Okna-zdes48.ru

Лучшие окна здесь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Обжиг цементного клинкера во вращающихся печах

Обжиг цементного клинкера по мокрому способу

Сырьевой шлам с КН = 0,9-0,93, п = 2,0-2,4 и р = 1,0-1,2 подается в шламовый питатель 1 (рис. 3.12) вращающейся печи. Питание печи осуществляется бесприводным объемным шлампитателем с непрерывным истечением струи. Подача шлама регулируется при помощи щелевых затворов.

Для обжига шлама по мокрому способу наиболее распространенными типоразмерами вращающейся печи являются 4´150 м, 5´150 м, 4/4,5´175 м, 5´185 м. Длина печи зависит от многих факторов, и прежде всего от влажности сырьевого шлама: чем она больше, тем длинее должна быть вращающаяся печь.

Вращающаяся печь 2 представляет собой сварной стальной барабан с толщиной стенки 20-35 мм, установленный на шести опорах 3 под углом 3,5-4,0° к горизонту. Производительность по клинкеру печи 4´150 м – 34 т/ч, а печи 5´150 — 50 т/ч. Вращение печи осуществляется с помощью привода, состоящего из электродвигателя 4 мощностью 250 кВт, редуктора 5, подвенцовой 6 и венцовой шестерней 7.

Рис. 3.12. Технологическая схема цеха обжига цементного клинкера

(спецификация по тексту)

Для предотвращения влияния на корпус вращающейся печи высоких температур, истирающего воздействия продвигающегося при этих температурах материала, агрессивных газов и уменьшения потерь теплоты в окружающую среду предусмотрена защита корпуса огнеупором. Низкотемпературные зоны печи зафутерованы клинкеробетоном, представляющим собой разновидность жаростойкого бетона и состоящим из портландцементного раствора и клинкера в качестве крупного заполнителя. Кроме низкой стоимости, такой огнеупорный материал выгодно отличается от штучного огнеупора по следующим показателям: отсутствие швов — самых уязвимых мест в футеровке, более короткие сроки бетонирования, меньшие трудозатраты. Зона декарбонизации и охлаждения обычно футеруется шамотным кирпичом, а самые высокотемпературные — экзотермических реакций и спекания — периклазохромитовым или хромитопериклазовым кирпичом.

Сырьевой шлам поступает в печь со стороны ее холодного конца, а со стороны выгрузочной части установлено горелочное устройство, через которое подается для сжигания газообразное топливо и воздух для горения топлива, поступающий из клинкерного холодильника с помощью дутьевых вентиляторов 8. Давление газа на горелочное устройство поддерживается в пределах 120-130 кПа.

Необходимая скорость газового потока в печи, кроме дутьевых вентиляторов холодильника, создается также за счет дымососа 9, установленного между печью 2 и дымовой трубой 10, обеспечивающей разряжение от 8 до 10 кПа. Влияние на скорость газового потока и разряжение в головке печи оказывает и дымосос холодильника, отбирающий из последнего избыток воздуха.

Во вращающейся печи по длине различают 6 зон: испарения, подогрева, декарбонизации, экзотермических реакций, спекания и охлаждения.

Сырьевой шлам, поступивший в первую зону печи, вследствие наклонного ее положения и вращения с числом оборотов на полном ходу 1,52 об/мин постепенно перемещается к выгрузочной части, подвергаясь воздействию высокой температуры отходящих дымовых газов. Для более эффективной теплопередачи в этой зоне предусмотрены встроенные теплообменные устройства в виде цепной комбинированной гирляндно-винтовой завесы длиной 30-32 м и шарнирно-винтового шестисекционного теплообменника. Цепная завеса может быть выполнена и со свободно висящими концами и цепными периферийными ковриками. В этом случае длина цепной зоны составляет 24-27 м, а коврика 25-26 м. Схема навешивания цепей и плотность цепной завесы оказывают влияние не только на аэродинамическое сопротивление для дымовых газов, но и на скорость продвижения обжигаемого материала. Цепная завеса в печи в известной мере играет роль пылеулавливающего устройства, уменьшая запыленность отходящих газов.

Шлам, проходя через теплообменные устройства, нагревается до 100°С. При этом происходит испарение влаги и комкование материала. Длина цепной зоны должна быть такой, чтобы на выходе из нее материал имел влажность в пределах 13-17%, поскольку в этом случае он будет способен гранулироваться, что очень важно для последующего обжига с точки зрения теплообмена и пылеуноса. В случае короткой цепной зоны материал выйдет из нее с завышенной влажностью, что потребует излишнего расхода теплоты из-за малой поверхности теплообмена.

При слишком большой длине цепной зоны материал будет высушиваться до указанной влажности и гранулироваться преждевременно и поэтому разрушаться цепями. Таким образом, зона испарения вращающейся печи по существу работает как барабанная сушилка, которая, как известно, характеризуется низким влагосъемом с печного объема.

По мере дальнейшего продвижения по печи материал поступает в зону подогрева, где он подогревается до 850-900°С. В этой зоне происходит удаление остатков механической влаги и закатывание материала в гранулы. Кроме этих чисто физических процессов, в сырьевой смеси происходит выгорание органических включений, дегидратация глинистых минералов, вследствие чего понижаются пластические свойства материала. Таким образом, вещественный состав обжигаемого материала на выходе из второй зоны печи включает СаСО3, Fe2O3, Al2O3 · 2 SiO2, Al2O3 · 4SiO2, MgCO3.

В зоне декарбонизации, как это следует из ее названия происходит в основном термическое разложение карбонатов кальция и магния, завершение процесса обезвоживания глинистых минералов (удаление цеолитной воды). Эта зона наиболее напряженная в тепловом отношении часть печи с максимальным потреблением тепла. Подводимое тепло расходуется в основном на протекание эндотермических реакций, а не на нагрев материала. В конце этой зоны температура достигает примерно 1100°С.

В зоне экзотермических реакций происходит взаимодействие высокоактивного СаО с SiO2 метакаолинита с образованием силикатов состава вначале CS, а затем C2S. Одновременно образуются соединения состава СА и СF. Вследствие экзотермичности этих реакций температура в зоне резко увеличивается до 1300°С. На границе между зоной декарбонизации и зоной экзотермических реакций наблюдается световой контраст, условно разделяющий материал на темный и светлый. Образовавшиеся низкоосновные соединения по мере продвижения по печи вследствие насыщения их известью превращаются в С3А, С4AF и C2S. Кроме них в составе материала на выходе из зоны будет присутствовать свободный СаО, а также небольшое количество С3S, образовавшееся вследствие твердофазового взаимодействия С2S с СаО.

Читайте так же:
Регулирование свойств цементных растворов

Вышеперечисленные зоны печи являются, условно говоря, подготовительными для самого главного участка — зоны спекания, в которую материал поступает из зоны экзотермических реакций. Эта зона расположена в непосредственной близости к месту горения топлива (факелу). Граница этой зоны определяется появлением эвтектического или клинкерного расплава. В расплав переходят клинкерные минералы С3А, С4AF полностью и частично С2S и СаО. Алитообразование в этой зоне длится примерно 15-25 мин. На выходе из зоны спекания, температура в которой поднимается сначала с 1300°С до 1450°С, а затем снижается опять до 1300°С, материал (клинкер) должен иметь заданный минералогический состав и содержать алит, белит, трехкальциевый алюминат, браунмиллерит и второстепенные клинкерные фазы.

Из зоны спекания клинкер поступает в зону охлаждения, являющуюся самой короткой в печи (4-6 м), пройдя которую он с температурой примерно 1250°С ссыпается на решетку 11 колосникового холодильника КС-50 12. Нагретый за счет охлаждения клинкера воздух до 500-650°С поступает в печь в качестве вторичного воздуха на горение топлива.

Установленная в разгрузочной части колосникового холодильника 12 молотковая дробилка 13 производит предварительное измельчение крупных кусков обмазки и гранул клинкера размером 30-50 мм, отбрасывая при этом раздробленные куски назад в холодильник. Охлажденный и частично измельченный клинкер через разгрузочную решетку поступает на ковшовый транспортер, посредством которого он передается на клинкерный склад на доохлаждение. Туда же поступает клинкерная пыль, уловленная рукавными фильтрами в местах пересыпки клинкера и электрофильтрами 16 при очистке избытка воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

Уловленная в пылеосадительной камере 14 и электрофильтре 16 пыль через ячейковые (шлюзовые) питатели по системе шнековых транспортеров 15 подается в бункер пневмовинтового насоса, который направляет ее во вращающуюся печь либо перед цепной завесой, либо за нее.

Вращающаяся печь работает под значительным разрежением, поэтому весь газовый тракт должен быть герметичным с целью уменьшения подсосов холодного воздуха и тем самым обеспечивать экономию топлива.

Обжиг цементного клинкера во вращающихся печах

§ 22. Портландцемент

Гидравлическая известь обладает рядом недостатков. Главные из них: необходимость твердения на воздухе первые 7. 14 сут, низкие прочность, морозо- и воздухостойкость. Поэтому велись поиски более совершенного вяжущего вещества. Практически одновременно (1824 — 1825) независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии путем высокотемпературного обжига до спекания смеси известняков и глины получили вяжущее, обладающее большей водостойкостью и прочностью. Производство нового вяжущего, названного впоследствии портландцементом, совершенствовалось и быстро расширялось. Уже в начале XX в. портландцемент стал одним из основных строительных материалов.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера и небольшого количества гипса (1,5. 3%). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей в портландцементе преобладание силикатов кальция. К клинкеру для замедления схватывания цемента добавляют гипс. Для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости портландцемента допускается введение минеральных добавок (до 15%). Кроме портландцемента на основе портландцементного клинкера выпускают много других видов цементов.

Производство. Основные операции при получении портландцемента: приготовление сырьевой смеси, обжиг ее до получения цементного клинкера и помол клинкера совместно с добавками.

Соотношение компонентов сырьевой смеси выбирают с таким расчетом, чтобы полученный при обжиге портландцементный клинкер имел следующий химический состав (в %): СаО — 62. 68, SiО2 — 18. 26, Аl2О3 — 4. 9, Fe2О3 — 2. 6. В природе есть горная порода, обеспечивающая получение клинкера такого состава,- мергель, который представляет собой тесную смесь известняка с глиной. Но чаще используют известняк и глину (добываемые отдельно) в соотношении 3:1 (по массе). Кроме основных компонентов в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки.

Тщательно подготовленную сырьевую смесь подают на обжиг во вращающуюся печь (рис. 15), которая представляет собой стальную трубу диаметром до 7 м и длиной до 185 м. Изнутри труба выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3. 4°) углом к горизонту и вращается (0,8. 1,3 об/мин), благодаря чему сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. Максимальная температура обжига 1450°С. При таких высоких температурах оксид кальция СаО, образовавшийся в результате разложения известняка, взаимодействует с кислотными оксидами SiО2, Аl2О3 И Fe2О3, образующимися при разложении глины. Продукты взаимодействия, частично плавясь и спекаясь друг с другом, образуют так называемый портландцементный клинкер — плотные твердые куски серого цвета. В состав портландцементного клинкера входят несколько минералов (табл. 5) и небольшое количество стеклообразного вещества.


Рис. 15. Вращающаяся печь для обжига цементного клинкера

МинералФормулаКоличество, %
Трехкальциевый силикат (алит)3СаО · SiО2 (C3S) *42. 65
Двухкальциевый силикат (белит)2СаО · SiО2 (C2S)12. 35
Трехкальциевый алюминат3СаО · Аl2О33А)4. 14
Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО · Аl2О3 · Fe2О3(C4AF)10. 18/td>

* ( В скобках сокращенное обозначение клинкерных минералов.)

Как видно из таблицы, портландцементный клинкер в основном (на 60. 80%) состоит из силикатов кальция.

Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера.

При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от действия влаги. Портландцемент хранят в силосах (высоких цилиндрических емкостях из бетона или металла). На строительство его доставляют в специальных вагонах, автомобилях-цементовозах или упакованным в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки.

Твердение. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно происходят гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидросиликатов и гидроксида кальция и других гидратных соединений. В качестве примера рассмотрим взаимодействие с водой силикатов кальция:

Основной продукт твердения — гидросиликаты кальция — практически нерастворим в воде. Они, выпадая из раствора, сначала в виде геля (жесткого студня), а затем, кристаллизуясь, придают прочность твердеющему цементу. Алюминат С3А и алюмоферрит C4AF кальция ведут себя подобным же образом. Различие между минералами наблюдается в скорости взаимодействия с водой, т. е. в скорости твердения. Быстрее всех твердеет трехкальциевый алюминат С3А и трехкальциевый силикат C3S.

Процесс твердения портландцемента из-за малой растворимости его компонентов растягивается на длительное время (месяцы и годы). Однако нарастание прочности с течением времени замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 сут твердения.

Коррозия цементного камня. Портландцемент, будучи гидравлическим вяжущим, при нахождении в воде твердеет, набирая все большую прочность, и вместе с тем, если вода (а еще хуже — водные растворы солей или кислот) начинает просачиваться (фильтроваться) сквозь цементный камень, он постепенно разрушается. Этот процесс называется коррозией цементного камня; развитие его приводит к разрушению цементных бетонов и растворов. В зависимости от вида коррозионных агентов различают несколько видов коррозии.

Физическая коррозия (выщелачивание). Один из продуктов твердения трехкальциевого силиката C3S — гидроксид кальция Са(ОН)2 — вещество, заметно растворимое в воде (около 2 г/л). Поэтому при фильтрации пресной воды через цементный камень происходит вымывание Са(ОН)2 и перенос его на поверхность. На бетоне и растворе появляются белесые выцветы. Чем больше вымывается Са(ОН)2 из цементного камня, тем более пористым становится бетон. Процесс коррозии продолжается вплоть до полного разрушения материала.

Чтобы увеличить стойкость цементного камня к выщелачиванию, к цементу добавляют активные минеральные добавки, связывающие Са(ОН)2 в нерастворимые гидросиликаты.

Солевая и сульфатная коррозии. Еще сильнее разрушается цементный камень при фильтрации через него минерализованных вод: внутри цементного камня происходят различные химические реакции между растворенными в воде солями и продуктами твердения цемента.

Особенно опасны растворы сульфата кальция CaSО4 (и вообще растворы, содержащие сульфат ион SO -2 4). Сульфат кальция, соединяясь с гидроалюминатом кальция, образует гидросульфоалюминат кальция.

Объем этого новообразования за счет большого содержания кристаллизационной воды в 2,5 раза превышает объем исходного гидроалюмината, что и вызывает разрушение затвердевшего цементного камня. Этот процесс называется сульфатной коррозией.

Для предотвращения коррозии цементного камня нужно правильно выбирать тип цемента и самое главное тщательно защищать цементные бетоны и растворы от фильтрации через них воды (гидроизоляционная защита).

Свойства портландцемента. К основным свойствам портландцемента относятся: плотность и объемная насыпная масса, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объема при твердении и прочность затвердевшего цементного камня.

Плотность портландцемента в зависимости от вида и количества добавок составляет 2,9. 3,2 г/см 3 , насыпная плотность в рыхлом состоянии 1000. 1100 кг/м 3 , в уплотненном — до 1700 кг/м 3 .

Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходящим через сито № 008 (размер отверстий 0,08 мм), и его удельной поверхностью. Согласно ГОСТ 10178 — 76 через сито № 008 должно проходить не менее 85% цемента; при этом удельная поверхность у обычного портландцемента должна быть в пределах 2000. 3000 см 2 /г и у быстротвердеющего портландцемента 3500. 5000 см 2 /г.

Сроки схватывания портландцемента должны быть: начало — не ранее 45 мин от момента затворения; конец — не позднее 10 ч с момента затворения. Эти показатели определяют при температуре 20°С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40°С), может произойти очень быстрое схватывание.

Прочность портландцемента характеризуется маркой, которая определяется по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размером 40X40X 160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора (состав 1:3 по массе) стандартной консистенции (водоцементное отношение В/Ц ≈ 0,4) и твердевших 28 сут (первые сутки в формах на воздухе и 27 сут в воде комнатной температуры).

Промышленность выпускает портландцемент четырех марок:

Твердение портландцемента сопровождается выделением большого количества теплоты. Так как эта теплота выделяется в течение длительного времени (дни, недели), заметного разогрева цементного бетона или раствора не происходит. Однако если объем бетона велик (например, при бетонировании плотин, массивных фундаментов), то потери теплоты в окружающее пространство будут незначительны по сравнению с общим количеством выделяющейся теплоты и возможен разогрев бетона до температуры 70. 80°С, что приведет к его растрескиванию.

Равномерность изменения объема. При твердении цементное тесто уменьшается в объеме. Усадка на воздухе составляет около 0,5. 1 мм/м. При твердении в воде цемент немного набухает (до 0,5 мм/м). Однако изменение объема при твердении должно быть равномерным. Это свойство проверяют на лепешках из цементного теста, которые не должны растрескиваться после пропаривания в течение 3 ч (до пропаривания лепешки 24 ч твердеют на воздухе). Неравномерность изменения объема возникает из-за присутствия в цементе свободных СаО и MgO, находящихся в виде пережога (см. § 20).

Повышение эффективности технологии обжига клинкера на действующих заводах мокрого способа

Ресурсосберегающая двухпоточная технология обжига клинкера . Технология получения специальных и общестроительных цементов путем ввода во вращающуюся печь мокрого способа с «холодного» конца печи сухих техногенных (шлаков, зол). При этом удельный расход топлива снижается до уровня полусухого способа, производительность печи повышается на 10 — 25 %.

Встроенный колосниковый теплообменник. Предназначен для интенсификации теплообмена между потоком горячих газов и обрабатываемым материалом в зонах подогрева и кальцинации вращающихся печей. Теплообменник состоит из набора чередующихся между собой дуговых и разделительных колосников, последовательность расположения которых обеспечивает гарантированный размер щелей между ними.

Конструкция теплообменника обеспечивает увеличение поверхности теплообмена и эффективное перемешивание с интенсивным усвоением тепла, обрабатываемым материалом.

Встроенный колосниковый теплообменник конструкции НИИЦемента

Характерной особенностью такого теплообменника является то, что пронизывая слой материала, его элементы (прутки из жаропрочной стали) омываются сырьевым материалом со всех сторон, интенсивно отдавая последнему тепло, отобранное от печных газов

Не только увеличенная поверхность теплообмена и эффективное перемешивание с интенсивным усвоением тепла обрабатываемым материалом, но и снижение пылеобразования в зоне подогрева отличают этот теплообменник. Простота его конструкции позволяет изготавливать колосниковый теплообменник и на базах Цемремонта, и в механических цехах цементных заводах.

Колосниковый теплообменник разработан для печей диаметром 5,0 длиной 185 м, испытан в одной из таких вращающихся печей и показал хорошие результаты по теплообмену при низком пылеуносе.

Экономический эффект от внедрения такого теплообменника в печах диаметром 5,0 длиной 185 м может составить 3 – 4 млн. рублей, в печах диаметром 4,5 длиной 170 м — 2,5 — 3 млн. рублей.

Встроенный кальцинатор (декарбонизатор) псевдоожиженного слоя, созданный в НИИЦементе на основе разработанного нового способа обжига клинкера с ускоренной внутрипечной декарбонизацией сырьевого обжигаемого материала путём псевдоожижения его слоя продуктами сгорания топлива, регулирования газовой среды в этом слое по длине печи (Авт. свид. № 841227).

Предназначен для эффективной интенсификации теплообмена и ускорения процесса декарбонизации сырьевого обжигаемого материала в зоне декарбонизации длинной вращающейся печи мокрого способа путём путём сжигания части топлива в слое материала в этой зоне и создания псевдоожиженного слоя материала при одновременном его пересыпании.

Испытаниями полупромышленной вращающейся печи диаметром 1,25 длиной 16 м, оснащённой созданным встроенным кальцинатором, установлено оптимальное соотношение расхода топлива, подаваемого в горелки кальцинатора и в главную горелку вращающеся печи, равное 1:4, достигнуто повышение производительности печи более чем на 30 %, снижение удельного расхода топлива на 10 -15 % и теплового напряжения в зоне спекания на 15 – 20 %. При резком нагревании материала на 200 — 300 оС при слоевом сжигании топлива в кальцинаторе ускоряется процесс декарбонизации в 4 – 5 раз по сравнению с обжигом в печи без кальцинатора, повышается актиность клинкера на 15 – 95 кг / см 2.

Встроенный кальцинатор на печи 1,25 Х 2 Х 16 м.

При работе встроенного кальцинатора на вращающейся печи мокрого способа производства размерами диаметром 3,2/ 2,7 длиной 62 м Щуровского завода и подаче в него 15 % газа от общего его расхода достигнуто увеличение степени декарбонизации обжигаемого материала в 4,5 раза по сравнению с аналогичной зоной печи до установки кальцинатора, увеличение производительности печи на 8 — 10 %, снижение удельного расхода топлива более чем на 10 %, снижение теплового напряжения в зоне спекания на 25 %, повышение стойкости футеровки в зоне спекания почти в 2 раза, значительное увеличение долговечности цепной завесы.

Общий вид печи диаметром 3,2 / 2,7 длиной 62 м со встроенным кальцинатором на Щуровском заводе

Принципиальное конструктивное решение встроенного кальцинатора позволяет оснащать им вращающиеся печи, работающие на любом виде топлива – газообразном, жидком , твёрдом, а также сжигать в нём топливосодержашие отходы.

Оснащением вращающейся печи размерами диаметром 5,0 длиной 185 м на Разданском цементном заводе разработанной в НИИЦементе специальной установкой по вводу в зону декарбонизации через проделанный в корпусе печи люк отработанных автопокрышек достигнуто повышение её производительности более чем на 20 % и снижение удельного расхода топлива на 10 – 15 %.

При дополнительном сжигании топлива или горючих отходв в зоне декарбонизации ускоряется подъём температуры в интервале температур между температурой декарбонизации и температурой спекания, обеспечивается активация компонентов обжигаемого материала перед спеканием и тем самым сокращается продолжительность клинкерообразования и улучшаеться качество клинкера.

Этот способ подачи горючих отходов в «середину печи», как называют его за рубежом, применяет сейчас ряд зарубежых заводов.

Форкальцинатор . Преназначен для термической подготовки (нагрева и декарбонизации) пыли-уноса и известняка перед подачей с «горячего» конца печи, т.е. вне вращающейся печи. Применение форкальцинатора конструкции НИИЦемента позволяет на 10 – 15 % повысить производительность вращающейся печи.

Обращаться по адресу:

142101, Московская область, г. Подольск, ул. Плещеевская, д. 15
ОАО «НИИЦЕМЕНТ», Заведующий лабораторией физической химии
Рязин Владимир Петрович

© 2007 — 2015 «ОАО НИИЦЕМЕНТ»

Повышение производительности действующего оборудования и качества цемента,
снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на производство,
разработка специальных видов продукта,
определение пригодности сырьевых материалов

Телефон: +7 (495) 580-27-00
Тел/Факс:+7 (495) 502-79-04
Е–mail: nii-cement@yandeх.ru
г. Москва, г. Подольск, ул. Плещеевская, д.15

Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цемента

Главная > Реферат >Строительство

На правах рукописи

ПИРОВ ФУРКАТ САЙФУЛЛОЕВИЧ

Автоматизация и управление технологическими процессами обжига клинкера при производстве цеМЕнта

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления» в ГОУ ВПО Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ).

Заслуженный деятель науки РФ,

лауреат премии Правительства РФ,

доктор технических наук, профессор

Николаев Андрей Борисович

Доктор технических наук, профессор

Илюхин Андрей Владимирович

Кандидат технических наук, профессор

Горюнов Игорь Иванович

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт материалов, конструкций и новых технологий (НИИ МК и НТ), г.Москва.

Защита состоится 1 июля 2011 г. в 10 00 на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу:

125319 ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Текст автореферата размещен на сайте Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ): www.madi.ru

Автореферат разослан 30 мая 2011 г.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Эффективность цементного производства в существен­ной ме­ре зависит от организации процессов обжига клинкера и режимов эксплуатации печей. Комплекс процессов, происходящих с клинке­ром под воз­действием тепловой энергии, достаточно сложен и обширен. Процессы горения топлива, движения материала и газов в печах, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой. Следует учитывать и весь комплекс наладочных мероприятий: обеспечение требуемого химического и минера­логического состава клинкера в сырьевой смеси, обоснование выбора теплообмен­ных устройств, отработка режимов горения, обеспечивающих протека­ние процес­сов заданной интенсивности и экономное расходо­вание топлива.

Производительность печей, удельный расход топлива и прочие определяющие показатели зависят не только от исходных конструктивных характеристик технологических установок, но и от режимов их работы. Форсирование режима до известного предела по­вышает производительность, но при этом существенно увеличивает непроиз­води­тель­ные потери, связанные с уносом ма­териала, повышением тем­пературы отходящих газов, удельным расходом теплоты и, соответственно, топлива.

Дальней­шее форсирование технологических режимов неиз­бежно приводит к сокращению эффективности производства, свя­занному с перечисленными явле­ниями.

Обеспечение промышленных нормативов и оптимальных пара­метров техноло­гического процесса способно оказать решающее влияние, как на качество полу­чаемой продукции, так и в целом на экономические показатели производства стройматериалов.

Наиболее сложным, ответственным и энергоемким процессом в комплексе операций производства цемента представляется обжиг клинкера. По промышленным данным общие энергозатраты при обжиге распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья — около 10%, собственно обжиг 80%, помол цемента 10% и прочие — порядка 1%.

Поэтому задача рациональной организации составляющих процессов и автоматизации управления обжигом с соот­ветствующим снижением энергозатрат является актуальной.

Целью работы является повышение эффективности производства цемента за счет автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера с использованием разработанных методов, алгоритмов и средств.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи :

анализ объекта исследования и технологий получения цементного клинкера;

анализ и формализованное описание методов и моделей процесса термической обработки клинкера;

разработка имитационной модели процесса термической обработки цементного клинкера и проведение имитационных экспериментов;

разработка алгоритмов управления процессом термической обработки клинкера.

Объектом исследования является термическая обработка процесса обжига цементного клинкера в Государственном унитарном предприятии ГУП «Таджикцемент».

Методы исследования. Теоретической основой диссертационной работы являются общая теория систем, методы оптимизации, случайные процессы, имитационное моделирование, исследование операций, системный анализ.

Научная новизна. Научную новизну работы составляет совокупность методов, моделей и алгоритмов автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера, расчета температуры газовой смеси, расчета температуры материала и моделирования теплового баланса печи.

На защиту выносятся:

результаты анализа способов и технологий получения цементного клинкера;

формализованное представление процесса обжига цементного клинкера;

имитационная модель технологического процесса обжига цементного клинкера;

алгоритм управления процессом термической обработки клинкера, обеспечивающий расчет температуры газовой смеси и расчет температуры материала;

методика выбора оптимального варианта маршрутной технологии.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных организаций.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Проведены экспериментальные исследования модели с целью выдачи рекомендаций по организации работы цеха обжига цементного клинкера. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ГУП «Таджикцемент» (Республика Таджикистан), а также используются в учебном процессе на кафедре «АСУ» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных методов.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

на научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах Республики Таджикистан (г. Душанбе, 2010-2011 гг.);

на научно-методических конференциях МАДИ (Москва, 2008-2011 гг.),

на заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Содержание работы

Во введение показано актуальность, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе диссертации рассмотрены технологии производства цемента. Цементная промышленность — одна из наиболее крупных и ответственных отраслей строительного производства. Сырьем для производства цементов служит смесь из извест­ковых (карбонат­ных) и глинистых пород, с соответствующими до­бавками (ГОСТ 10178-85). Цементы вы­пускают­ся на основе клин­ке­ра, по­лучаемого в результате обжига сырье­вой сме­си, вследст­вие чего в клин­кере формируются силикаты кальция (70-80%), алюминатная и алюмоферритная фазы (20-30%).

Технология изготовления цемента складывается из следую­щих операций:

добыча сырья (разработка карьера);

приготовление сырьевой смеси — «сырьевой передел»;

спекание клинкера (обжиг);

помол цементной шихты.

В зависимости от использования воды различаются сухой, мокрый и комбинированный (полусухой) способы производства.

Сухой способ целесообразен при сравнительно малой влажности и однородном составе сырья, он же практикуется в случаях, если в сырьевую смесь вместо глины вводится гранули­рованный доменный шлак. Расход топлива при сухом способе существенно меньше, чем при мокром способе.

При значительных колебаниях химического состава известня­кового и глинистого компонента чаще применяется мокрый способ , так как однородную (гомогенизирован­ную) сырьевую смесь получить легче, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, более мяг­кую структуру и легко диспергируются водой. Выбор мокрого спосо­ба предопределяется также в случае наличия в глине избытка посторонних примесей, для удаления кото­рых необходимо «отмучи­вание» в присутствии воды. Кроме того, при мокром способе отжига облегчается размол сырья и требуется мень­ше энергии на его измель­чение.

М окрый способ производства используется при изготовлении це­мента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный ком­по­нент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, желе­зис­тый продукт, пиритные огарки). Способ назван мокрым из-за того, что измельчение смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии — «шлама» влажностью 30 – 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 4 м, а длина 150 и более метров, см. рис.1.

Обозначения: 1 — дымовая труба; 2 — дымосос; 3 — электрофильтр; 4 — система пылевозврата; 5 — шламовая труба; 6 — пылеулавливающая камера; 7 — цепная завеса; 8 — вращающаяся печь; 9 — головка печи; 10 — топливная форсунка; 11 — рекуператорный холодильник; 12 — решетка горячей камеры; 13 – естественный воздух; 14 — клинкерный транспортер.

Шарики клинкера, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок (который, собственно, и представ­ляет собой цемент).

При комбинированном способе производится предварительное удаление части воды из смеси — путем фильтрации: это несколько снижает расход топлива, но усложняет процесс.

Основной составляющей оборудования для обжига клинкера является вращающаяся печь, главной частью конструкции является корпус — наклонный цилиндр. Сырьевой материал переме­щается внутри корпуса благодаря его нак­лону и вращению.

Процесс теплообмена во вращающихся печах организован по принципу противотока: движение горячих газов, обра­зующихся при сжигании топлива и оттягиваемых дымососом, проти­воположно нап­равлению движения материала.

На происходящие процессы оказывает влияние множество факторов, таких как общий объем сырья, влажность, химический состав и тонкость помола шлама (или состав и количество муки), расход и калорийность топ­лива, температура и расход вторичного воздуха, неравномерность движения материала и т. п.

Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть подразделена на ряд зон — сушки, подогрева, кальцинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения (загрузка, сушка, подогрев, обжиг, охлаждение и выгрузка).

Общая задача управления вращающейся печью заключается в обеспечении оптимальных тепловых режимов по сечениям печи, регулирования углов наклона и скоростей вращения цилиндра на всех стадиях рабочего процесса.

Сущность процессов получения клинкера состоит в том, что при высокой температуре в сырьевой смеси образуются компонен­ты, обеспечивающие требуемые свойства цемента. Образо­вание клинкера во вращающихся печах завершается при температурах обжигаемого материала около 1450°С — после полного связыва­ния извести.

Главная фазовая составляющая портландцементного клинке­ра — алит — должна достигать в нем 40 – 65%, в зависимости от вида клинкера. Здесь целесообразно указать на используемые сокращенные обозначения оксидов: СаО — С; SiO 2 — S; Al 2 О 3 — А; Fe 2 О 3 — F; Na 2 О — N; Кa 2 О — К.

По составу алит близок к трехкальциевому силикату C 3 S, но может также содержать ряд других соединений в виде твердых растворов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector