Материальный баланс цементного завода в р. Башкортостан, производительностью 1080000 тонн цемента в год

1. Разработка технологической схемы

Производство портландцемента по сухому способу складывается из следующих операций.

Основные стадии технологического процесса производства клинкера сухим способом:
- доставка и разгрузка известнякового щебня по ПКД в склад цеха «Сырьевой» или в бункер дозировочного блока цеха «Сырьевой-2»;
- доставка глины автотранспортом и разгрузка в склад;
-доставка пиритных огарок железнодорожным транспортом и разгрузка в склад;
- дозированная подача известняка, глины и огарок в состоянии естественной влажности на сборный ленточный конвейер с получением сырьевой смеси определенного химического состава и соотношения основных окислов (СаО, SiO2, Al2O3, Fe2O3
Массовое количество сырьевых материалов в состоянии естественной влажности при составлении сырьевой смеси определяется их химическим составом и влажностью и составляет: известняк -71-73%, глина 24-26%, пиритные огарки 2,0-2,3%.
- помол сырьевой смеси в ударно-отражательной молотковой дробилке с одновременной сушкой отходящими газами печи обжига, транспортировка в газовом потоке в сепаратор;
- разделение в воздушно-проходном сепараторе молотого сырья на готовый тонкомолотый продукт (сырьевую муку) и на грубомолотые фракции – крупку;
- домол крупки сырьевой смеси в однокамерной шаровой мельнице c возвратом молотого продукта в сепаратор на классификацию;
- выделение готовой сырьевой муки из газового потока в четырехпольном электрофильтре;
- транспортировка сырьевой муки в силос, усреднение сырьевой муки в силосе;
- дозированная подача готовой сырьевой муки из силоса в одноветвевой 4-х ступенчатый циклонный теплообменник печи для окончательной сушки, нагрева, дегидратации глинистой составляющей и частичной декарбонизации известнякового компонента;
- декарбонизация известнякового компонента в двухветвевом декарбонизаторе типа PYROCLON-R;
- обжиг декарбонизованной муки природным газом во вращающейся печи при температуре около 1450оС до спекания с получением клинкерных минералов – алита, белита, трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита, являющихся основными составляющими портландцементного клинкера;
- охлаждение клинкера в колосниковом холодильнике, транспортировка в крытый резервный склад и последующая передача его в существующий склад клинкера.
ПОДАЧА, СКЛАДИРОВАНИЕ И ДОЗИРОВАНИЕ ОСНОВНОГО СЫРЬЯ
Для получения цемента по сухому способу производства используется щебень известняка фракций 0 30 мм, получаемый при дроблении и грохочении известняка, а также природная глина и шлак-отход сернокислотного производства (пиритные огарки).
Известняк поступает по грузовой подвесной канатной дороге (ГПКД – 2) в две точки: в бункер дозировочного блока цеха «Сырьевой – 2» или в грейферный склад сырья цеха «Сырьевой» для хранения необходимого запаса известняка в объеме 22 тыс. тонн – на 5,2 суток работы нового сырьевого отделения, работающего по «сухому способу» приготовления сырьевой смеси или на 3 суток работы обоих цементных производств при их полной загрузке.
Подача известняка со склада цеха «Сырьевой» осуществляется только во время остановки ГПКД – 2. Для этого в складе предусмотрена бункерная этажерка с двумя бункерами емкостью 50 м3 каждый. Загрузка бункеров осуществляется грейферным краном грузоподъем-ностью 16 тонн. Из бункеров известняк через штанговые шибера поступает на два ленточных питателя производительностью до 150 т/ч, которыми подается на систему ленточных конвейеров производительностью 350 т/ч каждый. Системой ленточных конвейеров известняк подается в бункер дозировочного блока цеха «Сырьевой-2» емкостью 513 м3 с установленными на нем уровнемерами верхнего и нижнего уровней. Количество щебня в бункере обеспечивает работу установки сушки и помола сырья в течение около 4-х часов.
Огарки на цементное производство доставляются ж/д транспортом в грейферный склад цеха «Сырьевой». Емкость отсека огарков составляет 1500 м3, что позволяет обеспечить запас более чем на 20 суток бесперебойной работы технологической линии производства клинкера сухим способом или 11 суток работы обоих цементных производств при их полной загрузке.
Со склада цеха «Сырьевой» грейферным краном пиритные огарки подаются в бункер, откуда через штанговый шибер поступают на ленточный питатель и затем системой ленточных конвейеров транспортируются в дозировочный блок цеха «Сырьевой – 2». Перекидным шибером огарки с конвейера подаются на горизонтальный ленточный конвейер производительностью 100 т/ч, а с конвейера через течку ссыпаются в отдельный отсек на склад глины цеха «Сырьевой – 2». Емкость отсека огарков составляет 150 м3, что соответствует потребности на 1,7 суток работы установки сушки и помола сырья.
Глина на производство доставляется автотранспортом в теплый грейферный склад полезной емкостью 1050 м3, обеспечивающий запас на суточную потребность в глине. С целью предотвращения смерзания сырой глины в зимнее время склад отапливается с обеспечением температуры не ниже +5 0С. Учитывая однородность химического состава глины, невысокую влажность (18,5%), ее переработка осуществляется без усреднения и предварительной подсушки. Глина со склада грейферным краном грузоподъемностью 20 т подается в бункер емкостью 57 м3. Из бункера глина пластинчатым питателем подается на дробление в двухвалковую зубчатую дробилку, а оттуда – на дозирование.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ
Отдозированные сырьевые материалы – известняк, глина и огарки поступают на сборный ленточный конвейер, оборудованный магнитным сепаратором и электронным металлоискателем для отделения из сырьевой смеси металлопримесей. Сборным конвейером сырьевая смесь с размером фракций 0 40 мм и средней влажностью 7% подается в отделение сушки и помола.
Измельчение сырьевой смеси осуществляется в двух мелющих контурах:
первый контур – сушка и дробление в ударно-отражательной молотковой дробилке с последующим отделением грубомолотых фракций размером до 10 мм (крупки) в воздушно-проходном сепараторе;
второй контур – тонкий помол крупки в шаровой мельнице и сепарирование мелких фракций в воздушно-проходном сепараторе.
Местом соединения обоих контуров служит воздушно-проходной сепаратор. Установка помола работает в замкнутом цикле. Для обеспечения стабильной работы установки с высокой производительностью при достижении заданной тонкости помола и влажности сырья необходима оптимальная загрузка установки помола без резких колебаний потоков материала и газа. Для этой цели установка помола оснащена системой регулировки, которая поддерживает суммарное количество подаваемого в дробилку материала и возвращаемой в мельницу крупки постоянным.
В шаровой однокамерной мельнице 5 8,25 м крупка домалывается до заданной тонкости.
Размолотый в шаровой мельнице продукт, в основном за счет вытеснения вновь загружаемым материалом, выгружается из мельницы через выходную решетку, затем установленным в цапфе трубошнеком подается в выходной газоход ударно-отражательной молотковой дробилки, где подхватывается газовым потоком и совместно с первично измельченным материалом транспортируется в сепаратор.
Перед подачей в силос производится контроль химического состава сырьевой муки. Для этого из аэрожелоба автоматическим пробоотборником производится отбор проб сырьевой муки, которые пневмопочтой доставляются в лабораторию на хим.анализ. По результатам анализа производится корректировка состава сырьевой смеси. Запыленный воздух из аэрожелоба и от эрлифта поступает на очистку в рукавный фильтр. Уловленная в фильтре сырьевая мука возвращается в аэрожелоб, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Импульсная очистка рукавов производится сжатым воздухом от компрессорной установки.
Отходящие из электрофильтра газы частично используются для рециркуляции – на подъем материала в сепаратор через дроссельную заслонку, на сушку материала в ударно-отражательной молотковой дробилке, для аспирации шаровой мельницы через дроссельную заслонку, а остальные выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу высотой 120 м.
ОБЖИГ КЛИНКЕРА
Для обжига клинкера используется короткая двухопорная печь размером 4,5х50 м системы «Пирорапид» с декарбонизатором типа PYROCLON-R и четырехступенчатым одноветвевым циклонным теплообменником PR 8252/4, производительностью 3500 т/сут.
В циклонном теплообменнике происходит полное высушивание сырьевой муки во взвешенном состоянии, её нагрев и частичная декарбонизация. Теплообменник состоит из четырех, установленных один над другим, циклонных отделителей, соединенных между собой патрубками для пересыпания сырьевой смеси и газоходами. Циклонный теплообменник оснащен декарбонизатором типа PYROCLON-R Low NОx, системой вторичной топки с двумя газовыми горелками и системой частичного газоотвода (байпаса). Для сжигания газа в декарбонизаторе используется третичный воздух с температурой около 900-9500С, отбираемый из разгрузочной головки печи. Ступень I, то есть самая высокая ступень теплообменника, оборудована двойным циклоном с целью повышения коэффициента сепарации и снижения пылевыноса. Каждый циклон и соответствующий ему газоход образуют одну степень подогрева материала. Каждая отдельная ступень действует в качестве прямоточного теплообменника, а общая система представляет собой противоточный теплообменник.
Трубопроводы, через которые сырьевая мука поступает из циклона в газоход следующей ступени, оснащены качающимися клапанами для предотвращения прямого прохождения газа через них в расположенные наверху циклоны. Для обеспечения равномерного распределения поступающей сырьевой муки на входе в газоход расположены отбойные шибера-рассекатели. Равномерное распределение муки по живому сечению потока газа способствует хорошему теплообмену и предотвращает падение муки против газового потока в расположенные внизу циклоны.
Подача сырьевой муки из смесительного силоса в теплообменник осуществляется пневмоподъемником непрерывного действия – эрлифтом фирмы ВМН Claudius Peters. Эрлифт под действием сжатого воздуха подает тонкодисперсную сырьевую смесь в газоход между II и I ступенями циклона, в котором теплообмен происходит между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Передача теплоты во взвешенном состоянии гарантирует быстроту и равномерность нагревания сырьевой смеси.
В газоходе сырьевая смесь увлекается газовым потоком с температурой 500-5500С и скоростью движения 10÷15 м/с, нагревается до температуры 250÷3500С и попадает в циклон I ступени, в котором под действием центробежных сил оседает, после чего по трубопроводу сырьевой муки направляется в газоход между II – III ступенями циклона. Далее сырьевая мука последовательно проходит сверху вниз II-ую и III-ю ступени теплообменника и нагревается до 700÷8000С, а газы по теплообменнику идут снизу вверх и охлаждаются от 900÷1200 0С до 3500С. Время нахождения материала в циклонном теплообменнике 20-30 секунд. За короткое время сырьевая мука нагревается, полностью дегидратируется и на 25÷40 % декарбонизуется. Степень осаждения муки по отдельным ступеням составляет соответственно: в 1-ой – 96%, 2-ой – 90%, 3-ей – 85%, 4-ой – 80%.
При нагревании сырьевой смеси отдельные ее компоненты – известковые и глинистые, испытывают самостоятельные превращения и лишь затем вступают во взаимодействие друг с другом, приводящее к образованию новых соединений.
Дегидратация глинистых материалов при нагревании до температуры около 5000С сопровождается значительными изменениями структуры их кристаллов по реакции:

Al2O3×nSiO2×mH2O → Al2O3 х nSiO2 + mH2O(ПАР)

После дегидратации глинистые вещества остаются в аморфном состоянии, а затем частично или полностью распадаются на оксиды Al2O3 х nSiO2 → Al2O3 + nSiO2 и приобретают способность активно взаимодействовать с остальными компонентами смеси.

Диссоциация кальцита, начинающаяся около 6000С и заканчивающаяся при температуре 11000С, является комплексной реакцией, конечная стадия которой описывается уравнением:

CaCO3 (ТВ.) → СаО (ТВ.) + СО2 (ГАЗ.)

Предварительно нагретая сырьевая мука с температурой около 700-8000C после циклона III ступени поступает в двухветвевой декарбонизатор, распределяясь в обе ветви (PYROCLON-R и Low Nox ) через распределительный короб с двумя сервоприводами (поз.08.01.02). В каждую ветвь декарбонизатора подается топливо и воздух: в первую ветвь – природный газ в горелку PYROCLON поз.10.13.2 и третичный воздух из головки печи с высоким содержанием кислорода (до 21%); во вторую – природный газ в горелку Low Nox поз.10.13.1 и отходящий из вращающейся печи газ с низким содержанием кислорода (1÷3%) и высоким содержанием оксидов азота NOx. В обоих случаях материал подается в декарбонизатор ниже точек установки горелок PYROCLON и Low Nox, что обеспечивает его смешение с воздушно-газовым потоком до зоны горения. Горение топлива в декарбонизаторе в связи с одновременным прохождением эндотермической реакции СаСО3 → СаО + СО2 в пыле-газовоздушной смеси является беспламенным и протекает при температуре около 9000С. В первой ветви декарбонизатора за счет высокого содержания кислорода создается окислительная среда, обеспечивающая полноту сгорания топлива, интенсивный теплообмен сырьевой муки и газов и высокую степень декарбонизации известняка на 90÷95% за 2,5÷5 секунд. Во второй ветви декарбонизатора за счет низкого содержания кислорода газ сгорает с образованием СО, который создает восстановительную среду и восстанавливает оксиды азота NOx до N2 по реакции:

2СО + 2 NOx → N2 + 2СО2 (ГАЗ.)

В верхней части декарбонизатора обе ветви соединяются, происходит окончательное окисление СО до СО2. Сырьевая мука из декарбонизатора с температурой около 8600С поступает в циклон IV ступени, где осаждается и поступает в загрузочную часть вращающейся печи поз.08.03. Загрузочная часть печи и конус четвертой ступени оснащены устройствами пневмообрушения с девятью пневмопушками поз.08.01.04 для борьбы с настылями, образующимися в основном в циклоне четвертой ступени и в загрузочной части печи.

В используемом для производства портландцементного клинкера сырье содержатся щелочные хлориды и сульфаты, которые совершают многократную циркуляцию в печной системе в результате возгонки при температуре 700-1100 0С и последующей конденсации при температуре ниже 700оС. Многократная циркуляция приводит к постепенному накоплению в материале этих соединений, которые понижают температуры начала декарбонизации и появления расплава, изменяя процесс минералообразования и приводя к появлению и росту настылей на стенках циклонного теплообменника и загрузочной части печи. Для снижения концентрации этих вредных соединений и предотвращения образования настылей предусмотрена система байпасирования отходящих газов.
В загрузочной части вращающейся печи смонтирован патрубок, к которому присоединена байпасная смесительная камера. При помощи вентилятора из входной камеры отбираются около 10% отходящих из вращающейся печи газов с температурой 12500С. В смесительной камере байпасные газы смешиваются со свежим холодным воздухом и охлаждаются до температуры около 3000С. Воздух для охлаждения, нагнетаемый вентилятором из окружающей среды, направляется в смесительную байпасную камеру через два воздушных канала, расположенных по отношению друг к другу на 1800. Равномерность температурного профиля после байпасной смесительной камеры и оптимизированный эффект охлаждения газов до температуры около 3000С достигается тангенциальным и радиальным подводом охлаждающего воздуха. Охлажденные газы обеспыливаются вначале в камере смешения, а затем в электрофильтре колосникового холодильника. Уловленная в электрофильтре пыль по системе скребковых транспортеров подается на пластинчатый конвейер и направляется в резервный склад клинкера. Таким образом, за счет байпасирования удаляются из процесса такие вредные вещества, как сера, щелочи, хлориды, что снижает вероятность образования настылей.
Сырьевая мука из циклона IV ступени теплообменника через загрузочную часть поступает во вращающуюся печь обжига. Загрузочный конец корпуса печи входит в головку циклонного теплообменника. На горячем конце печи смонтирована разгрузочная головка, которая соединяется с пылеосадительной камерой. Для уменьшения подсоса воздуха в местах соединения корпуса печи с циклонным теплообменником и разгрузочной головкой предусмотрены уплотнения. Перемещаясь вследствие вращения корпуса печи от загрузочного к разгрузочному концу, сырьевая мука подвергается тепловому воздействию от продуктов сгорания топлива, поступающих через печь навстречу движению материала.
ОХЛАЖДЕНИЕ КЛИНКЕРА
В колосниковом холодильнике клинкер охлаждается воздухом до температуры 95 0С.
Холодильник оснащен двумя колосниковыми решетками с гидравлическими приводами. Первая решетка установлена с наклоном 3о, вторая – горизонтально. В каждой решетке имеется два типа решетчатых пластин: неподвижные и подвижные, смонтированные на раме с маятниковой подвеской. Обе колосниковые решетки с гидроприводами разделяются под колосниками на отдельные воздушные камеры. Под колосниковой решеткой №1 – 5 воздушных камер, под второй – 4. Каждая камера оснащена своими вентиляторами охлаждающего воздуха: в первой камере – один вентилятор, во второй, третьей и четвертой камерах – по два вентилятора.
При прохождении холодного воздуха через слой клинкера высотой 450-900 мм клинкер охлаждается, а воздух нагревается. Нагретый воздух из зоны рекуперации с температурой не менее 9000С используется для сжигания газа в печи (вторичный воздух), часть нагретого воздуха расходуется на сжигание газа в декарбонизаторе (третичный воздух). Третичный воздух забирается из головки печи, очищается в пылеосадительной камере и по футерованному трубопроводу подается в этажерку циклонных теплообменников к горелке декарбонизатора.
Для измельчения крупного клинкера между двумя колосниковыми решетками холодильника установлена валковая дробилка типа c 4-мя параллельно расположенными реверсивными валками.
Стадия совместного помола означает совместный помол портландцементного клинкера, гипса и при необходимости активных минеральных добавок (АМД), который осуществляется в шаровых трубных мельницах открытого или замкнутого цикла. Выбор режима работы мельницы и соотношения компонентов при совместном помоле зависят от номенклатуры выпускаемого портландцемента на предприятии.
Складирование цемента осуществляется в бетонных или железобетонных силосах с пневматической загрузкой или механической загрузкой элеваторами и пневматической выгрузкой с последующей отгрузкой потребителю после технологического контроля ОТК.