими газами из печи.

Общая высота четырехступенчатого циклонного теплообменника до 70 м. Дымовые газы отсасываются дымососом, устанавливаемым за циклонами. Самый нижний циклон соединен трубопроводом с загрузочным концом вращающейся печи.

Печи с кальцинаторной решеткой (печь «Леполь»). Состоят из вращающегося барабана длиной до 60 м и конвейерного кальцинатора, который представляет собой бесконечную колосниковую решетку длиной 12—15 м и шириной 3—4 м, движущуюся со скоростью до 50 м/ч. На решетке находится слой предварительно гранулированного материала высотой до 250 мм.

Через слой материала и отверстия в колосниках проходят газы с температурой 1000—1100 °С. Существуют две схемы работы конвейерных кальцинаторов — с одно- и двукратным просасыванием газов. Вторая схема более экономична. В этом случае кальцинатор делится на две камеры: сушильную и горячую. В горячей камере газы проходят слой материала сверху вниз, в сушильной — наоборот. Гранулы, нагретые до 900— 1000 ^оС, попадают через течку в печь.

Колосниковые холодильники. Служат для охлаждения клинкера, выходящего из печи с температурой 1000—1100 °С. Каждый обжиговый агрегат оснащается холодильником. В настоящее время встречаются три типа холодильников: колосниковые, рекуператорные и барабанные. Высокопроизводительные печи (мощностью свыше 30 т/ч) имеют, как правило, колосниковые переталкивающие холодильники с интенсивным охлаждением клинкера за счет прососа холодного воздуха.

Клинкер из печи через соединительную шахту, связывающую печь и холодильник, попадает сначала на неподвижную решетку, так называемую решетку «острого» дутья, а потом на подвижную решетку, продуваемую общим воздухом. Клинкер располагается равномерно по всей ширине решетки и перемещается к разгрузочному концу холодильника благодаря возвратно-поступательному движению колосников. Подрешеточное пространство холодильника обычно делится на две части воздухонепроницаемой перегородкой. Основная часть охлаждающего воздуха поступает в первую зону (горячую камеру). Здесь он нагревается за счет отбираемого у клинкера тепла и подается в печь в качестве вторичного воздуха, утилизирующего тепло печи. Избыток воздуха, предварительно обеспыленный, стравливается аспирационным дымососом. Колосниковые холодильники позволяют эффективно охлаждать клинкер до 70—50°С.

 

Описание технологического процесса

 

Рассмотрим технологию обжига клинкера на примере вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства.

Печь как тепловой агрегат условно можно разбить на несколько технологических зон. Исходное сырье — шлам поступает в первую зону — зону сушки — с начальной влажностью 30—50%. Часть этой зоны обычно оснащается цепными завесами различной конфигурации для интенсификации процесса сушки. По мере нагревания и испарения влаги происходит загустевание шлама, начинается его гранулирование, и в следующую зону — зону подогрева — материал входит с температурой 100—150°С, а выходит с температурой 500—600°С.

Начиная с 600°С происходит слабый, а с повышением температуры до 900—1000^оС усиливающийся до максимума процесс разложения карбоната кальция с выделением углекислого газа и образованием свободной извести (СаО_св). Одновременно в этой зоне — зоне декарбонизации — происходит и образование кристаллов двухкальциевого силиката. Зона декарбонизации является основной теплопотребляющей зоной в печи.

Дальнейшее увеличение температуры материала до 1300°С происходит в зоне экзотермических реакций за счет выделения тепла при реакциях образования двухкальциевого силиката, алюминатов и алюмоферритов кальция. На этой стадии процесса появляется жидкая фаза, часть материала расплавляется и происходит образование трехкальциевого силиката.

Наиболее ответственной частью печи с точки зрения управления является зона спекания, где при температурах 1350— 1450°С завершается процесс клинкерообразования. Результат обжига определяется количеством неусвоенной окиси кальция (СаО_св) и кристаллической структурой полученного клинкера.

При правильном выборе режима работы зоны спекания и последующей его стабилизации можно снизить расход тепла на обжиг при сохранении заданного качества клинкера.

Пройдя зону спекания, в зоне охлаждения клинкер снижает свою температуру до 1100—1000°С, а затем окончательно охлаждается в холодильнике. Вторичный воздух, отбирающий тепло от клинкера (200—250 ккал/кг клинкера), входит в печь с температурой 600—800°С.

Таков технологический процесс обжига клинкера.

 

Контрольные вопросы

 

1 Что собой представляют вращающиеся печи?

2 Что собой представляют печи с циклонными теплообменниками?

3 Что собой представляют печи с кальцинаторной решеткой (печь «Леполь»)?

4 Что собой представляют колосниковые холодильники?

5 Какими тепловыми зонами характеризуется вращающаяся печь, что в этих зонах происходит?

 

Литература

 

1 Кочетов В.С. Автоматизация производственных процессов и АСУП промышленности строительных материалов.- Л.; Стройиздат, 1981. [стр. 98 - 101]

 

Лекция № 15