Splavmetal.ru

Сплав Металл
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

42. Вращающиеся печи мокрого способа производства

§ 42. Вращающиеся печи мокрого способа производства

Общие сведения. Вращающиеся печи мокрого способа производства бывают длинные — от 80 до 230 м, короткие — от 40 до 80 м. Длинные вращающиеся печи оборудуют только внутренними теплообменными устройствами (иногда их называют также встроенными) — цепями, фильтрами-подогревателями, металлическими и керамическими теплообменниками различных типов, устанавливаемыми в подготовительных зонах печи.

Короткие печи с цепными завесами малопроизводительны и требуют большого расхода тепла на обжиг клинкера. В связи с этим их или реконструируют, или выводят из эксплуатации. Чтобы повысить производительность и уменьшить расход топлива, некоторые короткие печи без внутренних теплообменных устройств оборудуют запечными установками — концентраторами шлама или распылительными сушилками шлама.

Производительность длинных вращающихся печей зависит от поверхности теплообмена между обжигаемым материалом и дымовыми газами, влажности поступающего на обжиг шлама, частоты вращения барабана, разности температур газов и обжигаемого материала, скорости газового потока в барабане, режима обжига, величины уноса пыли из печи и многих других факторов. Однако исходный показатель производительности печи — поверхность теплообмена; им определяются размеры барабана печи, величина поверхности и конструкции теплообменны!||устройств.

На производительность печи влияет влажность шлама. Повышение влажности на 1% снижает производительность печи до 2%. Поэтому необходимо систематически контролировать влажность шлама, не допуская его переувлажнения.

Устройство вращающихся печей и принцип их работы. Печной агрегат включает в себя: ^ корпус вращающейся печи (барабана) со встроенными теплооб- менными устройствами, в котором происходят физико-химические процессы превращения сырьевых материалов в клинкер;

питатель шлама, с помощью которого непрерывно подается смесь в печь;

дутьевой вентилятор и топливную форсунку, по которой угле- воздушная смесь непрерывно поступает в горячий конец печи; при использовании для обжига угля в комплект печного агрегата входит винтовой углепитатель, а также сепараторная мельница для одновременной сушки и помола угля, подаваемого в печь;

холодильник, в котором охлаждается раскаленный клинкер при Еыходе из печи и подогревается воздух для горения топлива;

дымосос, преодолевающий аэродинамическое сопротивление всего газового тракта и обеспечивающий надежную скорость газов в печи (тягу), при которой процессы испарения, подогрева и обжига материала протекают с необходимой интенсивностью;

пылеулавливающие устройства — пылеосадительную камеру и электрофильтр, которые обеспечивают требуемую степень обеспыливания газов перед выбросом в атмосферу;

устройство для возврата в печь пыли, уловленной в пылеуловителях;

устройство для водяного охлаждения корпуса печи в зоне спекания;

контрольно-измерительные и регулирующие приборы и аппаратуру, которые позволяют с одного пункта контролировать процессы, протекающие в отдельных механизмах, устройствах, частях и зонах печи, а также регулировать интенсивность этих процессов и управлять всей установкой из указанного пункта.

На цементных заводах наиболее распространена вращающаяся печь длиной 150 м различного профиля (3,6/3,3/3,6; 3,6; 4/3,6/4; 4). Рассмотрим конструкцию такой печи, а также современной мощной печи размером 5×185 м ( 78). Корпус печи 14 сваривают из стальных листовых обечаек длиной 2—6 м, толщиной 32—120 мм, внутреннюю поверхность футеруют огнеупорным кирпичом. Обечайку, где устанавливают массивное кольцо прямоугольного сечения— бандаж 5, изготовляют из более толстого стального листа, чем весь корпус печи. Бандажи опираются на ролики 12. Количество бандажей и их размеры определяются диаметром и длиной печи. X печи 5×185 м их бывает семь-восемь. Ширина бандажа должна быть на 40—80 мм меньше ширины опорных роликов, в противном случае он будет неравномерно изнашиваться при свисании его с ролика. Бандажи применяют опорные и опорно-упорные. Они насаживаются на корпус печи плотно и крепятся с помощью прокладок или методом посадки с тепловым натягом. В последнее время применяют вварные бандажи. Роликовые опоры для бандажей устанавливают на металлической раме, которая крепится на массивном железобетонном или металлическом фундаменте.

Смазочная система опор скольжения — черпаковая из масляных ванн корпусов подшипников, опор качения — жидкая циркуляционная или густая набивная.

Выделяющееся при трении тепло поглощается циркулирующей по каналам вкладыша водой. При установке подшипников скольжения печь удерживается от смещения вниз раскосом опорных роликов в сочетании с контрольными роликами, а при установке подшипников качения — системой гидроупоров. Гидроупоры, воспринимая осевое усилие, автоматически поддерживают печь в заданном промежутке между крайним верхним и нижним положениями. Контрольные ролики устанавливают на ближайшей к приводу печи опоре 11 по обе стороны бандажа на расстоянии 20—60 мм от его кромки. При смещении корпуса печи выше допустимого предела (20—60 мм) бандаж давит на контрольный ролик и он начинает вращаться, что свидетельствует о неправильном положении корпуса. Контрольный ролик только в течение некоторого времени может удерживать корпус, а затем, если не принять соответствующих мер, бандажи сползут с опорных роликов.

На случай аварийного сползания печи с опор устанавливаются предохранительные упоры 17, которые располагаются на одной из опор печи по обе стороны бандажа на расстоянии от его кромки на 30—50 мм больше, чем между бандажом и контрольным роликом. Предохранительные упоры снабжают автоматическим измерительным преобразователем, с помощью которого электродвигатель печи выключается.

Корпус печи приводится во вращение от электродвигателя через редуктор, подвенцовую и вен- цовую 6 зубчатые шестерни. Привод 10 печи может быть выполнен в виде двух нитей. Так, приводной механизм печи 5X185 м состоит из двух электродвигателей мощностью по 320 кВт, соответственно двух редукторов и ведущих Шестерен, находящихся в зацеплении с венцовой шестерней. Приводы в этом случае расположены справа и слева от корпуса печи.

Для проворачивания печи во время ремонта или проведения футеровочных работ на необходимый угол устанавливают вспомогательный привод. Частота вращения печи от вспомгательного привода составляет 1—4 об/ч. Электродвигатель 5 вспомогательного привода, мощность которого равна 5—30 кВт, может получать электроэнергию также от специального генератора с двигателем внутреннего сгорания. «Таким образом, он может работать и при выключении электроэнергии на заводе. В случае остановки основ

ного электродвигателя 1 включают вспомогательный, медленно вращая печь и предупреждая этим возникновение нежелательных деформаций корпуса печи.

Смазочная система редуктора главного привода, подшипников подвенцовых шестерен и подшипников гидроупоров — циркуляционная жидкая.

Смазочный материал в узлы трения нагнетается с помощью смазочной станции (у вращающейся печи 5×185 м устанавливают три станции).

Читайте так же:
Цементные идеи для дачи

Смазочная система зацепления — венца и подвенцовой шестерни, редуктора вспомогательдого привода, соединений промежуточного вала — жидкая заливная. Зубчатые венцы большинства вращающихся печей закреплены на корпусах с помощью 10—^тангенциальных плоских пружин, реже с помощью 4—6 продольных пружин, установленных на высоких подкладках вдоль оси печи. Зубчатые венцы вращающихся печей 5X135 м, 4,5X170 м, 5X185 м, 7X230 м укрепляют на корпусах специальными шарнирами.

Горячий конец печи закрыт откатной головкой 8 (см. 78), через которую проходят форсунки для питания печи топливовоз- душной смесью. Холодный конец печи входит в пыльную камеру.

Для правильного ведения процесса обжига в печи необходимо как в разгрузочном, так и в загрузочном ее концах устранять подсос холодного воздуха, для чего в указанных местах применяют специальные уплотняющие устройства 16 (см. 78). У современных печей применяют уплотнения двух типов: механические и аэродинамические.

Конструкции механических уплотняющих устройств весьма разнообразны: лабиринтное уплотнение, уплотнения с подвешенным кольцом и со свободно скользящим по поверхности корпуса кольцом, уплотнение с прорезиненной лентой и др. Например, холодный конец печей 5×185 м имеет уплотнение в виде уголка и диска, поджимаемого шестью регулируемыми (с помощью пружин) пальцами к диску заделки камеры. К корпусу печи это уплотнение, состоящее из шести секторов, прижимается четырьмя рычагами с грузами. С помощью этих рычагов зазор между корпусом и уплотнением уменьшается до 2 мм.

В настоящее время часто применяют простое, но довольно надежное уплотнение холодного конца длинных печей из прорезиненной ленты. Весьма эффективно аэродинамическое уплотнение горячего конца печей, представляющее собой кольцевой канал с кольцевой щелью, расположенной вокруг разгрузочного конца печи. В этом канале создается разрежение, благодаря которому наружный воздух не проникает в печь, а засасывается в канал.

Для интенсификации работы коротких вращающихся печей при мокром способе производства на некоторых цементных заводах установлены концентраторы шлама. Наибольшее повышение производительности печи и снижение расхода тепла на обжиг достигнуто при установке концентраторов на печах с отношением диамет- pa к длине 1: 20—1 : 22, в которых температура отходящих газов достигает 500—600° С.

Концентратор, или испаритель, шлама ( 80) представляет собой медленновращающийся цилиндрический барабан 3 диаметром от 3 до 4,5 м и длиной от 2 до 4 м, боковые стенки которого образованы металлическими кольцами 2, укрепленными на продольных балках. Внутренняя часть барабана заполняется примерно наполовину специальными полыми металлическими телами диаметром 100—200 мм и длиной 120—250 мм или подвешенными цепями, которые нагреваются теплом отходящих газов, просасываемых дымососом, и отдают это тепло шламу, вследствие чего он обезвоживается. Барабан заключен в стальной кожух 6, нижняя часть которого снабжена огнеупорной футеровкой. Питателем 4 шлам направляется в продольный желоб, укрепленный на кожухе и снабженный соплами, через которые он подается в концентратор.

При вращении барабана с помощью привода 1 жидкий шлам налипает на кольца и заполнители и быстро просушивается с влажности 36—42 до 8—12%. Образовавшийся сухарь в виде комочков и крупки просыпается сквозь зазоры между кольцами и проваливается через питательный желоб 7 в печь 8. Отходящие газы просасываются через газоход 5 и поступают на очистку. Температура отходящих газов при выходе из концентратора равна 150—200° С.

Печи с концентраторами отличаются значительным пылеуносом сырья, достигающим 15—30%. Для улавливания этой пыли применяют двухстадийную очистку газов, состоящую из группы циклонов и электрофильтра. Пыль из циклонов поступает в тарельчатый гранулятор, откуда в виде гранул направляется непосредственно в печь. Один из существенных недостатков в работе концентраторов— повышенное пылеобразование, вызываемое истиранием высушенного шлама наполнителями. Кроме того, затруднен контроль за процессом сушки.

Смотрите также:

В СССР преобладает мокрый способ производства цемента, но все шире внедряется сухой.
Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.

У печей для сухого способа это отношение несколько меньше и составляет от 30 до 35, а у печей для мокрого способа от 34 до 42.
Небольшие вращающиеся печи применяют для производства керамзита (вспученные глин), а также для обжига.

В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой.
Известны вращающиеся печи полусухого способа производства, в них печь соединена с конвейерной решеткой.

При сухом способе производства иногда используют шахтные печи. Длина современных вращающихся печей при мокром способе производства 150—185 м, диаметр — 4—5 м.

Температура во вращающейся печи 1573—1723 К- Размеры вращающихся печей, применяемых при мокром способе производства, 4,5X170 или 5X185 м. Цилиндр печи по всей длине имеет одинаковый диаметр.

Для обжига клинкера при мокром способе производства применяют только вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150—.185 м и диаметром 3,6—5 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом.

Система мониторинга обжига сырьевой смеси и получения клинкера в производстве цемента

Одним из наиболее важных технологических процессов в производстве цемента является обжиг сырьевой смеси и получение клинкера. Этот процесс протекает при температуре 1400…1500°С. При этом качество клинкера и в дальнейшем свойства цемента зависят как от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, так и от поддержания на заданном уровне необходимых технологических параметров, т.е. от правильного ведения процесса обжига с максимальным учетом всех возможных параметров и воздействий, влияющих на этот процесс.

Клинкер обжигают главным образом во вращающихся печах, являющихся основным оборудованием печных агрегатов. Например, на ОАО «Мыколаевцемент» печной агрегат кроме печи включает в себя и другие механизмы и аппараты, которые показаны на рис.1.

Рис.1. Упрощенная технологическая схема мониторинга процесса обжига

С целью рационального ведения технологического процесса, который бы максимально приближался к оптимальному, ТОО «ВОТУМ» на основании технических требований ОАО «Мыколаевцемент» разработало и внедрило для двух вращающихся обжиговых печей автоматизированную систему мониторинга обжига сырьевой смеси и получение клинкера.

Рис.2. Схема функциональная комплекса технических средств (для одной печи)

Поставленную техническую задачу ТОО «ВОТУМ», являющееся системным интегратором компании Schneider Electric на Украине, выполнило на базе программируемых логических контроллеров серии Modicon TSX типа Premium и Micro (см. рис.2).

Читайте так же:
Покраска кессона изнутри цементом

В целом система мониторинга осуществляет визуализацию на мониторе и регистрацию следующих параметров:

  • температуры дымовых газов на входе и выходе электрофильтра, на выходе из печи, зоны подогрева и зоны кальцинирования печи, топливного газа перед сужающим устройством, подшипников дымососа и редуктора главного привода;
  • давления и перепада давления топливного газа на сужающем устройстве;
  • разрежения перед электрофильтром, в пылеосадительной камере и головке печи;
  • концентрации в дымовых газах О2, СО2, СО и NO;
  • расхода шлама;
  • тока нагрузки электродвигателей дымососа и главного привода печи;
  • тока и напряжения на электродах 1-го, 2-го и 3-го полей электрофильтра;
  • положения исполнительных механизмов направляющих дымососа, дозирования шлама и заслонки на подаче топливного газа.

При этом, система выполняет предупредительную и аварийную сигнализацию превышения температуры подшипников и дымовых газов на выходе из печи, аварийную сигнализацию отсутствия шлама в питателе, предупредительную сигнализацию снижения расхода шлама и снижения разрежения в пылеосадительной камере и головке печи.

Система мониторинга регистрирует и сигнализирует о состоянии (включенный / выключенный) следующих механизмов и оборудования:

  • дымососа;
  • главного привода печи;
  • механизмов встряхивания коронирующих и осадительных электродов;
  • питателей бункеров пыли;
  • продольных, поперечных, наклонных шнеков;
  • клинкерных транспортеров;
  • пылевых насосов,

а также сигнализирует о верхнем и нижнем значениях уровня шлама в дозирующем бачке, отклонении от нормы давления масла в маслосистеме главного привода печи; осуществляет индикацию пяти дискретных значений скорости вращения печи.

Кроме этого, по специальным алгоритмам и эмпирическим формулам система рассчитывает расходы шлама (м3/ч), клинкера (т/ч) и согласно РД50-213-80 — некоммерческий расход топливного газа. Также предусмотрена возможность расширения функций системы в направлении учета параметров работы печи и соответственно учета посменной и месячной работы машинистов печей.

Система мониторинга состоит из совокупности существующих и дополнительно приобретенных (газоаналитический комплекс SICK ) периферийных средств, контейнеров, шкафов и пультов управления, которые соединены между собой с помощью контрольных и интерфейсных кабелей (см. рис.2). В частности:

  • шкаф представляет собой металлоконструкцию фирмы SAREL (Франция) размером 1800х600х600 мм с контроллером TSX Premium , куда входят:
    • процессор TSXP57203M ;
    • модули аналогового ввода TSXAEY1600 и TSXAEY414 (2шт.);
    • модуль дискретного ввода TSXDEY16D2 ;
    • модуль аналогового вывода TSXASY410 ;
    • модуль дискретного вывода TSXDSY08T2 ;
    • модуль питания TSXPSY5500M
    • и др. коммутационная и вспомогательная аппаратура;

    Индустриальный компьютер с монитором и соответствующим программным обеспечением (HMI/SCADA) представляет собой операторскую станцию, которая выполняет следующие фунции:

    • представление информации о технологическом процессе в виде мнемосхем, цифровых значений, графиков и текстовых сообщений;
    • дистанционное управление;
    • сигнализацию о технологических отклонениях и аппаратных отказах;
    • регистрацию отклонений, отказов и данных технологического процесса в архивах.

    Система сбора данных и оперативного диспетчерского управления ( HMI/SCADA ) представляет собой прикладную Windows-программу (программный пакет). Система разработана с учетом особенностей конкретного пакета и имеет модульно-ориетированную открытую архитектуру. Она предназначена для работы с операционными системами компании Microsoft и построена в соответствии с требованиями стандарта архитектуры распределенного сетевого управления (DNA) (см. рис.3).

    Рис.3. Архитектура системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления

    Поиск необходимой информации в операторской станции осуществляется с помощью диалога, предусматривающего работу с мнемосхемами, с сигнализацией, с архивами и выполнение некоторых системных процедур.

    Кроме главного окна программы в операторской станции имеется две основные технологические мнемосхемы под названиями «Печь» и «Фильтр» (см. рис.4 и рис.5).

    Рис.4. Мнемосхема вращающейся обжиговой печи «Печь»

    Рис.5. Мнемосхема системы электрофильтров и дымососа «Фильтр»

    Особенностью данной системы мониторинга является повышенное требование к детальной проработке графического отображения изменения (трендов) контролируемых параметров технологического процесса обжига. Для вызова отображения трендов используется пунк «Графики» меню главного окна программы, а также окон мнемосхем «Печь» и «Фильтр». Пример окна «Графики» показан на рис.6.

    Рис.6. Пример окна «Графики»

    Внедренная система мониторинга значительно расширила объем полезной информации о протекании процесса обжига. В распоряжение оператора обжиговой печи поступает в удобной для восприятия форме дополнительная информация о динамике процесса обжига, а также значения новых параметров, получаемых расчетным путем. В результате этого процес обжига на двух вращающихся печах ОАО «Мыколаевцемент» ведется на новом качественном уровне, что, по мнению специалистов, дает основание считать внедрение данной системы мониторинга экономически выгодным и целесообразным мероприятием.

    Печной агрегат для цемента

    Печные агрегаты

    Печной агрегат состоит из собственно вращающейся печи с внутрипечным или запечным теплообменником, охладителя клинкера, устройства для дозирования и подачи сырьевой шихты, топливосжигающего устройства, тяго-дутьевого оборудования,установки для очистки и сброса в окружающую среду газов и воздуха, выходящих из печи и из охладителя клинкера, вспомогательного оборудования.

    Технологические линии производства цемента мокрым способом оснащены главным образом агрегатами с длинными вращающимися печами, оборудованными внутрипечными теплообменниками. Основные эксплуатационные параметры печных агрегатов (производительность, удельный расход теплоты на обжиг клинкера) могут изменяться в достаточно широких пределах в зависимости от ряда факторов, но в большей степени от влажности исходного шлама. Только тепловая мощность печи является относительно постоянной, она определяется допустимым количествомтеплоты, подаваемой в печь с учетом ее геометрических размеров и ограничивается стойкостью футеровки в зоне спекания и скоростью газов в печи.

    В цементной промышленности СССР применяют установки с вращающимися печами размером 5Х 185, 4,5Х 170 и 4X150 м, а также 7X230 м и др.

    Рекламные предложения на основе ваших интересов:
    Дополнительные материалы по теме:

    Технологические линии производства цемента сухим способом оснащены короткими вращающимися печами и запечными теплообменниками. Разработаны системы с применением декарбо-низатора, который устанавливают в циклонном теплообменнике. В декарбо-низатор подаются большая часть топлива, расходуемого в целом на обжиг материала, и сырьевая мука, предварительно нагретая в расположенных выше ступенях циклонного теплообменника. При сжигании топлива в декарбонизаторе сырьевая мука интенсивно нагревается, степень ее декарбонизации достигает 80…90%.

    Рис. 1.4. Схема печного агрегата с декарбонизатором дли обжима клинкера сухим способом:
    1 — концевой дымосос; 2 — запечный электрофильтр; 3 — газоход для подачи газов из агрегата для помола и сушки сырья; 4 — установка для охлаждения и увлажнения отходящих печных газов; 5 — газоход для подачи запечных газов в агрегат для помола и сушки сырья; 6 — подача сырьевой муки в цикленный теплообменник; 7 — циклонный теплообменник с реактором-декарбонизатором; 8 — трубопровод для подачи топлива в декарбонизатор; 9 — воздуховод для подачи нагретого воздуха из охладителя клинкера в реактор-декарбонизатор; 10 — горелочное устройство; 11 — воздуховод для отвода избыточного воздуха из охладителя; 12 — клинкерный конвейер; 13 — охладитель клинкера; 14 — устройство для автоматического замера температуры корпуса печи; 15 — ограждение; 16 — вращающаяся печь; 17 — клапан присадки холодного воздуха; 18 — запечный дымосос

    Более высокая степень термической обработки сырья в запечной тепловой системе, включающей циклонныетепло-обменники и декарбонизатор, приводит к сокращению более чем в 2 раза удельного расхода теплоты на обжиг в собственно вращающейся печи. Поэтому при сохранении прежней производительности можно в такой же пропорции уменьшить объем печи, существенно сократить ее размеры, вследствие чего снизить металлоемкость, расход огнеупоров, повысить стойкость футеровки печи, уменьшить трудоемкость изготовления и ремонтов, эксплуатационные затрать’.

    Печные агрегаты для производства цемента сухим способом с применением декарбонизаторов производительностью 2000, 3000 и 5000 т клинкера в сутки (рис. 1.4) разработаны ВНИИцеммашем и изготовляются ПО «Волгоцеммаш».

    Печной агрегат для цемента

    Цементная промышленность – одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности, а ее предприятия дают более 5% мирового объема выбросов СО2.

    В свете повышенного внимания к проблемам охраны окружающей среды и влияния промышленной деятельности на климат для цементной промышленности важно двигаться вперед к цели усовершенствования своего производства, чтобы сделать его более энергоэкономичным, особенно при существенном подорожании топлива, необходимого для обжига клинкера.

    При производстве цемента в мире нашли распространение четыре основные технологические схемы:

    – мокрый способ производства цемента;
    – сухой способ производства цемента;
    – полусухой способ производства цемента;
    – комбинированный способ производства цемента.

    Существенное отличие этих способов заключается в различии подготовки сырьевых компонентов и их обжига. В России преимущественно используется мокрый способ производства цемента. Это обусловлено в первую очередь тем, что многие заводы работают на сырье, с влажностью более 20%.

    Наибольшее распространение получили две схемы подготовки сырьевых компонентов при производстве цемента по мокрому способу. По первой схеме цемент производится с применением мела в качестве карбонатного сырья. Учитывая, что мел – это легко разрушаемая порода, подготовка сырьевой шихты осуществляется в Гидрофолах и коротких шаровых мельницах домола. При этом на подготовку шлама расходуется порядка 4,5…7,0 кВт•ч/т. Однако в связи с повышенной пористостью мела влажность шлама составляет 40…46%. Используемое оборудование очень просто в обслуживании, эксплуатации и ремонте. Затраты на производство единицы продукции минимальны.

    По второй схеме производства цемента в качестве карбонатного сырья используются мергели и известняки, и подготовка сырьевой шихты существенно усложняется. Дробление карбонатной породы как минимум осуществляется в две стадии: первичное дробление производится в щековых или конусных дробилках, а вторичное – в дробилках ударного действия до размера частиц 20…25 мм. Окончательное измельчение осуществляется в шаровых мельницах. На подготовку шлама расходуется около 25…30 кВт•ч/т, а в некоторых случаях и более. В связи с большей плотностью названных выше сырьевых компонентов влажность составляет 33…36%. Используемое оборудование сложнее в обслуживании, эксплуатации и ремонте. На участках дробления необходимо устанавливать оборудование для пылеподавления. Затраты на единицу продукции по этой схеме подготовки сырья выше Главным звеном в технологической линии производства цемента является печной агрегат, от надежности и эксплуатации которого зависят технико-экономические показатели всего завода.

    В состав печного агрегата входят: вращающаяся печь мокрого способа производства, внутрипечной теплообменник, охладитель клинкера, дозаторы и устройства подачи сырьевых материалов, топливосжигающие устройства, тягодутьевое оборудование, аппараты для очистки и выброса в атмосферу газов и воздуха, выходящих из печи и охладителя клинкера, а также различное вспомогательное оборудование. В России распространены печные агрегаты с планетарными (рекуператорными) и колосниковыми охладителями клинкера.

    Планетарными охладителями оснащены вращающиеся печи старых конструкций, размер которых не превышает 4 х 150 м. Такие печи отличаются простотой конструкции (отсутствие приводного механизма и вентилятора у охладителя), что обуславливает пониженные эксплуатационные затраты и уменьшение расхода электроэнергии на обжиг. Однако ввиду коротких барабанов охладителей температура клинкера на выходе из них составляет 300…350°С, а на некоторых предприятиях доходит до 500°С. Учитывая большие потери тепла через корпус охладителя, удельный расход топлива составляет 220…250 кг усл. топлива на тонну клинкера (1 кг усл. топлива = 7000 ккал = 29,3 МДж).

    Наиболее современные печные агрегаты оборудованы охладителями переталкивающего типа. За счет большего количества возвращаемого в печь тепла, расход топлива в них составляет 195…210 кг усл. на тонну клинкера. Эксплуатационные расходы на колосниковый охладитель существенно выше, чем на планетарный. В сравнении с вышерассмотренными печными агрегатами, удельный расход электроэнергии возрастает на 10…12 кВт•ч/т клинкера.

    Кроме большого расхода топлива, при данном способе производства цемента, наблюдается высокий выход СО2, составляющий 840…970 кг/т клинкера. Концентрация NOx в отходящих газах 100…300 мг/нм3. Активность клинкера почти всегда более 50 МПа. Простота схемы подготовки сырьевой смеси и минимальное пыление не требуют большого количества пылеочистного оборудования при переработке сырьевых компонентов. Максимальная производительность таких линий не превышает 3000 т/сут клинкера.

    На рис. 1 показан печной агрегат размером 5 х 185 м с колосниковым охладителем клинкера. При производстве цемента по сухому способу поступающие из карьера глину и известняк после усреднения в процессе дробления подсушивают и измельчают в сырьевой мельнице с одновременной сушкой. На усреднение сырья обычно затрачивается 5…7 кВт•ч/т клинкера. Измельченная смесь, называемая сырьевой мукой, обжигается во вращающихся печах с циклонными теплообменникими. Учитывая, что влажность сырьевой муки не превышает 3%, а мелкодисперсные частицы находятся во взвешенном состоянии не более 30 сек., на обжиг клинкера расходуется топлива на 35…40% меньше. На отечественных предприятиях, работающих по сухому способу, расход топлива на обжиг клинкера составляет 130…140 кг усл. топлива на тонну клинкера.

    На рис. 2 показан печной агрегат размером 4,5 х 80 м с циклонным теплообменником и декарбонизатором. Установка декарбонизатора снижает стоимость печного агрегата такой же производительности на 10…15%. В декарбонизаторе сжигается до 60…70% всего топлива, что повышает степень декарбонизации сырьевой муки до 85…90%.

    Со времени появления первых печей, работающих по сухому способу производства (1951 г.), они претерпели существенные изменения. Многие фирмы-производители цементного оборудования выпускают 2-х и 3-х опорные вращающиеся печи с самоцентрирующимися опорами. Учитывая меньшую массу, 2-х опорные печи имеют фрикционную передачу вращения печи через опорные ролики. Отсутствие дорогостоящей зубчатой передачи значительно удешевляет конструкцию привода печи. При этом установочная привода возрастает на 10…15%. Разработка циклонов с пониженным гидравлическим сопротивлением позволила при той же потребляемой дымососами мощности увеличить число ступеней в теплообменнике с 4-х до 6-и. Существенные изменения претерпели и декарбонизаторы. От конструкций, основанных на закручивающихся потоках, перешли к конструкциям, имеющим форму восходящего потока, в которых время нахождения обжигаемой частицы

    Рис. 1. Печной агрегат мокрого способа производства с вращающейся печью 5 х 185 м

    Футеровка печной системы для обжига клинкера

    Поскольку огнеупоры контактируют с обжигаемым материалом при высоких температурах, они должны быть химичес­ки устойчивыми по отношению к этим материалам. Поэтому первично огне­упоры делятся на кислые (для обжига кис­лых материалов), оснóвные (для обжига оснóвных материалов) и нейтральные.

    Наиболее характерные представители указанных разновидностей огнеупоров: кислых — динас (в основном состоящий из полиморфных модификаций SiО2), оснóвных — периклаз (MgO) и нейтральных — алюмосиликатные (муллитосодержащие).

    Для футеровки высокотемпературных зон вращающихся цементных печей, как правило, применяют оснóвные огнеупоры — периклазовые и, гораздо реже, доломитовые. Остальные участки и запечные системы могут футероваться нейтральными огнеупорами — шамотными и высокоглиноземистыми, которые обычно заметно дешевле и менее прихотливы, поскольку не подвержены гидратации. Кислые огнеупоры в цементных печах не применяются.

    Огнеупоры могут поставляться в виде формованных изделий (обожженных или необожженных) или неформованными — в виде огнеупорных смесей, которые могут укладываться различными способами и на различных связках, или пластичных масс.

    2. Свойства и методы испытаний огнеупоров

    Из общепринятых характеристик огне­упоров для применения в цемент­ных печах имеют значение следующие: проч­ность, температура деформации под нагрузкой, пористость, кажущаяся плотность, термостойкость и химическая стойкость. В некоторых случаях для стационарных участков печного агрегата, например для шахты, холодильника, циклона, также имеет значение крип — ползучесть. Огне­упорность, определяемая по результатам испытаний, является очень условной характеристикой и для определения качества материала обычно значения не имеет.

    Особо следует отметить показатель тер­­мостойкости — это способность огне­упора выдерживать смены температур без изменения прочностных показателей и растрескивания. Для его определения могут использоваться разные методы. Поведение огнеупоров при определении температуры деформации под нагрузкой (обычно равной 2 кг/см2 — около 200 кПа) очень различается для оснóвных и алюмосиликатных огнеупоров. Если последние деформируются постепенно в довольно широком интервале температур, то оснóвные огнеупоры разрушаются практически мгновенно при достижении определенной температуры.

    Поскольку огнеупоры используются для защиты от перегрева металлического ограж­дения, существенное значение имеют их теплоизоляционные свойства. Они могут описываться через значение пористости — чем пористее огнеупор, тем выше его теплоизоляционные свойства. Также они могут описываться через плотность — чем она меньше, тем лучше теплоизоляция.

    На данный момент общепризнанных методов определения химической стойкости не существует. Все они носят довольно условный характер и могут использоваться только для сравнительных целей.

    3. Механизмы износа

    Как правило, наиболее подвержена износу футеровка высокотемпературной зоны печи. Однако разъедание толщи огне­упора расплавом происходит только при грубых нарушениях технологии. В нормальных условиях перерождению подвергается только поверхностный слой огне­упора толщиной несколько миллиметров, на поверхность которого затем налипает слой обжигаемого материала — обмазка. Обмазка предохраняет огнеупор от воздействия материала и значительно улучшает теплоизоляцию. Без образования достаточно устойчивой обмазки обеспечить длительную службу футеровки в зоне спекания практически невозможно.

    Обычный механизм износа огнеупоров — это сколы их поверхностных слоев. Сколы происходят под воздействием механических и термомеханических нагрузок по ослабленным слоям огне­упора, которые возникают в толще футеровки из-за химического износа. Особенно сильные термомеханические нагрузки возникают при остановках печи с ее охлаждением и последующим розжигом, что часто сопровождается обрушением обмазки и части футеровки.

    Наиболее сильному механическому воздействию огнеупоры подвергаются на участках возле бандажей из-за деформации корпуса печи. Поэтому подбандажные участки являются наиболее уязвимыми в цементной печи, и в какой-то мере это относится и к алюмосиликатному огне­упору.

    Основной химический износ происходит за счет диффузии газов из печного пространства в толщу огнеупора, поэтому большое значение имеет пористость изделий. При проникновении печных газов в огнеупоре откладываются щелочные соли, подвергающиеся возгонке в зоне спекания. Как правило, этот процесс приводит к возникновению зональности по толщине футеровки. В нескольких сантиметрах от горячей поверхности имеют место особенно интенсивное отложение солей, перерож­дение структуры и потеря прочности. Именно по этой зоне обычно происходит скол.

    Проникновение щелочных солей в алюмосиликатные огнеупоры также приводит к перерождению слоев, особенно в зонах температур, близких к 1000 °C, т. е. в зоне загрузочной головки печи, вертикальном газоходе и нижнем циклоне. За счет новообразований здесь также происходят постоянные сколы.

    Магнезиальные огнеупоры обладают высокой химической устойчивостью, в том числе и к щелочным солям. Они практически не подвергаются химическому износу. Но использование чистых магнезиальных огнеупоров практически невозможно ввиду их низкой термостойкости, они легко растрескиваются при смене температур. Чтобы магнезиальные огнеупоры обладали достаточно высокой термостойкостью, в них добавляют шпинель. Благородная шпинель сохраняет устойчивость даже при 2000 °C. Но именно она и реагирует с солями, вследствие чего происходит ее разрушение. Подбор оптимального состава и количества шпинели в магнезиальных огнеупорах — это направление постоянных исследований и новых решений.

    При использовании альтернативного топлива, особенно в случае наличия в нем поливинилхлорида (ПВХ), нужно учитывать количество поступающего хлора, поскольку хлорид калия в зоне спекания испаряется полностью, накап­ливается в обжигаемом материале, разъе­дает футеровку, а на поверхности цик­лонных теп­лообменников осаждается в виде жидкос­ти, из-за чего начинается образование налипаний, которое может привести к экстренной остановке печного агрегата. В этом случае обязательна установка байпаса, если превышено ограни­чение по поступлению хлора в печь (не более 0,02 %).

    При подборе огнеупоров нужно учитывать абразивные свойства материалов в различных зонах. Сырьевая мука имеет очень низкие абразивные свойства, поверхность футеровки может практически не подвергаться истиранию в течение многих лет. Совершенно иная ситуация с клинкером, который является очень абразивным материалом. Поэтому зоны охлаждения, шахты, вход в холодильник подвержены довольно сильному абразивному износу. В этих зонах целесообразно применение алюмосиликатных огнеупоров с добавлением карборунда, а также высокоглиноземис­тых огнеупоров.

    Длина зон спекания в цементных печах зависит от вида топлива. При использовании угля зона получается короткой (ее длина равна 4—5 диаметрам печи) и перенапряженной. Если же используется газ, то зона спекания длиннее — 8—10 диамет­ров печи. Лучеиспускание в первом случае гораздо интенсивнее, теп­лопередача тоже, поэтому при использовании угля в зоне спекания срок службы огнеупоров часто меньше.

    В большинстве случаев при нормальной эксплуатации срок службы огнеупоров на отдельных участках составляет примерно год. С таким интервалом и производятся плановая остановка и перефутеровка печи.

    4. Выполнение и ремонты футеровок

    Методы укладки футеровок различаются в зависимости от используемых материалов.

    Для выполнения арки или круговой футеровки вращающейся печи штучными огнеупорами кирпич должен иметь клиновидную форму, поскольку длина внешней окружности больше, чем внутренней. В России, а теперь и во всем мире, для кладки используется набор из двух клиньев, один из которых рассчитан на больший диаметр, второй на меньший; таким образом, из кирпичей этого набора можно выполнять футеровку на разных диаметрах. Ранее в Европе на каждый диаметр печи выпускался кирпич своего размера.

    При укладке используются передвижные кружала или применяется система распоров с подворотами печи. Если используются кружала — кладка происходит кольцами, если система распоров – тогда вперевязь.
    В высокотемпературных зонах наиболее часто используются прокладки из стальных пластин, которые помещают между кирпичами в расчете на то, что сталь расплавится и сварит кирпичи между собой. Многие фирмы выпускают огнеупоры сразу в кассетах, спрессованные с такими пластинами, а также метят внут­реннюю сторону кирпича, чтобы исключить ошибку при укладке. Зоны высоких температур почти всегда футеруются кирпичами.

    В запечной системе целесообразно использовать бетоны. Как правило, эти системы футеруются двумя слоями, ино­гда используются муллитовые маты — материал с высокими теплоизоляционными свойствами.
    Требования к условиям хранения различных огнеупоров неодинаковы. Например, магнезиальные огнеупоры необходимо хранить на крытых складах, так как они реагируют с водой. Остальные огнеупоры допустимо хранить под навесами.

    Пластичные массы с фосфатными связками поставляются в виде брикетов в герметичных упаковках. Для их укладки используют системы анкеров. Пластичные массы применяются на геометрически сложных участках, например, на горелке.

    Ремонты футеровки бывают плановые и внеплановые, случаются и горячие ремонты, когда печь либо не остывает, либо остывает не полностью (как правило, таких ремонтов требуют высокотемпературные зоны). Значительную трудность представляет собой задача предварительного определения объемов ремонта. Для планового ремонта закупаются и подаются в печь сотни тонн огнеупоров, привлекаются ремонтные бригады, проводится установка транспортеров, подводится демонтажная техника. В последнее время применяются специальные тепловизионные методы, которые позволяют определить и рассчитать необходимый объем работ и выполнить необходимую подготовку.

    Кирпичную футеровку иногда меняют панелями, не целиком, а частями, по обрезным швам. Отбойными молотками удаляется полоса кирпичей (штроба), а затем печь проворачивается, и оставшийся кирпич обваливается.
    Демонтаж футеровки — сложная и опас­ная часть ремонта, поэтому предпочтительнее выполнять демонтаж при помощи специальной техники.

    Отработанный огнеупор утилизуется. Иногда возможна его последующая переработка в заполнители для огнеупорных бетонов. При утилизации огнеупоров необходимо учитывать, что отходы магнезиально-хромистых огнеупоров представляют особую опасность, так как во время эксплуатации в них образуется шестивалентный хром, для которого введены очень строгие ограничения на его попадание в окружающую среду.

    5. Особенности эксплуатации футеровок

    При правильной эксплуатации огне­упорная футеровка может прослужить достаточно долго и не требовать остановок печи за весь срок между плановыми ремонтами. Для этого существует ряд общих рекомендаций.
    Во-первых, следует избегать вращения печи в холодном состоянии, поскольку в нагретом, соответственно, расширенном состоянии футеровка «садится» на корпус печи, а при остывании и усадке возникают зазоры, и при повороте возможно смещение и скручивание футеровки, что может вызвать ее обрушение.

    Во-вторых, желательно избегать остановок печи с охлаждением, так как при этом происходит обрушение обмазки, которая может захватывать с собой и огнеупоры.

    В-третьих, если в печной системе используются бетоны, розжиг печи следует проводить очень постепенно и равномерно, чтобы футеровку не повредило паром. Обычно это происходит в течение нескольких суток, по специальному графику розжига.

    В-четвертых, нежелательно форсировать печь и создавать короткую и перенапряженную зону спекания. Если это возможно, рекомендуется поддерживать длину зоны горения максимальной, хотя в печах сухого способа выполнить эту задачу весьма непросто из-за того, что вторичный воздух имеет очень высокую температуру.

    Большую помощь в правильной экс­плуа­тации огнеупорной футеровки могут оказать сканирующие инфракрасные устройства с соответствующим программным обеспечением. Они позволяют вовремя обнаружить проблемы и принять меры по наращиванию обмазки на опасных участках.

    На многих заводах для улучшения образования обмазки и предохранения корпуса печи вдоль высокотемпературной зоны устанавливают воздуходувки, охлаж­дающие корпус печи.

    6. Заключение

    Основные тренды в улучшении качества магнезиальных огнеупоров — это использование все более чистых материалов, высокотемпературный обжиг исходных материалов и изделий, обжиг с нагрузкой, что приводит к увеличению стои­мости. Естественно, такое увеличение стоимости огнеупоров оправдано только в том случае, если оно обеспечивает соответствующее сокращение эксплуатационных расходов.

    Интересно направление использования доломита. Он намного дешевле магнезита, а по своим огнеупорным качествам ничуть ему не уступает. Главный недостаток доломита — наличие в больших количествах свободного оксида кальция, который легко гидратируется, что делает применение доломитового кирпича очень сложным.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector