Отчет по практике в ЗАО “Невьянский цементник”

Уплотнение разгрузочной головки предназначено для герметизации зазора между корпусом печи и неподвижной разгрузочной головкой и представляет собой комбинацию уплотнений двух типов - лабиринтного и лепесткового.

Для предотвращения воздействия высоких температур и механического действия обжигаемого материала внутреннюю поверхность корпуса вращающихся печей защищают огнеупорной футеровкой. Кроме того, футеровка значительно уменьшает тепловые потери через стенки печи, воспринимает теплоту и лучистую энергию газов, передает полученную теплоту обжигаемому материалу.

Условия службы футеровки в разных зонах печи различны. В зонах подсушки, подогрева, декарбонизации и охлаждения материал футеровки подвергается температурным и истирающим воздействиям, в зоне спекания печей - термическим, химическим и механическим.

Футеровка корпуса печи (рис. 24) в зоне декарбонизации выполняется шамотным уплотненным кирпичом с толщиной кладки 200 мм. Футеровка экзотермических реакций и зоны спекания осуществляется периклазо-хромитовым кирпичом повышенной плотности, толщина кладки 230 мм. Перед зоной спекания (4 м) и в зоне охлаждения огнеупоры выложены зеброй (чередование рядов из шамотных и периклазо-хромитовых огнеупоров). Конус укладывается кольцами на металлических пластинках через ряд и для выравнивания кладки.

В разгрузочной головке укладывается двухслойная футеровка общей толщиной 350 мм. Теплоизоляционный слой, прилегающий к корпусу головки, состоит из диатомитового кирпича толщиной 113 мм, внутренний слой состоит из шамотного кирпича толщиной 230 мм.

Стойкость футеровки характеризуется рабочим временем (в сутках) наиболее разрушающегося участка (зоны спекания) и зависит от вида применяемого огнеупорного материала, качества футеровочных работ, диаметра печи и режима ее работы, вида топлива и других факторов.

Стойкость футеровки увеличивается с образованием в процессе работы печи на внутренней ее поверхности клинкерной обмазки, что зависит от содержания в спекшемся клинкере жидкой фазы и ее состава. Чем больше жидкой фазы, тем толще обмазка. Для улучшения условий клинкерообразования в сырьевую смесь вводят минерализаторы, понижающие температуру ее плавления - фтористый кальция, кремнефтористые соли кальция, магния или натрия. На ЗАО «Невьянский цементник» минерализаторы не используются из-за опасности забивок циклонов.

 

Рис. 24. Схема футеровки вращающейся печи

Таблица 8

Техническая характеристика печной установки

Наименование параметра	Ед. изм.	Значение
Удельный расход тепла	кДж/кг	3486
Технологическое топливо		Газ
Установленная мощность	кВт	6560
Коэффициент технического использования агрегата		0,85
Масса агрегата	т	2300
Печь вращающаяся
Внутренний диаметр печи	м	4,5
Длина корпуса	м	80
Уклон печи	%	4
Количество опор	шт.	4
Тип подшипников		Качения
Регулировка корпуса печи в опорах		Системой гидроупоров
Количество гидроупоров	шт.	3
Частота вращения печи	об/мин	0,6 – 3,5
Установленная мощность электродвигателя главного привода	кВт	800
Масса печи	т	1050
Установка циклонного теплообменника с декарбонизатором
Количество ветвей	шт.	2
Количество ступеней в ветви	шт.	4
Количество циклонов в одной ветви: I ступень II ступень III ступень IV ступень	шт.	1 1 1 2
Диаметр циклона: I ступень II ступень III ступень IV ступень	мм	5800 5800 5600 3500
Объем газов, поступающих из печи в циклонный теплообменник	м3/ч	67090
Объем газов, поступающих из холодильника в декарбонизатор	м3/ч	87760
Температура газов, поступающих из печи в циклонный теплообменник	0С	1050
Температура материала, поступающего из циклонного теплообменника в печь	0С	650
Степень декарбонизации сырья, поступающего из циклонного теплообменника в печь	%	80
Коэффициент избытка воздуха перед запечным дымососом	%	30
Масса установки	т	380
Колосниковый холодильник
Производительность	т/сут	3000
Габариты колосниковой решетки	м	29,7 ´ 3,92
Полезная площадь колосниковой решетки	м2	116,4
Температура клинкера, входящего в холодильник	0С	1350
Температура клинкера, выходящего из холодильника	0С	90
Высота слоя клинкера на колосниковой решетке	мм	300 – 500
Удельный расход воздуха на охлаждение материала	м3/кг	3 – 3,5
Масса холодильника	т	625
Колонка увлажнения
Количество газов, поступающих в установку	м3/ч	218500
Температура газов на входе	0С	350
Температура газов на выходе	0С	160
Масса установки	т	23
Запечный дымосос
Производительность при температуре газов 350 0С	м3/ч	552000
Развиваемый напор	Па	10500
Концевой дымосос
Количество дымососов	шт	2
Суммарная производительность	м3/ч	544000
Развиваемый напор	Па	1310
Дымосос аспирационной установки
Количество дымососов	шт	2
Производительность при температуре газов 170 0С	м3/ч	544000
Развиваемый напор	Па	1310

 

В печи за счет ее наклона и вращения сырьевая смесь перемещается от загрузочного конца печи к разгрузочному. При этом происходит дальнейший нагрев материала, его физико-химические превращения и обжиг при высоких температурах (1450 0С), в результате чего образуется цементный клинкер.

В результате обжига сырьевой смеси получается цементный клинкер, содержащий в основном известь и кремнезем, а также глинозем и окись железа, находящиеся в виде силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Образованию конечного продукта - портландцементного клинкера - предшествует ряд физико-химических и теплотехнических процессов, которые протекают в определенных температурных границах - технологических зонах  печного агрегата.

Зона испарения физической влаги из  сырьевой муки  в агрегатах сухого способа занимает небольшое пространство и время в газоходе перед IV ступенью.

В следующей зоне  - подогрева и дегидратации (IV и III ступень циклонного теплообменника) – материал нагревается от 90 - 100 до 600 0С. При температуре 450 0С и выше начинаются химические реакции, изменяется химический состав и свойства сырьевой смеси. Органические вещества разлагаются и дегидратируется глинистый компонент. Каолинит распадается на свободные оксиды Si02 и Al2O3, а также начинается декарбонизация углекислого магния MgCO3 = MgO + CO2.

В зоне декарбонизации (I ступень циклонного теплообменника и реактор - декарбонизатор) известняковый компонент сырьевой смеси разлагается по реакциям: CaCO3 = CaO + CO2.   Этот участок печи является с теплотехнической точки зрения главной зоной печи с максимальным потреблением тепла. Процесс разложения карбоната кальция начинается при температуре около 600 0С и ускоряется по мере повышения температуры материала, достигая максимума при 900 0С.

Образовавшееся значительное количество свободной  извести вступает во взаимодействие с кремнеземом и полуторными оксидами глинистого компонента, в результате чего получаются клинкерные минералы. Процесс твердофазовой реакции образования кристаллов двухкальциевого силиката начинается при температуре ниже   800 0С. В интервале температур 800 – 1000 0С из глинозема глинистого компонента и свободной извести образуется моноалюминат кальция (СА), который при более высокой температуре реагирует с окисью кальция и образует вначале С12A7, а затем C3A в сопровождении с C5A3. В температурном интервале 1000 – 1200 0С реакции в твердой фазе между известью и силикатными составляющими протекают довольно быстро.

Взаимодействие окиси железа с окисью кальция начинается при температуре 800 – 900 0С с образованием C2F, который при более высокой температуре вступает во взаимодействие с алюминатами кальция и переходит в алюмоферриты кальция.

Для более полного прохождения твердофазовых реакций, протекающих, как известно, в местах контактов зерен взаимодействующих компонентов, имеют весьма существенное значение такие факторы, как тонкость помола и однородность сырьевой смеси.

При плохой гомогенизации и крупном помоле смеси образовавшиеся в результате разложения СаСО3 зародышевые кристаллы извести могут остаться в свободном виде и вследствие рекристаллизации не могут быстро взаимодействовать с другими окислами.

В зоне экзотермических реакций (печь) за счет выделения тепла при реакциях образования двухкальциевого силиката, алюминатов С5А3 и С3А и алюмоферритов кальция температура материала резко повышается от 1100 до 1300 0С и выше. При этом в сырьевых компонентах быстро уменьшается содержание свободной извести.

Наиболее ответственная часть печи - зона спекания (печь), где при 1300 - 1450 0С завершается процесс клинкерообразования. В зоне спекания материал расплавляется, в результате чего образуется жидкая фаза. Жидкая фаза вступает во взаимодействие с продуктами реакции в твердом состоянии, т. е. начинается процесс спекания. В начальный период спекания в состав жидкой фазы входят С3А, C4AF, СаО, MgO, при этом C2S находится в твердом состоянии. По мере повышения температуры C2S быстро растворяется в жидкой фазе, насыщается известью СаО до образования 3CaO*Si02 (С3S). С3S выделяется из жидкой фазы в виде кристаллов. Размер кристаллов С3S, зависящий от режимов обжига и охлаждения, влияет на прочность цемента. Наиболее прочные цементы дают клинкеры с мелкокристаллической структурой С3S. При длительном пребывании клинкера в зоне спекания и медленном охлаждении кристаллы С3S укрупняются, что приводит к понижению прочности цемента. При понижении температуры до 1300 0С жидкая фаза начинает застывать, процесс спекания заканчивается.

Образование алита заканчивается в интервале температур 1300 – 1450 0С. Можно представить себе механизм образования алита в результате растворения окиси кальция и двухкальциевого силиката в жидкой фазе с последующей кристаллизацией алита или в результате диффузии молекул окиси кальция в расплаве к кристаллам двухкальциевого силиката, т. е. взаимодействием в твердой фазе.

Время полного усвоения окиси кальция и образования алита в зоне спекания исчисляется в действующих печах от 10 до 25 мин.

В зоне охлаждения печи температура клинкера снижается до 1300-1350 0С. Жидкая фаза застывает, частично выделяя кристаллы минералов С3А, C4AF, C2S, MgO и частично переходя в стекловидное состояние. Из этой зоны клинкер поступает в холодильник печи для окончательного охлаждения.

От правильной организации процесса сжигания топлива на этом участке печи и в располагающейся здесь же зоне горения топлива и дальнейшего использования тепла продуктов сгорания зависят расход тепла на обжиг и качество клинкера.

Качество клинкера повышается при быстром его охлаждении, так как при этом не происходит роста кристаллов С3S и C2S, жидкая фаза в большей мере остается в стекловидном состоянии и большая часть MgO сохраняется в клинкерном стекле.

В зависимости от времени пребывания клинкера при высоких температурах, а также скорости охлаждения клинкера кристаллы его могут иметь различные размеры.

Кристаллическая структура клинкера оказывает существенное влияние на прочностные показатели. Установлено, что мелкокристаллическая структура клинкера позволяет при прочих равных условиях получать цементы более высоких прочностей.

Процесс охлаждения клинкера в самой печи и в холодильниках имеет большое значение как с теплотехнической, так и с технологической точки зрения. Обычно в зоне охлаждения, расположенной в самой печи, температура клинкера снижается до 1100 – 1350 0С, а в холодильниках в зависимости от их конструкции - до 50 – 300 0С.

Вторичный воздух, охлаждающий клинкер, нагревается до 800-1000 0С и с ним возвращается в печь 200 - 270 ккал/кг клинкера. Следовательно, эффективное охлаждение клинкера приводит к значительной экономии тепла и повышению температуры горения топлива.

Быстрое охлаждение клинкера препятствует разложению алита, находящегося в метастабильном состоянии в интервале температур 1200 – 1250 0С, способствует фиксации жидкой фазы в стекловидном состоянии и мелкой кристаллизации клинкерных минералов, мешает выделению примесей из минералов и росту самих кристаллов.

В качестве топлива для обжига клинкера служит природный газ. Он подается на горение в печь через газовую горелку.

Отходящие газы из печи и декарбонизатора просасываются через систему теплообменников с помощью мощного дымососа ДЦ 32,5 ´ 2 производительностью 530 тыс. м3/ч и направляется в обводной тракт, из которого основная часть газов поступает в сырьевые мельницы, где их тепло используется для сушки сырья, а избыточное количество газов поступает в охладительную колонку, затем в электрофильтр ЭГA – I – 40 – 12 – 6 - 4 на очистку и через дымовую трубу высотой l20 м и диаметром 4,2 м выбрасываются в атмосферу двумя дымососами ДРЦ 21 ´ 2.

Колонка увлажнения предназначена для охлаждения и увлажнения отходящих печных газов посредством впрыска и испарения тонко распыленной воды в полости колонки с целью повышения КПД электрофильтра. Электрическое сопротивление охлажденной и увлажненной пыли, содержащейся в отходящих газах, понижается в 10 – 100 раз, благодаря чему резко возрастает эффективность пылеулавливания.

Охлаждение и увлажнение печных газов производится путем впрыска и испарения воды в потоке движущихся через колонку горячих газов. Распыление и впрыск воды в полость колонки осуществляется с помощью форсунок, в которые под давлением подается вода от насоса. Испарение распыленной воды и охлаждение газов продолжается в газоходе, соединяющем колонку с электрофильтром, куда газ поступает увлажненный и охлажденный до 180 0С.

Вся уловленная пыль из электрофильтра возвращается в запасной бункер сырьевой муки, а затем возвращается в производство.

Химический состав уловленной пыли за июнь.

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	å	n	p	КН
14,75	5,23	2,95	42,24	0,79	0,1	99,6	1,8	1,77	0,79

 

Для охлаждения клинкера предусматривается установка колосникового холодильника СМЦ – 33, производительностью 3000 /сутки.

Колосниковый холодильник (рис. 25) предназначен для охлаждения воздухом цементного клинкера и возврата тепла в печь и декарбонизатор со вторичным воздухом.

 

Рис. 25. Схема колосникового холодильника СМЦ - 33

1 - кожух; 2 - футеровка; 3 - загрузочная  шахта; 4 - привод колосниковой решетки;             5 - натяжная станция конвейера  для уборки просыпи;   6 - окно  для подвода воздуха в подколосниковую  камеру; 7 - шлюзовой затвор; 8 - короб  конвейера уборки просыпи;      

9 - опорный каток; 10 - жалюзийный затвор  для подачи воздуха в последнюю  подколосниковую камеру; 11 - при водная  станция конвейера для уборки  просыпи;         

12 - разгрузочное устройство; 13 - молотковая  дробилка; 14 - сортирующее устройство  перед молотковой дробилкой; 15 - бронефутеровка  кожуха; 16 – патрубок для отвода  излишнего воздуха в аспирационную  установку; 17 - устройство для охлаждения и увлажнения воздуха, сбрасываемого в окружающую среду; 18 - колосниковая решетка;   19 - патрубок для отвода горячего воздуха к реактору – декарбонизатору.

Колосниковый холодильник представляет собой камеру, разделенную по горизонтали колосниковой решеткой на две части: нижняя часть – основание является опорным узлом, на него устанавливается колосниковая решетка 18, кожух 1, футеровка кожуха 2, привод 4.

Под колосниковой решеткой расположены транспортеры просыпи. В конце холодильника находится разгрузочное устройство с молотковой дробилкой 13.

Колосниковая решетка приводится в движение через привод 4 с плавным регулированием числа оборотов.