Обезвоживание сырьевого шлама

Снижение влагосодержания сырьевого шлама осуществля­ется двумя способами: химическим — путем введения разжи — жителей шлама и механическим — путем обезвоживания шла­ма в подходящих фильтрах, например барабанных или диско­вых. Применяют также фильтр-прессы, формующие брикеты влажностью 18—20%. Однако это требует дополнительных ка­питаловложений. Механическое обезвоживание шлама допус­кает укорачивание длинных вращающихся печей мокрого спосо­ба производства.

На рис. 20.32 приведена зависимость между влажностью сырьевого шлама и удельным расходом тепла, характеризуе­мым так называемым коэффициентом расхода тепла [206].

Например, вращающаяся печь, питаемая шламом влаж­ностью 38%, имеет удельный расход тепла 1500 ккал/кг клин­кера. Снижение влажности шлама до 36% должно сократить удельный расход тепла до 1500X0,95 (коэффициент) = 1425 ккал/кг, и, наоборот, повышение влажности шлама до 41% по­высит удельный расход тепла до 1500X1,08 = 1620 ккал/кг клинкера.

К ■

1,1"

1,0-

0,9-

0,8-

DJ — 0.В —

Обезвоживание сырьевого шлама

28 30 31 Зк 35 38 40 42 W,"/.

Рис. 20.32. Коэффициент расхода теп­ла К в зависимости от влажности сырьевого шлама W, %

20.4.1. Химическое обезвоживание (разжижители шлама). Цементный сырьевой шлам — гетерогенная система, состоящая

Из воды и твердых веществ в виде мелких дисперсных час­тиц. Эта система обладает оп­ределенной вязкостью, кото­рая измеряется растекаемос — тью шлама на пластинке Су — тарда. Шлам, легко перекачи­ваемый насосом, имеет расте — каемость 60—65 мм на виско­зиметре Сутарда. Подобный же вискозиметр для шлама разработан фирмой «Смидт».

Разжижители добавляют к цементному сырьевому шламу для снижения его влажности при сохранении вязкости.

Каждый процент снижения влажности шлама повышает про­изводительность печи примерно на 1,5%; одновременно прибли­зительно на 1% снижается расход тепла на обжиг клинкера.

Разжижители шлама вводят в сырьевую мельницу; некото­рые из них одновременно служат интенсификаторами мокрого помола.

Эффективность разжижителей шлама существенно зависит от его физико-химических свойств. Подходящие разжижители подбирают экспериментально для каждого сырьевого материа­ла и каждого цементного завода. При этом каждый разжижи — тель характеризуется оптимальной концентрацией, превышение которой ведет к росту вязкости шлама. Например, при добав­ке 0,33% NaOH влажность шлама снижается с 40 до 34,6%, од­нако при большем количестве NaOH шлам станет более «жестким».

Возраст шлама также влияет на его свойства, хотя это трудно учесть в производственных условиях. Шлам 40%-ной влажности имеет такую же вязкость в возрасте 7 сут, что и свежий шлам из того же сырья влажностью 35,8%. При более грубом помоле вязкость шлама снижается.

Ионы и молекулы разжижителей адсорбируются на поверх­ности частиц в шламе. Это предотвращает агломерацию частиц, снижает внутреннее трение и повышает текучесть.

Имеется две группы разжижителей шлама ь.

А) щелочные электролиты — силикат натрия Na2Si03, гид­роксид натрия NaOH, карбонат натрия Ыа2СОз;

Б) поверхностно-активные, в основном органические вещест­ва—.производные лигнина, лигносульфонат кальция, гумино — вые кислоты, сульфитный щелок, углесодержащие добавки, ме­лассы и т. д.

Добавка 0,3—0,4% концентрата сульфитного щелока (здесь и ниже сухое вещество в расчете на сухую смесь) позволяет снизить влажность шлама на 3—4%, а в некоторых случаях — до 8%. Сульфитный щелок одновременно служит интенсифика — тором помола. Его смесь с карбонатом натрия (1 :1), добавлен­ная в количество 0,6—0,8%, снижает влажность шлама на 5— 8%. Описан случай, когда добавка 0,075% Na2C03 позволила снизить влажность шлама с 42 до 31,4% без уменьшения его текучести.

Добавка жидкого стекла в количестве 0,1% снижает влаж­ность с 35,5 до 24%. При добавке триполифосфата натрия Na5P3Oi0 (ТПФН, или STPP) в количестве 0,8% влажность шлама снижается на 3%, если в нем отсутствуют растворимые сульфаты кальция или магния. Последние взаимодействуют с ТПФН и «отравляют» его.

С другой стороны, разжижению шлама способствует повы­шение значения рН, так как при высокой концентрации гидро — ксильных ионов хлопья не образуются. Это достигается, напри­мер, при добавке соды к ТПФН. Применение щелочных электро­литов в качестве разжижителей шлама требует точной дози­ровки во избежание их отрицательного влияния на процесс об­жига и качество цемента.

Затраты на разжижитель шлама должны быть ниже эко­номии от снижения расхода топлива [207—216], достигаемой при введении разжижителя.

20.4.2. Механическое обезвоживание шлама (цепные систе­мы). Вращающиеся печи мокрого и сухого способов производст­ва содержат различные цепные системы. Их единственным на­значением в печах сухого способа является интенсификация теплообмена между горячими печными газами и сырьевой му­кой. В печах мокрого способа цепные системы, кроме того, слу­жат для испарения влаги и транспортирования материала и предотвращают образование шламовых колец.

Цепные системы сами по себе не являются механическими устройствами для обезвоживания шлама, однако так как они выполняют значительную механическую работу (в дополнение к сушке шлама), их часто относят к группе механических обез — воживателей шлама[25].

Различают цепные системы двух типов: цепные завесы (рис. 20.33) и цепные гирлянды (рис. 20.34)[26].

В цепных завесах каждую цепь закрепляют только за один конец. Длина цепей составляет примерно 0,7 внутреннего диа­метра печи (см. рис. 20.33). Расстояние между точками подвес­ки отдельных цепей по окружности около 30 см, при менее плотных завесах — 40—45 см. Примерно такое же расстояние вдоль оси печи между кольцами навески. Кольца навески рас­

Обезвоживание сырьевого шлама

Полагают перпендикулярно оси печи. В СССР применяют креп­ление цепной завесы по винтовой линии[27].

Цепные гирлянды должны провисать так, чтобы оставшее­ся свободным расстояние составляло 0,4 внутреннего диаметра печи (см. рис. 20.34). Цепи, входящие в гирлянды, подвеши­ваются за оба конца вдоль винтовой линии, эта линия образу­ет с осью печи угол от 45 до 60°. Для печей диаметром до 4 м этот угол должен составлять 45—50°, а для печей диаметром более 4 м — 60°.

Во вращающихся печах сухого способа всегда применяют цепные завесы (рис. 20.35). В цепной зоне оставляют один или два участка без цепей; эти участки выравнивают температуру газов, служат буферным объемом для выравнивания скоростей транспортирования отдельных фракций материала, способству­ют осаждению пыли и дают возможность для установки тер­мопар.

Во вращающихся печах мокрого способа применяют комби­нацию из цепных гирлянд и завес (рис. 20.36).

Цепные гирлянды лучше перемещают материал в печи, чем свободно висящие цепи, что особенно важно для мокрого спо­соба. Однако монтаж завес проще и выполняется быстрее, чем монтаж гирлянд.

Гидравлическое сопротивление цепных завес составляет 1—■ 2 мм вод. ст., а цепных гирлянд — 2—3 мм вод. ст. на 1 м дли­ны цепной зоны.

І

! (1 | ! [28] | II 1 ! ! 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 | 1 1 1 | 1 1 I 1 1 I М 1 1 1 1 — II 1 1 1 1 1 1

……. j і и! і Ч’ 11! і111

111 11 і111111 1111111,

І ‘ [29] и1 і "i!1 1 І :!! <!!! і!’;!;; і >;! j 1!;

Ii!|! її in 1111

П

1 1 1 1 1 1 1 1

Lllljlij; !!i jjl! ! і! 11……. 11 Mil

Ill, 1 1 f r 1 1 11111 1111111 1 1111 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

А К К -1

30м

Рис. 20.35. Цепная система вращающейся печи сухого способа производства диаметром 5,3 м

/ — загрузочный конец; 2— свободные участки; 3— усреднительные участки цепной за­весы; 4 — основная цепная завеса (материал — нержавеющая сталь)

Обезвоживание сырьевого шлама

29 п

Рис. 20.36. Цепная система вращающейся печи мокрого способа диаметром 4,5 м

Низкой влажности усиливается пылевыделение вследствие раз­рушения гранул.

Масса цепей в расчете на 1 т клинкера в сутки при мокром способе производства составляет 120 кг, при сухом способе — 105—110 кг. При этом в 1 м3 объема цепной зоны предусматри­вают следующую площадь эффективной поверхности цепей: в печах мокрого способа 6—8,5 м2/м3, сухого — 8,5—12 м2/м3.

Современные вращающиеся печи с описанными системами цепей характеризуются следующими удельными расходами теп­ла: печи мокрого способа производства— 1280—1430, сухого — 980—1130 ккал/кг клинкера. Рационально выбранные цепные системы по сравнению с малоэффективными позволяют дос­тичь экономии топлива, эквивалентной 300 ккал/кг клинкера.

Промышленный опыт показывает, что навеска цепей сум­марной линейной длиной 1500 м снижает температуру отходя­щих газов примерно на 110° С. Термический эффект цепных гирлянд в 1,5 раза больше, чем цепных завес такой же плот­ности, т. е. испарительная способность гирлянд в кг воды на 1 м2 поверхности в единицу времени на 50% больше.

Цепи во вращающихся печах сухого способа не выполняют работы по сушке материала, поэтому температура отходящих газов в них примерно 400° С, в то время как в печах мокрого способа с удачной конструкцией цепных систем она составляет примерно 200° С.

Материал цепей: при температуре ниже 530°С можно при­менять закаленную цементированную сталь. Однако при более высоких температурах ее твердость и износостойкость исчеза­ют. При температуре 530—640°С может быть использована закаленная нержавеющая сталь с высоким содержанием хро­ма. В интервале 640—800° С рекомендуется использовать нер­жавеющую сталь 18 Сг 8 Ni, при 530—970° С — нержавеющую сталь № 309 или № 310 (ASTM). При температурах, превыша­ющих 970° С, применяют высокопрочные и термостойкие сплавы с высоким содержанием хрома и никеля.

Сплавы, содержащие более 20% никеля, не используют из — за их чувствительности к воздействию среды. При высоком со­держании никеля и хрома повышается стойкость цепей к окис­лению. Несмотря на это, содержание кислорода в печных газах не должно превышать 2%.

При восстановительной атмосфере в печи на цепи оказыва­ет сильное воздействие сероводород.

Перегрев повреждает цепи из любого материала.

Износ цепей во вращающихся печах мокрого способа произ­водства составляет 100—150 г/т клинкера. В длинных печах сухого способа износ цепей составляет 80—120 г/т клинкера [217—231 а].

20.4.3. Внутрипечные устройства во вращающихся печах мокрого способа производства. За исключением цепных систем,

Внутренние теплообменники во вращающихся печах мокрого способа подразделяют на устройства для подогрева и сушки.

Подогреватели шлама устанавливаются во вращающихся печах перед цепной зоной. Один из широко применяемых по­догревателей, разработанный фирмой «Смидт» («Кальцина- тор»), представлен на рис. 20.37.

Стальной крест 1 делит поперечное сечение печи на четыре камеры. Камеры А со стороны поступления шлама закрыты стальными стенками, в то время как камеры В закрыты с про­тивоположной стороны. Поступающий в печь шлам проходит

7 0 9

Обезвоживание сырьевого шлама

Рис. 20.37. Схема внутрииечиого «Кальдииатора» фирмы «Смидт» (слева — поперечное сечение, справа — продольное)

1 — крестообразное устройство; 2 — подъемные камеры для шлама; 3 — решетки; 4— поступление шлама (в данном положении — через камеры В); 5 — выход газов через камеры В; 6 — выход шлама через камеры Л; 7— поступление газов через камеры Л

Через камеры В во внутренний объем креста с телами напол­нения. Во время оборота печи шлам поднимается в резервуа­рах 2, выступающих из корпуса печи. После половины оборота шлам стекает в камеры, из котерых затем поступает в цепную зону печи. Горячие печные газы входят в подогреватель через камеры А и через колосниковую решетку 3 — в камеры В, от­куда, пройдя короткий отрезок печи, выходят с низкой темпе­ратурой. Газы движутся через подогреватель противотоком и непосредственно нагревают шлам; кроме того, шлам нагрева­ется горячими стенками камер, а также при контакте с телами наполнения. «Кальцинатор» фирмы «Смидт» нагревает сырьевой шлам от 10—15 до 55—65° С и служит пылеосадителем.

По такому же принципу работает подогреватель шлама, представленный на рис. 20.38; отличие заключается в том, что здесь поперечное сечение печи разделено на шесть камер. Та­кой подогреватель шлама разработан в СССР и впервые был установлен на цементном заводе в Ленинграде. Недостаток его состоит в том, что колосниковая решетка со временем забива­ется; для предотвращения этого необходимо добавлять в шлам на 2—3% больше воды [232].

Другой принцип применен в конструкции, показанной на рис. 20.39. Здесь цепное устройство служит для усиления теп­лообмена между горячими печными газами и шламом. Такие подогреватели в ряде случаев применялись в советских вра­щающихся печах мокрого способа производства 4,5X170 м; диаметр подогревателя 5,5 м при длине 2,35 м. Общая длина цепей составляет 160 м, масса 2 т, эффективная площадь по­

Обезвоживание сырьевого шлама

Мп камерами (слева — поперечный разрез, справа — продольный)

Верхности цепей 31 м2. Этот подогреватель шлама выпускает объединение SKET/ZAB, ГДР.

В дополнение к цепным системам и позади них (если смот­реть со стороны подачи шлама) часто устанавливают специаль­ные устройства, которые удаляют остатки влаги из подсушен­ного сырьевого шлама и одновременно подогревают высушенный материал.

Такое устройство для сушки шлама показано на рис. 20.40; оно представляет собой так называемый ячейковый теплообмен­ник, делящий поперечное сечение печи на семь камер для дос­тижения лучшего теплообмена между газом и материалом. Ячейковый теплообменник разработан в СССР НИИЦементом и был впервые изготовлен для вращающейся печи 4,5/5×135 м мокрого способа на Куйбышевском заводе*. Он изготовлен из термостойкой хромоникелевой стали (25% Сг и 6% Ni). Ячей­ковый теплообменник установлен в печи на двух участках дли­ной 4,5 м, его поверхность в печи диаметром 5 м составляет 380 м2. Стальные ячейковые теплообменники применяются так­же в длинных вращающихся печах сухого способа. Они дороже аналогичных керамических устройств, однако имеют меньшее гидравлическое сопротивление.

На рис. 20.41 показан элемент устройства для сушки шлама, разработанного в СССР Гипроцементом. В зависимости от дли­
ны печи устанавливают 8—12 таких элементов. Их отличитель — ними признаками являются подъем материала для улучшения перемешивания с печными газами и теплопередача от горячего металла к материалу. Кроме того, печным газам придается вращательное движение, что также способствует теплообмену.

Обезвоживание сырьевого шлама

20.4.4. Внешние теплообменники для вращающихся печей мокрого способа производства. К установ­кам, подогревающим и подсушива­ющим сырьевой шлам вне вращаю­щейся печи, относятся, например, «Кальцинатор» фирмы «Бюлер-Ми-

Обезвоживание сырьевого шлама

Рис. 20.40. Ячейковый теплообменник НИИЦемента

Обезвоживание сырьевого шлама

Обезвоживание сырьевого шлама

Рис.20.41. Ячейковый теплооб­менник Гипроцемента (ввер­ху—поперечное сечение, вни­зу — продольный разрез)

Аг», Брауншвейг и «Концентратор» фирмы «Крупп», Рейхаузен (ФРГ).

Основной частью «Кальцинатора» является вращающийся ба­рабан; цилиндрическая часть барабана имеет решетку с одина — наковыми щелями (рис. 20.42). Барабан, занятый на 50% объе­ма телами наполнения, вращается с частотой 1,6—1,1 об/мин в зависимости от диаметра. Барабан заключен в изолированный кожух из стальных листов. На кожухе установлено распредели­тельное устройство для равномерной подачи шлама вдоль дли­ны барабана.

Сырьевой шлам, содержащий 35—45% воды, вытекает из распределительного устройства и через щели в решетке поступает в барабан, где покрывает горячую поверхность тел наполнения. Благодаря медленному вращению барабана изменяется форма многочисленных узких щелей между телами наполнения, что приводит к интенсивному теплообмену между шламом и печны­ми газами. На рис. 20.43 показана схема движения шлама и га­зов в барабане «Кальцинатора».

Рис. 20.42. Продольный разрез «Кальцинатора» для подсушки шлама-

Температура отходя­щих газов составляет око­ло 125° С. Благодаря вза­имному трению тел напол­нения слой шлама, под­вергаемый сушке, разде­ляется и превращается в гранулы. Полученные гра­нулы через щели решетки падают в печь. Остаточ­ная влажность гранул — Ю-12%.

Эффективность приме­нения «Кальцинатора» зависит от свойств сырье­вого материала. Сырьевой шлам должен обладать определенной пластично­стью, чтобы обеспечить образование гранул. В за­висимости от содержания влаги в шламе удельный расход тепла при совмест­ной работе «Кальцинато­ра» с вращающейся печью составляет 1250—1400 ккал/кг клинкера.

Обезвоживание сырьевого шлама

Рис. 20.43. Поперечный разрез «Кальцинатора» для подсушки1 шлама (модель 17008 фирмы, «Бюлер-Миаг»)

Размеры выпускаемых теплообменников приве­дены в табл. 20.11.

Таблица 20.11. Размеры «Кальцинатора» для мокрого способа производства (фирма «Бюлер-Миаг», Брауншвейг, ФРГ)

Диаметр барабана, м

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

4,0

4,0

4,0

4,5

4,5

5,0

5,25

Длина барабана, и

1,5

1,8

2,1

‘2,5

3,1

2,5

3,1

3,6

3,1

3,6

3,6

4,0

Производитель­ность в пересчете на клинкер, т/сут

150

175

200

250

300

320

400

480

500

600

750

1000

«Концентратор» фирмы «Крупи» работает аналогичным об­разом J.

Кальцинатор и концентратор могут также применяться в ка­честве подогревателей сырьевой муки при сухом способе, но пе­ред загрузкой в них сухая сырьевая мука должна быть увлажне­на добавкой 12—14% воды для грануляции. При сухом способе производства кальцинатор и концентратор снижают расход теп­ла до 1100—1200 ккал/кг клинкера. Однако здесь они в основном вытеснены теплообменниками суспензионного типа.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *