Введение
В течение многих лет производство цемента базировалось на мокром способе, при котором сырье перерабатывается совместно с водой, в результате чего получают шлам влажностью от 36 до 40%. Для испарения этой влаги при обжиге затрачивается до 3000 кДж/кг клинкера и общий расход условного топлива составляет 220-230 кг 1 т цементного клинкера. Мокрый способ производства цемента в свое время время получил широкое распространение благодаря сравнительной простоте технологических процессов, особенно при приготовлении однородной сырьевой шихты заданного состава.
В последнее время в цементной промышленности преимущественно применяется сухой способ производства, при котором сырье с естественной влажностью перерабатывается без добавления воды. Широкое распространение этот способ получил на большинстве зарубежных предприятий. Расход условного топлива на обжиг клинкера по этой технологии значительно ниже и составляет 120…140 кг на тонну. В России доля заводов, работающих по сухому способу невелика и не превышает 15%.
Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки. При мокром способе производства снижаются затраты электроэнергии на помол, транспортирование и усреднение сырьевой смеси. Главным недостатком мокрого способа производства является повышенный расход топлива.
При сухом способе снижается расход топлива и увеличивается производительность печей. Однако при сухом способе производства значительно возрастает потребление электроэнергии, а также предъявляются более жесткие требования к составу сырья. В частности из-за опасности образования настылей в циклонных теплообменниках ограничивают содержание в сырье щелочей и хлора.
Наличие у каждого из способов приемуществ и недостатков привело к тому, что оба способа производства развивались параллельно. Преобладание того или иного способа производства определялось технико-экономическими особенностями развития промышленности в разных странах.
Промежуточное положение между двумя этими способами занимает комбинированный или полусухой способ производства портландцементного клинкера. По этому способу сырье готовится по «мокрой» технологии, затем обезвоживается в вакуум-фильтрах или камерных пресс-фильтрах до влажности 20% а затем оставшийся кек сушится и измельчается в сушилке-дробилке и обжигается в длинной или же в короткой печи с запечными теплообменниками.
При применении такого способа значительно снижается расход топлива на обжиг портландцементного клинкера, а также возрастает производительность печи.
Применение этого способа можно рассматривать как вариант реконструкции заводов, работающих по мокрому способу (при этом реконструкции подлежит только цех обжига).
В работе рассматривается возможность применения варианта реконструкции Белгородского цементного завода на комбинированный способ производства, с целью экономии топлива.
1. Технико-экономическое обоснование
Город Белгород является одним из крупнейших индустриальных центров России, в котором находится более пятидесяти крупных предприятий. На базе значительных запасов полезных ископаемых мела, глины, песка, осзданы крупные предприятия производства строительных материалов. ЗАО «Белгородский цемент» является одним из крупнейших производителей цемента в России. Завод имеет семь технологических линий, которые работают по мокрому способу. Завод выпускает высокомарочные цементы, что обусловлено уникальной по однородности сырьевой базе. Продукция БЦЗ широко известна в нашей стране и за рубежем.
Разработка и добыча сырья производится в собственных карьерах.
Месторождения мела «Полигон» и глины «Черная поляна» разведаны в 1956-1957 гг. За счет расширения карьера перспективы увеличения запасов мела имеются к северу от разведанного участка. Карьер мела находится на расстоянии 4 км от завода. Разработка ведется 3-мя рабочими горизонтами 146, 125 и 133 м с высотой забоя от 5 до 12 м. Доставка мела осуществляется железнодорожным транспортом.
По химическому составу меловые толщи довольно однородны - как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Средневзвешенный химический состав мела приведен в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Химический состав сырьевых компонентов (%).
| Компонен-ты | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | R2O | ППП | Проч |
| Мел | 1,32 | 0,59 | 0,06 | 55,05 | 0,27 | - | - | 42,35 | 0,36 |
| Глина | 64,04 | 15,59 | 5,61 | 1,88 | 1,35 | 0,07 | 1,57 | 9,60 | 0,29 |
| Огарки | 15,64 | 2,61 | 76,08 | 1,60 | 1,21 | 2,46 | - | - | 0,4 |
Запасы глин полностью обеспечивают потребность завода в сырье и перспективы увеличения запасов имеются также к северу от разведанной площади. Карьер глины «Черная поляна» расположен на расстоянии 12 км от завода. Разработка ведется одним уступом. Вскрышные работы выполняют с апреля по октябрь с помощью бульдозеров и скреперов. Доставка глины на территорию завода осуществляется гидротранспортом.
Вскрышные породы представлены почвенно-растительным необводненным слоем толщиной 0,3-0,8 м.
Химический состав глины представлен в таблице 1.1.
Огарки поставляются с Новолипецкого металлургического завода железнодорожным транспортом. Химический состав огарков представлен в таблице 1.1
Конкуренция, финансово-экономические соображения и просто стремление «выжить» вынуждают цементные заводы заниматься техническим и технологическим совершенствованием производства, поэтому первоначальными задачами цементных заводов являются уменьшение расхода топлива и электроэнергии.
Проблема снижения энергопотребления на 20-50% при измельчении мягких сырьевых материалов может эффективно решаться при использовании валкового помола: пресс-валковых измельчителей, валковых и тарельчато-валковых мельниц вместо устаревших трубных мельниц.
Уменьшение расхода топлива может быть достигнуто:
1) введением разжижителей в сырьевой шлам с целью снижения исходной влажности шлама;
2) применением выгорающих добавок в сырье для замены части топлива;
3) реализация следующей технологической схемы: подача 30% шлама с нормальной влажностью (36-40%) с загрузочного конца печи (это необходимо для сохранения пылеулавливающей способности цепной завесы в ее «холодной зоне»), а остальные 70% шлама, предварительно обезвоженного механическим способом до влажности 19-22%, подавать через периферийное загрузочное устройство в печь в район цепной завесы, соответсвующий этой влажности шлама. В результате суммарное влагосодержание шлама на входе в печь по всей его массе может уменьшиться с 36-40% до 26-30%. Это позволит снизить удельный расход тепла на обжиг клинкера в среднем с 6500 до 5000 кДж/кг клинкера, что соответствует экономии 50 кг условного топлива на тонну клинкера. В пересчете на 1 млн. тонн клинкера стоимость сэкономленного топлива будет приблизительно равна 14 млн. рублей. при этом не учитывается возможный эффект от повышения производительности печей.
4) применением комбинированного способа производства. Этот способ компенсирует все недостатки, которые присущи мокрому и сухому способам производства портландцемента. Экономия топлива может достичь до 40-45%. При этом производительность печи увеличивается на 50-60% по сравнению с мокрым способом производства и расход электроэнергии не превышает 110-150 кВтч/т клинкера.
В ходе предварительного исследования фильтрации шлама Белгородского цементного завода было установлено, что сырьевая смесь фильтруется до остаточной влажности 20% и удовлетворяет требованиям комбинированного способа производства. Химический анализ фильтрата показал незначительное содержание в нем щелочей (0,00067%) и хлоридов (0,03%), что позволяет использовать фильтрат для приготовления сырьевой смеси.
Таким образом, наиболее приемлемым вариантом реконструкции Белгородского цементного завода является применение комбинированного способа.
2. Разработка технологической схемы
2.1 Физико-химические процессы и мероприятия по
интенсификации технологических процессов
Проектом предусматривается реконструкция технологической схемы мокрого способа на комбинированный. При реконструкции весь сырьевой передел остается без изменений.
Сырье (мел, глина и огарки) измельчается в мельнице мокрого самоизмельчения «Гидрофол», затем домалывается в шаровой мельнице. В вертикальных бассейнах выполняется порционное корректирование шлама и готовый шлам хранится в горизонтальных шлам-бассейнах.
При комбинированном способе производства во вращающуюся печь, вместо традиционного шлама предлагается подавать кек влажностью 20%, полученный после обезвоживания шлама в пресс-фильтрах, установленных при проведении реконструкции.
Одним из важнейших показателей для реконструкции производства цемента с переводом его на комбинированный режим, является фильтруемость шлама, т.е. способность шлама отдавать воду при механическом обезвоживании. Различают легкофильтруемые, средне- и труднофильтруемые шламы. При изучении шлама Белгородского цементного завода был проведен опыт по фильтруемости шлама на лабораторной установке пресс-фильтрации. Для сравнения взяты данные по фильтруемости шлама Себряковского цементного завода, на котором уже более восьми лет на технологической линии № 8 применяется комбинированный способ производства. Время фильтрации шлама белгородского цементного завода на 8-10 секунд больше, чем у себряковского. Влажность коржа при давлении Р=0,6 МПа составила 23%. Это показывает, что шлам Белгородского цементного завода подходит для комбинированного способа производства портландцементного клинкера.
Фильтруемость шлама можно повысить несколькими способами: