Zagorod50.ru

Загород №50
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Зоны печи мокрого способа производства цемента

Зоны печи мокрого способа производства цемента

За последние годы в СССР сухой способ производства цемента получает все большее распространение. Новейшие мощные заводы сухого способа оснащают печными агрегатами с запечными теплооб-менными устройствами, подогревающими измельченную сухую сырьевую смесь (муку) в потоке горячих газов, выходящих из вращающейся печи. Запечные теплообменные устройства позволили создавать агрегаты высокой производительности. Удельный расход тепла на обжиг при этом достигает рекордно низкой величины — почти 730 ккал/кг клинкера.

Существуют различные конструкции теплообменников, подогревающих сырьевую муку в потоке горячих газов: циклонные, трубчатые, дисперсно-фонтанирующие. Современные цементные печи оснащают циклонными теплообменниками. Они наилучшим образом утилизируют тепло отходящих газов, и их можно питать смесью грубого помола, что упрощает схему сырьевых помольных установок (мельниц) и уменьшает расход электроэнергии.

На рис. II-25 представлена принципиальная схема печного агрегата с печью 4 х 60 м, работающего по сухому способу.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Из сырьевого отделения сырье, подсушенное до 1—2%-ной влажности, поступает в питательный бункер, а оттуда в газоход. Для того чтобы все сырье, поступившее в газоход, было подхвачено потоком газов, скорость последних должна быть достаточно большой— 12—18 м/сек (есть системы, где скорость газов доходит до 25 м/сек). Это требует значительных перепадов Давления на всех участках, т. е. значительного разрежения в тракте. Разрежение в свою очередь вызывает относительно большое гидравлическое сопротивление тракта, тем более что в каждом циклоне-теплообменнике из-за изменений поперечных сечений резко меняются скорости газового потока. Поток печных газов, стремящийся на выход вверх, увлекает с собой сырье, внося его в циклоны 3. Основная масса сырья осаждается в этих циклонах и по трубам попадает в газоход (с более горячими газами), соединяющий циклон с циклоном. Сырье, оставшееся в газовом потоке, тоже вносится в циклон.

Рис. II-25. Принципиальная схема печного агрегата с печью 4 X 60 ж

В циклон-теплообменник газовая смесь (газ с содержанием сырья, близким к состоянию насыщения) вводится тангенциально, а выводится через цилиндрический патрубок в центре циклона (см. рис. II-16, а). Крупные фракции сырья выпадают и по трубе поступают в газоход, соединяющий циклоны. Далее крупные фракции проходят циклон и, выделившись из потока, по трубе поступают в газоход, соединяющий печь с циклоном, и, наконец, по трубе направляются в печь. Обычно в агрегате устанавливают от 2 до 4 циклонов. За весь путь от газохода до трубы сырье нагревается до 700—800 °С (в некоторых новейших конструкциях еще выше). Вследствие этого уже в теплообменниках начинается декарбонизация сырья. Выходящие из печи газы должны иметь температуру не ниже 1000—1100 °С.

Коэффициенты осаждения пыли в циклонах-теплообменниках 0,7—0,75. Коэффициент осаждения пыли в циклонах последней ступени — порядка 0,85.

Печные газы, проходя по описанной системе газоходов и циклонов, все больше и больше насыщаются пылью. Поэтому, несмотря на высокий коэффициент осаждения пыли в циклонах последней ступени, при выходе из системы запечного теплообменного устройства газы выносят с собой значительные количества пыли — 20— 25% всего количества вводимого сырья. В лучших в этом отношении системах циклонных теплообменников запыленность газов при выходе из последней ступени циклона составляет 60мг/м3. Нередки случаи, когда эта запыленность доходит до 20Э мг/м3. Такая запыленность требует сильно развитых средств пылеочистки.

На рассматриваемой схеме вся газовая смесь, выходящая из последней ступени циклонного теплообменника, проходит через группу батарейных пылеосадительных циклонов, которые имеют большое отношение высоты цилиндрической части к диаметру. Такие циклоны осаждают до 85% пыли, содержащейся в газовой смеси. Осажденная пыль через систему винтовых конвейеров и труб возвращается в загрузочный конец печи, смешиваясь с основным сырьем, поступающим из циклонных теплообменников по трубе.

Уже в значительной мере обеспыленные газы отсасываются из батарейных циклонов дымососом и продуваются через электрофильтр, который доводит очистку их от пыли до требуемой нормы. После этого очищенные газы выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.

Пыль, уловленная электрофильтрами, транспортируется в распределительное устройство, из которого в зависимости от химического состава либо направляется в печь вместе с пылью, осажденной в батарейных циклонах, либо идет на отгрузку для использования в иных отраслях промышленности или в сельском хозяйстве. Пыль отходящих газов отличается значительно пониженным содержанием СаО и повышенным содержанием щелочи и серного ангидрида, поэтому возвращение этой пыли в печь не всегда возможно.

Газы по отводу от основного газохода, запирающемуся специальной заслонкой, поступают в общую дымовую трубу или в специальную дымовую трубу малого сечения. Этот отвод необходим для розжига печи. Обожженный клинкер из печи поступает в холодильник, далее через дробилку, бункер и по конвейеру для передачи на склад.

Для преодоления значительных гидравлических сопротивлений в газовом тракте применяют дымососы, создающие высокое разрежение (500—600 мм вод.ст.). Вследствие этого, например, дымосос установлен перед электрофильтрами. На столь высокое разрежение большие плоские стенки корпусов электрофильтров не рассчитываются: они получились бы чрезмерно массивными. Иногда ставят два дымососа — один до и один после электрофильтров.

Следует отметить еще одну особенность печей сухого способа с циклонными теплообменниками. Размеры газоходов (их поперечные сечения) делаются такими, чтобы получить оптимальную расчетную скорость газов, обеспечивающую заданное перемещение сырья. При значительном уменьшении скорости газов поступающее в газоход сырье будет в том или ином количестве проваливаться

вниз, в печь, не достигнув требуемого нагрева. В этом случае может получиться недожог клинкера. С другой стороны, желание форсировать работу печи влечет за собой увеличение объема газов, а следовательно, и увеличение их скорости в газовом тракте. Вместе со скоростью будут расти гидравлические сопротивления движению газовой смеси, что может привести к перегрузке и остановке дымососа (или дымососов) с закупоркой газоходов осевшей пылью.

Иными словами, печь сухого способа с циклонными теплообменниками работает эффективно только в сравнительно узком интервале колебаний режима, обеспечивающем производительность, близкую к обусловленной проектом.

У современных мощных агрегатов сухого способа производства с использованием отходящих газов для сушки сырья в сырьевой мельнице работу собственно печного агрегата трудно отделить от работы оборудования сырьевого отделения и самой мельницы в частности.

В печах сухого способа в отличие от печей мокрого способа процессы испарения свободной и связанной воды вынесены в запечные теплообменные устройства. Поэтому печь сухого способа получается значительно короче, чем печь мокрого способа. На обжиг сырья затрачивается значительно меньше тепла, поэтому одним и тем же количеством тепла в печи сухого способа можно обжечь соответственно больше клинкера. Таким образом, при одинаковой удельной тепловой нагрузке в поперечном сечении зоны спекания печи для обжига одного и того же количества клинкера при сухом способе потребуется меньшее поперечное сечение печи в свету, т. е. меньший диаметр печи, чем при мокром.

Рис. II-26. Температурный график печи 5 X 75 м (сухого способа производства)
1—IV — номера циклонов; а — зона декарбонизации; б — зона экзотермических реакций; в — зона спекания; г — зона охлаждения; 1 — кривая температуры корпуса печи; 2 — кривая температуры материала; 3 — кривая температуры футеровки; 4 — кривая температуры газов

В более коротких печах температура отходящих газов выше.

Большинство современных печей сухого способа производства с циклонными теплообменниками имеет следующее соотношение длины и диаметра:

На рис. II-26 показан температурный график печи 5×75 ж (сухого способа производства) производительностью до 1800 т/сутки.

При общей расчетной длине печи 71,6 м одна лишь зона декарбонизации а занимает 65% длины. На долю зоны экзотермических реакций б приходится только 10%. Наконец, последние две зоны — спекания в и охлаждания г — занимают 25% общей длины. Соотношение зон здесь совсем иное, чем в печи мокрого способа, но реакции в соответствующих зонах те же. Как видно из приведенного графика, температура выходящих из -печи газов достаточно высокая.

До появления циклонных теплообменников заводы сухого способа производства оснащались вращающимися печами с запечными теплообменными устройствами в виде конвейерных кальцинаторов производительностью до 40—45 т/ч. Этот вид запечных устройств в СССР не получил достаточного распространения, и их в настоящее время не изготовляют.

Зоны печи мокрого способа производства цемента

Образованию конечного продукта — клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, в результате которых клинкер приобретает сложные минералогический состав и микрокристаллическую структуру.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Длина печей 95— 185—230 м, диаметр 5—7 м. В нашей стране стали применять вращающиеся печи, работающие по сухому способу, размером 7×95 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты на обжиг 3400 кДж/кг. На предприятиях, работающих по мокрому способу производства, применяют печи 7х230 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты 5600 кДж/кг. Для улучшения теплообмена внутри печей ближе к верхнему (холодному) концу устраивают цепные завесы, устанавливают теплообменники различной конструкции.

Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в виде порошка (сухой способ) или шлама (мокрый способ) подается автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде 20—30-метрового факела. Сырье занимает только часть поперечного сечения печи и при ее вращении со скоростью 1—2 об/мин медленно движется к нижнему концу навстречу горячим газам, проходя различные температурные зоны. Выдающийся советский ученый В. Н, Юнг, разработавший основы теории обжига клинкера, условно разделил вращающуюся печь на шесть температурных зон в зависимости от характера протекающих в них процессов. Рассмотрим эти процессы, начиная с поступления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

В зоне испарения (сушки) происходит высушивание поступившей сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

Читать еще:  Пропорции песка щебня цемента для изготовления бетона ведра

В зоне подогрева, которая следует за зоной сушки сырья, при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450—500 °С) и образуется безводный каолинит Al2О3×2Si02. Подготовительные зоны (испарения и подогрева) при мокром способе производства занимают 50-60 % длины печи (считая от холодного конца); при сухом же способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.

В зоне декарбонизации (ее протяженность 20—23 % длины печи) температура обжигаемого материала поднимается с 700 до 1100 °С; здесь завершается процесс диссоциации карбонатных солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. Термическая диссоциация СаСО3 —это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОз), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12Оз, Fе2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-А12Оз, СаО-А12Оз и частично 2CaO-SiO2.

В зоне экзотермических реакций (1100—1250 °С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО×А12О3; 4CaO-AI2O3-Fe2O3 и белита. Эти экзотермические реакции на сравнительно коротком участке печи (5—7 % ее длины) сопровождаются выделением большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клинкера) и интенсивным повышением температуры материала (на 150—200 °С).

В зоне спекания (1300—1450—1300 °С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения (1450°С), необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера — алита. В начале спекания, начиная с 1300 °С, образуется расплав в количестве 20—30 % объема обжигаемой массы из относительно легкоплавких минералов ЗСаО-А12Оз, 4СаО-А12Оз-Fе2Оз, а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450°С в клинкерной жидкости растворяются 2CaO-SiO2 и СаО и из них в расплаве происходит образование алита ЗСаО-SiO2, проходящее почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвоб не более 0,5—1 %). В расплаве сначала образуются тетраэдры SiO44-, которые потом соединяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что влечет дальнейшее растворение в расплаве 2CaO-SiO2 и СаО. Процесс образования алита заканчивается за 15—20 мин пребывания материала в зоне спекания (ее протяженность 10—15% длины печи). Поскольку при вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частички слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А12Оз, 4СаО×А12Оз-Fе2Оз и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения, следующей за спеканием.

В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С; здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит С3S, белит C2S, C3A, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000 до 100—200 °С в колосниковых, рекуператорных и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру или просасываемым через слой горячего клинкера. После этого клинкер выдерживается на складе одну-две недели.

Сухой способ производства цемента в последние годы значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — реактор-декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов.

Из расходных силосов сырьевая мука сначала поступает в систему циклонных теплообменников, где, находясь во взвешенном состоянии, нагревается движущимися навстречу (снизу-вверх) отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор. Непосредственно в декарбонизаторе сжигают около 50 % топлива, что позволяет быстро и почти полностью (на 90 %) завершить разложение СаСОз. Остальная часть топлива сжигается, как обычно, в горячем конце вращающейся печи, в которой получают клинкер из уже подготовленной к обжигу, т. е. декарбонизированной, сырьевой муки. Теплообменное устройство с декарбонизатором устанавливают около печи.

Повсеместное распространение сухого способа производства с применением декарбонизатора обусловлено возможностью ускорить технологический процесс, повысить суточную производительность технологических линий до 3000 т клинкера, использовать теплоту газов, отходящих из печи и холодильника, и тем самым снизить затраты топливно-энергетических ресурсов. При системе декарбонизатор—печь сокращается примерно вдвое длина вращающейся печи, компоновка цементного завода получается более компактной, соответственно уменьшается потребность в земельных площадях.

В СССР открыт новый способ производства портландцемента — путем обжига клинкера в солевом растворе хлоридов. При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, А12Оз, Fe2O3) и образование минералов завершается при 1100—1150 °С вместо обычных 1400—1500 °С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер, наряду с алитом, содержит минерал – хлорсодержащий аналог алита, названный алинитом. Алинит — это высокоосновный А1—С1— силикат кальция, содержащий около 2,5 % хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3—4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов. Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.

Интенсификация мокрого способа производства цементного клинкера путем выбора рациональных цепных завес для вращающихся печей Мешик, А. Ф.

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация — 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

240 руб. | 75 грн. | 3,75 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Автореферат — 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Мешик, А. Ф.. Интенсификация мокрого способа производства цементного клинкера путем выбора рациональных цепных завес для вращающихся печей : диссертация . кандидата технических наук : 00.00.00.- Москва, 1965

Содержание к диссертации

Стр.
I. ВВЕДЕНИЕ I

П. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6

III. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ
ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
ЦЕПЕЙ И ОПТИМАЛЬНОЙ КРУПНОСТИ ГРАНУЛИРОВАННО
ГО МАТЕРИМА, ВЫХОДЯЩЕГО ИЗ ЦЕШЮЙ ЗАВЕСЫ . . 55

1, Эффективность использования поверхности це
пей в различных цепных завесах

а/ Гирляндная цепная завеса 57

б/ Навеска цепей свободно висящими концами. . 64

2. Определение оптимальной крупности материала 67
а/ Условия моделирования процесса движения сы
пучего материала 68

б/ Методика и результаты исследования 72

в/ Влияние движения сыпучего материала на про
цесс теплообмена во вращающейся печи . 88

IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ГАЗОВЫМ ПОТО
КОМ, МАТЕРИАЛОМ И ЦЕПЯМИ НА УЧАСТКЕ ЦЕПНОЙ
ЗАВЕСЫ С ПЛАСТИЧНЫМ И ТВЕРДЫМ ГРАНУЛИРОВАН
НЫМ МАТЕРИАЛОМ 97

I. Экспериментальные исследования теплообме
на между цепями и пластичным и твердым
гранулированным материалом IOI

а/ Методика исследований 102

б/ Результаты исследования 107

2. Экспериментальные исследования теплообмена между газовым потоком и цепями .

а/ Методика исследований 117

б/ Результаты исследований . 121

У. ЇЇССЛЩОВАШІЕ ПРОМЕССА ТЕПЛООБМЕНА НА УЧАСТКЕ
ЦЕПНОЙ ЗАВЕСЫ СО ШЛАМШ, ОБРАЗУЮЩИМ ПЛЕНКУ НА
ПОВЕРХНОСТИ ЦЕПЕЙ 130

а/ Методика и результаты экспериментального
определения толщины шламовой пленки на по
верхности цепей и критической влажности
шлама 133

б/ Методика и результаты исследований тепло
обмена в цепных завесах на модели и в про
мышленных печах ЗАЗ

УІ. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ВРАЩАЮ
ЩИХСЯ ПЕЧЕЙ ПОСЛЕ ВНЩРЕНИЯ ЦЕПНЫХ ЗАВЕС РА
ЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 157

УП. В Ы В О Д Ы 160

УШ. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 16

Таблица Ш-І. Результаты определения относительного времени пребывания цепей при навеске гирляндами в газовом потоке, в газовом потоке на поверхности футеровки, в шламе, в шламе на футеровке.

Методика расчета винтовой гирляндной цепной завесы для вращающихся печей мокрого способа производства цементного клинкера.

Акты о внедрении цепных завес.

Введение к работе

Семилетним планом развития народного хозяйства СССР перед цементной промышленностью поставлена почетная и ответственная задача; максимально используя возможности действующих и вновь строящихся заводов, увеличить количество, улучшить качество цемента и снизить расходы на его производство.

В настоящее время мощное цементное производство в нашеб стране базируется в основном на мокром способе производства, имеющем свои преимущества, состоящие в более совершенном измельчении и гомогенизации сырьевых материалов, экономически целесообразном при использовании сырья с высокой начальной влажностью. Сухой способ производства, несмотря на очевидную экономичность в использовании топлива на обжиг клинкера, при тенденции увеличения мощности агрегатов не нашел такого широкого применения, как мокрый способ по некоторым техническим причинам.

Тепловая эффективность современных мощных вращающихся печей повышается за счет улучшения самой конструкции печей и оснащения их эффективными теплообмеиными устройствами, что сокращает разрыв в расходе тепла на обжиг между сухим и мокрым способом производства и укрепляет позицию последнего.

Кроме того, при мокром способе производства пылевынос из печи меньше, чем при сухом способе, т.е. меньше потери тепла и сырья? и проще использование уловленной пыли.

Улучшение производственных показателей печей, повышение их производительности, снижение удельного расхода тепла на обжиг достигается как за счет оптимального профиля и увеличения размеров печей, так и за счет установки в печах совершенных теплообменных устройств» в первую очередьг цепных завес, интенсифицирующих процесс сушки шлама.

Сушка шлама во вращающейся печи мокрого способа производства требует больших затрат тепла, по сравнению с другими статьями теплового баланса вращающейся печи. Как следует из нижеприведенного теплового баланса, расход тепла на испарение воды шлама, поступающего в печь с начальной влажностью 37%, составляет 32% от общего расхода тепла на обжиг, и, естественно, увеличивается при повышении влажности шлама.

Цепные завесы, навешиваемые в печах мокрого способа производства, предназначены для интенсификации процесса сушки в объеме печи с тем, чтобы этот процесс закончился возможно ближе к ее загрузочному концу.

Удельное напряжение объема зоны сушки в цепной завесе

вращающейся печи мокрого способа производства, по промышленным

Известно, что интенсифицировать процесс сушки в единице объема сушки можно, повысив плотность навески /количество цепей в единице объема/; но кроме увеличения интенсивности сушки цепная завеса во вращающихся печах должна отвечать и другим требованиям, вытекающим из особенностей работы печи и имеющим целью повышение производственных показателей работы печи в целом.

Тепло, уносимое отходящими газами

Тепло, теряемое вследствие химичес-

8« Тепло, расходуемое на ооразование клинкера

9. Тепло, теряемое в окружающую среду

10. Тепло, затрачиваемое на испарение

11. Тепло, уносимое клинкером

х ‘ Данные получены при испытакии печи 3,6^*,3^:3,6×150 м Себря-ковского завода.

Эти требования сводятся, в основном, к следующему:

X. Цепная завеса должна иметь достаточно высокую транспортирующую способность, чтобы уровень шлама у загрузочного конца печи был низким и стабильным г целях предотвращения перелива шлама в пыльную камеру через шайбу загрузочного конца печи.

Такие явления часто наблюдаются в печах, где имеет место интенсивная сушка шлама, особенно если шлам обладает повышенной вязкостью; иногда — при возврате уловленной пыли в печь через ее загрузочный конец, так как добавление пыли в шлам в некоторых случаях вызывает увеличение его вязкости*

Переливы шлама в пыльную камеру вызывают нарушение теплового и технологического режима печи и резко ухудшают ее производственные показатели /производительность, удельный расход тепла на обжиг и др./.

Неудовлетворительная транспортирующая способность цепной завесы может быть причиной ооразования из пластичного шлама колец, которые, кроме перелива шлама, могут вызвать также волнообразное движение материала во вращающейся печи.

2. Подготовка материала в цепной завесе, заключающаяся в
сушке шлама и его гранулировании, должна быть такой, чтобы гра
нулометрический состав выходящего из цепной завесы материала и
прочность его гранул соответствовали условиям оожига в подгото
вительных зонах и зоне спекания вращающейся печи.

Интенсивность сушки и действие цепей на высыхающий материал, наряду со свойствами самого материала, являются основними факторами, определяющими прочность отдельных гранул и гранулометрический состав материала, выходящего из цепной завесы.

3. В процессе сушки и обжига го вращающейся печи материал

частично диспергируется и его мелкие фракции увлекаются газовым потоком и в значительном количестве могут быть унесены из печи, если цепная завеса не обладает достаточно высокой пылеулавливающей способностью, поэтому высокая пылеулавливающая способность цепной завесы является необходимым условием для эффективной работы печи.

4. Интенсификация процесса сушки за счет увеличения плотно
сти навески цепей в завес приводит к повышению ее гидравлическо
го сопротивления газовому потоку; в этом случае необходимы кон
структивные решения, позволяющие интенсифицировать теплообмен

и сушку с возможно меньшим увеличением гидравлического сопротивления цепной завесы, т.е. меньшим количеством цепей.

Конструктивное выполнение цепной завесы должно обеспечить незначительный износ как самих цепей, так и футеровки печи на участке навески цепной завесы, вызываемый взаимным трением цепей и трением цепей о поверхность футеровки.

Вес цепей, увеличивающий нагрузку аа корпус печи и опоры, должен быть возможно меньшим, особенно для печей большого диаметра.

Все вышеперечисленные требования в большей или меньшей степени несовместимы с интенсивной сушкой шлама в единице объема печи.

В печах, длительное время эксплуатируемых, указанные противоречия в большей или меньшей степени разрешаются на основе имеющихся эмпирических зависимостей и путем непосредственного опытного подбора конструкций цепных завес, учитывающих тепловой и технологический режимы печи, ее профиль и свойства сырья, однако, эксплуатируемые цепные завесы далеко не всегда рациональны, и

в этом направлении предстоит еще много сделать.

Особенно актуальной является задача набора и расчета рациональных цепных завес для новых мощных вращающихся печей мокрого способа производства, для которых имеющиеся эмпирические зависимости для расчета цепных завес и нормы, выработанные практикой на печах малой и средней мощности, не^-вполне применимы из-за резкого различия в геометрических размерах старых и мощных новых печей.

В этой работе мы поставили задачу обосновать выбор способа рациональной навески цепных завес с целью улучшения производственных показателей в целом и определения необходимых закономерностей для расчета|цепных[таких ізавес с учетом свойств шлама и режима работы печей. .

Зоны печи мокрого способа производства цемента

Самой значительной статьей в себестоимости цемента являются затраты на топливо при обжиге клинкера. Эти затраты резко возрастают в условиях нестабильного режима работы вращающихся печей. Кроме того, нестабильность режима ведет к снижению активности клинкера и выпуску бракованной продукции. Таким образом, для интенсификации процесса обжига, снижения себестоимости и повышения качества цемента необходимо обеспечить наиболее стабильную работу печи в заданном режиме, определенном для данных технологических условий обжига с учетом опыта эксплуатации печей и результатов промышленных испытаний.

Вращающиеся печи мокрого способа производства являются сложными объектами с большим количеством взаимосвязанных параметров, характеризующих сложные тепломассообменные, физико-химические и химические процессы обжига цементного клинкера [1]. Кроме этого, сложность в управлении таким агрегатом состоит в том, что все эти процессы протекают в одном аппарате и нет возможности обособлено влиять на протекание отдельного процесса. Так, добавление топлива на горение приводит к увеличению тепла поступающего во все зоны печи, и может быть причиной возникновения «слоения» материала вследствие зависимости скорости его движения от температуры [2].

Все эти условия делают детерминированные модели для такого объекта не эффективными [4, 6], поэтому алгоритм управления был разработан на основе теории нечетких множеств [3, 7, 10]. Кроме этого, данная теория позволяет включать в состав контролируемых параметров параметры, значения которых не могут быть определены численно или с точностью, достаточной для детерминированных расчетов.

Алгоритм работы (рис. 1) системы (рис. 2) построен на следующих положениях.

1. Степень и характер возмущения определяются по тепловому состоянию печи, то есть необходимое стабилизирующее воздействие не зависит от первопричины возмущения (если ситуация не является аварийной).

Рис. 1. Алгоритм принятия решения

2. Печь разбивается на несколько технологических частей (зон), и управляющие воздействия определяются по вектору состояний этих частей. Исходя из этого принципа, поддержание необходимого режима обжига заключается в перераспределении тепла между технологическими частями печи.

3. Количество теплоты, подаваемой в технологическую зону печи, складывается из теплоты, необходимой для возмещения потери теплоты в зоне и теплоты для компенсации текущего изменения параметра. Это положение позволяет в информационной системе произвести объединение нечеткой модели и детерминированных зависимостей [5].

4. Выделен допустимый интервал изменения объемной удельной тепловой мощности печи, при которой следует поддерживать постоянную производительность печи. Вне этого интервала поддерживается постоянный тепловой режим с изменением производительности.

Рис. 2. Советующая система по управлению цементной вращающейся печью

Состояние технологических частей печи представляется в системе как лингвистические переменные и оценивается в словесном виде. Количество технологических частей печи устанавливается оператором. Это количество определяется количеством измерительной аппаратуры и может быть от 2 до 4. В системе предусмотрены следующие технологические части: холодная часть печи; зона декарбонизации; горячая часть печи; холодильник.

Каждая из частей печи характеризуется минимальным набором контролируемых параметров, если система определяет что наличие параметров недостаточное, то выделение этой технологической части в виде лингвистической переменной блокируется. Пользователь может убирать или добавлять имеющиеся контролируемые параметры. Когда количество параметров становится недостаточным для оценки состояния технологической части печи, она автоматически объединяется с соседней.

Множество состояний технологических частей печи определяет температурную карту печного агрегата и определяет необходимые управляющие воздействия для более рационального перераспределения тепла.

В системе оценка состояния технологических частей печи показана как словесно, так и цветовой схемой, что позволяет оператору более наглядно оценивать текущую технологическую ситуацию. С помощью лингвистических переменных, характеризующих тепловое состояние частей печи определяются необходимые значения управляющих параметров для вывода печного агрегата в наилучшее технологическое состояние и обеспечивающие стабильную работу с наилучшими показателями.

Функция принадлежности выходного параметра m′В(y) j-го правила для N входных параметров определяется как:

m′В(y) = ∩k(Rkj(x, y)°mAk(x)); k = 1. N,

где Rkj(x, y) – матрица отношения j-го правила k-го параметра; ° – операция минимаксной композиции.

Алгоритм на основе нечеткой логики дополняется детерминированными зависимостями, которые учитывают изменение химических и физических свойств шлама. Применение этих зависимостей позволяет корректировать результат и работать не только на основании текущего технологического состояния, но и предсказывать его дальнейшее изменение. Кроме этого, в системе используются алгоритмы, ограничивающие и контролирующие работу нечеткого алгоритма. Управляющие параметры ограничиваются следующим образом:

а) расход топлива – по тепловой мощности печи;

б) разрежение в пыльной камере – по коэффициенту избытка воздуха;

в) положение горелки, дросселя и завихрителя – по положению зоны горения факела.

Рассчитанные системой необходимые значения управляющих параметров могут быть использованы в качестве заданий для ПИД регуляторов нижнего уровня, осуществляющих управление исполнительными механизмами шиберов и задвижек.

В системе имеется возможность для добавления новых технологических параметров, редактирования свойств и определения новых правил. Множество значений параметра задается как отклонения от наилучшего значения, которое определяется технологом.

Система позволяет выполнять действия:

1. По введенным значениям контролируемых на печи параметров проводится анализ технологического состояния печного агрегата.

2. Исходя из анализа состояния печи, предлагаются действия по нормализации режима обжига, в том числе перевод печи на «тихий ход».

3. Имеется возможность предварительной оценки величины расхода топлива на основе теплового баланса печного агрегата и сравнение с реальным расходом топлива.

Система позволяет связываться со SCADA-системой с помощью OPC-сервера. Таким образом, в систему поступают оперативные показания датчиков через теги SCADA-системы и в то же время обеспечивается надежность работы информационной системы в целом (система может выполняться на другом компьютере и быть аппаратно независимой).

В дальнейшем планируется использовать результаты работы алгоритма системы не только для получения рекомендаций, но и для непосредственного управление цементной вращающейся печью мокрого способа производства в реальном режиме времени.

Основные преимущества предложенной системы следующие:

1. Предложена советующая система для машинистов вращающихся печей мокрого способа производства. Она является инструментом технолога цеха «Обжиг» и облегчает разработку и осуществление единообразной схемы управления режимом обжига цементного клинкера.

2. По сравнению с субъективным управлением машиниста разработанная система имеет ряд преимуществ: она охватывает весь спектр имеющейся информации; при определении управляющего воздействия производятся теплотехнические расчеты, дополняющие показания контролируемых параметров; производится постоянный контроль технологического состояния печного агрегата.

3. Применение теории нечетких множеств позволило создать более эффективный алгоритм по сравнению с детерминированными и статистическими моделями [8, 9], а также включить в набор контролируемых параметры, которые могут быть выражены только в словесном виде или точное определение затруднительно для данных условий.

4. Применение системы позволит облегчить работу оператору печи, предупредить сложные технологические ситуации, заблаговременно оповестить машиниста об опасной ситуации (это позволит принять своевременные меры, обеспечит экономию энергоресурсов и предотвратит выпуск бракованной продукции).

5. Представленная информационная система предоставляет возможность технологу разрабатывать необходимую схему поддержания наилучшего режима обжига, менять ее в зависимости от изменения технологических факторов и реализовывать непосредственно на объекте.

6. Наборы контролируемых параметров в системе жестко не заданы, что делает возможным менять параметры из анализируемого набора в зависимости от наличия измеряемых датчиков.

Предложен алгоритм управления теплотехнологическим агрегатом, в котором оценивается его тепловое состоянию печи и управление заключается в перераспределении теплоты между технологическими частями агрегата. Алгоритм реализован в виде советующей системы по управлению цементной вращающейся печью мокрого способа производства, которая в отличие от существующих включает управление на основе синтеза нечеткого вывода и детерминированных зависимостей.

Рецензенты:

Беседин П.В., д.т.н., профессор кафедры технологии стекла и керамики, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», г. Белгород;

Носов О.А., д.т.н., профессор, проректор по научной работе, НОУ ВПО «Белгородский инженерно-экономический институт», г. Белгород.

Печи для обжига клинкера

Для получения клинкера сырьевую смесь (в виде шлама муки или гранул) обжигают во вращающихся печах.
Вращающаяся печь — пустотелый, открытый с торцов, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, установленный с наклоном 3—4° к горизонту и вращающийся со скоростью 1—1,5 об/мин в зависимости от диаметра и производительности печи. Печь работает по принципу противотока. Сырьевую смесь подают со стороны верхнего «холодного» конца печи, а со стороны нижнего «горячего» конца непрерывно загружают топливо— воздушную смесь Благодаря вращению и наклону барабана сырьевая смесь движется к разгрузочной части печи. Обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через пылеуловители.
Вращающуюся печь по характеру процессов, происходящих во время обжига, разделяют на шесть температурных зон — испарения (или подсушки), подогрева, декарбонизации, экзотермии, спекания и охлаждения (см. гл. 4, § 17). Зоны испарения и подогрева занимают обычно 50—60 % длины печи, декарбонизации и экзотермии— 25—30 %, спекания — 10—15% и охлаждения — 2—4%. В печах сухого способа производства портландцемента зоны испарения, подогрева и частично декарбонизации выносят из корпуса в отдельно установленные агрегаты. Сырьевая смесь, проходя последовательно все зоны в печи, превращается в клинкер.
Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены.
Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными или отдельно установленными теплообменными устройствами; для охлаждения клинкера предусматривают отдельно стоящие или укрепленные на корпусе печи холодильники.
Вращающиеся печи классифицируют: по конструкции корпуса — печи с корпусом, имеющим одинаковый диаметр по всей длине; печи с корпусом, расширенным в зоне спекания; печи с корпусом, расширенным в зоне подсушки; печи с корпусом, расширенным в зонах спекания и подсушки:

конструкции устройства для снижения расхода топлива — печи со встроенными теплообменниками, печи с кальпинаторами, печи с концентраторами шлама, печи с* циклонными теплообменниками;

конструкции привода — печи с приводом от одного или двух электродвигателей, печи с гидравлическим приводом,
конструкции холодильника — печи с холодильниками барабанного типа, печи с рекуператорными холодильник ками, печи с колосниковыми холодильниками.
Главные параметры вращающейся печи — диаметр и длина. На цементных заводах эксплуатируются вращаюЛ щиеся печи длиной от 36 до 230 м, диаметром от 2,1 до 7 м. Отношение длины к среднему диаметру для печей мокрого способа 27—41, сухого— 15—17.
Если вращающаяся печь имеет одинаковый диаметр по всей длине, то размеры ее, например диаметр 7 м и длину 230 м, обозначают так: «печь вращающаяся 7х Х230» Если вращающаяся печь имеет расширенную по сравнению с зонах спекания зону подсушки, то диамет-1 ры их указывают в виде дроби. Например, печь длиной 150 м и диаметром барабана в зоне спекания 4 м, в зоне подсушки 3,6 м обозначают: «печь вращающаяся 4/3,6×150»; при наличии в печи двух расширенных зон (спекания и подсушки) — «печь вращающаяся 4/3, 6/4 X X150» и т. д.
В цементной промышленности постоянно ведутся работы по созданию новых конструкций печных агрегатов большой производитель-! ности и с высокими удельными съемами клинкера сім8 печи, пониженным расходом топлива и высоким качеством получаемой продукции. При этом имеется тенденция к созданию малогабаритных агрегатов — реакторов с интенсивным обменом между материалом и теплоносителем, отличающихся значительно большей скоростью процесса обжига клинкера
Разрабатываются и совершенствую іся способы получения клиі- кера во взвешенном состоянии, в кипящем слое, во взвешешю-фсн- танирующем состоянии, путем плавления, в вакуумной камере и др.
Принцип обжига во взвешенном состоянии заключается в том, что материалы движутся прямотоком или противотоком с горячими газами и равномерно распределяются в них.
В качестве печного агрегата для производства клинкера используется циклонная топка, применяющаяся в металлургии. Это цилиид-J рический барабан диаметром 0,5 м и длиной 1,5 м, отфутерованный хромомагнезитом. Тонкоизмельченная сырьевая смесь подхватывается в печи тангентально вводимым потоком воздуха и жидкого топлива и рассредотачивается в печном пространстве. Время обжига материала во взвешенном состоянии от долей секунды до нескольких секунд. Температура обжига достигает 2000 СС. Обожженный материал выносится из печи потоком дымовых газов и осаждается в пи- леосадительных устройствах.
В Японии созданы установки для высокоскоростного обжига цементного клинкера во взвешенном состоянии. Кроме того, предложена однореактивная печь, представляющая собой цилиндрическую или коническую камеру, в которую из бункера по загрузочному верхнему патрубку поступает тонкомолотая сырьевая смесь. В верхней части камеры тангентально вводится поток воздуха и жидкого топлива. Воспламенение топлива происходит в самой камере. Скорость теплоносителя регулируется путем изменения давления и скорости подачи воздушно-топливной смеси. У стенок камеры поток теплоносителя, закручиваясь по спирали, спускается вниз, а в центре камеры движется по спирали снизу вверх. Попадающие в центр камеры через загрузочный патрубок часгицы сырьевой смеси подхватываются поднимающимся потоком и движутся по спирали вверх, постепенно перемещаясь от центра камеры к ее стенкам. Для предотвращения уиоса материала скорость его не должна быть слишком большой. Подходя к стенкам камеры, частицы сырьевой смеси вместе с подогретыми частицами, подаваемыми через нижний патрубок, опускаются вниз, а газы через нейтральное отверстие в торцовой стенке удаляются из камеры. Затем обожженный материал поступает в холодильник, а из него в выгрузочное отверстие.
Подъем и опускание взвешенных частиц обеспечивают интенсивный теплообмен и высокую скорость реакции клинкерообразования.
Способ обжига материала в кипящем слое заключается в том, что через слой гранулированного материала пропускают снизу вверх поток горячих газов с такой скоростью, чтобы гранулы находились в непрерывном движении. Материал в таком состоянии имеет сходство с кипящей жидкостью
Обжиг клинкера в кипящем слое осуществлен в опытно-промыш- леиной печи НИИЦемента — цилиндрической шахте переменного диаметра. Гранулированная сырьевая смесь поступает сверху, а топливо и воздух снизу. Материал последовательно проходит через все зоны шахты. В сечении зоны наименьшего диаметра при движении газового потока образуется кипящий слой с интенсивным перемешиванием материала. Интенсивный теплообмен между материалом и газами позволяет ускорить процесс клинкерообразования и улучшить теплотехнические показатели работы печного агрегата.
Фирмой «Пайзел» (США) предложена установка для обжига цементного клинкера в кипящем слое, представляющая собой печь- реактор диаметром 2,5 и высотой 5 м. Сырьевая мука пневмовин- товым насосом подается в реактор через донную колосниковую решетку. Обожженный клинкер по трубе поступает в холодильник. Затем клинкер рассеивается на грохоте, в результате чего гранулы размером менее 2,5 мм возвращаются в реактор в качестве затравки. Съем готовой продукции в несколько раз превышает съем с вращающейся печи.
НИИЦементом совместно с Институтом тепломассообмена АН БССР разработана конструкция многореакториой шахтной безрешеточной печи для обжига клинкера во взвешенно-фонтанирующем состоянии. Печь состоит из конических реторт-реакторов. По высоте она делится на зоны подогрева, обжига и охлаждения. Сырьевая смесь поступает сверху в виде гранул, а в самый нижний реактор подается воздушное дутье и обожженный материал, который здесь и охлаждается. Клинкер образуется в вышерасположенном реакторе, где происходит сжигание топлива. В каждом реакторе материал находится в пульсирующем взвешенно-фонтанирующем состоянии.
Частота пульсации определяет производительность установки, коте,, рая в свою очередь должна быть строго согласована с необходимы» временем термообработки материала.
Способ плавления клинкера, предложенный В. В. Серовым, зц. ключается в получении портландцемента путем обогащения извесТняком огненно-жидких шлаков. В конвертор диаметром 3, высотой 8 м и вместимостью 10 т расплава загружают жидкий шллк, и* вестняк и железную руду. СНизу конвертера через две фурмы жидкий шлак под давлением вдувают топливо вместе С воздухе; обогащенным кислородом. Температура расплава в конрерюре по?, тигает 1900—2000 °С. Расплавленный клинкер, выпущенный из ков- вертера, охлаждается на грануляционном барабане. Клинкер можно плавить и в энергетических котельных топках, получаемый при этоц в виде отхода шлак близок по составу к портландцементу.
Принцип обжига цементной сырьевой муки в вакуумной камер» батарейного типа при помощи электронного пучка разработан в ГДР. Дне обжиговой камеры имеет конфигурацию переменного сечения, профиль которого определяется углом естественного откоса сыры, вой муки и цементного клинкера. Для создания глубокого вакуума вся система помещена под колокол, в верхней и нижней частях которого имеются шлюзовые затворы для загрузки сырьевой муки к иыгрузки цементного клинкера. Вакуум в системе создается при помощи вакуумных насосов, которые отсасывают воздух из системы. Готовый клинкер выгружают из камеры, дробят в клинкерной дробилке и охлаждают в холодильнике. Нагретый в холодильнике воздух используется для подогрева сырьевой муки в бункере загрузочного устройства. Подогрев производится без смешивания материала с теплоносителем. Установка оборудована системой автоматического регулирования

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector