Технологические особенности процесса производства клинкера

Общим для всех процессов является то, что вещества, поступающие в печь, сначала высушиваются, после прокаливаются, в результате чего углекислый газ (CO2) отделяется от CaCO3, и наконец спекаются при температуре между 1 400 и 1450? C, в результате чего образуется клинкер. В течение этого процесса подача теряет приблизительно одну треть первоначальной сухой массы загружаемого в печь вещества. Горячий клинкер охлаждается воздушным потоком до 100-200? C в клинкерном холодильнике.

Сухой процесс

Для сухих и полусухих печей готовится сырьевая мука путем высушивания и размола компонентов сырья в трубчатых мельницах или вертикальных вальцовых мельницах, используя горячие печные газы или более прохладный отработанный воздух. До подачи в печь, сырьевая мука гомогенизируется и смешивается или в сортировочной, или в непрерывно действующем бункере гомогенизации.

В печах с циклонным теплообменом, сырьевая мука подается к вершине посредством ряда циклических передач в направлении, противоположном потоку горячих отходящих газов от ротационной печи. Таким образом, обеспечивается эффективный теплообмен между твердыми частицами и горячими газами. Циклоны служат разделителями между сухим веществом и газом.

Перед поступлением в барабанную печь сырьевая мука нагревается до температуры 810-830 ° C, в процессе чего прокаливание (то есть отделение CO2 от карбонатов) осуществляется приблизительно на 30 %. Печные газы, выходящие из подогревателя, имеют температуру 300-360 ° C и далее используются для сушки сырья.

4-этапные печи подогревателя восприимчивы к закупоркам и накоплениям, вызванным чрезмерным поступлением некоторых элементов, например, серы, хлоридов или щелочи, которые легко испаряются в печи. Этот процесс следует контролировать, для чего иногда требуется установка системы, которая позволяет части газов барабанной печи обойти подогреватель. Таким образом, часть летучих элементов извлекается вместе с газом.

Система обхода извлекает часть (5-15 %) печных газов из стояка между печью и подогревателем. В этом газе содержится много пыли. При охлаждении воздухом летучие составы образуют макрочастицы, и лишь после этого газ проходит через пылеулавливающий фильтр.

Современные печи с циклонным теплообменом обычно имеют 4 циклонные стадии с максимальной производительностью около 4000 t/d. В некоторых случаях используются 2-этапные циклонные подогреватели или 1-этапные подогреватели.

Значительного наращивания объемов можно добиться, используя печь для предварительного обжига со вторым устройством сгорания между барабанной печью и секцией подогревателя. В печи для предварительного обжига может быть сожжено до 60 % всего топлива, использующегося для обжига. На выходе температура достигает 880 ° C, горячий тонкоизмельченный материал прокаливается почти на 90 % до входа в барабанную печь.

Печные системы с 5 - 6 циклонными подогревателями и печью для предварительного обжига считаются на сегодняшний день стандартной технологией новых заводов, так как использование дополнительных циклонных стадий улучшает термический коэффициент полезного действия.

Система цепей у входного отверстия барабанной печи обеспечивает теплообмен между горячими газами сгорания из горячей зоны печи и материалом, поступающим в печь. Длинные сухие печи потребляют много тепла и требуют создания отдельного цикла обеспыливания.

Полусухой процесс

В полусухом процессе, сухая сырьевая мука гранулируется с добавлением 10-12 % воды на наклонной карусели (“грануляционном диске”) и передается по движущейся горизонтальной колосниковой решетке к подогревателю перед попаданием в барабанную печь (система “Lepol”). Гранулированный материал высушивается, подогревается и частично обжигается на движущейся колосниковой решетке между двумя камерами, заполненными горячими печными газами. Более высокая степень прокаливания может быть достигнута путем пережигания части топлива в горячей камере решетки подогревателя .

Горячие печные газы вначале проходят через слой подогретых гранул в горячей камере. После промежуточного звена обеспыливания в циклонах, газы проходят еще раз через слой сырых гранул, находящихся на клинкерной решетке в камере высыхания. Большая часть остаточной пыли оседает на сырых гранулах, поэтому количество пыли в отходящих газах подогревателя сравнительно невелико.

Недостатком полусухого процесса является невозможность использовать печные газы для подсушивания сырьевой муки из-за низкого температурного уровня. Стоимость технического обслуживания и ремонта решеток предварительного подогрева высока. Современное оборудование редко предназначено для полусухого процесса.

Полувлажный процесс

При полувлажном процессе жидкое цементное тесто осушается в фильтре-прессе. Как правило, современные системы фильтрации производят фильтровальные лепешки с остаточной влажностью 16-21 %. В прошлом фильтровальные лепешки проходили дальнейшую обработку в экструдерах, чтобы сформировать гранулы, которые передавались в подогреватель и обжигались.

На современных цементных заводах, шламовая фильтрация применяется только там, где сырье имеет очень высокую естественную влажность (например, мел).

Осадок, получаемый от пресс-фильтра, сохраняется в бункере прежде, чем подается к горячим дробилкам или сушилкам, где производится сухая сырьевая мука, которая подается к современному подогревателю или к печи для предварительного обжига.

С сушилками/дробилками, действующими параллельно с печью (составная операция), эти системы обеспечиваются топливом за счет утилизации отходов, полностью используя печные газы и более прохладный отработанный воздух.

Мокрый процесс

Печи мокрого процесса – самый старый вид барабанной печи, применяющейся для производства клинкера. Мокрое вещество, (жидкое цементное тесто) чаще всего содержащее 28 - 43 % воды, подается в сырьевую мельницу. Смешивание партии и гомогенизация проходит в специальных шламовых бункерах или шламовых бассейнах, куда подается сжатый воздух, и жидкий раствор непрерывно размешивается.

Жидкий раствор накачивается в барабанную печь, где вода должна испарится в зоне высыхания у входного отверстия печи. Зона высыхания разработана с цепями и пересечениями, чтобы облегчить теплообмен между веществами, поступающими в печь и газами, выделяющимися в результате сгорания топлива. Пройдя зону сушки, сырье перемещается вниз в печь, где обжигается и образует клинкер в зоне спекания.

В современных мокрых печах жидкое цементное тесто подается к сушилке для пульпы, где вода испаряется из сырьевой смеси, поступающей в печь подогревателя или непосредственно в печь для предварительного обжига. Современные мокрые печи имеют намного более низкое потребление тепла, чем обычные мокрые печи.