Меню

Вращающаяся печь для производства цементного клинкера



Печь обжига цементного клинкера

Производство цемента — сложный процесс, состоящий из множества технологических этапов.

В зависимости от выбора технологии производства цемента — «сухая», «мокрая» или «комбинированная», — зависит и подбор оборудования для производства цемента.

Независимо от типа технология производства цемента обязательно будет включать в себя такой этап как обжиг клинкера.

Для осуществления процесса обжига клинкера применяются специализированные печи — печи обжига клинкера, также именуемые печами для обжига цемента.

Компания «Тульские машины» предлагает заказчикам вращающиеся печи для обжига клинкера серии ПК собственного производства.

Устройство печи для обжига цемента серии ПК

Печь для обжига клинкера представляет собой стальной толстостенный вращающийся барабан с бандажами, установленный на фундаментные опоры через опорные ролики под небольшим углом (3-4 о ) к горизонту.

Процесс обжига клинкера протекает при высокой температуре, постоянном воздействии горячих и агрессивных газов, а также непрерывном трении.

Для снижения воздействия этих негативных факторов внутренняя часть барабана футеруется различными жаростойкими и огнеупорными материалами.

Печь для производства цемента можно разделить на несколько зон.

  • экзотермических реакций
  • спекания

Холодная зона – зона загрузки шлама вращающейся печи цемента футеруется клинкер-бетоном.

Внутренние стенки среднетемпературной зоны вращающейся печи цемента обычно футеруются шамотным кирпичом.

Самые высокотемпературные зоны покрываются периклазохромитовым или хромитопериклазовым кирпичом.

Принцип работы линии по производству цемента

Печь обжига клинкера

1. Шламовый питатель; 2. — Вращающаяся печь для обжига клинкера; 3. – Опорные ролики; 4. – Электродвигатель печи клинкера; 5. – Редуктор; 6. – Подвенцовая шестерня; 7. – Венцовая шестерня; 8. – Нагнетающие вентиляторы; 9. – Вентилятор дымососа; 10. – Труба дымососа; 11. – Холодильник; 12. – Молотковая дробилка; 13 – Пылеосадительная камера; 14. — Шнековый транспортер, 15. — Фильтр

Сырье, подверженное обработке в печи обжига клинкера, называется шлам. Шлам загружается в шламовый питатель, откуда он равномерно загружается в зону испарения печи.

За счет установки печи клинкера – 2, на опорные ролики – 3, под углом к горизонту, ее непрерывного вращения с помощью электродвигателя – 4, редуктора – 5, и подвенцовой — 6 и венцовой шестерни — 7, а также за счет специальных перемешивающих полок и лопаток, установленных внутри барабана, шлам, постепенно нагреваясь горячим воздухом до 100 о С и комкуясь, нагнетаемым через холодильник клинкерной печи – 11, с помощью нагнетательных вентиляторов — 8, попадает в зону подогрева.

Соблюдать технологический процесс производства цемента, путем поддержания необходимой скорости газовых потоков и разряжения внутри печи цемента помогает вентилятор дымососа – 9, установленный между печью обжига клинкера и трубой дымососа – 10.

В зоне подогрева материал закатывается в гранулы и, подогреваясь до 850-900 о С, перемещается в зону декарбонизации.

Температура на выходе из зоны составляет порядка 1100 о С. Такая температура необходима для протекания реакции разложения карбонатов.

При протекании экзотермических реакций выделения компонентов из шлама температура резко возрастает до 1300 о С. Экзотермическая зона является наиболее термически нагруженной зоной печи.

Дальше шлам перемещается в зону спекания, где с 1300 градусов он сначала нагревается до 1450 о С, а затем опять охлаждается до 1300 о С.

Из зоны спекания материал попадает в холодильник — 11, где, постепенно остывая, транспортируется в молотковую дробилку 12, с помощью которой происходит предварительное измельчение клинкера.

Воздух в камере холодильника за счет высокой температуры, исходящей от клинкера, нагревается для 500 – 600 градусов. Это позволяет его повторно использовать и подавать в зону сжигания топлива.

Т.к. процесс производства клинкера достаточно неэкологичен, в следствие образования большого количества пыли на участке предварительного дробления, а также в местах пересыпки клинкера и шлама, линия по производству цемента в обязательном порядке включает в себя систему аспирации.

Пыль, образующаяся в процессе загрузки шлама, осаживается в пыльной камере – 13, а очистка избыточного воздуха, выбрасываемого в атмосферу, происходит с помощью фильтра – 15.

Осаженная пыль шнековым транспортером 14 перемещается на склад с предварительно измельченным клинкером.

Если вы заинтересованы в развитии своего бизнеса по производству цемента, хотите купить печь обжига клинкера, обращайтесь в компанию «Тульские машины» по телефону: 8-800-551-32-51

Наши высококвалифицированные специалисты помогут Вам подобрать необходимое оборудование для производства цемента и другое сушильное оборудование.

Источник

Вращающаяся печь для производства цементного клинкера

(Ю.С. Шлионский, И.П. Цибин)

Наиболее важным процессом в производстве строительных материалов (извести, цемента, керамзита) является обжиг исходного сырья. При этом в сырье происходит множество физических и химических превращений, таких, например, как сушка, дегидратация, декарбонизация (кальцинация), спекание, вспучивание и др.

Ввиду схожести основных сырьевых материалов
(в производстве извести – известняк, в производстве цемента – известняк и глина, в производстве керамзита – глина), а также процессов при их термической обработке в этих производствах применяется однотипное Лабораторное оборудование. Это Лабораторное оборудование отличается только размерами и набором вспомогательных устройств, входящих в состав печного агрегата.

Читайте также:  Чем растворить цемент под коронкой

Основным агрегатом для обжига является вращающаяся печь. В дальнейшем рассматривается вращающаяся печь для производства цементного клинкера, а различия в расчете вращающихся печей для производства извести и керамзита отражены в соответствующем разделе.

19.3.1. Вращающиеся печи для производства цементного клинкера

Существуют два способа производства цемента – мокрый и сухой. При мокром способе сырьевая смесь получается в виде сметанообразной массы (шлама) путем тонкого измельчения сырьевых материалов и корректирующих добавок с водой и содержит преимущественно 35–45 % воды.

По сухому способу сырьевые материалы предварительно высушиваются и измельчаются и сухая сырьевая смесь (сырьевая мука) подается в печной агрегат.

Сухой способ производства является более экономичным в отношении расхода топлива, поэтому цементная промышленность высокоразвитых стран Европы и Японии практически полностью использует сухой способ производства. Мокрый способ производства существует преимущественно в России, странах бывшего СССР и в США.

Цементный клинкер – полуфабрикат для производства цемента – обжигается во вращающихся печах, являющихся основным Лабораторное оборудованием печных агрегатов. Кроме печи печной агрегат включает в себя устройство для сжигания топлива, питатели, холодильник, пылеулавливающие аппараты и др.

Вращающаяся печь (рис. 19.3.1.1) – это полый барабан, сваренный из стальных обечаек, выложенных изнутри огнеупорным кирпичом (футеровкой). Корпус печи расположен наклонно (под углом 3–4°) к горизонту и вращается вокруг продольной оси с частотой вращения 1–3 мин –1 . В верхнюю загрузочную часть подается сырьевая смесь, а в нижней разгрузочной части устанавливается топливосжигающее устройство. Во вращающихся печах преимущественно сжигается природный газ, пылевидное топливо (уголь или сланец) и мазут. Благодаря вращению наклонного барабана сырьевая смесь движется по направлению к головке печи и обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник, установленный за печью. Если холодильник устанавливается на самой печи, то клинкер попадает в него через разгрузочные окна. Холодильники вращающихся печей имеют самостоятельный привод, частота вращения составляет 3–6 мин –1 . Холодильник располагают или под вращающейся печью, или по одной линии ниже печи. Угол наклона холодильников 5–7°.

Рис. 19.3.1.1. Схема вращающейся печи мокрого способа производства:
1 – шламовая течка; 2 – фильтр-подогреватель; 3 – цепная завеса; 4 – теплообменник;
5 – бандаж; 6 – подбандажная обечайка; 7 – венцовый привод; 8 – охлаждающее устройство;
9 – горячая головка печи; 10 – клинкерный холодильник

Основные конструктивные характеристики вращающейся печи – это ее диаметр D и длина L.

Применяемые в цементной промышленности вращающиеся печи подразделяются на печи мокрого и сухого способа производства. Для мокрого способа применяются длинные вращающиеся печи с отношением 30, оснащенные внутрипечными теплообменными устройствами. Для этого способа применяются и другие типы печей, например печи с концентраторами, но эти печи можно встретить только в единичных случаях на старых цементных заводах.

Для сухого способа производства применяются вращающиеся печи с запечными циклонными теплообменниками и вращающиеся печи с декарбонизаторами.

Печи с декарбонизаторами в свою очередь подразделяются на печи с выносными декарбонизаторами
и встроенными декарбонизаторами.

Выносные декарбонизаторы представляют собой самостоятельный агрегат, соединенный с запечной системой теплообменников. Эти декарбонизаторы оснащены топкой, в которой сжигается либо такой же вид топлива, как и во вращающейся печи, либо низкосортное топливо, например промышленные отходы. Продукты сгорания топлива поступают в систему теплообменников.

Во встроенных декарбонизаторах топка размещена в нижней части газохода, соединяющего теплообменник с печью.

В соответствии с протекающими во вращающейся печи физико-химическими процессами она разбивается на ряд технологических зон. Между зонами нет строгих границ, в отдельных зонах протекающие реакции частично перекрывают друг друга или идут параллельно. В печи мокрого способа различают следующие зоны, показанные в табл. 19.3.1.1.

Зонная структура вращающихся печей для мокрого способа производства клинкера

Длина зоны,
% от общей
длины печи

Наименование зоны (ее функции)

Температура
материала
в зоне, С

Зона сушки (удаление около 90 % физической влаги)

Зона дегидратации и подогрева (испаряется остаточная влага; протекает химическая реакция распада каолинита с выделением химически связанной воды; получается аморфный глинозем и кремнезем; происходит разложение карбоната магния)

Зона декарбонизации (разложение углекислого кальция и частичное протекание реакции образования алюмосиликатных минералов и двухкальциевого силиката)

Реакционная зона. В этой зоне происходит частичное плавление ранее образованных минералов (образование жидкой фазы) и образование основного минерала цементного клинкера: трехкальциевого силиката

Источник

ПЕЧИ СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА КЛИНКЕРА

ЛЕКЦИЯ №14

ТЕМА: ОБЖИГ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ. ПРОЦЕССЫ КЛИНКЕРООБРАЗОВАНИЯ

Обжиг— завершающая технологическая операция производства клинкера. В процессе обжига из сырьевой смеси определенного химического состава получают клинкер, состоящий из четырех основных клинкерных минералов.

В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы различные по своей конструкции и принципу действия тепловые агрегаты.

Однако в основном для этой цели применяют вращающиеся печи, в них получают примерно 95% клинкера от общего выпуска, 3,5% клинкера получают в шахтных печах и оставшиеся 1,5% — в тепловых агрегатах других систем — спекательных решетках, реакторах для обжига клинкера во взвешенном состоянии или в кипящем слое.

Читайте также:  Тросовые датчик уровня цемента

Вращающиеся печи являются основным тепловым агрегатом как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера.

Обжигательным аппаратом вращающейся печи является барабан, футерованный внутри огнеупорными материалами. Барабан установлен с наклоном на роликовые опоры.

С поднятого конца в барабан поступает жидкий шлам или гранулы. В результате вращения барабана шлам перемещается к опущенному концу. Топливо подается в барабан и сгорает со стороны опущенного конца. Образующиеся при этом раскаленные дымовые газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу и нагревают его. Обожженный материал в виде клинкера выходит из барабана.

Рисунок14.1 — Технологическая схема получения цемента по мокрому способу: 1 — щековая дробилка; 2 — молотковая дробилка; 3 — склад сырья; 4 — мельница «Гидрофол»; 5 — мельница мокрого помола; 6 — вертикальный шламбассейн; 7 — горизонтальный шламбассейн; 8 — вращающаяся печь; 9 —холодильник; 10 — клинкерный склад; 11 — мельница; 12 — силос це­мента.

В качестве топлива для вращающейся печи применяют угольную пыль, мазут или природный газ. Твердое и жидкое топливо подают в печь в распыленном состоянии. Воздух, необходимый для сгорания топлива, вводят в печь вместе с топливом, а также дополнительно подают из холодильника печи. В холодильнике он подогревается теплом раскаленного клинкера, охлаждая последний при этом. Воздух, который вводится в печь вместе с топливом, называется первичным, а получаемый из холодильника печи — вторичным.

Образовавшиеся при сгорании топлива раскаленные газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу, нагревают его, а сами охлаждаются. В результате температура материалов в барабане по мере их движения все время возрастает, а температура газов — снижается.

Сырьевой шлам, имеющий температуру окружающего воздуха, попадая в печь, подвергается резкому воздействию высокой температуры отходящих дымовых газов и нагревается.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы.

Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

· сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);

· подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.

· декарбонизации (900…1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;

· экзотермических реакций (1 200…1 350 °C) завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;

· спекания (1 300→1 470→1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);

· охлаждения (1 300…1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Основные минералы клинкера: алит, белит, трехкальциевый алюминат и аллюмоферит

Алит— самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45…60%. Он быстро твердеет и набирает высокую прочность, интенсивно выделяет тепло. Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2…4%) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2O3 и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства минерала.

Белит— второй по важности и содержанию (20…30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента; обладает малым тепловыделением. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор b-двухкальциевого силиката (b-С2S) и небольшого количества (1…3%) Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3.

Трехкальциевый алюминат содержится в клинкере в количестве 4…12% и при благоприятных условиях обжига получается в виде кубических кристаллов размером до 10-15 мкм; образует твердые растворы сложного состава. Он очень быстро гидратируется и твердеет, но имеет небольшую прочность и наибольшую интенсивность тепловыделения. Является причиной сульфатной коррозии бетона, поэтому в сульфатостойком портландцементе содержание С3А ограничено 5%.

Четырехкальциевый алюмоферрит в клинкере содержится в количестве 10. 20%. Алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, в клинкерах обычных портландцементов ее состав близок к 4CaO×Al2O3×Fe2O3. По скорости гидратации минерал занимает промежуточное положение между алитом и белитом.

Читайте также:  Пена цемент макрофлекс расход
Наименование Формула Сокращенное обозначение Примерное содержание в клинкере, %
Алит (трехкальциевый силикат) 3CaO×SiO2 C3S 45-60
Белит (двухкальциевый силикат) 2CaO×SiO2 C2S 20-30
Трехкальциевый алюминат 3CaO×Al2O3 C3A 4-12
Целит (четырехкальциевый алюмоферрит) 4CaO×Al2О3×Fe2O3 C4AF 10-20

ПЕЧИ СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА КЛИНКЕРА

Печи сухого способа производства примерно в два раза короче печей мокрого способа при равной или даже большей производительности. Современные мощные печи этого способа имеют размеры: 6,4/7,0×95 м, 5×75 м и производительность 25 т/ч и 75 т/ч соответственно. Уменьшение длины печи связано с двумя основными факторами: во-первых, в печах сухого способа в принципе отсутствует зона сушки, во вторых, часть процессов выносится из печи в запечные теплообменные устройства (циклонные теплообменники, реактор-декарбонизатор или конвейерный кальцинатор).

В основу конструкций печей с циклонными теплообменниками положен принцип эффективного теплообмена между отходящими из печи дымовыми газами и частицами сырьевой муки, находящимися во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц обжигаемого материала и увеличение его удельной поверхности, а также максимальное использование всей поверхности частиц для контакта с теплоносителем интенсифицируют теплообмен между ними. Этот способ передачи теплоты обеспечивает быстроту и равномерность нагрева и поэтому весьма эффективен. Во взвешенном состоянии при достижении температуры диссоциации декарбонизация СаСОз протекает также гораздо быстрее, чем при обжиге шихты в слое. Но все процессы, связанные с непосредственным контактом частиц-реагентов между собой (твёрдофазовые реакции, спекание), наоборот, замедляются.

Откорректированная сырьевая мука поступает в систему циклонных теплообменников. Отходящие из вращающейся печи газы с температурой 900-1000°С по газоходу 10 движутся в циклонный теплообменник IV ступени, а затем последовательно проходят циклонные теплообменники III, II и I ступеней, пылеулавливающее устройство и дымососом 9 через Дымовую трубу 1 выбрасываются в атмосферу.

В узких газоходах циклонных теплообменников средняя скорость газов составляет 15-20 м/с, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов и выкосится в циклонный теплообменник I ступени, где материал подогревается, а газы охлаждаются. Осевший в циклоне материал через затвор-мигалку 11 поступает в газоход между II и III ступенью циклонов, а из него выносится с газовым потоком в циклон II ступени. Затем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, и при этом нагревается. По выходе из циклона IV ступени материал имеет температуру 700-800°С, затем он подаётся во вращающуюся печь 8 для дальнейшего обжига.

Время пребывания частиц сырьевой муки в циклонном теплообменнике не превышает 25-30 с, и за это очень короткое время материал нагревается, полностью дегидратируется глинистая составляющая сырьевой смеси, а также на 25-30% успевает пройти декарбонизация карбонатной породы. Таким образом, в циклонном теплообменнике осуществляются процессы, которые соответствуют зоне подогрева и частично зоне кальцинирования.

Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками имеют высокие технико-экономические показатели, длительный срок службы, просты по конструкции и надёжны в эксплуатации (отсутствие Движущихся элементов), они отличаются высоким коэффициентом использования. Основным недостатком данного теплообменного Устройства является большая высота циклонной башни — 50-60 м.

Наиболее современными являются технологии, основанные на трёхступенчатом обжиге, которые позволяют направлять в обжиговую печь материал который декарбонизирован почти ПОЛНОСТЬЮ. Для интенсификации процесса диссоциации CaСО3 между запечным теплообменником и печью устанавливается специальный реактор – диссационная ступень (декарбонизатор), представляющая собой печь специальной конструкции с вихревой форсункой, где происходит сжигание топлива и декарбонизация сырьевой муки в вихревом потоке

Температура материала на входе в реактор составляет 720-750С. В результате сгорания дополнительного количества топлива температура газового потока повышается до 1000-1050, а материал нагревается до температуры 920-950. Каждая Частица материала находится в системе «циклонный теплообменник — Диссоционный реактор» всего 70-75 с, но по выходе из нее степень его декарбонизации составляет 85-95%.

Установка диссоционной ступени позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объёма печи в 2,5-3 раза, в результате печь диаметром 5-5,5 м может иметь производительность 6000-8000 т/сут удельный расход теплоты снижается до 3-3,1 кДж/кг клинкера. Размеры реактора невелики, он может быть использован не только при строительстве новых линий, но и при модернизации уже существующих коротких вращающихся печей с циклонными теплообменниками.

Рисунок 14.2 — Технологическая схема получения цемента по сухому способу: 1 — бункер известняка; 2 — щековая дробилка; 3 — молотковая дробилка; 4 — бункер глины; 5 — валковая дробилка; 6 — объединенный склад сырья; 7 — мельница «Аэрофол»; 8 — циклон-осадитель; 9 — промежуточный силос; 10 — сепаратор; 11 — мельница; 12 — гомогенизационный силос; 13 — запасной силос; 14 — печь с циклонными теплообменниками; 15 — холодильник; 16 — склад клинкера и добавок; 17 — мельница; 18 — цементный силос.

Источник