Особенности сушки шлама в цепной зоне цементных печей

УДК 666.94+528.511

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СУШКИ ШЛАМА В ЦЕПНОЙ ЗОНЕ ЦЕМЕНТНЫХ  ПЕЧЕЙ

 

А.С. Федоров, А.В. Степаненко, студенты 5-го курса

Научные руководители: В.К.Классен, д-р техн. наук, профессор

 В.И. Беляева, канд. техн. наук,  доц.

ГОУ ВПО «Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова»

НОУ ВПО «Белгородский  инженерно-экономический институт»

г. Белгород, Российская Федерация

 

При производстве цемента  в воздушную среду поступает  большое количество пыли, которая  оказывает негативное воздействие на работников, вызывает нарушения в работе технологического оборудования, загрязняет окружающую среду. Наибольшее количество пыли, по данным Ф.Г. Банита и А.Д. Мальгина [1], выделяется из печей для обжига клинкера. При этом, как видно на рис.1, содержание пыли в воздухе рабочей зоны может достигать 30…50 мг/м³ при ПДК 6 мг/м³ [2].

 

Рис. 1. Выделение пыли при обжиге цементного клинкера

 

При мокром способе производства цемента, который является наиболее распространенным в нашей стране, пылевынос из печи в холодном конце достигает в отдельных случаях 40% и более подаваемого в печь сырья. В холодном конце печи имеется зона цепей, которая служит для обеспечения эффективного теплообмена между газовым потоком и материалом и улавливания пыли. Как показано в работе [3], пылевынос из печи зависит от компонентного состава и физико-химических свойств сырья, конструктивных особенностей цепной завесы, режима обжига.

В данной работе представлены результаты исследования процесса сушки  шлама в  зоне цепей. Для исследования использовали шламы двух цементных заводов: ЗАО «Белгородский цемент» и ОАО «Бухтарминская цементная компания (БЦК)» (Казахстан). Особенностью компонентного состава указанных шламов является то, что на Белгородском заводе в качестве карбонатсодержащего компонента используется мел, а в ОАО «Бухтарминская цементная компания» – известняк. Процесс сушки исследовали на экспериментальной установке, представляющей собой модель холодного конца вращающейся печи, общий вид которой представлен на рис.2.

Рис. 2. Схема экспериментальной  установки для исследования процесса сушки  шлама

1 – барабан; 2 – муфельный шкаф; 3 – вентилятор; 4 – привод; 5 –  валки; 

6 – шибер; 7 – термометр

 

Экспериментальный барабан  выполнен из листовой стали толщиной 6 мм в виде цилиндра длиной 390 мм и диаметром 360 мм. В барабане установлено крепление, позволяющее в любой момент снимать или устанавливать цепи. Эксперименты проводились при свободновисящей навеске цепей.

В барабан заливали шлам. Затем включали привод барабана, калорифер и вентилятор. Через равные промежутки времени производился отбор проб в следующей последовательности: цепь вместе со шламом вынималась из барабана, помещалась в бокс, взвешивалась, после чего высушивалась в сушильном шкафу до постоянного веса. После сушки бокс с цепью взвешивали, промывали водой до полного удаления шлама, высушивали и вновь взвешивали. По результатам экспериментов рассчитывали удельное количество шлама и влажность материала, находящегося на цепи (рис.3). Кроме того, осуществляли визуальное наблюдение за состоянием материала в барабане. Описание визуальных наблюдений приведено ниже.

 

 

Для Бухтарминского шлама  при влажности 36,5%  характерно подвижное  состояние, шлам легко перетекает через  крепления цепей в нижнем состоянии  и почти весь стекает с цепей, оставляя тонкую пленку. При влажности 33,5% шлам переходит в сметанообразное состояние, подвижность его падает, часть материала переходит на цепи. При влажности 27,7% почти весь материал находится на цепях, последующее снижение влажности до 26% приводит к частичному сходу материала с цепей. Дальнейшее снижение влажности ведет к полному сходу материала с цепи, и при W=10% наблюдаются незначительные остатки материала в виде комочков.

Для шлама Белгородского  завода характерен быстрый сход материала с цепей после достижения влажности 26,7%.

 

Рис.3. Зависимость удельной массы шлама ЗАО «Белгородский  цемент» (1) и ОАО «Бухтарминская цементная компания» (2) на цепях  от влажности шлама

 

Процесс сушки шламов можно условно разделить на два этапа – до критической влажности, когда количество шлама, перешедшего на цепи, достигает максимума, и после критической влажности, когда происходит осыпание материала с цепей [3]. Первый участок – до критической влажности – можно принимать как зону пылеулавливания, где шлам улавливает пылевидную фракцию. Второй участок, где шлам полностью теряет подвижность и постепенно пластичность, можно рассматривать как зону пылеобразования. Для шлама ОАО «Бухтарминская цементная компания» зона пылеобразования превышает зону пылеулавливания, достигнув критической влажности (27,7%) материал сходит по частям с цепей. Шлам ЗАО «Белгородский цемент» обрушивается с цепей в виде бесформенной массы, имеющей большую остаточную влажность и пластичность.

Необходимо отметить, что шлам с хорошей грануляцией и лучшей пылеулавливающей способностью характеризуется медленным набором материала на цепи и относительно быстрым его сходом с цепей после критической влажности. Следовательно, чем больше зона пылеулавливания (происходит возрастание значений удельной массы шлама на цепях) и чем меньше зона пылеобразования (интервал убывания этих значений), тем больше способность материала к грануляции и, соответственно, лучше пылеулавливающая способность шлама. Проведенные предварительные исследования процесса сушки шлама БЦК с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) показали, что процесс сушки шлама с добавкой изменился – участок схода материала с цепей несколько уменьшился.

Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать следующий вывод: установлены существенные отличия процессов сушки шламов цементных заводов ЗАО «Белгородский цемент» и ОАО «Бухтарминская цементная компания». Процесс набора шлама на цепи происходит идентично, а сход материала с цепей происходит по-разному: на участке от 26,7% до 20,4% влажности при использовании шлама БЦЗ и на участке от 27,7% до 10% – для шлама Бухтарминской цементной компании. Выявленные отличия позволяют заключить, что шлам Белгородского завода характеризуется значительно лучшей способностью к грануляции, что подтверждается фактическими условиями работы печей данного завода. Для повышения способности шлама Бухтарминского завода к гранулообразованию может быть предложено использование добавки поверхностно-активных веществ.

Библиографический список

 

1. Банит Ф.Г. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов / Ф.Г. Банит, А.Д. Мальгин. – М.: Стройиздат. – 1979. – 351 с.
2. ГОСТ 12.1.005-88 CCБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 75 с.
3. Борисов И.Н. Энерго- и ресурсосбережение при обжиге цементного клинкера на основе комплексной интенсификации технологических процессов: автореф. дисс… д-ра техн. наук. 05.17.11: защищена 03.10.08: утв.13.03.09 / Борисов Иван Николаевич, Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2008. – 41 с.