Цех обжига цемента

                                        ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................2 

  1. СОСТАВ  ЦЕХА ОБЖИГА. РЕЖИМ РАБОТЫ.....................................2
  2. Режим работы цеха обжига..............................................................2
 
  1. ВЫБОР СПОСОБА  И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 

    ПРОИЗВОДСТВА...................................................................................3

  1. Способ производства цемента........................................................3
  2. Технологическая схема производства............................................3
  3. Описание технологического процесса............................................4
 
  1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ........................................................4
  2. Расчет сырьевой смеси по методу В.А. Кинда...............................4
  3. Расчет двухкомпонентной сырьевой сырьевой смеси..............6
  4. Пример расчета двухкомпонентной сырьевой смеси...............7
  5. Расчет производительности цеха.....................................................9
  6. Расчет сырья....................................................................................10
  7. Расчет минералогического и химического составов

портландцементного  клинкера..............................................................10

  1. Минералогический состав........................................................10
  2. Химический состав...................................................................12
  3. Выбор технологического оборудования........................................12
  4. Выбор печей и холодильников.................................................12
  5. Дозаторы и питатели.................................................................13
  6. Дымососы к печам и вентиляторы для холодильников...........14
  7. Пылеуловители..........................................................................14
 

4.ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТЫ.......................................................14

  1. Расчет расхода топлива на обжиг....................................................14
  2. Расход воздуха и продуктов горения...............................................15
  3. Расчет отходящих из печи газов.......................................................16
  4. Выход углекислого газа при обжиге сырьевой смеси...............16
  5. Выход влаги из сырьевой смеси.................................................17
  6. Расход топочных газов при сгорании топлива...........................17
 
  1. КОНТРОЛЬ  ПРОИЗВОДСТВА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.........18
 

6.ЛИТЕРАТУРА............................................................................................19 
 
 
 
 
 
 

     

                                               ВВЕДЕНИЕ 

          Цементная промышленность  является  крупным потребителем топлива.

В странах - крупных производителей цемента  расход топлива и электроэнергии на его производство составляет 6 - 8 % общих топливно - энергетических затрат  на  производство  промышленной  продукции.  Особо дефицитны газ и нефть.  Это побуждает в  ряде европейских  стран  и  США  строить  новые цементные заводы и реконструировать старые с использованием угля вместо нефти и газа.

          В России в структуре себестоимости  цемента   затраты на  топливо   и  электроэнергию  составляют 34 %.  На  производство  цемента  ежегодно затрачивается 22,5 млн  т  усл. топлива, в том  числе 3,8 млн т угля, 12,3 млн т газа, 6,2 млн т мазута и 0,2 млн т сланцев [1] .

          В практике производства цемента признаны следующие  технологичес-кие  приемы снижения  энергетических затрат :  производство  цемента  по  сухому  способу; применение разжижителей шлама;  применение минерали-заторов при обжиге клинкера; низкотемпературный обжиг клинкера, полная или частичная замена глины техногенными продуктами (золами, шлаками и т.п.), введение топливосодержащих продуктов в сырьевую смесь; получение многокомпонентных цементов. 
 

  1. СОСТАВ  ЦЕХА ОБЖИГА. РЕЖИМ  РАБОТЫ
 

          Цех обжига включает печное отделение, запечные теплоообменные устройства, декарбонизаторы, кальцинаторы, холодильники, а также угле-подготовительное отделение при работе печей на твердом топливе.

  1. Режим работы цеха обжига принимают круглогодичный, непре-

рывный (трехсменный) с 8- часовой рабочей сменой без  выходных и празд-ничных дней.

          Расчетный годовой фонд времени  работы технологического оборудо-вания  цеха обжига определяют по  формуле:

                       Вр=Ср. Ч . Ки  ,    (ч)                                      (1.1)

 где   Ср - расчетное количество рабочих суток в году; Ч - количество рабо-чих часов в сутках; Ки - среднегодовой коэффициент использования техноло-гического оборудования.

          Коэффициент использования печных  установок и оборудования, с ними  связанного ( теплообменников, холодильников  ), по календарному времени зависит  от длительности их остановки  на ремонт, в т. ч. на замену  футеровки; обычно он принимается равным 0,9 - 0,92. Например, продолжительность ремонтного цикла для вращающихся печей составляет 1800 ч , для пылеосадительных устройств - 1450 ч в год [2].

      Режим работы отделений цеха обжига представлен  в таблице 1.1 

                                                                                         Таблица 1.1

                        Режим      работы      цеха обжига 

 №

п/п

 Наименование

  отделений

      цеха

 Количество

  рабочих

суток в году

 Количество

    смен  в

    сутки

 Длительность

     рабочей

     смены,  ч

    Годовой   

     фонд

    рабочего

  времени,  ч

1         2        3         4           5           6
 

 

        2.   ВЫБОР СПОСОБА  И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ  СХЕМЫ  

                                               ПРОИЗВОДСТВА  

        1. Способ  производства цемента
 

          Выбор способа производства осуществляют  путем сравнения между собой  возможных способов получения  данного вяжущего,  их достоинств  и недостатков. Для этого необходимо  по литературным данным и сведениям,  полученным в проектных организациях и на заводах, провести технико - экономический анализ показателей действующих или запроектированных предприятий, работающих по разным технологиям, и принять из них тот способ, который имеет преимущества перед другими. Сравнение рекомендуется вести по следующим показателям: характеристики исходного сырья; удельного расхода сырьевых материалов, топлива и электроэнергии на единицу продукции; производительности и объема продукции с 1 м2 производственной площади; трудоемкости и возможности комплексной механизации и автоматизации производства; получения продукции требуемого качества; использования местного недефицитного сырья, включая попутные продукты и отходы; улучшения санитарно-гигиенических условий и безопасности труда; решения вопросов экологии.

          Краткое описание существующих  способов производства должно  сопровождаться схемами с указанием  основных операций [3].

          Технико - экономические показатели  различных способов производ-ства  рассматриваемого вяжущего желательно  представить в таблицах и дать обоснованное заключение о выборе того или иного способа. 

                     2.2. Технологическая схема производства 

            В  этом  разделе  необходимо  рассмотреть   несколько  возможных  технологических схем, работающих  по выбранному способу производства [3,4,5].

          При сравнении вариантов схем  технологического процесса учитывают,  в   какой  мере  каждый  из   них   удовлетворяет   следующим  требованиям : поточности  и  непрерывности  производства ,  компактности  и  сокращению количества технологического и транспортирующего оборудования, комплексной механизации  и  возможности  автоматизации  производства ,   обеспечению безопасных  условий  труда .  Для  решения  технологических  задач  должны использоваться прогрессивные машины и оборудование с учетом передового отечественного и зарубежного опыта производства.

          Принятая схема технологического  процесса должна быть представлена  на отдельном листе расчетно-пояснительной  записки в аппаратном исполнении  с представлением спецификации технологического оборудо-вания или в виде последовательного расположения технологических опера-ций и оборудования для их осуществления с указанием стрелками направле-ния движения сырьевых материалов, полуфабрикатов, готовой продукции, газовых потоков. Представленная схема должна давать детальное и полное представление о технологии, производственных режимах, используемом оборудовании и организации производственного процесса. Причем необходимо привести технико-экономические показатели применяемого технологического оборудования и обосновать их выбор. 

                 2.3. Описание технологического  процесса  

          Главное внимание  в описании  технологического процесса следует  уделить назначению технологических  операций, обоснованию принятых  технологических параметров, а также выбору оборудования. Описание должно носить законченный характер и давать ясное представление как о производственном процессе, так и о физико-химических превращениях, происходящих при тепловой обработке смеси и охлаждении клинкера.  
 

           3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТЫ 

           3.1. Расчет сырьевой  смеси  по методу В.А.Кинда 

         Для получения клинкера с заранее  заданными свойствами необходим  точный расчет исходной сырьевой  смеси требуемого минералогического  сос-тава по известному химическому составу сырьевых компонентов.

          Химико-минералогический состав портландцементного клинкера  характеризуется содержанием оксидов и минералов, его составляющих, в процентах по массе. Отношение между ними выражается через коэффициент

насыщения (КН) и модули: силикатный ²n² и глиноземистый ²p² [6,7].                                                            

          Коэффициент насыщения (КН) кремнезема известью представляет собой отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного кремнекислотой, к его количеству, теоретически необходимому

для полного  связывания кремнекислоты в трехкальциевый силикат (по В.А.

Кинду и В.Н.Юнгу). Для определения КН пользуются следующей упрощен-ной  формулой:

     КН=CaO-(1,65.Al2O3+0,35.Fe2O3)/2,8.SiO2 ,                   (3.1) 

где CaO, AL2O3, Fe2O3, SiO2 - общее содержание в клинкере соответ-ствующих оксидов, %.

          Коэффициент насыщения колеблется  в пределах 0,82-0,96. При КН>0,96 количество C3S в клинкере больше 60%, т.е. клинкер алитовый, при

КН<0,82 - C3S меньше 38%, т.е. клинкер белитовый [ 3 ].

          Силикатный (кремнеземистый) модуль n определяет отношение содержания кремнекислоты  к суммарному содержанию глинозема и оксида железа, (%): 

            n= SiO2 / (AL2O3 + Fe2O3)   .                                     (3.2)        

                                

     Силикатный модуль показывает  какое количество минералов силикатов

(С3S + C2S) по отношению к минералам-плавням (С3А + С4АF) содер-жится в клинкере. Величина силикатного модуля составляет 1,75 - 3,5.

     Глиноземистый (алюминатный) модуль  p показывает отношение содер-

жания глинозема к содержанию оксида железа (%): 

         p = AL2O3 / Fe2O3 .                                                       (3.3)     

                                                

     Модуль p - соотношение минералов-плавней между собой (С3А и C4AF)

колеблется  в пределах 1,0 - 1,7. Значения величин  п, p и КН практически одинаковы для сырьевой смеси и  клинкера.                                                         

     В зависимости от количества  компонентов, применяемых для  приготовле-

ния сырьевой смеси, расчитывают двух-, трех- и  четырехкомпонентные сме-си.

     Расчет сырьевой смеси заключается  в определении соотношения между

составными  частями портландцементной сырьевой смеси,  причем не всегда задаются всеми  тремя характеристиками, а ограничиваются только указанием значения КН и одного из модулей. Число сырьевых компонентов  должно быть на единицу больше числа  заданных характеристик, т.е.

при задании  КН возможен расчет двухкомпонентной сырьевой смеси, при заданных КН и  одного из модулей  трехкомпонентной смеси.

     Наиболее распространен способ  расчета сырьевой смеси по  значению коэффициента насыщения  и модулей, предложенный С.Д.Окороковым. Рас-

чет сырьевой смеси завершается расчетом химического  и минералогического 

составов  по формулам, предложенным В.А.Киндом. Формулы и ход расчета приведены  в литературных источниках [7,8,9,10,11].

     В методическом указании представлен порядок расчета двухкомпо-нентной сырьевой смеси по методу В.А.Кинда. 
 

  1. Расчет  двухкомпонентной сырьевой  смеси
 

     При расчете двухкомпонентной  сырьевой смеси задается лишь  значение 

КН, которое  определяет соотношение между сырьевыми  компонентами. Приготовление сырьевой смеси из двух компонентов возможно только в случае, когда значение модулей n и p рассчитанной смеси находится в пределах, допустимых для портландцементного клинкера.

     По заданию известны значение  КН и химический состав обоих  исходных                                                           

сырьевых  компонентов.

     Расчет производится в следующем  порядке:

а) пересчет данных химического состава обоих  компонентов к 100%.

     Для этого вычисляется пересчетный  коэффициент К для первого и второго компонентов путем деления 100 на сумму å, полученную сложением процентного содержания всех оксидов в каждом материале: 

                     К = 100 / å ;                                                              (3.4) 

                                                              

б) умножение  заданного процентного содержания оксидов каждого из материалов на соответствующий поправочный коэффициент  К ( полученный

химический  состав исходных материалов приводится к 100% ); 

в) принимается на 1 часть (по массе) второго компонента (глина) сырьевой

смеси Х частей (по массе) первого компонента (известняк). Записываются следующие  равенства: 

     C0= (X.C1+C2 )/(X+1),     (3.5)            S0=(X.S1+S2)/(X+1),      (3.6)

         A0= (X.A1+A2 )/(X+1),     (3.7)          F0= (X.F1+F2 )/(X+1),   (3.9)

                                                                                         

      Подставляются значения C0, S0, A0, F0  в упрощенную формулу расчета коэффициента насыщения : 

            КН=(C0-1,65.A0 -0,35.F0)/2,8.S0  

и решается полученное уравнение относительно Х :                                                                      

                         ,                          (3.9)             

где  С1,2; S1,2; А1,2; F1,2 - сокращенное написание оксидов СаО; SiO2; AL2O3;  Fе 2О3, содержащихся соответственно в первом и втором компо-нентах смеси; Со; Sо; Ао; Fо- содержание данного оксида в искомой сырьевой смеси ; 
 
 

г) определение  суммы компонентов смеси в частях - Х + 1 ; 

д) определение  процентного содержания компонентов  в смеси:

              К1 = 100 / (Х+1),                                                          

где К1- содержание компонента, принятого в расчете за единицу (в данном случае второй компонент - глина); 

е) определение  содержания первого компонента (известняка) по разности 100-К1; 

ж) пересчет процентного содержания оксида каждого  из компонентов смеси,

для чего нужно умножить их значение на полученное содержание (в %) данного компонента в сырьевой  смеси и получить химический состав сырьевой смеси; 

з) определение  состава клинкера путем умножения  содержания оксидов сырьевой смеси  на коэффициент К2, который рассчитывается по формуле: 

          К2 = 100/ (100-п.п.п.),                                              (3.10)     

                                         

где п.п.п. - потери при прокаливании сырьевой смеси, %;

е) вычисление КН расчитанной смеси (клинкера) и  сравнение его с задан-ным; 

к) расчет модулей  п и p.

                                                             

    3.1.2. Пример расчета  двухкомпонентной  сырьевой смеси 

     Требуется  рассчитать двухкомпонентную сырьевую  смесь с КН=0.92,

состоящую из мела и глины следующего химического  состава (табл.3.1). 

                                                                                         Таблица 3.1             

          Химический состав исходных сырьевых  материалов 

Материал                       Содержание, %
  SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3  ппп    S   К1
 Мел 1,48 0,53   0,37 55,38 0,25    - 42,27 100,28 0,9972
 Глина 51,33 15,48 9,24 3,23 2,62 2,00 15,27 99,17 1,00837
 

      Пересчитаем данные химического состава к 100%. Для этого необ-ходимо вычислить  переходный коэффициент К1, который определяется деле-

нием 100 на сумму  å , полученную сложением процентного содержания  всех оксидов в данном материале (табл.3.1).   

          

             Для глины .                                        (3.11)                         

     Умножая процентное содержание  оксидов каждого из материалов  на соответствующий поправочный  коэффициент К1, получим химический состав исходных материалов, приведенный к 100% (табл.3.2).                                                   

                                                                                       Таблица 3.2

           Химический состав исходных материалов, приведенный к 100% 

Материал   Содержание, %
    SiO2    Al2O3 Fe2O3 CaO MgO  SO3       ппп
Мел   1,48    0,53   0,37 55,38 0,25     -      42,27
Глина 51,76   15,61   9,32 3,26 2,64 2,01       15,4
 

      Принимаем содержание мела в заданной смеси  за Х, глины за 1, вычисляем значение Х по формуле: 

      Сумма компонентов смеси Х+1 = 4,1564.

     Определяем процентное соотношение компонентов в смеси при помощи

коэффициента :             или пропорции :

            

4,1564 - 100%

3,1564 - Х,                                  Х = 75,94% .