ТЕХНОЛОГИЯ РОТОРНЫХ ПЕЧЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

1.0. Предисловие

ВВЕДЕНИЕ
1.0. ПРЕДИСЛОВИЕ

Портландцемент - мелкоразмолотый материал, состоящий в основном из смеси извести, кремнезема, окиси алюминия, оксида железа и гипса. При смешивании с водой цемент образовывает пасту, которая затвердевает и связывает воедино другие материалы, так называемые заполнители. Химические реакции, которые происходят при попадании воды в цемент или в смесь цемента и заполнителя, чрезвычайно сложны и, даже, до конца не определены химиками. Однако, известно, что путем обжига известь содержащего материала (известняка) с материалом, содержащим кварц, окись алюминия и оксид железа (глинистые материалы), в определенных пропорциях и при высокой температуре получается вещество, известное как клинкер. Соединение клинкера и примерно 5 % гипса является основой для мелкого магического порошка «цемента».  Изменяя пропорции сырья, можно изменить и свойства самого цемента, чтобы добиться быстрого или медленного затвердевания, устойчивости к химическим элементам  грунта, а также получить другие цементы со специальными свойствами.

На сегодняшний день цемент производят как на больших цементных заводах с применением роторной печи, так и на мини цементных заводах. Цементные заводы с установленной мощностью до 300 тонн/день (99000 тонн в год) относят к разряду мини цементных заводов,  независимо от применяемой технологии. Чаще всего на таких заводах применяется технология вертикальных обжиговых печей (VSK - vertical shaft kiln).

Цементные заводы с роторной печью имеют значительные преимущества перед заводами с технологией, а именно:

• Меньшее количество требуемой рабочей силы при одинаковой производительности с заводом, работающим с вертикальными печами.
• Меньшее потребление энергии, благодаря улучшенному управлению производственным процессом и высокоэффективному оборудованию
• Лучший контроль за качеством.
• Однородное качество продукции
• Возможность внедрения оборудования для контроля уровня загрязнения окружающей среды.
• Возможность применения в роторных печах известняка более низкого класса.

2.0.   экологически благоприятная технология

Среди различных технологий, которые были испробованы для широкомасштабного производства портландцемента, получила признание только технология с применением роторной печи.

В случае с остальными технологиями, такими как псевдооживающий реактор Пизеля, метод Реба, движущаяся колосниковая решётка и вертикальная обжиговая печь (VSK), имеют место верхний или нижний пороги ограничения в размере, за пределами которых технология либо технически неосуществима, либо нежизнеспособна экономически. Уменьшение масштабов завода в рамках любой конкретной технологии, даже в пределах верхнего и нижнего порогов эффективности, приводит к увеличению инвестирования на годовую тонну установленной мощности и себестоимости за тонну. Поэтому, по достижению предела технической и экономической реализации любой конкретной технологической линии, другая технология все еще может быть как технически осуществима, так и экономически выгодна. Поэтому коммерческое применение первого подхода достаточно ограничено, а традиционная технология VSK обычно становится неэффективна при превышении производительности более 300 тонн/день. В то же время, для заводов мощностью более  500 тонн/день самой подходящей оказалась технология роторных печей.

Характерные признаки нашего цементного завода

Как единый комплекс, наш завод обладает следующими особенностями:

• 1. Эффективное управление производственным процессом с мероприятиями по контролю качества и высокотехнологической оборудованной лабораторией для физического и химического анализа.
• 2. В качестве дополнительной опции может быть контрольно-измерительная система на микропроцессорах, постоянно отображающая параметры всех важных процессов. Все значимые параметры системы могут быть отображены и зарегистрированы.
• 3. Для улучшения процесса горения внутри печи и для достижения максимальной производительности и высокого качества продукции, в отделении роторной печи внедрена система автоматического управления процессами с обратной связью.
• 4. Для защиты рабочей силы и оборудования были разработаны меры безопасности и схемы электрической блокировки приводов.
• 5. В качестве дополнительной опции предлагается электронный весовой дозатор для автоматического точного дозирования сырья.
• 6. Низкое потребление тепла в пределах 800 - 850 ккал на 1 кг клинкера достигается благодаря использованию сухого топлива.
• 7. Качество цемента отвечает международным стандартам.
• 8. Минимальное загрязнение окружающей среды, в пределах Международных норм.
• 9. Низкие эксплуатационные и ремонтные затраты.

Цементный завод с роторной печью состоит из следующих участков.

• Секция дробления и хранения известняка
• Участок хранения и транспортировки добавок.
• Система подачи сырья в зону измельчения
• Зона измельчения сырья
• Участок смешивания сырья c добавками и его подачи в печь
• Зона горения и обжига
• Участок дробления угля.
• Секция сушки и измельчения угля.
• Зона хранения и транспортировки клинкера.
• Участок размола цемента
• Секция хранения и упаковки цемента

В случае, если в качестве топлива используется нефтепродукты или газ, участок дробления и измельчения не требуется.

3.0.  Процесс производства

Технология роторной печи основана на принципе белой муки, где сырье: известь, глина и прочие корригирующие материалы измельчены до такого размера, когда около  14% их частиц удерживаются в 170 меш (90 микрон), и тщательно гомогенизированы.  До поступления на линию подачи в подогреватель сырьевая мука смешивается с добавками. При попадании материала в печь, он высыхает, нагревается и обжигается. Затем клинкер охлаждается, сгружается на решетчатый охладитель в основании печи. Перед подачей в печь материал проходит через нагреватель, который служит для прогрева и уменьшения теплопотерь. После этого клинкер подается мельницу размола цемента, где перемалывается с 5% гипса (желательно с чистотой 85%) для производства цента.

Производственный процесс состоит в основном из следующих операций.

• Дробление кусков известняка и другого сырья до размера менее 10-15 мм.
• Дозирование сырьевой смеси и топлива, на основе проекта сырьевой смеси.
• Размол сырьевой смеси до размера зерен, 86% которых проходят сквозь 170 меш (90 микрон).
• Смешивание измельченного сырья и присадок до необходимого уровня.
• Подогрев материала в подвесных подогревателях.
• Просушка, обжиг и охлаждение в роторной печи.
• Выгрузка клинкера на охладитель.
• Смешивание клинкера с гипсом в шаровой мельнице до размера зерна 3000 по Блейну или согласно требованиям.
• Упаковка цента в мешки.
• Измельчение топлива, если в качестве топлива выступает уголь

технологическая карта

Подающий механизм подает куски известняка 300-400 мм в щековую дробилку, уменьшая их размер до 60-70 мм. Затем известковое сырье дробится на молотковой дробилке до размера менее 10-15 мм и хранится в складском дворе. Глина и добавки также хранятся в соответствующе оборудованных местах хранения.

После этого сырье (известь, глина и  добавки) отбирается в нужной пропорции и подается в шаровую мельницу для размола до размера, при котором 86% сырья проходят сквозь 170 меш.

Система извлечения представляет собой либо дисковый механизм питания, либо  вибрационный питатель. До подачи на размол, отдельные виды сырья хранятся в загрузочном бункере. Для получения правильных пропорций сырьевой смеси, в системе питания мельницы используется высокоточное оборудование - электронный весовой дозатор.

Размолотая сырьевая смесь из шаровой мельницы подается в бункер для смешивания с добавками при помощи пневматики или подъемника. Гомогенизация происходит в смесительном силосе. Полученная смесь хранится в емкости для хранения сырьевой муки.

Из бункера для хранения сырьевая мука на механическом или пневматическом подъемнике поступает в подогреватель, а оттуда - в печь. В печи материал прокаливается и спекается. Клинкер, образовавшийся в печи, остужается на решетчатом/ вращающемся охладителе.

Печь работает на нефтепродуктах/газе/угле. Если используется уголь, также монтируется дробилка для измельчения угля.

Смешанный с 4-5% гипсом клинкер подается в мельницу для размола цемента, где перемалывается в пыль. Эта пыль называется обычный портландцемент. Цемент хранится в специальном бункере и упаковывается в мешок при помощи упаковочной машины.

•4.0. СЫРЬЕ

Процесс производства цемента и его качество на начальном этапе контролируется путем соответствующего отбора и оценки сырья. Подробные геологические изыскания и правильный расчет или сырьевая смесь proper способствуют успешному функционированию завода. Сырье, используемое для получения цемента, можно в целом разделить на две группы: известковые и глинистые материалы. Для роторной печи известьсодержащий материал должен соответствовать следующим параметрам:

            CaO     более  46%

            SiO2    менее  10%

            MgO    менее  2.5%

Глинистые компоненты, обычно глинозем, должны удовлетворять модулям, предъявляемым к сырью. Корригирующие материалы, такие как боксит, латерит, железная руда и т.д., могут добавляться в цемент по мере необходимости. В качестве топлива можно использовать уголь с теплотворной способностью около 5000 ккал / кг и зольностью около 35%. Альтернативно можно использовать нефтепродукты или газ.  

Требования к запасам известкового материала разнообразных категорий для цементных заводов с различной мощностью представлены ниже:

    Категория                    Количество (миллионов тонн)

    Запасов  

                                                                                          1000 т/день

    номинальные                                                                 23.60

    предварительно оцененные                                          16.50

5.0  Количество сырья

       Количество различных видов сырья, необходимого для производства 1 тонны цемента обычно составляет:

            Известь          1.20  - 1.25 тонн

            Глина                         0.125- 0.24 тонн

            Уголь              0.20  - 0.21 тонн

            Добавки         0.05  - 0.08 тонн

            Гипс               0.03  - 0.05 тонн

            Эл. энергия    110 - 120 кВт.ч

            Вода                50 -    80 литров

Минимальный запас этих материалов хранится на заводе, чтобы обеспечить непрерывность производственного цикла. Таблица ниже представляет общие рекомендации по резервному количеству сырья.

 Сырье в тоннах                                           Мощность завода в т/день

                                                                                               1000   

    Известь      (30 дневной запас)                                       37500 

    Глина         (60 дневной запас)                                       12000 

    Уголь        (30 дневной запас)                                         6000  

    Добавки    (30 дневной запас)                                         2500 

    Гипс          (30 дневной запас)                                         1250 

Иногда производится пуццолановый и бесклинкерный шлаковый цемент путем добавления пуццолана и шлака в ходе окончательного размельчения.  Количество шлака или пуццолана, которое необходимо добавить, зависит множества факторов. Поэтому резервное количество данного сырья  получается из расчета необходимого процентного соотношения этих материалов в продукции.

6.0.  ТОПЛИВО

Для роторной печи наиболее подходящим топливом является уголь с теплотворной способностью около 5000 ккал / кг и зольностью около 35%.  Альтернативно можно использовать нефтепродукты или газ.  

7.0.  Энергообеспечение

Обычно, к заводу проводится прямая линия высокого напряжения (33, 22 или 11 киловольт) от ближайшей подстанции электроэнергетического управления/компании, чтобы избежать частых отключений и колебаний напряжения.  На заводе имеется подстанция с трансформатором, панели управления микропроцессорами и электропитанием, контрольные панели. Чаще всего двигатели шаровых мельниц (для размола сырья и цемента) - трехфазные электромоторы 50 Гц, 11/6.6 кВ. Однако, другие двигатели работают от напряжения 440В, чтоб обуславливает наличие двух трансформаторов.  Основной трансформатор имеет нейтральный провод для системы освещения. 

Помимо этого, для роторной печи рекомендовано устанавливать комплект дизель-генераторов, чтобы печь продолжала вращение в случае отключения электроэнергии.

8.0.  Защита окружающей среды

Цементный завод, работающий с технологией роторной печи, фактически не загрязяют водные ресурсы, т.к. технология не предусматривает сточные воды. Загрязнение атмосферы может быть как вредными газами, так и твердыми частицами. Современные печи производят незначительные выбросы таких загрязнителей как угарный газ, углекислый газ и азот. Выброс пыли обычно низкий, благодаря использованию высокоэффективной системы пылеуловителей и поддержания чистоты в помещениях. Установленное оборудование по контролю за уровнем загрязнения удерживает уровень загрязнения ниже 150 мг/Нм^3. Для подавления вредного воздействия пыли, образовавшейся при движении транспорта, материалов и ветра, около завода обычно посажен ряд деревьев, а из пульверизаторов производится разбрызгивание воды.

Выбросы из дымохода роторной печи улавливаются высокотемпературным импульсным пылесборником или электрофильтром, чтобы удерживать уровень выброса пыли в пределах 150 мг/Нм³ при условии устойчивой работы.    

9.0.   ВОДА

Для производственного процесса вода не требуется (она необходима для очистительной башни, при наличии лаборатории дл электрофильтра, для охлаждения и для использования работниками завода). Артезианский колодец и водонапорная башня с системой трубопроводов рекомендуются для зданий завода. Подшипники шаровой мельницы охлаждаются водой, которая рециркулирует по кругу.  Общий объем потребления воды на заводе, включая нужды лаборатории, составляет 50-80 литров на тонну цемента.

10.0.  Человеческие ресурсы

Несмотря на автоматизацию,  в любой области промышленности люди остаются основной силой, призванной осуществлять контроль за оборудованием, для обслуживания и т.д.

В таблице ниже представлены средние требования к штату сотрудников на цементном заводе с роторной печью.

Цементный завод.

   Описание персонала                                         1000 т/день

   Руководители                                                           15     

   Высококвалифицированные                                  45

   Низкоквалифицированные                                    46

   Поденщики                                                              40

            Итого                                                             140

11.0.  ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Это краткое описание предназначено для того, чтобы помочь предпринимателю основать свой цементный завод. Для получения детальной информации и обмена токами зрения более полезной может стать личная встреча.

*  Требования к территории

     Мощность завода                                                                          1000 т/день

      Необходимая территория (кв. м. )                                               120,000

ПРИЛОЖЕНИЕ -I

СВОЙСТВА СЫРЬЯ

• A. Известняк

            CaO                :           >46%

            MgO               :           <2.5%

       SiO₂                :           <10%

            Al₂O₃               :           в соответствии с коэффициентом насыщения известью

            Fe₂O₃               :           и силикатными модулями в сырьевой смеси

            MnO₂              :           <0.5%

            R₂O                 :           <0.6%

            S                     :           <0.6%

            P₂O₄                :           0.6%

            TIO₂                :           <1.3%

            Cl                    :           <0.02%

            SO₃                 :           <0.8%

  Сопротивление

          раздроблению 950 - 1000 кг/см2

• B. Глина

            Компонент            Каолинит           Монтмориллонит

            SiO₂                            43-47%                       50-52%

            Al₂O₃                          35-38%                       14-20%

            Fe₂O₃                           0.25-1.5%                   0.5-1%

            CaO                            0.1-1.5%                     1-4%

            MgO                           0.3-0.5%                     3-7%

            Na₂O                          0.05-0.06%                 0.05-0.06%

            K₂O                            0.2-0.6%                     0.05-0.5%

            TIO₂                            0.1-1.28%                   <0.02%

            Эластичность                       7-15                            7-15

                                                                                  (число эластичности Аттерберга)

• C. Корригирующий материал

            Компонент          Латерит          Боксит          Искусственный песок

            LOI                             2-5%                 2-5%               0%

            SiO₂                            8-35%               4-18%             85-97%

            Al₂O₃                          20-35%             35-55%           1-3%

            Fe₂O₃                          18-45%             2-12%            1-3%

            CaO                            1-5%                 2-4%              1-3%

            MgO                           1-2%                 1-2%              1-3%

            Щелочь                      Незначит.         Незначит.      1-2%

            Cl                                Незначит.         Незначит.       Незначит.

            TIO₂                            2-5%                 2-6%               0