Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование цементного завода

Оглавление

Введение

При проектировании новых или реконструкции старых цементных заводов составляют материальный баланс для определения расхода сырья, добавок, воды, топлива и других материалов, требуемых для получения готовой продукции – цемента. На основании расчетных данных материального баланса производят подбор необходимого технологического оборудования с определенным резервом мощности и определяют технико-экономические показатели проектируемого завода.

При выборе оборудования цехов завода определяющим является производительность цеха обжига.

В данном курсовом проекте составим материальный баланс портландцементного завода, работающего по сухому способу [1].

Расчет материального баланса цементного завода

Исходные данные при расчете:

1. Способ производства – сухой.

2. Годовая производительность завода – 1200000 т. цемента в год.

3. Состав портландцемента, % (в соответствии с заданием и ГОСТами):

клинкер……………………………….77;

АМД.......……………….…………….20;

гипс……………………………………3.

4. Величина присадок золы топлива – 4 % .

5. Состав сырьевой смеси, % :

Мел……..……………………………….81,07;

глина……………………………………16,26;

огарки…………………………………...2,67.

6. Естественная влажность сырьевых материалов, топлива и добавок, %:

Мел……...……………………………….19;

глина……………………………………21,5;

гипс………………………………………6.

7. Влажность шлама…………………….10 % .

8. Потери при прокаливании сырьевой смеси – 34,09 % .

9. Производственные потери:

сырьевых материалов (суммарно)……1,0;

клинкера……………………………….1,0;

добавок (каждой)………………………1,5;

цемента………………………………….3,0.

10. Режим работы основных цехов и отделений в течение года:

а) карьер и дробильное отделение – 307 дней по 16 ч в сутки (4912 ч) в две смены при прерывной рабочей неделе;

б) отделение помола сырья – 307 дней по 24 ч в сутки (7368 ч);

в) цех обжига – 364∙0,9 = 327 дней работы печей по 24 ч в сутки;

г) отделение помола цемента – 307 дней по 24 ч в сутки (7368 ч);

д) силосно-упаковочное отделение – 365 дней по 24 ч в сутки (8760 ч), непрерывный в три смены [1].

При производстве цемента по сухому способу применяют короткие вращающиеся печи длиной не более 100 м с установками для использования тепла отходящих газов и шахтные печи. В последних обжигают мергельные породы и искусственно приготовленную сырьевую смесь в виде брикетов.

Определение количества печей зависит от производительности печного агрегата. Она рассчитывается исходя из годовой производительности клинкера (учитывая количество печей на всех линиях) [1].

В данном курсовом проекте годовая производительность завода по цементу составляет 1200000 т/год.

Для расчета количества производительности клинкера в год составим пропорцию:

1 200 000 – 100 %;

х – 77 %.

т/год клинкера производит завод.

клинкера производят печи на 3 линиях.

суточная производительность печи.

Округляем до 985 т. Производительность вращающейся печи сухого способа с циклонными теплообменниками размером м. и КИ=0,9.

11. Коэффициент использования вращающихся печей – 0,9 .

Материальный баланс цеха обжига

Производительность трех вращающихся печей: т/ч; т/сутки; т/год.

Расчет расхода сырьевых материалов.

Учитывая 4% присадки золы в процессе обжига клинкера, расход сырьевых материалов следует считать не для производства 126 т/ч клинкера, а для т/ч.

Теоретический удельный расход сухого сырья для производства клинкера определяют с учетом потерь при прокаливании: т/т клинкера, где 34,09 – потери при прокаливании сырьевой смеси.

На современных заводах для обеспыливания отходящих газов вращающихся печей устанавливают электрофильтры, что дает возможность считать потери сырья отходящими газами не более 1%. Тогда расход сухого сырья составит:

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год.

Определяем расход отдельных компонентов сухой сырьевой смеси:

а) мел

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

б) глины

т/т клинкера;

т/ч;

т/ сут;

т/год.

в) огарки

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год.

С учетом естественной влажности расход сырьевых материалов соответственно составит:

а) мел

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год;

б) глины

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год.

в) огарки

т/т клинкера;

т/ч;

т/сут;

т/год [1].

Расчет расхода шлама.

Рассчитываем часовой расход шлама

где А_ш – расход шлама, м³/ч; А_с – расход сухого сырья в час, т/ч; W_ш – влажность шлама %; V_ш – плотность шлама, т/м³.

Плотность шлама определяем интерполяцией влажности и плотности шлама:

Влажность шлама, % Плотность шлама, т/м³

45 1,550

40 1,600

35 1,650

30 1,700

25 1,750

20 1,800

15 1,850

10 1,900

Для рассматриваемого случая V= 1,900 т/м³.

Тогда на обе печи необходимо подать шлама:

м³/ч;

м³/сут;

м³/год.

При сухом способе производства потребность в увлажненном сырье рассчитывается по формуле

Материальный баланс отделения помола

Из предыдущих расчетов следует, что отделение помола сырья, работающее с выходными днями (307 суток в году по 3 смены в сутки), должно обеспечить помол 1724112 т/год сухих сырьевых материалов.

Следовательно, должно быть измолото сухого сырья в сутки:

; в час .

В том числе расход отдельных компонентов составит:

а) мела

в час: т;

в сутки: т;

в год: т;

б) глины

в час: т;

в сутки: т;

в год: т;

в) огарок

в час: т;

в сутки: т;

в год: т.

Для образования шлама одновременно с исходными материалами в сырьевые мельницы подается вода. Потребность в воде определяется по формуле

где W_в – количество воды, необходимое для приготовления шлама, м³/ч; V_ш – плотность шлама, т/м³; А_ш – потребность в готовом шламе, м³/ч; А_с – потребность в сухом сырье, т/ч; – количество воды, потребляемое соответственно с натуральным известняком, глиной и трепелом, т/ч.

На основании приведенных ранее расчетов м³/ч; т/м³; т/ч; т/ч; т/ч; т/ч.

Подставляя эти данные в формулу, определяем расход воды на приготовление шлама:

т/ч;

т/сут; т/год.

Материальный баланс карьера и дробильного отделения

Общие потери сырья составляют 2,5%, из них 1,5% – это потери на карьере, при транспортировке и дроблении в дробильном отделении и 1% – потери сырья с отходящими газами вращающихся печей. Карьер, как и дробильное отделение, работает с выходными днями – 307 суток в году по 2 смены в сутки: ч.

Для производства 924000 т/год клинкера необходимое количество сырьевых материалов, как было подсчитано выше, составляет: мела – 1327418 т/год; глины – 237744 т/год.

Огарки данным расчётом не учитываются, т.к. не является привозным материалом.

С учётом 1,5% потерь требуется:

а) мела

т/год;

т/ сут;

т/ч.

б) глины

т/год;

т/сут;

т/ч.

Таким образом, производительность карьера должна обеспечить добычу, а дробильное отделение – дробление следующего количества материалов:

Расход материалов дробильного отделения (т)

Материал	Периоды
Материал	год	сутки	час
Мел	1347329,27	4388,69	274,29
Глина	241310,16	786,03	49,13

Материальный баланс клинкерного склада

и отделения помола цемента

На клинкерный склад отправляют клинкер, гидравлические добавки и гипс. Из данных материалов баланса цеха обжига следует, что в склад поступает клинкера, т:

в час …………............126;

в сутки………….......3024;

в год……………924000.

При хранении сыпучих материалов в складских помещениях неизбежны потери, %:

клинкера………..........1,0;

АМД………….........1,5;

гипса……………….....1,5.

Таким образом, в отделении помола цемента за год поступает

а) клинкера

т.

При работе отделения помола цемента 307 суток в году по 3 смены в сутки (7368 часов в год) необходимо клинкера:

в сутки: т;

в час: т.

Введение при помоле цемента АМД (20%) и гипса (3 %) определяет потребность отделения помола клинкера в этих материалах:

б) АМД

т /год;

т/сут;

т/ч;

в) гипса

т/год;

т/сут;

т/ч.

Из приведённых выше расчётов следует, что производительность отделения помола цемента составляет:

т/год (цемента);

т/сут (цемента);

т/ч (цемента).

Аспирация цементных мельниц осуществляется на современных заводах с помощью электрофильтров. При этом потери цемента могут быть приняты порядка 0,5 %.

Тогда действительная производительность помольного отделения составит:

т/год (цемента);

т/сут (цемента);

т/ч (цемента).

Если учесть, что на помол АМД подают после потери его на складе 1,5 %, количество АМД, поступающее на склад за год, должно быть т.

На помол гипс поступает также с учетом 1,5 % его потерь на складе:

т/год.

Поступающий из вращающихся печей на склад клинкер поливают водой, при этом расход воды на поливку принимается равным 1% от массы клинкера:

в час: т;

в сутки: т;

в год: т.

Материальный баланс силосно-упаковочного отделения

В соответствии с произведёнными расчётами в силосно-упаковочное отделение поступает цемента, т:

в год………………1150510,54;

в сутки…………….3748,56;

в час………………...156,19.

Учитывая, что потери цемента при упаковке и отгрузке составляют порядка 2,5 %, получим количество цемента, подлежащее отгрузке:

в год: т;

в среднем в сутки: т.

Поскольку суточная отгрузка зависит от количества и времени поступления транспорта под погрузку цемента, то отгрузка цемента в час не может быть посчитана.

Обоснование и выбор основного технологического оборудования цементного завода

На основании составленного материального баланса, технологической схемы производства и физических свойств материалов, поступающих в цех, подберем тип механического и теплотехнического оборудования и его рациональное расположение по технологической линии. В соответствии с этим определим размеры и расположение производственных помещений, складов, шламбассейнов, силосов и других сооружений. Для этого приведем полные технические характеристики принятого основного и вспомогательного оборудования.

Карьер

Мел это мягкая нескальная порода. Основные требования, предъявляемые практикой в отношении размеров кусков мела - это иметь материал в кусках величиной примерно около 60 - 150 мм. в меле не должен быть не менее 80%, при чем на меле с низшим содержанием работать уже не выгодно. Необходимо также иметь определенный и минимальный процент примесей, в особенности . Процент влаги в меле должен быть не выше 5%, чтобы не тратить излишнего количества топлива для подсушки его.

Добыча мела ведется в карьерах методом открытых разработок. При тонком слое верхних порывающих пород шахтные разработки не применяют. Удаление верхних наносных слоев и непосредственную добычу мела производят при помощи экскаваторов. Вдоль простирания пластов нарезают несколько уступов, в которых бурят небольшие цилиндрические отверстия – шпуры, куда закладывают взрывчатое вещество. Взорванную раздробленную породу грузят экскаваторами в вагонетки и отвозят на дробильно – сортировочную установку, находящуюся при карьерах.

Добычу мела проводят прямой экскавацией, экскаватор проводит отделение породы от пласта и погрузку добытого сырья. Эффективно применение для добычи мела роторные экскаваторы, работающие в паре с передвижным промежуточным транспортером на гусеничном ходу, передающим сырье на стационарный транспортер, идущий параллельно фронту добычи.

Необходимо добыть в карьере 274 т мела в час. Объемная масса мела составляет 1,00 т/м³

Таким образом, необходимо добыть в час м³/ч. Для погрузки известняка принимаем экскаватор Гарант ЭР-280 соответствующей производительности, экскаватор с ковшом 4 м³.

Техническая характеристика экскаватора:

Производительность в плотной массе - 280 м3/час;

Производительность в рыхлой массе - 650 м3/час;

Высота копания: -0,4…8 м;

Угол схождения стрел - 90 градусов;

Удельное давление на грунт - 0,15 Мпа;

Установленная мощность - 205 кВт;

Средняя потребляемая мощность - 150 кВт;

Скорость передвижения - 330 км/ч;

Количество экскаваторов определяем так: .

Дробильное отделение сырьевого цеха

Дробление предшествует процессу помола и повышает его эффективность, поэтому прежде всего необходимо выбрать схему дробления и тип дробилок в зависимости от твердости, влажности сырья и определить размеры кусков материала до и после дробления. Затем определяется потребная часовая производительность дробильного отделения. По потребной производительности производится выбор количества соответствующих дробилок и их размеров для размещения стадий дробления. Здесь же необходимо подобрать по производительности вспомогательные устройства дробильных установок: транспортеры, приемные бункеры и питатели, обеспечивающие непрерывность в питании дробильных установок и транспортировки продуктов дробления.

Для дробления твердых карбонатных пород принимаются конусные, щековые, молотковые и ударно-отражательные дробилки. При выборе схемы дробления твердых карбонатных пород следует иметь в виду, что основная схема должна иметь не свыше двух стадий. В схемах дробления применять: для первой стадии – конусные или щековые дробилки, для второй – роторные дробилки. При сухом способе производства для переработки глинистого сырья, а иногда и карбонатного сырья используются дробилки с одновременной сушкой.

Для дробления карбонатных пород с пластичными включениями при мокром способе производства применять валково-щековые, валковые и самоочищающиеся дробилки. Дробление мягких неразмучивающихся пород (рыхлые известняки, мягкие опоки, трепелы) производится в одну стадию в самоочищающихся молотковых дробилках до размеров кусков не более 50 мм.

Для производства пуццоланового портландцемента используется твердый мел с пределом прочности при сжатии до 80 кг/см², который поступает с карьера в виде кусков размером 60 – 150 мм.
При сухом способе дробления сырьевые материалы частично подсушивают, дозируют в заданных соотношениях и подают в мельницу, где они измельчаются до требуемой тонкости. Процессы сушки и измельчения могут совмещаться в одном агрегате.

Сушильно-молотковая дробилка серии DSJ используется для дробления и просушки мягких и неабразивных матералов, таких как мел. Данная машина обладает высокой производительностью, низким потреблением энергии, одновременно с просушкой имеет функции рассеяния и дробления. Вращающийся ротор рассеивает сырье, горячий воздух просушивает его, воздушный поток направляет просушенное и раздробленное сырье в камеру сепарации, где тонкий порошок уходит в циклон, а толстая фракция возвращается на молотки для вторичного дробления.

Вторичное дробление осуществляется в молотковой дробилке до крупности 0—25 мм.

Общее количество материала А_о, подлежащее дроблению в час и сопоставленное с часовой производительностью дробилки Q_д, с учетом коэффициента запаса мощности К = 1,2…1,3 дает возможность определить требуемое количество дробилок в цехе N_д:

. (6)

Для дробления 274,29 м³ мела в час количество дробилок при производительности их 100 м³/ч будет .

Принимаем к установке две дробилки щековых и две дробилки молотковых. После щековых дробилок промежуточного склада для сырья не строят, а после молотковых дробилок предусматривается склад или силос с учетом запаса сырья не ниже:

для карбонатного сырья – 3 суток;

для глинистых компонентов –1…3 суток;

для привозных корректирующих добавок – 15 суток.

Технические параметры:

Модель - DSJ3026;

Макс размер питания - ≤100 (мм);

Производительность -110 (т/ч);

Влагосодержание материала - ≤15%;

Мощность двигателя(кВт) - 800;

Вес (кг) - 128.

Измельчение пластичных материалов

Процесс помола сырья

Состав сырьевой смеси, % :

Мел……..……………………………….81,07;

глина……………………………………16,26;

огарки…………………………………...2,67.

Определить тип, количество и размеры сырьевой мельницы при производительности сырьевого цеха 189,70 т/ч. Принимаем к установке мельницы ММС 70х23 "Гидрофол".

Техническая характеристика мельницы ММС 70х23 "Гидрофол"

Внутренний диаметр без футировки, мм....................................7000

Внутренняя длина цилиндрической части барабана, мм..........2300

Частота вращения барабана, об/мин................................................13

Производительность, т/ч:

мел ...................................................................................до 600

смесь мела с глиной.............................................................400

Крупность кусков сырьевого материала, загружаемого

в мельницу, мм...........................................................................до 800

Мощность электродвигателя главного привода, кВт................1600

Масса мельницы с бронефутеровкой, т........................................386

Количество мельниц, необходимых к установке:

=2 шт.,

где 1,3 – коэффициент запаса мощности.

Для транспортирования шлама от мельницы в резервуары принять специальные центробежные насосы, количество которых определяется расчетом, но не менее двух, в том числе один насос резервный.

Размеры бункеров определяют по следующей формуле:

, (8)

где М – емкость бункера, м³; М_Т – выход материала, м³/ч; Т – время, на которое создается запас, ч; К – коэффициент наполнения, К = 0,9.

Сухой помол сырьевой смеси

Сухой помол сырьевой смеси может осуществляться по следующим схемам:

- при влажности сырьевой смеси до 8 % – в трубной, шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле;

- при влажности 8...16 % – в валковой мельнице;

- при влажности 12 % – в мельнице самоизмельчения "Аэрофол" и трубной шаровой мельнице домола, работающих в замкнутом цикле.

Сушка сырьевых материалов по указанным схемам осуществляется отходящими газами от вращающихся печей с циклонными теплообменниками с температурой до 673 К (400 ^оС), или смесью топочных и отходящих печных газов, или топочными газами от специальной топки.

При влажности сырьевой смеси 10% выбираем валковые дробилки, технические характеристики которых представлены ниже.

Технические характеристики зубчатых валковых дробилок

Дробилки	Размер валка, мм		Размер загружа-емых кусков, мм	Частота вращения валков, об/мин	Произво-дитель-ность, т/ч	Мощность, кВт
	диаметр	длина
Одновалковые дробилки
СМД-2	1300	2700	250х1300х2500 частота вращения ротора 4,65		200	55

Хранение и перемешивание шлама

Приготовление шлама определенного химического состава с нормальной густотой при минимальной влажности является важной стадией технологического процесса. Шламовые бассейны служат для корректирования, перемешивания (гомогенизации) и хранения шлама, предназначенного к обжигу. Корректировка шлама производится в вертикальных цилиндрических (железобетонные или металлические) бассейнах с нижней конической частью, с пневматическим перемешиванием (барботажем) емкостью 600...1200 м³.

Для хранения запаса шлама применяют горизонтальные железо-бетонные шламовые бассейны круглого сечения емкостью 5000 м³ и более. Они снабжаются пневматической мешалкой кранового типа на движущемся мосту.

Определим тип, количество и размеры необходимых бассейнов для хранения запаса шлама, обеспечивающего непрерывную работу в течение трех суток двух печей, если суточная потребность в шламе составляет 3102,32 м³. Трехсуточная потребность в шламе составит 3102,32 · 3 = 9306,96 м³. При емкости вертикального шламбассейна 600 м³ устанавливаем вертикальных шламбассейнов.

Техническая характеристика вертикального шламбассейна:

внутренний диаметр – 6,5 м;

высота цилиндрической части – 18 м;

высота конической части – 3 м;

полезная емкость бассейна – 600 м³.

В запасных горизонтальных шламбасейнах должно находиться 9306,96-3102,32=6204,64 м³ шлама.

Техническая характеристика горизонтального шламбассейна:

диаметр – 35 м;

высота – 6,5 м;

полезная емкость – 5000 м³.

Принимаем два горизонтальных шламбассейна.

Поступление шлама в каждый бассейн должно производиться через единую магистраль. Для транспортирования шлама от резервуаров к печам следует применять центробежные насосы, количество которых определяется расчетом по потребной производительности печей с учетом коэффициента запаса мощности К=1,2. Необходимо предусмотреть установку не менее двух насосов, в том числе одного резервного, предусмотреть подачу воды высоконапорными насосами для промывки шламопроводов и пробивки "пробок" на выходе шлама из бассейнов.

Для хранения разжижителя шлама, сульфитно-спиртовой барды (ССБ или СДБ) и др. предусматривается склад в комплексе с приемным устройством, резервуарами, мешалкой и насосной станцией. Расчет потребности разжижителя и необходимые емкости под него и оборудование произвести из ориентировочного расхода 0,2...0,3 % сухого вещества от массы сухой сырьевой смеси в виде 10...15 % раствора.