Технология производства цемента - файл n1.doc

Технология производства цемента
Скачать все файлы (4052.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc4053kb.03.02.2014 12:28скачать

n1.doc

  1   2
1. Общая часть

1.1. Назначение продукции, требования стандарта к ней.

Портландцемент применяют, главным образом, для бетонных и железобетонных конструкций. Его можно также использовать для строительства, особенно в смеси с известью, глиной и молотыми минеральными добавками.

В курсовом проекте предусматривается выпуск портландцемента марки 500-До и 500-Д20.

1) ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

Ввод активных минеральных добавок не допускается.

Требования ГОСТ к производству портландцемента ПЦ 500-До следующие:

Предел прочности в возрасте 28 суток:

- при изгибе не менее 5,9 мПа;

- при сжатии не менее 49,0 мПа.

Сроки схватывания:

- начало не ранее 45 минут;

- конец не позднее 10 часов.

Тонкость помола:

- проход через сито с сеткой № 008 не менее 85%.

Массовая доля SO3 – 1,0 – 3,5%.

Должен показывать равномерность изменения объёма.

2) ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

Требования ГОСТ к производству портландцемента ПЦ 500-Д20 следующие:

Массовая доля активных минеральных добавок не более 20%, в том числе, осадочного происхождения – не более 10%.

Предел прочности в возрасте 28 суток:

- при изгибе не менее 5,9 мПа;

- при сжатии не менее 49,0 мПа.

Сроки схватывания:

- начало не ранее 45 минут;

- конец не позднее 10 часов.

Тонкость помола:

- проход через сито с сеткой № 008 не менее 85%.

Массовая доля SO3 – 1,0 – 3,5%.

Должен показывать равномерность изменения объёма.

Готовая продукция цеха обжига – клинкер. Клинкер должен соответствовать требованиям:

- содержание CaOсв. (%) не более 0,75;

- содержание Fe2O3 (%) не более 0,5;

- содержание MgO (%) не более 5,0;

KH – 0,90; n – 2,2; ? – 1,0.

Химический состав клинкера (%):

SiO2 – 21,22

Al2O3 – 6,51

Fe2O3 – 3,31

CaO – 65,39

MgO – 2,03

SO3 – 0,84

2. Технологическая часть
2.1. Выбор и обоснование технологической схемы производства.

На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твёрдый известняковый компоненты.

Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек её компонентов.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зёрен можно только за несколько приёмов. Вначале куски подвергаются грубому измельчению-дроблению, а затем – тонкому помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды.

При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твёрдый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу.

Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.

В сырьевую мельницу известняк и глинистый шлам подают в определённом соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава из-за колебаний химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах. Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CaCO3 (называемым титром) и этот шлам в определённой пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн.

Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 35-45%, хранят в горизонтальных шламбассейнах. Для тщательного перемешивания шлама бассейн оборудован крановой мешалкой с пневматическим перемешиванием. Предусматривается установка двух горизонтальных шламбассейнов, так как с течением времени в бассейне образуется осадок и требуется ремонт, а также на зимнее время, когда из-за погодных условий сырьё на завод не поступает в течение нескольких суток и нужен большой запас шлама.

Из шламового бассейна шлам насосами подают в расходный бачок, который расположен над печью и имеет дозировочное приспособление, с помощью которого шлам непрерывной струёй требуемой мощности подаётся по наклонному желобу во вращающуюся печь.

Печь представляет собой стальной барабан длиной 150-230 м, диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом. Производительность такой печи достигает 1000-3000 тонн в сутки. Барабан печи устанавливают с уклоном 3-4о к горизонту. В целях экономии тепла и увеличения соприкосновения горячих газов с сырьевой смесью в зоне сушки с отступом 3-5 м от загрузочного конца печи навешивают цепи.

Шлам подают с поднятой стороны печи – холодного конца, а топливо в виде газа вдувают в печь с противоположной стороны (горячего конца). В результате вращения наклонного барабана, находящиеся в нём материалы, продвигаются по печи в сторону её горячего конца.

По пути продвижения шлам попадает в цепную завесу, откуда выходит материал в виде гранул с влажностью 8-12%. За цепной завесой в печи устанавливают металлически или керамические теплообменники.

В области горения топлива развивается наиболее высокая температура: материала – до 1500о С, газов – до 1700о С и завершаются химические реакции, приводящие к образованию клинкера.

Дымовые газы движутся вдоль барабана печи навстречу обжигаемому материалу. Встречая по пути холодные материалы, дымовые газы подогревают их, а сами охлаждаются. В результате, начиная от зоны обжига, температура газов вдоль печи снижается с 1700о С до 150-200о С.

Из печи горячий клинкер поступает в колосниковый холодильник, где охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. В нём небольшая скорость и степень охлаждения клинкера. Это достигается за счёт того, что клинкер из печи подаётся на неподвижные наклонные колосники и резко охлаждается воздухом, подаваемым под эти колосники вентилятором высокого давления 10000-12000 Па. Далее чередуются ряды подвижных и неподвижных колосников, образуя ступенчатую колосниковую решётку. Охлаждают клинкер воздухом, поступающим под решётку от вентилятора общего дутья, давлением 2500 Па. В горячей зоне холодильника воздух нагревается до 550-600о С и поступает в печь в качестве вторичного, необходимого для горения топлива. Мелкие частицы клинкера, перемещаясь по колосниковой решётке, могут просыпаться через щели в подколосниковую камеру, откуда они удаляются транспортёром. В разгрузочном конце холодильника имеется неподвижная сортировочная решётка. Крупные частицы клинкера, задержанные на решётке, поступают в дробилку для измельчения.

Охлаждённый клинкер отправляют на склад, где он хранится до помола клинкера.
Технологическая схема обжига шлама:

шламбассейны




насосы
шлампитатель
вращающаяся печь
холодильник
клинкерный склад
2.2. Выбор, обоснование и характеристика используемых сырьевых материалов, добавок топлива.
Для получения портландцемента применяют, главным образом, карбонатные и глинистые породы. Кроме того, в качестве сырьевых материалов можно использовать и другие природные виды сырья, а также искусственные материалы, получаемые в виде отходов тех или иных производств. К ним относятся основные и кислые доменные шлаки, отход, получаемый при производстве глинозёма, белитовый (нефилиновый) шлам, отход от переработки горючих сланцев, зола и др. Помимо основных сырьевых материалов в производстве портландцемента используют и различные корректирующие добавки.

Мел – осадочная порода, образовавшаяся в меловой период. Имеет скрытно-кристаллическую рыхлую, землистую структуру, состоит почти целиком из мельчайших известковых органических остатков. Он легко измельчается при добавлении воды и является хорошим сырьём для производства портландцемента. Мел добывается из месторождений «Колядичи» и «Карповцы». К нему предъявляются следующие требования:

- содержание карбоната кальция не менее 92%;

- массовая доля MgO не более 5%;

- влажность мела до 27%;

- содержание SiO2 не более 15%;

- объёмная масса – 1600-2000 кг/м3.

Глина – осадочная горная порода, обладающая особенностью образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму. Она представляет собой тонкодисперсную горную породу. Глина имеет разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Она характеризуется значительным содержанием тонких частиц размером менее 0,001 мм. Глина состоит из глинистого вещества и примесей (кварцевый песок). Первое представляет собой либо глинистый минерал (мономинеральные глины), либо смесь различных минералов (полиминеральные глины). Минералогический состав глины представлен различными гидроалюмосиликатами, из которых наиболее часто встречаются каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.

Химический состав глины характеризуется в основном содержанием трёх окислов: кремния 55-80%, алюминия 5-20% и железа 3-15%. В небольших количествах могут содержаться в глине СаО и MgО, хотя в отдельных разновидностях глин содержание окиси кальция может достигать 25%, а окиси магния 5%. Присутствуют в глине и растворимые соли NaCl, KCl. Глины желтовато-серые, буровато-серые, тёмно-серые, плотные, в основном среднепластичные, реже умереннопластичные, в единичных случаях умереннопластичные-запесоченные. Запесоченность не более 13% по остатку на сите № 008, влажность 17-27%. Глина обладает рядом ценных свойств, особенно важна её пластичность, то есть способность принимать под давлением любую форму и сохранять её после прекращения давления, а также связующая способность, позволяющая глине связывать определённое количество непластичных материалов.

Глина добывается из месторождения «Даниловцы». К ней предъявляются следующие требования:

- массовая доля SO3 не более 65%; Mg не более 3,5%; Al2O3 – 6,5-11%.

Огарки колчеданные – отход сернокислотного производства. Это мелкий рассыпчатый порошок тёмно-бурого цвета, без посторонних включений, получаемый при термической переработке серного колчедана.

Колчеданные огарки поступают к нам на завод из Украины «станция Дарница».

К ним предъявляются следующие требования:

- массовая доля железа в пересчёте на Fe2O3 в сухом веществе не менее 62%;

- массовая доля воды не более 28%,

Природный газ – используется в качестве топлива для обжига клинкера. Основными компонентами газа являются метан CH4 (80-98%) и этан C2H6 (0,3-5%). Тяжёлые углеводороды – пропан, бутан, пентан (C3H8; C4H10; C5H12) – присутствуют в незначительных количествах. Низкая теплота сгорания при 20о С 101,325 кПа не менее 31,8 мДж/м3 (7600 кКал/м3). Массовая концентрация сероводорода не более 0,02 г/м3. Объёмная доля кислорода не более 1%. Масса механических примесей в м3 не более 0,001 г. Интенсивность запаха газа при объёмной доле 1% воздуха не более 3 балл. Теплотворная способность природного газа 34000-42000 кДж/м3.

3. Расчётная часть
3.1. Исходные данные к расчёту.

Способ производства – мокрый.

Часовая производительность цеха – 30 т/ч.

Годовая программа – 500000 т клинкера.

Сырьевые добавки: мел, глина, огарки.

Химический состав сырья, %:

Мел Глина Огарки

SiO2 – 0,69 SiO2 – 73,79 SiO2 – 13,94

Al2O3 – 1,15 Al2O3 – 14,98 Al2O3 – 1,44

Fe2O3 – 0,52 Fe2O3 – 3,65 Fe2O3 – 78,4

CaO – 54,15 CaO – 2,71 CaO – 2,1

MgO – 0,49 MgO – 1,75 MgO – 0,22

SO3 – 0,12 SO3 – 0,29 SO3 – 3,1

п.п.п. – 42,88 п.п.п. – 2,83 п.п.п. – 0,8

Производственные потери – 3%.

Карьерная влажность сырья: мел – 25%; глина – 15%; огарки – 20%.

Влажность шлама – 38%.

Объёмно-насыпная плотность, т/м3:

?мел – 1,45 т/м3

?глина – 1,16 т/м3

?огарки – 1,3 т/м3

Химический состав шлама:

SiO2 – 14,44 КН = 0,90

Al2O3 – 3,04 n = 2,5

Fe2O3 – 2,78 ? = 1,09

CaO – 42,33

MgO – 2,4

SO3 – 1,1

Потери при прокаливании сырьевой смеси – 34,5%.

Состав сырьевой смеси: мел – 70%; глина – 25%; огарки – 5%.


3.2. Выбор режима работы цеха и определение фонда рабочего времени.
В соответствии с нормами технологического проектирования цементных заводов режим работы технологического оборудования цеха обжига клинкера принимается круглосуточный, трёхсменный.

Основными показателями вращающейся печи, кроме производительности, являются коэффициент использования печей по календарному времени, от которого зависит годовая производительность печи и производство цемента в год.

Режим работы основных цехов и объединений следует принимать с учётом непрерывности производства.

Цех обжига клинкера 350 дней по 24 часа в сутки.

Определение фонда рабочего времени работы оборудования Ек, в часах, ведётся по формуле 1:

 (1)

где Кр – число рабочих дней в году, которое определяется по формуле 2:

 (2)

где Кг – число календарных дней в году,

В – число выходных и праздничных дней,

Рк – число дней на планово-предупредительные ремонты,

С – количество смен, шт.,

Д – продолжительность смен, час.

 дней в году,

 часов в году.

Коэффициент использования оборудования:

.

3.3. Расчёт производственной программы.
Производственная программа – это выпуск готовой продукции цехом в сутки, в смену, в час.

Расчёт производственной программы выполняется на основании заданной годовой программы и выбранного режима работы и производится по формулам 3, 4, 5.






где Qгод – годовая программа, т

Qсут. – выпуск годовой программы в сутки, т

Qчас – выпуск годовой программы в час, т







3.4. Расчёт удельных норм расхода сырья на единицу продукции

и материального баланса.
Расчёт сырьевой смеси по КН и модулям без учёта золы топлива.

1-й компонент: Мел

2-й компонент: Глина

3-й компонент: Огарки колчеданные

Принимается соотношение:

1-й компонент: 2-й компонент: 3-й компонент: = X / Y / 1.





где: 

































Следовательно, на 1 весовую часть огарок требуется 63,40 весовых частей мела и 14,95 весовых частей глины.

В % выражении это даёт следующее значения:

количество мела:


количество глины:


количество огарок:


Подсчитываем состав сырьевой смеси и клинкера. Для этого составим неравенство:

Глина: 100% – 2,83 (п.п.п.)

18,8 – Х


100% – 73,79 (SiO2)

18,8 – Х


100% – 14,98 (Al2O3)

18,8 – Х


100% – 3,65 (Fe2O3)

18,8 – Х


100% – 2,71 (CaO)

18,8 – Х



100% – 1,75 (MgO)

18,8 – Х


100% – 0,29 (SO3)

18,8 – Х




Мел: 100% – 42,88 (п.п.п.)

79,9 – Х


100% – 0,69 (SiO2)

79,9 – Х


100% – 1,15 (Al2O3)

79,9 – Х


100% – 0,52 (Fe2O3)

79,9 – Х


100% – 54,15 (CaO)

79,9 – Х


100% – 0,49 (MgO)

79,9 – Х


100% – 0,12 (SO3)

79,9 – Х



Огарки: 100% – 0,8 (п.п.п.)

1,3 – Х


100% – 13,94 (SiO2)

1,3 – Х


100% – 1,44 (Al2O3)

1,3 – Х


100% – 78,4 (Fe2O3)

1,3 – Х


100% – 2,1 (CaO)

1,3 – Х


100% – 0,22 (MgO)

1,3 – Х


100% – 3,1 (SO3)

1,3 – Х



Таблица 1

Подсчёт химического состава в %:

Компоненты

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

п.п.п.

79,9 вес. ч. мела

18,8 вес. ч. глины

1,3 вес. ч. огарков

0,55

13,9

0,18

0,92

2,82

0,02

0,42

0,69

1,02

43,27

0,51

0,03

0,39

0,33

0,002

0,10

0,05

0,04

34,26

0,53

0,01

Итого – состав сырьевой

смеси в %

Состав клинкера в %


14,63

22,43


3,76

5,76


2,13

3,27


43,81

67,16


0,722

1,11


0,19

0,29


34,8

---


Расчёт химического состава клинкера:









Вычисление значений коэффициента насыщения и модулей даёт следующие результаты:







Полученные величины совпадают с заданными значениями КН и n. Это показывает, что расчёт сырьевой смеси сделан правильно.

Расчёт расхода сырьевых материалов.

Теоретический удельный расход сухого сырья для производства клинкера определяют с учётом потерь при прокаливании.





где 34,5 – п.п.п. – потери при прокаливании сырьевой смеси.

Для обеспыливания отходящих газов вращающихся печей устанавливают электрофильтры, что даёт возможность считать потери сырья с отходящими газами не более 1%. Тогда расход сухого сырья составит:









Определяем расход отдельных компонентов сухой сырьевой смеси:

Мел:









Глина:









Огарки:









С учётом естественной влажности расход сырьевых материалов соответственно составит:



Мел:









Глина:









Огарки:









С учётом производственных потерь глины, мела, огарок, нужно:









Расчёт расхода шлама.

Часовой расход шлама рассчитывается по формуле:



где: Аш – расход шлама, 

Ас – расход сухого сырья в час, 

Wш – влажность шлама, %

jш – плотность шлама,  (1,65 )







Для образования шлама в сырьевой мельнице одновременно с исходными материалами подаётся вода. Потребность в воде определяется по формуле:



где: Wв – количество воды, необходимое для приготовления шлама,,

Wм, Wг, Wог. – количество воды, поступающее, соответственно, натуральным мелом, глиной, огарками, .

На основании произведённых расчётов:

Аш = 150 м3/ч; jш = 1,65 т/м3; Ас = 154,2 т/ч

Wм = 143,5 – 107,9 = 35,6 т/ч

Wг = 45,4 – 38,6 =6,8 т/ч

Wог.= 9,6 – 7,7 = 1,9 т/ч

На основании этих данных определяется расход воды на шлам.

м3





Расчёт расхода материалов:





3533,5 / 3 = 1177,8 т/см. 1177,8 / 8 = 147,2 т/ч



1117,9 / 3 = 372,6 т/см. 372,6 / 8 = 46,6 т/ч



 / 3 = 78,8 т/см. 78,8 / 8 = 9,9 т/ч

Расчёт расхода материалов в объёмных единицах:



где: Рм – масса материала,

?об.нас. – объёмно-насыпная плотность материала.



/ 3 = 812,3 м3/см. 812,3/ 8 = 101,5 м3



/ 3 = 312,2 м3/см. 312,2 / 8 = 39,0 м3



/ 3 = 60,6 м3/см. 60,6 / 8 = 7,6 м3
Все данные сводим в таблицу:

Таблица 2

Наименование

сутки

смена

час

Рм, Рг, Рог.

Vм, Vг, Vог.

Рм, Рг, Рог.

Vм,Vг,Vог.

Рм, Рг, Рог.

Vм,Vг,Vог.

Мел

Глина

огарки

3533,5

1117,9

236,4

2436,9

963,7

181,8

1177,8

372,6

78,8

812,3

312,2

60,6

147,2

46,6

9,9

101,5

39,0

7,6


Расчёт расхода сырья и добавок на единицу продукции:



где: Qм – расход сырья и добавок на единицу продукции,

В – годовая программа.







Qм = 2473,5 + 782,5 + 165 = 3421 кг/ткл

Расчёт расхода условного топлива:









Удельный расход натурального топлива (природного газа) определяется по формуле:



где:  – низшая рабочая теплота сгорания, кДж/м3 = 35200,

29300 – теплота сгорания условного топлива.



Расход природного газа:








  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации