Проект автоматизированной системы управления сепаратором цементной мельницы

     - возможность более грубого измельчения  сырьевых материалов;

     - меньший объем газов, подвергаемых  обеспыливанию после печного  и помольного агрегатов, за  счет меньшего объема водяных  паров – влажность сырья подвергаемого  сушке в 5-7раз ниже влажности  шлама;

     - более низкий расход тепла  на тонну цемента, ниже себестоимость  тонны цемента.

     Кроме того, размеры основного технологического оборудования при сухом способе  меньше, чем при мокром, что обусловливает  снижение затрат на строительство заводов  за счет уменьшения веса оборудования и габаритов зданий.

     На  основании характеристик предлагаемого  оборудования, произведен подбор наиболее оптимального варианта с учетом экономичности, производительности и экологичности  проекта. 

1. Мокрый  способ

       Для производства портландцемента применяют  твердые и мягкие горные породы; при этом как к первым, так и ко вторым могут относиться глинистые и известковые компоненты сырьевой смеси. К мягким глинистым компонентам относится глина, лёсс, а к твердым — глинистый мергель, глинистый сланец. Среди мягких известковых компонентов применяют мел, а среди твердых — известняк.

       Типовая технологическая схема производства цемента мокрым способом представлена на рис. 1.1

       Рис. 1.1 Технологическая схема производства цемента мокрым способом 

       Мягкие  компоненты успешно измельчают в  болтушках, твердые же компоненты могут быть измельчены только в мельницах. Поэтому технологическую схему измельчения сырьевых материалов при мокром способе выбирают в зависимости от их физико-механических свойств.

       два мягких материала — глина и  мел измельчаются в болтушках;

       два твердых материала — глинистый  мергель и известняк измельчаются в мельницах;

       один  материал мягкий — глина измельчается в болтушках; другой твердый —  известняк измельчается в мельнице.

       На  отечественных заводах наиболее распространена схема производства портландцемента при мягком (глине) и твердом (известняке) сырьевых компонентах. Она состоит из следующих операций:

       Начальной технологической операцией получения  клинкера является измельчение сырьевых материалов.

       Необходимость измельчения сырьевых материалов до весьма тонкого состояния определяется условиями образования однородного по составу клинкера из двух или нескольких сырьевых материалов. Химическое взаимодействие материалов при обжиге происходит вначале в твердом состоянии (в твердых фазах). Это такой вид химической реакции, когда новое вещество образуется в результате обмена атомами и молекулами двух соприкасающихся между собой веществ. Возможность такого обмена появляется при высокой температуре, когда атомы и молекулы начинают совершать свои колебания с большой силой. Образование при этом новых веществ происходит на поверхности соприкасающихся между собой зерен исходных материалов. Следовательно, чем больше будет поверхность этих зерен и чем меньше сечение зерна, тем полнее произойдет реакция образования новых веществ.

       Куски исходных сырьевых материалов нередко  имеют размеры в несколько десятков сантиметров. При существующей помольной технике получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергают грубому измельчению — дроблению, а затем тонкому — помолу.

       В зависимости от свойств исходных материалов в цементной промышленности тонкое измельчение производят в  мельницах и в болтушках в  присутствии большого количества воды. Мельницы применяют для измельчения твердых материалов (известняк, глинистые сланцы), а болтушки — для материалов, легко распускающихся в воде (мел, глина).

       Из  болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный сырьевой шлам.

       В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в строго определенном соотношении, соответствующем химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава. Причиной этого в основном служат колебания характеристики сырья в пределах месторождения.

       Чтобы получить шлам строго заданного химического  состава, его корректируют в специальных  бассейнах. Для этого в одной  или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или заведомо высоким титром (содержанием углекислого кальция СаСО₃), и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

       Приготовленный  таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу  с содержанием воды до 40%, насосами подают в расходный бачок печи, откуда равномерно сливают в печь.

       Для обжига клинкера при мокром способе  производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-180 м и диаметром 3,6-5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000—2000 т. клинкера в сутки.

       Барабан печи устанавливают с наклоном в 3—4°. Шлам загружают со стороны поднятого конца печи, а топливо в виде угольной пыли, газа или мазута вдувают в печь с противоположной стороны. В результате вращения наклонного барабана находящиеся в нем материалы непрерывно продвигаются к опущенному концу. В области горения топлива развивается наиболее высокая температуры — до 1500°С, что необходимо для взаимодействия оксида кальция, образовавшейся при разложении СаСО₃, с оксидами глины и получения клинкера.

       Дымовые газы движутся вдоль всего барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая на пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура вдоль печи снижается с 1500 до 150—200°С.

       Из  печи клинкер поступает в холодильник, где охлаждается движущимся навстречу  ему холодным воздухом. Охлажденный  клинкер отправляют на склад для  магазинирования. Магазинирование  —это вылеживание (до 2—3 недель) с целью гашения свободной извести в клинкере влагой из воздуха и предупреждения этим неравномерности изменения объема цемента при его твердении.

       Высоко  организованный технологический процесс  получения клинкера обеспечивает минимальное  содержание свободной СаО в клинкере (менее 1%) и исключает этим необходимость  его магазинирования. В этом случае клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол.

       Перед помолом клинкер дробят до зерен  размером 8-10 мм чтобы облегчить работу мельниц.

       Измельчение клинкера производится совместно с  гипсом, гидравлическими и другими  добавками, если последние применяются. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание между собой всех материалов, а высокая однородность цемента является важным фактором его качества.

       Гидравлические  добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8—10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительных количествах, и содержащаяся в нем влага легко испаряется теплом, образующимся при помоле цемента в результате ударов и истирания в мельнице мелющих тел.

       Из  мельницы цемент выходит с температурой до 100°С и более. Для охлаждения, а также создания запаса его отправляют на склад. Для этой цели применяют силосные склады, оборудованные механическим (элеваторы, шнеки), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом.

       Отгружают цемент потребителю в таре — в  многослойных бумажных мешках весом  50 кг — или навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом. 

2. Сухой способ

       Производство  портландцемента по сухому способу  отличается от мокрого способа методом получения клинкера, которое складывается из следующих последовательно выполняемых операций:

       Рис. 1.2. Технологическая схема производства цемента по сухому способу

       Известняк и глину предварительно дробят, затем  высушивают до влажности примерно 1 % и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину либо раздельно (используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты), либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

       Для получения сырьевой муки определенного  химического состава из мельниц ее направляют е корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром. В силосах мука тщательно перемешивается сжатым воздухом.

       Обжиг сырьевой муки производится в виде гранул (зерен) размером до 25 мм. Грануляция смеси осуществляется в грануляторах барабанного или тарельчатого типа. Для обжига клинкера при сухом способе применяют вращающиеся печи, а также автоматические шахтные печи или другие более эффективные обжигательные аппараты — вращающиеся печи с конвейерным кальцинатором, аппараты для обжига клинкера во взвешенном состоянии (последние находятся еще в стадии практического освоения).

       При обжиге в шахтных печах топливо  в виде раздробленного угля запрессовывается в гранулы; для этого в сырьевую смесь при ее измельчении в  определенном количестве добавляют  уголь, и он измельчается совместно  с сырьевыми материалами (способ «черной муки») или сырьевая мука и уголь измельчаются раздельно, а затем смешиваются при формовании гранул (способ «белой муки»). Первый способ — «черной муки» обеспечивает более равномерное распределение топлива в смеси и этим улучшаются процессы обжига; он является основным на отечественных заводах.

       Шахтная печь представляет собой шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. Сырьевые материалы в виде гранул непрерывно загружаются в печь, а снизу шахты также непрерывно в виде клинкера выходят из шахты. В средней части печи происходит горение топлива (зона обжига); воздух для горения поступает снизу шахты.

       Проходя через слой обожженного раскаленного клинкера, холодный воздух охлаждает его, а сам подогревается и в подогретом виде поступает в зону обжига. Образующиеся в зоне обжига дымовые газы удаляются через верхнюю часть шахты, проходя, таким образом, через слой свежезагруженного холодного материала, подогревая и высушивая его.

       Противоточное движение газов и обжигаемого  материала создает наилучшие условия использования тепла от сгорания топлива и отличает шахтные печи от вращающихся печей как высокоэффективные тепловые аппараты. Однако по качеству клинкера, производительности и трудоемкости они все же уступают вращающимся печам. Шахтные печи применяют на заводах относительно небольшой мощности — до 200—400 тыс. т. цемента в год.

       Несколько худшие условия обжига клинкера в  шахтных печах по сравнению с обжигом во вращающихся приводят к повышенному содержанию в клинкере свободной СаО. Чтобы предупредить неравномерность изменения объема такого цемента, клинкер шахтных печей обязательно магазинируют, выдерживая на складе до четырех недель. Иногда применяют даже обрызгивание клинкера водой.

       Дальнейшие  технологические операции при сухом  способе производства портландцемента - подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемента, его хранение и отправка потребителю - остаются аналогичными рассмотренным при мокром способе.

       У каждого способа есть свои достоинства  и недостатки. Так, например, в присутствии  воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40 % больше, чем при сухом. Кроме  того, значительно возрастает необходимый  объем печи при обжиге мокрой сырьевой смеси, т.к. значительная часть её выполняет  функции испарителя воды.

       Выбор способов производства портландцементного клинкера определяется рядом факторов технологического и технико-экономического характера: свойствами сырья, его однородностью  и влажностью, наличием достаточной  топливной базы в районе строительства.