Тепловой агрегат для обжига клинкера по сухому способу
Сухой способ производства цемента
При обжиге сухих
сырьевых смесей используют печи с запечными теплообменниками. Размеры таких
печей намного меньше размеров печей, работающих по мокрому способу, так как
процессы подготовки сырья вынесены здесь в запечные агрегаты с интенсивным
конвективным теплообменом, обеспечивающим эффективное использование теплоты
отходящих газов. Высокая экономичность, малые размеры и низкие капитальные
затраты при сооружении таких печей обеспечили им широкое распространение.
Благодаря высокой степени декарбонизации сырьевой муки, поступающей в печь,
улучшается ее текучесть и снижается тепловая нагрузка на печь. Эти особенности
в сочетании с простотой регулирования позволяют легко управлять режимом обжига
и обеспечивать надежную работу печного агрегата. На цементных заводах сухого
способа производства успешно эксплуатируются печи с размерами 4х60, 5х75,
7/6,4х95 м.
Печи для обжига сухих
сырьевых смесей при равной производительности примерно вдвое короче печей для
обжига шлама. Это достигается тем, что часть процессов выносится из печи в
запечные теплообменные устройства. В России для обжига сухих смесей в основном
используют печи с циклонными теплообменниками и с конвейерными кальцинаторами
(печи «Леполь»).
В основу конструкции
печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими
газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц
обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное
использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют
процесс теплообмена. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников
движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой
900...1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15...20
м/с, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому
поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов
сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку
диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока
резко снижается и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через
затвор-мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него
выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем
материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом,
сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех
ступеней, начиная от относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80% осуществляется в газоходах
и только 20% приходится на долю циклонов. Время пребывания сырьевой муки в
циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая
мука не только успевает нагреваться до температуры 700...800°С, но полностью
дегидратируется и на 25... 35% декарбонизируется.
Схема теплового агрегата для обжига клинкера по сухому способу
Перспективность
применения сухих печей обусловлена тепловой экономичностью, высокой удельной
производительностью, простотой конструкции, малыми размерами и низкими
капитальными затратами. Недостатки печей этого типа высокий расход
электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они
чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья.
Поскольку степень
декарбонизации цементной сырьевой муки, поступающей из циклонного
теплообменника в печь, не превышает 35%, материал должен оставаться в печи
продолжительное время для завершения процесса обжига. Для интенсификации
процесса разработаны системы трехступенчатого обжига, принцип которого
заключается в том, что между циклонным теплообменником и вращающейся печью
встраивается специальный реактор - декарбонизатор. Сжигание топлива и
декарбонизация материала в таком реакторе происходят в вихревом потоке газов.
Модель и реальный вид циклонного теплообменника с декарбонизатором
После прохождения
циклонных теплообменников сырьевая мука с температурой 720...750 °С поступает в
декарбонизатор. Частицы сырьевой муки и распыленное топливо диспергируются и
перемешиваются. Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, немедленно
передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до температуры
920...970°С. Материал в системе «циклонный теплообменник -декарбонизатор»
находится лишь 70...75 с и за это время декарбонизируется на 85...95%.
Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3
внутреннего объема печи в 2,5...3 раза. Удельный расход теплоты снижается до
3,0...3,1 МДж/кг клинкера. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать
низкокачественное топливо, а также бытовые отходы. Стоимость сооружения
установки с декарбонизатором на 10% ниже стоимости установки с циклонным
теплообменником той же производительности. Размеры установки невелики, и она
может использоваться не только при строительстве новых заводов, но и при
модернизации действующих печей.
Использованы материалы: В.К. Классен. Технология цемента
