Способы подготовки материала к обжигу во вращающихся печах

Различают два основных способа подготовки материала для питания вращающихся печей.

1. Мокрый способ; сырьевой шлам с 18—45% воды полу­чают в болтушках, мокрым помолом или сочетанием этих при­емов.

Мокрый способ подготовки необходим, когда физические свойства компонентов сырья (пластичной глины, мела с высо­кой влажностью и т. д.) не допускают экономичного получения сухой сырьевой муки.

2. Сухой способ, при котором из сухих компонентов сырья готовят сырьевую муку.

В зависимости от способа подготовки материала применя­ют следующие способы обжига во вращающихся печах.

1. При мокром способе:

А) в длинных вращающихся печах с внутренними теплооб — менными устройствами, такими, как цепи, сегменты и др.;

Б) в коротких вращающихся печах без внутрипечных уст­ройств с запечными теплообменниками для подсушки сырьево­го шлама; эти теплообменники известны под названиями «су­шилки для шлама», «концентраторы» и «кальцинаторы»;

В) во вращающихся печах средней длины с предваритель­ным механическим обезвоживанием сырьевого шлама в отса­сывающих или прессующих фильтрах; для измельчения кека влажностью 15—20% и последующей сушки в печах предус­матривается короткая цепная зона;

Г) в коротких вращающихся печах без внутрипечных уст­ройств с предварительным механическим обезвоживанием сырьевого шлама. Образующийся кек перерабатывается в бри­кеты или гранулы, которые поступают в подогреватель, напри­мер, шахтного (подогреватель фирмы «Дэвис») или колосни­кового типа (решетка «Леполь» фирмы «Полизиус»).

2. При сухом способе:

А) в длинных вращающихся печах без внутрипечных уст­ройств;

Б) в длинных вращающихся печах с внутренними тепло — обменными устройствами, такими, как цепи, керамические мос­тики и т. д.;

В) в коротких вращающихся печах, работающих совмест­но с подогревателями, такими, как суспензионные теплообмен­ники или решетки «Леполь»;

Г) во вращающихся печах с котлом-утилизатором.

20.3.1. Сравнение сухого и мокрого способов производства. Основным преимуществом сухого способа производства по сравнению с мокрым является низкий удельный расход топли­ва на обжиг клинкера.

Если для нового проекта необходимо выбрать способ про­изводства, то следует иметь в виду, что нет общего правила для такого выбора, так как отсутствует единый метод сравни­тельной оценки эффективности обоих способов; следователь­но, невозможно однозначно установить превосходство одного из них.

Советские специалисты разработали формулу, которая по­казывает, в каком случае экономически выгоднее применение сухого или мокрого способа. Коэффициенты, входящие в эту формулу, базируются на ценах, принятых в социалистической плановой экономике, и неприменимы в сфере капиталистичес­кой экономики [195].

Раньше придерживались мнения, что клинкер мокрого спо­соба производства имеет лучшее качество и более однороден благодаря лучшей гомогенизации сырьевых компонентов в виде шлама. Теперь же достигшее высокого совершенства пнев­матическое гомогенизирующее оборудование и методы под­готовки позволяют получить сырьевую муку такой же однород­ности, как у сырьевого шлама. Поэтому отсутствует и разни­ца в качестве клинкера.

Однако советские эксперты утвержают, что в зоне сушки вращающихся печей мокрого способа помимо физического про­цесса испарения влаги идет также ослабление связей в крис­таллической решетке. В результате ускоряется процесс обра­зования клинкера при дальнейшем обжиге. Считают, что по

Этой причине в некоторых случаях цемент лучшего качества получают при мокром способе производства [196][24].

Дозировать сухие компоненты сырьевой смеси для получе­ния требуемого состава значительно проще, чем влажные, мокрые или пластичные [197]. Известно, что мокрый помол связан с более низкими затратами. Для помола одного и того же материала до одинаковой крупности при сухом способе требуется на 30% больше энергии, чем при мокром. Однако это преимущество уравновешивается тем, что износ броневых плит и мелющих тел при сухом способе составляет только 30—40% износа при мокром помоле. Поэтому более высокий износ стали при мокром помоле компенсируется более высоким расходом энергии при сухом.

Для цементного завода, работающего по мокрому способу, требуемый объем емкостей для шлама примерно на 20% мень­ше, чем для сырьевой муки на заводе сухого способа такой же производительности [198, 199].

Обычно расход тепла при мокром способе составляет 1300 ккал/кг клинкера, а при сухом способе в печах с тепло­обменниками — около 800 ккал/кг клинкера. Таким образом получаем разность 500 ккал/кг в пользу сухого способа. Если средняя стоимость 25 2000 ккал (28 м3 природного газа) состав­ляет 35 центов США и годовая производительность равна 643000 т клинкера, то при сухом способе получаем экономию 643-106кг-500ккал „

————————— 0,35 = 447 000 долларов.

252 000 ккал

Объем отходящих печных газов на 1 т клинкера при сухом способе равен

800 ккал-1000 кг „„ .————————————————— , = 89м3 природного газа-12 = 1068 м3 продуктов сгорания.

9000 ккал У У

Если прибавить к продуктам сгорания 283 м3 диоксида уг­лерода из сырьевой муки, го получим всего 1351 м3/т. Объем отходящих газов при мокром способе:

300ккал-1000 кг 1лл , 10 ,_„ ,

■— ^^————— = 144 м3 природного газа-12 = 1733 м3 продуктов сгорания

Плюс 283 м3 диоксида углерода из сырьевой смеси и плюс 844 кг воды из шлама, т. е.

844-22,4

■ = 1050м3 водяного пара.

18

Общий объем отходящих печных газов равен 3066 м3, или на 3066—1351 = 1715 м3/т больше, чем при сухом способе.

Чтобы получить 2000 т клинкера в сутки при сухом спосо­бе подготовки сырья, необходимо переработать 2000-1,6 = = 3200 т/сут сырьевой муки; при мокром способе масса сырья для получения такого же количества клинкера больше на 2000-0,844 = 1760 т/сут. В результатее этого повышается рас­ход электроэнергии и т. п.

Новые вращающиеся печи мокрого способа, разработанные с учетом свойств сырьевых материалов, представляют собой мощные агрегаты диаметром около 5 м и длиной 160—200 м. Эти печи оборудуются мощными цепными системами стои­мостью около 100 тыс. долларов США. Такие системы требуют осторожного обращения, особенно при остановках печи и пе­рерывах в подаче электроэнергии.

Вращающиеся печи сухого способа, работающие с подогре­вателями сырьевой муки, при большой производительности имеют размеры от 4X60 до 5×80 м. В целом при равной про­изводительности стоимость короткой вращающейся печи сухого способа с теплообменником примерно равна стоимо­сти длинной вращающейся печи мокрого способа с цепной системой.

В настоящее время сухой способ производства считается более экономичным. Однако, если имеются пластичные мел и глина с естественной влажностью 15—20%, легко размучива­емые в болтушках и не требующие значительных затрат на помол, может быть принят мокрый способ.

В США 39% всего цемента производится по сухому способу. Число цементных заводов сухого способа растет. В Мексике 97% цемента производится по сухому способу, в Японии — 65%, ФРГ —92% (1976 г.). С 1952 по 1977 г. число техноло­гических линий мокрого способа здесь снизилось на 18%. СССР, где по традиции применялся в основном мокрый спо­соб производства цемента (88% выпуска, 1975 г.), также не­давно принял долгосрочную программу перевода промышлен­ности на сухой способ производства.

20.3.2. Производительность вращающихся печей. Многооб­разие конструкций вращающихся печей, способов обжига и влияющих факторов затрудняет разработку формул для рас­чета производительности. Для практических целей при выбо­ре типоразмеров вращающихся печей используют статистические данные по производительности аналогичных установок. Фор­мулы для расчета производительности печей имеют ограничен­ное применение, так как в них учитывается только часть фак­торов, влияющих на производительность; они базируются преж­де всего на размерах печей [39, 200].

Формула Мартина [201] учитывает некоторые термодина­мические факторы:

<2 = 2,826-^-25?,

Где Q — производительность вращающейся печи, т/ч; v — скорость газа на вы­ходе из печи, м/с; Vg—удельный объем газа, м3/кг клинкера; D — внутренний диаметр печи, м.

Ходоров [202] разработал формулу для производитель­ности печей мокрого способа, которую Гипроцемент (СССР) применял для проектных расчетов:

DL

Q = ‘—

1000

45 + К ( Y" —0,02

Где L — длина вращающейся печи, м; W — влажность шлама, %; К — коэф­фициент, характеризующий конструкцию печи; К = 350 для коротких и сред­них печей с легкими завесами или без них; К = 1150 для длинных печей с L/D = 20—55 и мощными цепными системами.

Для анализа работы печей рассматривают следующие по­казатели.

1. Тепловая мощность печи — это количество тепла в еди­ницу времени, выделяемое в зоне спекания. Для определения тепловой мощности Q, ккал/ч, можно применить формулу Хо — дорова:

<Э= 1, 1-106 £>3,

Где D—средний внутренний диаметр печи, м.

Эта формула применима для печей мокрого и сухого спо­соба при LjD^z30.

2. Удельная тепловая нагрузка поперечного сечения зоны спекания (в свету) QP, ккал/(м2-ч), — это количество тепла в пересчете на 1 м2 поперечного сечения зоны спекания в 1 ч:

Q 1,1-10® О3

Здесь Fр — свободная площадь поперечного сечения печи в зоне обжига, м2; в расчет включают 0,785 D, где D — диаметр стального корпуса печи.

Тепловая нагрузка свободного поперечного сечения печи не должна превышать 3,46-10® ккал/(м2-ч). Это значение полу­чено из условия, что скорость печных газов в зоне спекания не должна превышать 8,6 м/с для обеспечения эффективного теп­лообмена между газом и материалом. Печи мокрого способа расходуют больше тепла на сушку шлама; в этом случае чаще обжиг ведут с большим избытком воздуха, поэтому скорость газов в зоне спекания превышает 8,6 м/с и достигает 10 м/с. Высокая скорость газов не только ухудшает теплообмен, но так­же служит причиной захвата большого количества пыли из обжигаемого материала. Следует учитывать, что концентрация
пыли в печных газах растет пропорционально кубу их скорос­ти [203].

3. Тепловая нагрузка зоны спекания — так называют коли­чество тепла, выделяемое в 1 м3 зоны спекания в 1 ч. Для рас­чета должна быть известна длина зоны спекания, которую мож­но принять по рис. 20.30. Длина зоны спекания зависит от

Способы подготовки материала к обжигу во вращающихся печах

Удельного расхода тепла на об­жиг клинкера [204].

Ц, т/(м3-сут) 065 -,

0,60 — \

0,55 — \

050 —

0fi5 — —

300 1000 1200 1Ь00 1600 1800({,,ккал/кг юоО 2000 3000 Ш0 5000 6000 7ООО V, M3

Рис. 20.30. Зависимость длины зоны Рис. 20.31. Удельная производитель-

Спекания, выраженной в диаметрах ность Q врашающихся печей мокрого

Печи D, от удельного расхода тепла производства в зависимости от внут-

На обжиг клинкера q реннего объема печи V

Из практического опыта известно, что тепловая нагрузка зоны спекания составляет около 300000 ккал/(м3-ч). Это ориентировочное значение, которое может колебаться в преде­лах ±10%, но в целом рассматривается как постоянная вели­чина. Эксперименты с целью ее увеличения путем форсирова­ния режима обжига привели к повышению температуры отхо­дящих газов и скорости газов в печи, поэтому не достигли поставленной цели.

Длинные вращающиеся печи мокрого способа производства. В табл. 20.10 приведены размеры и данные о производительнос­ти длинных вращающихся печей мокрого способа производства.

Как видно из таблицы, удельная производительность длин­ных печей мокрого способа составляет в среднем 0,526 т/(м3Х X сут) (полезный объем печи рассчитывается за вычетом футе­ровки). Удельная производительность вращающейся печи яв­ляется функцией ее размеров. Старые вращающиеся печи ма­лых размеров, имеющие объем до 500 м3 и не представленные в табл. 20.10, имеют высокую удельную производительность — около 0,65 т/(м3-сут). Новые мощные вращающиеся печи мок­рого способа объемом 7500—8000 м3 имеют более низкую удель­ную производительность — 0,45 т/(м3-сут). Это видно из диаг­раммы, представленной на рис. 20.31.

Таблица 20.10. Размеры и производительность длинных вращающихся печей мокрого способа производства

Размеры, м

LID

Свободный объем, м3

Производи­тельность, т/сут

Удельная про­изводитель­ность, т/(м3сут)

Вращающиеся печи ФРГ:

33:1

7519

6,9/6,4/7,6X231

3400

0,452

7,0/6,25X202

31:1

5710

3000

0,525

5,6X183

33:1

3850

2000

0,519

4,8/5,3X165

30:1

2800

1500

0,535

4,55/5X164

34:1

2378

1250

0,525

4,25/4,85X160

35:1

2112

1250

0,591

4,55/4,10/4,55X152

35:1

1900

1000

0,526

3,8/4,4X130

32:1

1716

918

0,534

Вращающиеся печи СССР:

5X185

37:1

2940

1700

0,578

4,5X170

38:1

2244

1200

0,534

4X150

37,5:1

1525

850

0,557

Отношение длины к диаметру LjD у длинных вращающихся печей мокрого способа составляет в среднем 33:1. Удельный расход тепла находится в пределах 1300—1650 ккал/кг клин­кера. По сравнению с короткими печами старых конструкций длинные печи дают экономию тепла 400—700 ккал/кг клин­кера. Температура отходящих газов длинных вращающихся печей мокрого способа равна 150—230° С. Концентрация пыли в отходящих газах составляет около 15 г/м3.

Удельные энергозатраты при работе длинных печей мокро­го способа равны 14—22 кВт-ч/т клинкера, считая от шлам — бассейна до попадания клинкера на колосниковую решетку хо­лодильника. Потери тяги в длинных вращающихся печах мокро­го способа с цепными системами составляют 150—180 мм вод. ст.

Добавить комментарий

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