Асбестоцементная промышленность

Основной задачей является получение клинкера с заданным фазовым (минеральным) составом, что зависит от состава и качества сырья, выбранного соотношения между исходными материалами, требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

В настоящее время применяют три способа подготовки сырьевой смеси из исходных материалов: мокрый (помол и смешение сырья осуществляются в водной среде), сухой (материалы измельчаются и смешиваются в сухом виде) и комбинированный.

Каждый из этих способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов, при их совместном помоле быстро достигается высокая однородность смеси, но расход топлива на обжиг сырьевой смеси при мокром способе в 1,5—2 раза больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастают размеры обычных вращающихся печей при обжиге в них мокрой сырьевой смеси, так как эти тепловые агрегаты в значительной мере выполняют функции испарителей воды.

Сухой способ, несмотря на его технико-экономические преимущества по сравнению с мокрым, длительное время ограниченно применялся вследствие пониженного качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измельчения и гомогенизации сухих смесей обеспечили возможность получения высококачественных портландцементов и по сухому способу. Это предопределило рост производства цемента по этому способу. 

Сухой способ производства клинкера

Изготовление клинкера по сухому способу технически и экономически наиболее целесообразно в тех случаях, когда исходные сырьевые материалы характеризуются влажностью до 10—15 % а также относительной однородностью по химическому составу и физической структуре, что обеспечивает возможность получения гомогенной сырьевой муки при измельчении сухого сырья.

При сухом способе затраты теплоты на обжиг клинкера достигают 3150—4190 кДж/кг, что значительно меньше затрат при производстве по мокрому способу (5900—6700 кДж/кг).

При сухом способе изготовления клинкера исходные материалы (известняк, глина и др.) после дробления подвергаются высушиванию и совместному помолу в шаровых и иных мельницах до остатка 6—10 % на сите № 008.

Обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах с предварительной тепловой обработкой ее в циклонных теплообменниках, в которых отходящими из печей газами материал нагревается до 800—850 °С с частичной декарбонизацией его (на 30—40%) или в циклонных теплообменниках и далее в специальных реакторах, в которых температура муки повышается до 920—950 °С, а декарбонизация материала перед его поступлением в печь достигает 85—90%. Такой эффект получается за счет сжигания в реакторах дополнительного небольшого количества топлива. Тепловую обработку сырьевой муки производят также в конвейерных кальцинаторах за счет теплоты отходящих из печей газов (печи «Леполь»). Кроме того, сырьевую муку в виде гранул можно обжигать в автоматических шахтных печах. В зависимости от способа обжига сырьевой муки схемы производства несколько различаются.

Подготовка сырья и его обжиг во вращающихся печах с теплообменниками, декарбонизаторами и кальцинаторами 

Клинкер по сухому способу во вращающихся печах с циклонными теплообменниками, а в новейших системах в сочетании с реакторами (декарбонизаторами) получают по технологической схеме (при использовании известняка и глины), изображенной на  27.

Добывают известняк и глину с учетом их свойств теми же приемами, какие используются при мокром способе производства. Последующая их переработка (дробление, измельчение, смешение компонентов) определяется спецификой сухого способа производства. Добытый известняк вначале подвергают двухстадийному, а иногда одностадийному дроблению до кусков размером 1—3 см. Для этой цели на новых предприятиях часто используют передвижные механизмы, например молотковые дробилки соответствующей производительности. Полученную щебенку направляют на усредиительиый склад, где с помощью комплекса машин осуществляется первичная гомогенизация сырья. Добытую глину вначале также подвергают дроблению при одновременной сушке с последующей подачей полученного материала на усредиительиый склад для гомогенизации. С этих складов известняк и глину направляют через автоматические дозаторы в требуемом соотношении по массе в шаровые мельницы, где осуществляются сушка и тонкий помол •сырья. Для сушки в мельницы направляют дымовые газы, образующиеся во вращающихся печах при сжигании топлива. Шаровые мельницы часто работают в замкнутом цикле с сепараторами (проходными или центробежными). Из мельниц мука в виде пылегазовой смеси направляется в осадительные циклоны, а затем в горизонтальные электрофильтры, в которых выделяется твердая фаза. Иногда для оптимизации работы оборудования в линии устанавливаются охладители газов, в которые в необходимом количестве пульверизируется вода. При этом температура газов, поступающих в электрофильтры, должна держаться на уровне 120—140 °С. В этих условиях остаточное содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, доводится до санитарных норм (75—90 мг/м3).

На крупных предприятиях с производительностью одной технологической линии 3000 т клинкера в сутки устанавливают две шаровые мельницы размером 4,2X10 м, дающие 120—130 т/ч муки с остатком 10—12 % на сите № 008.

В настоящее время все шире начинают применять каскадные мельницы без мелющих тел типа «Аэрофол», сырьевые материалы в которых измельчаются под действием падающих кусков самого материала. Эти мельницы применяют для измельчения сырья с влажностью до 20%, а по ряду данных и с большей влажностью. Выпускают их в разных странах в виде барабанов диаметром 5—9 и длиной до 1—2,4 м. Сырье загружают кусками размером до 30—50 см. В мельницу подают горячие газы, которые сушат материал до влажности 0,5— 1 %. Эти же газы выносят измельченный продукт, который затем выделяется из потока в проходных сепараторах и циклонах, причем более крупные частицы возвращаются на домол. Иногда после такой мельницы устанавливают обыкновенную шаровую для домола материала. Расход электроэнергии на помол материалов в бесшаровых мельницах уменьшается по сравнению с расходами на помол в трубных мельницах примерно на 25%- Производительность таких мельниц 250—300 т/ч и более.

Сырьевая мука, получаемая в результате помола в мельницах того или иного типа, направляется на гомогенизацию и корректирование в специальные железобетонные силосы вместимостью до 500—2000 м3 (в зависимости от масштабов производства и однородности сырья). Чем неоднороднее сырье, тем меньше обычно вместимость отдельных силосов. Муку в них перемешивают сжатым воздухом,    вводимым через керамические пористые плитки, укладываемые на днище силосов. Иногда вместо керамических применяют специальные металлические плитки или даже перфорированные трубы, покрытые тканью. Воздушные струи, проникающие в муку, аэрируют ее, что сопровождается уменьшением насыпной плотности. Одновременно материал приобретает большую текучесть.

После гомогенизации проверяют состав сырьевой муки по содержанию оксида кальция (титр муки). Если оно соответствует требуемому, то смесь направляют на обжиг. Если же выявляется отклонение, то муку из двух силосов направляют в третий в таком соотношении, чтобы получить смесь требуемого состава. После заполнения общего силоса материалы в нем тщательно перемешивают до полной однородности.

При использовании способа непрерывной гомогенизации мука непрерывно подается на верх большого силоса, заполненного уже аэрированной и гомогенизированной смесью. Одновременно у днища силоса непрерывно отбирается готовый материал. Вместимость силоса принимается равной 8—10-кратной часовой производительности мельниц. Высота силосов в 1,5—2 раза больше их диаметра.

Для перемешивания применяют обычно воздух, очищенный от масла и паров воды, под давлением до 0,15— 0,2 МПа. Через 1 м2 пористых плиток подается в 1 мин около 2 м3 воздуха. Затраты электроэнергии на гомогенизацию составляют 0,4—0,6 кВт-ч на 1 т муки; общий расход энергии на всю установку (подача материала в. силосы, его выгрузка и перемешивание) 2,2—2,5 кВтХ Хч/т. В месте выхода готовой муки из силосов устанавливают пробоотборники, автоматически отбирающие пробы массой 10—15 г/т материала. Силосы снабжают также устройствами для обеспыливания отработанного воздуха и удаления воздуха из готовой муки.

В тех случаях, когда муку обжигают во вращающихся печах, снабженных циклонными теплообменниками, сухую смесь из силосов с помощью пневмонасосов того или иного типа направляют в приемный бункер 8 печной установки ( 28). Отсюда элеватором 7 материал подают на ленточный конвейер-дозатор 6, передающий его в газоход батарейного циклона 4. Здесь он подхватывается отходящими газами из циклона 5 и поступает в циклон 4. Далее таким же образом он проходит газоходы и циклоны 5, 3, 9 и поступает в печь 10. Во время перемещения по газоходам и циклонам сырьевая мука постепенно нагревается и поступает в циклон 9 с температурой 800—850 °С частично (на 30—40%) декарбонизированной. Нагревается мука в газовом потоке циклонных теплообменников очень интенсивно. Циклоны 3 и 9 изнутри футеруют огнеупорами. Газы через систему циклонов движутся под действием дымососа 1. Отработанные газы с температурой 200—300 °С очищаются от пыли в циклоне 2 и в электрофильтрах или же сначала используются для сушки муки.

Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками имеют размеры 5X75 и 7X95 м, их суточная производительность 1600 и 3000 т. Расход топлива 3250— 3500 кДж на 1 кг клинкера. Мощные печи оснащают двумя ветвями четырехступенчатых теплообменников.

В материале, обжигаемом в рассматриваемых печах, идут те же процессы, что и при обжиге смеси в виде шлама. Полученный клинкер после охлаждения в холодильниках того или иного типа направляют на склад, а затем перерабатывают в цемент.

В последнее десятилетие печные агрегаты с циклонными теплообменниками получили дальнейшее существенное развитие [3]. Был предложен обжиг сырьевой муки по схеме циклонный теплообменник — декарбони-затор— вращающаяся печь. Известно, что около 60% общего количества теплоты, необходимой для получения клинкера, расходуется на декарбонизацию сырьевой муки. В соответствии с этим в новых конструкциях печных агрегатов материал после теплообменников в потоке газов с температурой 800—850 °С поступает з зону, где температура повышается до 1000—1050 °С благодаря сжиганию здесь дополнительного количества топлива. В этой зоне, называемой реактором, в среде раскаленных газов при вихреобразном движении пылевидные частички в течение 70—80 с подвергаются почти полной декарбонизации (85—90%). Отсюда материал с температурой 900—950 °С поступает во вращающуюся печь, где завершаются процессы клинкерообразования и последующего охлаждения продукта. Важно отметить, что почти полная декарбонизация материала и высокая его температура при поступлении в печь дают возможность устанавливать ее с уклоном 3,5—4° и в два-три раза увеличивать частоту ее вращения.

Вынос наиболее теплоемкого процесса декарбонизации из вращающейся печи в специальный реактор с подачей сюда большей части топлива дает высокий технический эффект. Так, по производственным данным, если печи с циклонными теплообменниками дают в сутки около 1,5 т клинкера с 1 м3 объема печи, то у печей, работающих с декарбоыизатором, удельная производительность увеличивается вдвое и более при практически одинаковом расходе топлива (3200—3300 кДж/кг клинкера).

В настоящее время печные агрегаты, работающие по схеме циклонные теплообменники — реакторы — печь, получили значительное применение в Японии. Здесь созданы, в частности, различные типы реакторов-декарбонизаторов, включенных в технологические линии производительностью до 3000—5000 т и более клинкера в сутки. В других странах известны обжиговые агрегаты системы «Дополь», в которых последняя ступень теплооб* менников имеет вид шахты, выполняющей роль декар-бонизатора.

На  29 представлена схема обжига клинкера с использованием теплообменников и декарбонизаторов, применяемая на некоторых заводах в Японии. Сырьевая мука, пройдя циклоны, поступает   в декарбонизатор, куда также подается топливо и вторичный воздух из холодильника 7 по газоходу 4. Во вращающуюся печь 5 материал поступает с температурой около 1000 °С, почти полностью декарбонизированный и подготовленный к завершающим реакциям образования клинкера.

График тепловой обработки

На графике показано распределение температуры материала и газового потока по длине печного агрегата в процентах.

Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящих нагревание (пологие участки)а в других – способствующие раезкому нагреванию (крутые участки).

График распределения температур по длине вращающейся печи

I – зона подогрева и дегидратации (50-60%);

II – зона декарбонизации (20-25%);

III – зона экзотермических реакций (7-10%);

IV – зона спекания (10-15%);

V – зона охлаждения (2-4%)

Первая зона располагается в запечных теплообменниках, а вторая – в запечных карбонизатарах. Остальные зоны и соответствующие реакции протекают непосредственно во вращающейся печи.

Охрана труда на цементных заводах 

При большой насыщенности предприятий цементной промышленности сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению клинкера, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс  материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся, Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях цементной промышленности».

Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться • к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем  месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п. Должны быть заземлены электродвигатели и электрическая аппаратура.

Установки по приготовлению угольной пыли должны работать под разрежением. Температура аэроугольной смеси при выходе из мельницы не должна превышать для тощих углей 100, подмосковных—-80, длиннопламенных и бурых — 70 °С. Нельзя подсушивать пыль до влажности ниже гигроскопической.

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующих и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки.