Проект цеха обжига клинкера производительностью 900000 тон/год быстротвердеющего портландцемента

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

 

Государственное образовательное  учреждение  высшего 

профессионального образования

«Хабаровский государственный  технический университет»

 

 

 

Кафедра «Строительные материалы  и изделия»

 

 

 

Проект цеха обжига клинкера производительностью 900000 тон/год быстротвердеющего портландцемента.

 

Пояснительная записка к курсовому  проектированию по дисциплине

«Вяжущие вещества»

 

КР.000000000.00.00.00.ПЗ

 

 

 

 

Выполнил

студент

гр. ПСК-21                                                                                Xxxxxxx X.X.

 

 

 

Проверил

руководитель

к.т.н., доцент                                                                             Xxxxxxx X.X.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хабаровск-2005г.

 

 

 

 

 

Содержание.

 

 

Задание                                                                                                                       2

Содержание                                                                                                               3

Введение                                                                                                                    4

1. Выбор и обоснование технологической схемы                                              6

2. Описание технологической схемы

3. Выбор и расчёт  оборудования

4. Контроль производства

5. Охрана труда и техника безопасности

6. Технико-экономический расчет

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Грандиозные планы промышленного, жилищного и других видов строительства  требуют большого количества основного вяжущего материала – “ хлеба строительства “ – цемента. Одновременное увеличение количества цемента планируется значительное повышение его качества. За последние годы выпуск цемента марок 700 – 800 и выше составила 25%, марок 500 – 600 около 65%. Таким образом, отечественная цементная промышленность достигла хороших показателей и вышла на первое место в мире.

Позитивные изменения в экономике  страны дали новый импульс строительству. Увеличиваются объёмы ввода жилья  не только в столице, но и в регионах, строятся промышленные объекты, дороги и многое другое. Особой заботой Правительства и Госстроя является строительства жилья, структура которого перетерпела существенные изменения

Наряду с массовым возведением  малоэтажного индивидуального жилья  различной степени комфортности и соответственно стоимости продолжается активное строительство многоэтажных домов. Не сдаёт своих позиций крупнопанельное домостроение, так как оно продолжает оставаться перспективным для строительства социального жилья. Активно борются за рынок приверженцы монолитного и кирпичного домостроения. Реализуются различные конструкционные схемы и архитектурно – планировочные решения.

Увеличение объемов строительства, повышение требований к качеству и безопасности зданий и сооружений выдвинуло новые требования к развитию его материальной базы – к промышленности строительных материалов и стройиндустрии. Отрасль, в свою очередь, выдвинула требования к научно – технической и коммерческой информации.

В этой связи следует обратить внимание на то, что одним из последствий социально – экономических перемен в России стало практически полное разрушение созданной в советские времена вертикали отраслевой научно – технической информации. В новых экономических условиях научно – техническая информация выходит на рынок наравне с другими товарами. Формируется информационный сегмент рынка, развивающийся по законам рыночной экономике.

Новая структура отраслевой информации существенно отличаются от структуры  существовавшей ранее. Расширились коммуникационные каналы обмена информацией (Интернет, локальные сети), появилась возможность быстрой обработки больших информационных массивов и другое. Небывалыми темпами в России развивается выставочный бизнес, в том числе и в секторе строительства и ЖКХ. Постоянно растёт число всевозможных конференций, семинаров, презентаций и других мероприятий личного обмена информацией среди специалистов узкого профиля

                                 

                1.Выбор и обоснование технологической схемы

 

 

1.  Характеристика выпускаемой продукции

 

 

В данной работе рассматривается схема  производства быстротвердеющего портландцемента.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получают совместным тонким измельчением специального  портландцементного клинкера и гипса. При помоле допускается введение не более 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения и не более 15% доменных и электротермофосфорных гранулированных шлаков, глиежей

Клинкер быстротвердеющего портландцемента  содержит обычно 60-65% трёхкальциевого  силиката и трёхкальциевого алюмината и ограниченное (до 0,5%) количество СаО _{свобод.}. Содержание МgO в нем не должно превышать 5%.

Гипс  в БТЦ вводят в обычной дозировке: в перерасчёте на SO₃ не более 3,5% в зависимости от минерального состава клинкера (содержание С₃А) и от тонкости помола цемента. Для получения БТЦ применяют, возможно, и однородные сырьевые материалы с пониженным содержанием Mao и R₂O.

Производство  БТЦ началось в СССР с 1955 г. Одновременно с бурным развитием промышленности сборного железобетона. Применение БТЦ в заводском производстве железобетонных конструкций позволяет снизить расход цемента в бетоне на 10-15%.

БТЦ используют так же и в монолитных немассивных железобетонных конструкциях для ускорения набора прочности, в особенности при зимнем бетонировании. Тонкомолотый БТЦ может быстро портиться под влиянием влаги и СО₂ воздуха, теряя свою активность. Поэтому его не следует долго хранить.

Повышенное тепловыделение БТЦ  исключает возможность применения его для массивных конструкций, а БТЦ с повышенным содержанием трёхкальциевого алюмината непригоден для бетона, подвергающегося сульфатоалюминатной коррозии.

По свойствам БТЦ отличается от обычного, прежде всего более  интенсивным твердением в первые 3 суток, но хранение БТЦ на складе не выгодно из–за быстрой потери активности, и использовать его надо по мере поступления на завод.

 

 

2. Характеристика сырья и требования к нему

 

 

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат известняки е высоким  содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк, мергели и др.) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), содержащие SiO₂ , А1₂О₃ и Fe₂O₃ .В среднем на 1 т цемента расходуется около 1,5 т минерального сырья примерное соотношение между карбонатными и глинистыми составляющими сырьевой смеси 3:1 (т.е. берется около 75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, регулирующие температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Для данной работы сырьем для производства клинкера принимается известняк Мурманского месторождения влажностью 10% и глина Елецкого месторождения, влажностью 4 %.

 

 

 

3. Расчет двухкомпонентной сырьевой смеси и выбор способа производства цемента

 

 

 

           Химический  состав сырьевых материалов задано  по заданию

Таблица 1   Химический состав сырьевых материалов, % по массе

 

Наименование материала.						П.П.П.	Сумма
Известняк	0,42	0,25	0,17	55,32	0,5	43,77	100,43
Глина	69,52	13,18	5,8	3,54	1,36	5,51	98,95
Перерасчёт на 100%
Известняк	0,42	0,25	0,17	55,08	0,5	43,58	100
Глина	70,286	13,325	5,864	3,579	1,375	5,571	100

 

   Принимая, что в сырьевой  смеси на одну весовую часть  глины приходится Х весовых  частей известняка, можно написать следующие равенства:

 

 

Подставляя значения и в формулу коэффициента насыщения

 

                                   

    и решая полученное  уравнение относительно Х, получим следующую расчетную формулу:               

где и - содержание оксидов кальция, алюминия, кремния и железа в известняке, глине, сырьевой смеси и в клинкере; KH- коэффициент насыщения, задаётся по заданию (КН=0,91)

 

 

                   X=

 

Таким образом, на 1 весовую часть приходится 3,727 весовых частей известняка.

Состав сырьевой смеси  в процентах по массе будет  следующим:

 

Известняк =

Глина =

Зная состав сырьевой смеси, можно  рассчитать химический состав её и  клинкера. Результаты расчета приведены  в таблице 2

Наименование материала.						П.П.П.	Сумма
Известняк 78,85%	0,33	0,2	0,13	43,43	0,4	34,36	78,85
Глина 21,15%	14,866	2,818	1,24	0,758	0,29	1,178	21,15
Сумма – состав сырьевой смеси %	15,196	3,018	1,37	44,188	0,69	35,538	100
Состав клинкера %	23,574	4,682	2,125	68,549	1,07	-	100

 

 

 

 

 

Проверку расчета выполняю по коэффициенту насыщения 

 

 

Совпадение расчетной величины коэффициента  насыщения (КН) с заданной, подтверждает правильность расчета.

Влажность сырьевой смеси определяю из выражения

              где * - естественная влажность известняка и глины

         < 10%

Для влажности  выбираю сухой способ производства вяжущего.

 

 

 

1.4 Способы производства портландцемента

 

 

Существуют два основных способа  производства портландцемента - мокрый и сухой; они различаются по характеру  переработки сырьевых материалов, а  также по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей на обжиг.

 

При производстве портландцемента  мокрым способом применяют следующую  технологическую схему (рисунке 1.1).

Поступающий из карьера твердых  известняк с размерами кусков до 1м подвергается двух - или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8-10мм.

Поступающую из карьер; глину с  размерами кусков до 500мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0-100мм, а затем отмучивают в болтушках.

Получаемый глиняный шлак с влажностью 60-70% подают в сырьевую мельницу, где он размалывает совместно с раздробленным известняком. При использовании мягкого известнякового компонента (мел, известняковый туф и др.) технологическая схема меняется. Мел, раздробленный в вальцовых дробилках вместе с глиной отмучивается в болтушках, а затем подвергается размолу в мельнице.

Полученный шлам, влажность которого находится в пределах 32-40% ,центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется.

 Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранятся до подачи в печь для обжига.

В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных - механическим путем и сжатым воздухом.

Перемешивание предотвращает  возможность осаждения шлама  и позволяет достичь полной его гомогенизации.

При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав, корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости.

Обжиг шлама на клинкер  осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается  в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных  мельниц для помола или же направляется на хранение в механизированный шихтовальный двор.

Здесь складируется также  гидравлические добавки и гипс, которые  по мере надобности подаются в бункеры  цементных мельниц для совместного  помола с клинкером.

Твердое топливо для  обжига шлама поступает с шихтовального двора в дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола. Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь.

При использовании газообразного  или жидкого топлива схема  упрощается, так как в этом случае сооружения топливоподготовительного отделения не требуются.

 

 

Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После  определения качества цемента часть  его поступает в упаковочную  машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или контейнерахцементавозах.

 

.

 

1-карьеризвестнека с механизированной добычей; 2-щековая дробилка для первичного дробления; 3-пластичный транспортер; 4-молотковая дробилка для вторичного дробления, 5-карьер глины с механизированной добычей; 5а-корректирующие добавки; 6-болтушка с валковой дробилкой; 7-твердое топливо; 8-сепараторная угольная мельница; 9-топка; 10-циклоны; 11-грейферный кран на шихтовальном дворе; 12-мельница для помола сырья; 12а-подача воды в мельницу; 13-вертикальные шламбассейны; 14 горизонтальный шламбассейн; 15-вращающаяся печь; 15а-бункер угольного порошка; 16-колосниковый холодильник; 17-электрофильтр с дымососом; 18-бункеры для клинкера, гипса, активных минеральных добавок 19-железнодорожная платформа для подвоза гипса и добавок; 20 и 21-цементная мельница элеватором и сепаратором; 22-рукавный фильтр; 23-цементные силосы; 24-отгрузка цемента навалом; 25-ковшовый элеватор; 26-упаковочная машина

Рисунок 1.1 Технологическая  схема производства цемента по мокрому  способу

 

При производстве портландцемента  сухим способом применяют следующую технологическую схему. Поступающие из карьеров известняк и глина с низкой влажностью (или глинистый сланец) после дробления направляются в сырьевую сепараторную мельницу для одновременного помола и сушки. Полученная сухая сырьевая смесь (сырьевая мука) транспортируется пневматическими установками к смесительным силосами, в которых перемешивается сжатым воздухом и корректируется. При использовании пластичного глинистого компонента сырьевая мука из силосов направляется в смесительные шнеки, где увлажняется 8-10% воды. Затем эта масса поступает в грануляторы, куда одновременно подается добавочная вода. Здесь происходит образование прочных гранул с влажностью 12-14%, поступающих затем в печь на обжиг. При непластичном глинистом компоненте сырьевая мука транспортируется в питательные дозаторы печи непосредственно из смесительных силосов.

Сырьевая смесь (в гранулированном  или не гранулированном виде) может  обжигаться в коротких вращающихся  печах с запечными установками различных конструкций или в длинных вращающихся печах. При обжиге в автоматических шахтных печах, на спекательных решетках и во вращающихся печах с конвейерными кальцина торами сырьевая смесь должна подаваться только в виде прочных гранул.

Дальнейшие этапы технологической схемы такие же, как и при получение цемента по мокрому способу.

На рисунке 1.2 показана технологическая  схема производства портландцемента по сухому способу с применением вращающейся печи.

 

 

 

1-карьер известняка с механизированной добычей; 2-щековая дробилка для первичного дробления; 3-пластичный транспортер; 4-молотковая дробилка для вторичного дробления; 5-карьер глинистого сланца с механизированной добычей; 6-валковая дробилка; 7-железнодорожный транспорт для подачи твердого топлива; 8-сепараторная угольная мельница; 9-топка; 10-циклоны; 11-грейферный кран; 12-сепараторная сырьевая мельница; 13-элеватор; 14-электрофильтр; 15-сместительные силосы; 16-силос для питания печи сухой смесью; 17-рукавный фильтр; 18-циклонные теплообменники; 19-вращающаяся печь; 20-колосниковый холодильник; 21-электрофильтр; 22-клинкер; 23-гипс; 24-активные минеральные добавки; 25-цементная сепараторная мельница; 26-цементные силосы; 27-отгрузка цемента навалом; 28-упаковачная машина

Рисунок 1.2 Технологическая схема производства цемента по сухому способу

во вращающихся печах с циклонными теплообменниками.

 

 

2 . Описание технологической  схемы

 

 

При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы (известняк, глина и др.) после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровых и других мельницах, остаток на сите с сеткой №008 не должен превышать 6-10%.

Для обжига сырьевой смеси при мокром, так и при сухом способе производства исключительно применяются вращающиеся печи.

При сухом способе производства иногда используют шахтные печи.

Длина современных вращающихся  печей при сухом способе производства 50-90 м, диаметр - 4-5 м.

В настоящее время основную массу  клинкера на заводах обжигают в печах  размерами 5x75 и 7х95м. они рассчитаны на суточную производительность по клинкеру 1600 и 3000 т.

Удельный расход теплоты 3250-3500 кДж/кг.

Удельный расход сухого сырья Ас в кг на 1 т клинкера без учета  потерь определяем по формуле

 

                              

Где П.П.П.- потери при прокаливании, %

                               

Расход сухого сырья с учетом производственных потерь в кг на 1 т клинкера определяется по формуле

                                

 

 

 

Где - производственные потери по отношению к удельному расходу сухого сырья, %

 

                                 

Определим расход глины и извести  отдельно

 

Известняк    кг/т

 

Глина               кг/т

 

Теперь определим расход материалов в состоянии естественной влажности  на 1 т клинкера с учетом  производственных потерь  А  из уравнения

 

                      

Где W- естественная влажность материала %

 

 

                                    

Известняк       кг/т

 

Глина                 кг/т

 

Количество активной минеральной  добавки принимаем равным 10%

Остальные 90% - клинкер + гипс.

 

Для того чтобы рассчитать процентное содержание клинкера в цементе необходимо найти долю гипса по отношению  к клинкеру.

 

Пересчитаем на минерал гипс.

 

            

 

 

3 Выбор и расчет оборудования

 

 

                       3.1 Определение годового фонда времени.

 

Для цеха обжига, согласно нормам технологического проектирования данной отрасли допускается  принять непрерывную рабочую  неделю в три смены. Расчет годового фонда времени производим по формуле

 

Т_ф = 365*24*К_В.

где К_в - коэффициент использования основного оборудования по времени, К_в = 0,92

 

                    Т_Ф = 365*24*0,9= 7884 ч

 

 

                     3.2 Расчет производственной программы.

 

Расчет производства и готовой продукции П_г ведем с учетом производственных потерь, которые принимаем в зависимости от способа производства:

                                   

 

где К_п - коэффициент, учитывающий потери: при мокром способе 3%;

 П - производительность по цементу, т в год.

Материал	Удельный расход на 1т клинкера	Год		Сутки		Час
		Сухой	Ест. вл.	Сухой	Ест. вл.	Сухой	Ест. вл.
Цемент		900000		2740		114
Добавка (10%)		900000		274		11,4
Клинкер (95,7%)		861300		2622		109
Гипс (4,3%)		38700	40635	118	123,9	5	5,25
Сырьевая смесь	1,63	1403919		4273,86		177,67
Влажн.	1,79		1541727		4693,38		195,11
Глина	0,34	292842	304555,68	891,48	927,14	37,06	38,54
Известняк	1,29	1111077	1222184,7	3382,38	3720,62	140,61	154,67
Шлам	1,45		124885		3801,9		158,05

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Подбор основноо оборудования

Основным агрегатом принимаем  вращающуюся печь 4,5 80м с циклонными теплообменниками.

Число агрегатов для выполнения производственной программы определяем по формуле:

где n – число агрегатов,  - паспортная произволительность агрегата, - коэффициент запаса, для печи =1

Количество основных агрегатов  принимаем равным трём.

 

 

 

4 КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

Получать цемент высокого качества на современных заводах можно, только строго соблюдая все технологические  требования и правила и осуществляя  производственный цикл при установленных  оптимальных режимах работы всех механизмов и установок. Большое значение при этом имеют контроль производства, в процессе которого определяют качество исходных материалов и соответствие их свойств требованиям норм и технических условий; выявляют свойства материалов и полуфабрикатов на всех стадиях производства и устанавливают их соответствие тем показателям , которые обеспечивают получение продукции требуемого качества; наблюдают за работой приборов, механизмов и установок в заданных оптимальных режимах, обеспечивающийх качественную переработкуматериалов при наилучших технико-экономических показателех; определяют свойства получаемого цемента и их соответствие требованиям стандарта.

Контролировать производство нужно  систематически на всех стадиях с  помощью современных методов  и приборов, обеспечивающих точность и надежность автоматизации контрольных операций. Быстрое вмешательство в ход производственных процессов позволяет устранять уклонения от заданных режимов и параметров и оптимизировать их.

Действенность производственного  контроля зависит от правильного выбора мест отбора проб и определения технологических параметров (температура, влажность, подвижность смесей и т. д.); соответствия свойств пробы свойстам материала, а также от периодичности отбора проб и их величены.

В настоящее время созданы способы автоматического отбора проб иатериала в процессе их переработки. Частота операций отбора проб и величина последних зависият от степени однородности материалов, размера потока, гранулометрии (при кусковых материалах) и других условий. Отбор иподготовка проб проводятся по стандарной методике.

Исходные материалы контролирует по химическому составу, содержанию СаСО₃ (титр) в известняке и влажности сырья.

В сырьевом отделении проверяют  состав смесей, тонкость их измельчения, влажность, текучесть и однородность титра. При производстве цементоа становится обычным также контроль содержания в сырьевых смесях  СаО, SiO₂, Al₂O₃. Fe₂O₃. химический анализ клинкера цемента производится по ГОСТ 5382-73.

Качество клинкера определяют часто  по его насыпной плотности, которая при правильном составе сырьеой смеси и надлежащем обжиге во вращающейся печи (мокрый способ) колеблется обычно а пределах 1550-1650 г/л. Определяють также количество СаО_своб., которое не должно превышать 1% для обычного клинкера и 0,2-0,3% для быстротвердеющего.

Контроль при поиоле клинкера с  добавками сводится к проверке соотношения  по массе между клинкером, гипсои и другими компонентами, соответствия степени измельчения цемента  нормативам, контролю температуры клинкера и получаемого продукта и к другим определениям. Цемент должен быть принят ОТК завода по ГОСТ 22236-76 (с изм.).

 

5 Охрана труда и техника безопастности.

При большой насыщенности предприятий  цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделятся созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихсяю охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с « Правилами по технике безопастности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности».

Поступающие на предприятия рабочие  должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приёмам работы и инструктажа по технике безопастности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по техники безопастности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущие части всех механизмов

И двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п.. должны быть заземлены электродвигатели и  электрическая аппаратураю

Установки по приготолению угольной пыли должны работать под разряжением. Температура аэроугольной смеси при выходе не должна превышать для угле 100, подмосковных – 80, длинопламеных и бурых – 70 ⁰ С. Нельзя  подсушивать пыль до влажности ниже гигроскопической.

Обслуживание дробилок, мельниц, печец, силосов, троанспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизиов должно осуществлятся в соответствии с правилами безопастности работы у каждой установки.

Больше внимания следует уделять  обеспчлеванию воздуха и отходящих  газов от печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирование промышленных предприятий концентрация в воздухе цементной и остальных видов пыли не должно превышать 0,04 мг/м³. содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода – более 0,02 мг/м³. в воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна превышать 0,06 г/м³. при нормальной эксплуатации пылеочисных систем содержаниепыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04-0,06 г/м³.