Технология производства портландцемента

Содержание

Введение

Аналитический обзор

Технологическая часть

Характеристика выпускаемой продукции

Описание исходных сырьевых материалов

Расчет состава сырьевой смеси

Выбор, обоснование и описание технологической схемы

Режим работы предприятия

Расчет мощности завода по клинкеру и цементу

Материальный баланс

Выбор и расчет основного технологического оборудования

Расчет расходных бункеров и складов сырьевых материалов, клинкера, добавок, цемента

Расчет потребности в электроэнергии

Определение численности работающих

Контроль сырья, технологического процесса и готовой продукции

Безопасность и экологичность проекта

Технико-экономические показатели

Заключение

Список использованных источников

Аннотация

Пояснительная записка содержит 47 страниц, в том числе 14 таблиц, 18 источников.

В данном курсовом проекте изложены основы проектирования предприятий по производству портландцемента и шлакопортландцемента по сухому способу производства. Проектная производительность завода – 1,6 млн. цемента в год.

1. Аналитический обзор

В настоящее время все более и более актуальным становится вопрос экономии топлива. Обжиг портландцементного клинкера является высокоэнергоемким производством. Расход топлива на производство 1 т клинкера по мокрому способу составляет – 200 кг условного топлива по сухому - 130 кг условного топлива

На первый взгляд решение вопроса можно свести к отказу от мокрого способа производства и перевести все заводы на сухой способ. Но в угоду сухому способу нельзя забывать о качестве производимого клинкера. Хорошее качество клинкера зависит от многих факторов и в первую очередь от качества и вида сырья, т.е. от его химического и минералогического состава. Известно, что лучшие клинкера и цементы на их основе получаются из твердого сырья, т.е. из известняка средне- и мелкозернистой структуры. Но запасы высококачественных известняков для производства цемента весьма ограничены, в то время как в России имеются огромные запасы мягкого высококачественного карбонатного сырья – это тонкодисперсные мела с хорошим химическим составом и высокой реакционной способностью.

Качество клинкера обеспечивается не только тонкостью помола смеси, но еще ее гомогенизацией. При производстве сырьевой муки с использованием известняка особых сложностей с гомогенизацией не возникает.

При оценке переработки сухих сырьевых смесей большая часть исследователей констатирует, что тонкомолотая сырьевая смесь гарантирует лучшую ее гомогенизацию и как следствие надежную эксплуатацию печей и получение высококачественного клинкера. Однако отмечено на сухих смесях с использованием известняка, что при хранении сырьевой смеси и в циклонных теплообменниках происходит агломерация частиц материала. Это явление послужило основанием для предложения использования грубомолотой муки.

В ЗАО «НИЦ «ГипроцементНаука» был проведен эксперимент по изучению зависимости распределения агломератов мела в сырьевых смесях от условий перемешивания. С этой целью были приготовлены 3 сырьевые смеси из одинаковых сырьевых материалов (мел месторождения из Воронежской области, суглинок и пиритные огарки). Компоненты были предварительно размолоты в одинаковых условиях и из них составлены три сырьевые смеси. Первая смесь была перемешена на валках в течение 2-х часов, вторая в таких же условиях перемешивалась 4 часа, третья смесь после перемешивания на валках в течение 2-х часов была перемешена с этиловым спиртом, что модулирует мокрый способ помола.[4]

В цементной промышленности все чаще применяются помольные установки , имеющие повышенную производительность, способные переработать сырье неоднородного состава и выдать готовую продукцию высокой тонины при уменьшенном потреблении энергии. Новая вертикальная валковая мельница MVR компании Gebv.Preiffev AG для помола цементного сырья , клинкера или цементных добавок установленной мощностью до 12 000 КВт в полной мере удовлетворяет этим требованиям заказчика.

Производительность такой мельницы достигает более 400 т/ч портландцемент или смешанных цементов с тониной по Блейку 3000 см2/г , или около 250 т/ч гранулированного доменного шлака с тониной по Блейку 5000 см2/г. Мельница MVR имеет модульную конструкцию привода мельницы MultiDrive , состоящего из отдельных одинаковых приводных блоков.

При выходе из строя одного из приводных модулей его можно высвободить из зубчатого зацепления , а мельница будет продолжать работу с меньшей производительностью. В этих мельницах используются 5 вариантов модулей и 3 варианта узла привода , что упрощает решение проблемы запасных частей , в первую очередь – для замены компонентов с длительными сроками поставки.[5]

В результате рассматриваемых вопросов перекачивания шлама, было представлено решение производительных проблем с помощью шламового насоса millMAX.

Krebs millMAX – это насос новой конструкции из прочного металла с набором гидравлических компонентов. Для того, чтобы обеспечить высококачественную перекачку ,в насосе millMAX рабочее колесо перемещают в направлении заднего футеровочного вкладыша до получения минимального зазора, а не вперед как это делается в других шламовых насосах. Полученный в результате зазор со стороны всасывания устраняется с помощью защитного кольца, положение которого регулируется при работающем насосе снаружи и с помощью нажимных винтов. Это регулируемое защитное кольцо , наряду со специальной рассчитанной формой режущего ребра, является одной из главной черт конструкции насоса millMAX.

Запатентованная система регулирования зазора без остановки агрегата насоса улучшает экономические показатели по сравнению с традиционными насосами из прочного металла и резиновой футеровкой. Благодаря этому:

увеличивается износостойкость;

уменьшается водопотребляемая мощность;

уменьшается время простоев;

уменьшается издержки на техническое обслуживание и ремонт.[6]

Все более значимой для поставщиков отечественных марок цемента и сухих строительных смесей становится проблема качества продукции. Качество конечной продукции , не в последнюю очередь, обусловлено степенью измельчения клинкера и зерновым составом цементов. Поэтому, любая лаборатория всегда оборудована гранулометрическими приборами.

Просеивающие машины RetschAS 200 controe прекрасно зарекомендовали себя на многих цементных предприятиях. Кроме амплитуды (высоты вибраций), может быть задано ситовое ускорение , которое не зависит от частоты электропитания , поэтому такие машины гарантируют колоссальные результаты по всему миру. Все параметры рассева – время, интервал, амплитуда вибрации – задаются и отображаются в цифровом виде. Прибор может быть присоединен к компьютеру и управляется специальной программой. По окончании просева сита ставят на весы, а масса и данные о размере ячеек хранятся в компьютере и вычисление процента остатка на сите производиться автоматически. По результатам вычисленными компьютером строится кривая рассева и таблица значений.

Новая воздухоструйная просеивающая машина AS 200 je+ была специально разработана для измерения тонких фракций. Прибор используется с ситами с размерами ячеек от 10 мкм и более. Процедура рассева не создает дополнительных воздействий на материал и не требует дополнительных аксессуаров. Среднее время просева составляет 2-3 минуты.

Для определения параметров сухого порошка применяется блок сухой диспергации прибора HORIBA LA950V2. Диапазон изменяемых размеров частиц составляет от 0,1 до 3000 мкм. Система имеет широкий ряд возможностей . Агломераты можно разбить с помощью сжатого воздуха, выбрав один из 3-х уровней мощности, тем самым подбирая наилучшие условия для каждой пробы. Если нужно измерять размеры слипшихся агломератов , то можно вводить пробы без предварительной дисперации. Настройка скорости автоматического податчика пробы позволяет измерять даже 10 мг. пробы. Так же можно легко измерить большое количество пробы на этой же системе.

Лазерная дифракция становится предпочтительным методом для анализа размеров частиц как более точный и быстрый метод анализа. Приборы LA95o и LA300 – могут использоваться для исследований и рутинных измерений контроля качества.[7]

На сегодняшний день установлена возможность использования цитрогипса для получения гипсоизвестковых расширяющих добавок. При введении добавок на основе извести и цитрогипса в цемент расширение происходит медленнее, чем при введении расширяющей добавки на основе модифицированной негашеной извести. Оптимальным способом получения расширяющихся цементов является механическое смещение расширяющей добавки на основе модифицированной извести и портландцемент.

Результаты испытаний показали, что наилучшими характеристиками обладает цемент с 10% расширяющей добавки от массы цемента.

Таким образом, экспериментально доказано , что вместо природного гипса для получения гипсоизвестковых расширенных добавок можно применять гипсосодержащих отходы производства лимонной кислоты – цитрогипс. [8]

FLSmidth внедрила первый в мире ригельный холодильник в 1997 году, а сегодня эта компания задает новый стандарт в технологии Cross Bar. Новый ригельный холодильник быстро и легко устанавливается , гарантирует максимальную надежность при минимальном обслуживании. Его модульные элементы имеют совершенно новые размеры и структуру, что позволяет как устанавливать новые холодильники , так и проводить модернизацию. Холодильник имеет высокую тепловую эффективность, низкое потребление энергии и низкие затраты на строительные работы, монтаж и эксплуатацию.

Он имеет 5 основных особенностей конструкции:

раздельный механизм транспортировки и охлаждения клинкера;

герметичная колосниковая система;

самонастраивающиеся механические регуляторы воздушного потока;

модульная концепция;

горизонтальная конструкция с оптимизированным способом транспортировки.[9]

В результате лабораторных и промышленных исследований показано, что при использовании восстановительного шлака имеется возможность снизить содержание хроматов в клинкере в процессе его обжига. Установлено, что среди различных видов топлива ( мазут, природный газ, уголь), уголь в наибольшей степени подходит для получения клинкера с пониженным содержанием хроматов. При этом можно регулировать содержание кислорода в атмосфере печи ,а так же степень сульфатизации клинкера. [10]

Производство цемента относится к материало и энергоемким отраслям промышленности. Ежегодно в России на обжиг портландцементного клинкера расходуется около 10 млн. тонн условного топлива. Поэтому одним из ведущих направлений развития цементной промышленности является стремление к снижению энергозатрат . В ходе работы устанавливались основные закономерности влияния добавок различных соединений для получения клинкера при температуре 1200 ° С. Такие добавки , как CaF2, AeF3, HgF2и др. не дали значительного эффекта по усвоению оксида кальция и образованию алита при температуре 1150° С. Лучшие результаты были получены при вводе в сырьевую смесь 2% LiF, которая применяется в последующих исследованиях, при этом значительно ускоряется образование трехкальциевого силиката. [11]

Помол цемента является последним производственным циклом, в котором есть шанс изменить качество цемента с учетом требований потребителей и действующих стандартов. Интенсификаторы помола обычно дозируются в небольших количествах, 0,020,05% (масс.), в питатель мельницы или непосредственно в мельницу.

Sika предлагает новейшие технологии в области интенсификаторов помола и уникальную технологию Sika Grind – 800 с использованием полимеров модифицированных поликарбоксиликатов для большего увеличения производительности и по сравнению с традиционными амино и гликосодержащими добавками. [12]

Обычное (ископаемое) топливо, используемые в европейской цементной промышленности - главным образом уголь (гумат и каменный уголь), топливный мазут (продукт, получаемый в результате очистки сырой нефти) и необработанная нефть (“бункер C”). Природный газ редко используется из-за его высокой стоимости.

"Альтернативные" виды топлива - неорганические топлива, производимые из индустриальных отходов - широко используются в наши дни вместо традиционных видов ископаемого топлива.

Подготовка топлив - то есть измельчение, высыхание, размол, и гомогенизация – обычно производится на месте. Для этого нужны угольные мельницы, бункеры и помещения для хранения твердого топлива, резервуары для жидкого топлива и соответствующий транспорт и системы подачи к печам.

Потребление топлива в значительной степени зависит от основного технологического процесса, применяемого при спекании цементного клинкера. [13]

Технологическая часть

2.2 Описание исходных сырьевых материалов

Сырьем для производства портландцементного клинкера служат природные карбонатные и глинистые породы, а также промышленные отходы других отраслей (доменные шлаки, топливные золы, шлаки ТЭС и др.)

Для производства портландцемента можно применять различные виды карбонатных пород: известняк, мел, известковый туф, известнякракушечник, мергелистый известняк, мергель и т.п. Углекислый кальций в известняках представлен минералом кальцитом. Кальцит имеет твердость 3. Известняки - осадочные породы. По происхождению различают известняки органогенные - продукты деятельности микроорганизмов, химические - полученные осаждением из растворов и обломочные - продукты переотложения разрушенных известковых пород. Известняки содержат примесные минералы - алюмосиликатные минералы глин, примеси кварца, халцедона, опала, окиси железа, пирита (FeS2), гипса, фосфорита (апатита), барита (BaSO4). Известняки обычно загрязнены карбонатом магния, который образует с карбонатом кальция двойную соль - доломит. Примеси в известняках находятся в виде самостоятельных соединений, и известняк представляет собою механическую смесь минералов (кроме MgCO3). При содержании глинистых минералов до 30% известняк называют глинистым, при содержании более 30% - мергелем.

Из глинистых пород используют обычно глину, суглинок, глинистый сланец, мергелистую глину, лесс, лессовидный суглинок. Основой глины являются водные алюмосиликатные минералы в виде тонких частиц (< 2 мкм), причем встречаются мономинеральные и полиминеральные глины. Глинистое вещество - это в основном гидроалюмосиликаты m Al2O3 * n SiO2 * p H2O, где значения коэффициентов при окислах для отдельных глинистых минералов различны. В кристаллическую решетку гидроалюмосиликатов могут также входить K, Na, Mg, Ca, Fe.

К глинистым минералам относится каолинит - слоистый минерал состава Al2O3·2SiO2·2H2O, в глинах он присутствует в виде частиц размером 0,30,4 мкм; монтмориллонит - слоистый минерал состава Al2O3·2SiO2·2H2O, в котором в твердом растворе находится до 5% Fe2O3, 4 - 9% MgO, до 3,5% СаО. Бентонитовые глины состоят из очень тонких частиц (~ 2·109 м) монтмориллонита. Гидрослюды - минералы, близкие по составу и структуре к монтмориллонитам, однако в состав последних входят щелочные ионы, содержание которых может достигнуть 4 - 10%. Аргиллиты - твердые породы, продукт дегидратации, прессования и перекристаллизации глин. Сланцы - скальная порода, продукт перекристаллизации глин. Лесс - землистая порода, сложенная из слюд, каолинита, полевых шпатов, кальцита, кварца. Суглинки - глины, содержащие значительное количество кварца (до 40%).

Глинистые породы содержат нужные для производства портландцемента кислотные окислы SiO2, Al2O3 и Fe2O3, в известняках находится основной окисел СаО. Главным признаком пригодности глины для производства портландцемента, являются значения ее силикатного и глиноземного модулей, которые определяют величину этих модулей в портландцементе, так как карбонатный компонент сырьевой смеси обычно содержит немного глинистых примесей.

Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Количество гипса в цементе нормируется по содержанию SO3. В обычных цементах оно должно быть не менее 1,0 и не более 3,5%, а в высокопрочных и быстротвердеющих - не менее 1,5 и не более 4,0%.

При особо благоприятном химическом составе сырьевых материалов портландцементная смесь требуемого состава может быть приготовлена только из двух компонентов – карбонатного и глинистого. Но в большинстве слуаев получить заданную сырьевую смесь из двух компонентов почти не удается, поэтому применяют корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже – колошниковую пыль доменных печей. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть, % : для железистых Fe2O3 – не менее 40; для кремнеземистых SiO2 - не менее 70; для глиноземистых Al2O3 - не менее 30.

Наиболее широкое применение цементной промышленности нашли доменные и электротермофосфорные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый ( белитовый ) шлам, гипсосодержащие отходы. Использование шлаков на цементных заводах способствует решению проблемы обеспечения их сырьем на амортизационный срок. Нефелиновый (белитовый) шлам – отход комплексной переработки апатито – нефелиновых пород в глинозем, соду, поташ. Поскольку шлам прошел частичную термическую обработку, он состоит в основном из двухкальциевого силиката – минерала, входящего в состав портландцементного клинкера и способного к гидравлическому твердению. Гранулированные шлаки и нефелиновый шлам близки по составу портландцементной сырьевой шихте, поэтому могут использоваться не только как активные минеральные добавки, но и как компоненты портландцементной сырьевой смеси. Так как эти материалы уже прошли тепловую обработку, не содержат СаСО3 и включают ряд минералов, близких по составу минералам цементного клинкера, то обжиг шихт с наличием в их составе нефелинового шлама и шлака требует меньшего расхода топлива. Например, при использовании нефелинового шлама производительность вращающихся печей повышается примерно на 25 %, снижаются удельные расходы топлива на обжиг клинкера, электроэнергии и мелющих тел (приблизительно на 20 %). Но молотые шлаки и нефелиновый шлам вызывают загустение сырьевых цементных шламов. Повышенное содержание щелочей в нефелиновом шламе может снизить качество цемента.

На проектируемом предприятии выпускается ПЦ с содержанием сырьевых компонентов: клинкера – 95 %, гипса – 5 %.

А так же ШПЦ с содержанием сырьевых компонентов: гипса – 5 %, шлака – 40 %, клинкера – 55 %.

5 Заключение

В данном курсовом проекте было спроектировано предприятие по производству портландцемента и шлакопортландцемента. Предприятие спроектировано по сухому способу производства, что наиболее выгодно по технико-экономическим показателям (по сравнению с предприятиями по мокрому способу производства). Имеется технологическая линия, при использовании вращающейся печи СМЦ26 : 4,5х80 м, топливом является газ. Мощность предприятия составляет 1264176,57 млн. т/год, число рабочих на заводе составляет 221 человек.

Для дальнейшей эффективной деятельности завода необходимо применять новые технологии строительной индустрии, повышающие качество сырьевых материалов; усовершенствование конструкций основного технологического оборудования для повышения производительности.