Проектирование цементных заводов. П.В. Зозуля

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
Под редакцией
канд. техн. наук Зозули П. В.
и канд. техн. наук Никифорова Ю. В.
Настоящее издание является учебным пособием по курсовому и дипломному проектированию и предназначено для
студентов V курса и студентов-дипломантов, обучающихся по специальности 2508 «Химическая технология силикатных
и тугоплавких неметаллических материалов», специализации «Технология цемента».
Пособие содержит технические и технологические данные, необходимые при проектировании цементных заводов.
Приводятся сведения об основном и вспомогательном отечественном и зарубежном оборудовании для цементного производства, методы расчета, примеры технологических схем и проектных решений цементных заводов мокрого и сухого
способов производства. Рассматриваются принципы организации и функционирования системы автоматизированного
проектирования цементных заводов (САПР — цемент), а также особенности разработки и ввода в действие автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Большое внимание уделено обеспыливанию отходящих газов и аспирационного воздуха, а также вопросам экологии.
Учебное пособие подготовлено коллективом авторов: преподавателями Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) и сотрудниками института «Гипроцемент». Авторы выражают благодарность сотрудникам института «Гипроцемент» (С.-Петербург) за ценные указания и помощь при подготовке рукописи.
РАЗВИТИЕ И СОСТОЯНИЕ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ
Цементная промышленность России до недавнего времени развивалась по единому плану развития отрасли бывшего
СССР.
Отечественная цементная промышленность практически начала создаваться после окончания Великой Отечественной
войны. Необходимость восстановления народного хозяйства потребовала организации многотоннажного производства
цемента в короткие сроки. Темпы прироста производства цемента за 1946—1950 гг. составили 40,6 %. Цементные заводы бывшего СССР восстанавливались и строились при использовании мокрого способа производства, т. к. в послевоенные годы технология сухого способа производства цемента еще только зарождалась. Основными печными агрегатами
были вращающиеся печи размерами 3,6X150 и 4,0X150 м производительностью 550—600 т. кл./сут. За короткие сроки
эти печи были установлены на таких заводах как Белгородский, Коркинский, Карагандинский, Себряковский, «Пролетарий», «Октябрь», Ангарский, Николаевский, «Пунане Кунда», Карадагский, Чимкентский и др.
В середине 50-х годов была разработана печь мокрого способа производства 4,5X170 м производительностью 1200 т.
кл./сут. Эта печь стала основным технологическим агрегатом при строительстве новых и расширении действующих производств. Были расширены производства на Белгородском, Коркинском, Пикалевском, Себряковском и Чернореченском
заводах, а также построены новые заводы — Ульяновский, Ахангаранский и др.
В качестве более высокопроизводительных агрегатов мокрого способа производства клинкера были разработаны вращающиеся печи 5X185 и 5,6X185 м производительностью, соответственно, 1730 и 1820 тонн клинкера в сутки. В 1972 г.
на Балаклейском цементном заводе (Украина) была установлена самая большая печь мокрого способа производства
7X230 м производительностью 3000 тонн клинкера в сутки. Вращающиеся печи, а также другое технологическое и комплектующее оборудование, производились на заводах «Сибтяжмаш» (Красноярск), «Уралмаш» (Екатеринбург) и затем
— на производственном объединении «Волгоцеммаш» (Тольятти).
Наряду с вводом нового высокопроизводительного оборудования проводилась реконструкция и модернизация малопроизводительных печей (в основном, путем увеличения их диаметра), что позволило улучшить показатели их работы.
Всего в цементной промышленности было модернизировано около 200 печей, что дало значительный экономический
эффект. Одновременно проводился демонтаж малопроизводительного оборудования. В настоящее время шахтные печи
работают только на Подгоренском заводе (6 печей), использующем в качестве сырья натуральные мергели. Выведены из
эксплуатации старые производства Катав-Ивановского и Невьяновского заводов, а также полностью Ленинградский цементный завод.
Развитие сухого способа производства клинкера в России началось с реконструкции Спасского завода, на котором четыре вращающиеся печи 3,6X52,0 м и одна печь 3,6X59 м реконструированы путем установки запечных теплообменников. Производительность печей возросла до 23—25 т/ч, резко снизился расход топлива.
Далее, были разработаны и установлены печи размером 4,0X60 м с запечными теплообменными устройствами на
Сланцевском (2 печи) и на Катав-Ивановском (4 печи) цементных заводах. На Липецком цементном заводе была установлена печь 5,0X75,0 м с системой запечных теплообменных устройств, производительностью 75 тонн клинкера в час.
Однако доля сухого способа производства цемента в СССР составляла все еще менее 10%.
Положение несколько улучшилось после разработки и пуска в эксплуатацию технологических линий сухого способа
производства с печами размерами 7,0/6,4X95 м и запечной системой циклонных теплообменников. Эти технологические
линии построены с учетом опыта проектирования и эксплуатации заводов сухого способа производства зарубежных
фирм.
Были запроектированы и построены современные системы гомогенизации с 2-ярусными силосами, усреднительными
складами сырьевых материалов, разработаны системы автоматизации технологического процесса.
Линии сухого способа производства клинкера построены на Спасском (2 вращающиеся печи), Карагандинском (Казахстан, 2 вращающиеся печи), Резинском (Молдова, 1 вращающаяся печь) и Навоийском (Узбекистан, 3 вращающиеся печи) цементных заводах.
Практика эксплуатации печей 7,0/6,4X95 м с циклонными теплообменниками показала, что они имеют резерв производительности. За исключением печей Карагандинского завода, эти печи обеспечивают проектные показатели (125 т/ч).
Однако эти печи характеризуются невысоким коэффициентом использования, который фактически составляет 0,60—
0,81, что ниже проектных показателей (0,90). Низкое значение коэффициента использования большинства печей
1
7,0/6,4X95 м на протяжении всего периода их эксплуатации объясняется длительными простоями по разным причинам, в
частности, большими затратами времени на футеровку (30 %) на капитальный ремонт (9,7 %), и прочими причинами
(60,3 %).
В 1986 г. на Криворожском цементном заводе была введена в эксплуатацию печь сухого способа производства 4,5X80
м с запечной системой циклонных теплообменников и декарбонизатором фирмы «Онода» (Япония). Производительность такой печи составляет 122—125 т кл./ч.
Технологические линии с печью 4,5X80 м с циклонными теплообменниками и декарбонизатором стали, как правило,
основным решением при реконструкции и строительстве новых цементных заводов. Технологическая линия с такой печью была установлена при коренной реконструкции Невьянского цементного завода мокрого способа производства. При
выводе всех трех действующих печей мокрого способа производства (были выведены из эксплуатации 2 печи 3,6—3,0—
3,6X74 м и 1 печь 3,6X70 м) была установлена одна печь 4,5X80 м с запечной системой циклонных теплообменников и
реактором-декарбонизатором. Аналогичные линии запроектированы для строительства Усть-Борзинского (Читинская
обл.) и Ново-Белорусского заводов (г. Костюковичи, Белоруссия).
Намечена реконструкция Красноярского завода с установкой печи сухого способа при выводе из эксплуатации всех
печей мокрого способа.
В целях отработки технологии полумокрого способа производства цемента на Себряковском заводе была запроектирована и построена экспериментальная технологическая линия с подготовкой сырьевого шлама по мокрому способу и последующей его фильтрацией с целью снижения влажности и расхода тепла. Здесь была пущена в эксплуатацию вращающаяся печь 5,0X125 м, оборудованная двухступенчатым циклонным теплообменником и сушилкой-дробилкой, в которую направляется полученный на камерных прессфильтрах кек с влажностью 19—20 %.
В настоящее время в России работает 53 цементных заводах с полным технологическим циклом и одна помольная
установка. Объем производства цемента заводами России в 1991 г. составил 77,3 млн. т. В составе цементных заводов
233 вращающихся печи, в том числе 5 печей оборудованных конвейерными кальцинаторами и 20 печей с запечными
циклонными теплообменниками.
Наряду с ростом производства цемента произошли большие изменения в ассортименте и качестве продукции. В 20—
30-е годы в основном выпускался портландцемент, имеющий общеотраслевое значение. Его производство развивалось
наиболее высокими темпами. Этот вид цемента и сейчас занимает основное место в ассортименте продукции.
На основе портландцемента разработан и выпускается широкий спектр цементов с учетом особенностей эксплуатации
строительных конструкций и сооружений. Так, выпускается быстротвердеющий портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, портландцемент для асбестоцементных изделий, сульфатостойкий портландцемент, напрягающий и дорожный портландцемента и другие виды этого вяжущего.
Шлакопортландцемент ранее выпускался в ограниченном количестве на технологических линиях при металлургических заводах. Однако необходимость увеличения производства цемента, разработка технологии использования основных
и, особенно, кислых доменных шлаков позволили расширить объем производства шлакопортландцемента. Так, в настоящее время доля производства шлакопортландцемента составляет 24—26 % от общего количества производимого цемента. По уровню производства этого эффективного вида цемента наша страна занимает одно из первых мест в мире.
Проведение научно-исследовательских работ по использованию в составе цементов активных минеральных добавок
позволило создать новый класс цементов — пуццолановый портландцемент. Этот вид вяжущего цементные заводы
начали выпускать с 1930 г. В 1991 г. его выпуск составил 1,5 % от общего объема производства цемента.
Развитие нефтяной и газовой промышленности потребовало разработки и производства специального вяжущего —
тампонажного цемента. Специфические условия службы обусловили необходимость придания новому вяжущему материалу особых свойств. В первую очередь — это высокая начальная прочность цемента при высоком водоцементном отношении.
Данные об ассортименте и качестве выпускаемой продукции России за 1990—1991 гг. приведены в табл. 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1.
Соотношение объемов продукции, отгруженной цементными заводами России за 1990-1991 г.г.
Вид продукции
Доля к общему объему
1990 г.
1991 г.
72,4
75,5
Портландцемент и его разновидности, в том числе
тампонажный цемент
Шлакопортландцемент и его разновидности
Пуццолановый портландцемент
Глиноземистый цемент
Прочие виды цементов
Всего
28,5
168
0,2
0,1
100,0
21,4
165
1,5
0,1
100,0
Таблица 1.2.
Марочный состав (%) и средняя марка основных видов цемента в 1991 г.
Наименование цемента
Портландцемент и его разновидности, в том числе тампонажный цемент
Шлакопортландцемент и его
разновидности
Пуццолановый портландцемент
300
Марка цемента
400
500
550
600
Средняя марка
431,1
1,3
67,5
27,8
2,8
0,4
37,6
61,7
0,6
-
-
362,9
31,6
68,4
-
-
-
368,4
2
Глиноземистый цемент
Прочие виды цементов
Всего
11,1
49,1
78,6
66,1
50,9
20,0
20,4
0,8
2,1
0,6
0,3
450,9
422,4
412,6
За последние 10—15 лет были разработаны и освоен выпуск новых видов цементов, обеспечивающих требования промышленности. В эти годы было также расширено производство сульфатостойкого цемента для гидротехнических и подземных сооружений, работающих в агрессивных средах; высокомарочного портландцемента; разновидностей тампонажного портландцемента, расширяющегося портландцемента; декоративного; особобыстротвердеющего портландцемента
для производства сборных железобетонных изделий, пластифицированных цементов и ряда других.
В последнее время освоено производство бездобавочного портландцемента марок «550» и «600», а также шлакопортландцемента марки «500». Сегодня отечественная цементная промышленность выпускает более 40 видов цементов, что
позволяет удовлетворять требования самых различных отраслей народного хозяйства.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРА ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Проектирование в системе подготовки инженера в области химической технологии вяжущих веществ по специальности 2508 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов» реализуется в два этапа. Первый этап
включает выполнение, как правило, на 8 и 9 семестрах курсового проекта, базирующегося на курсах «Технология вяжущих материалов» и «Оборудование и основы проектирования цементных заводов». Второй этап — дипломное проектирование — является заключительной квалификационной работой в системе подготовки инженера-химика-технолога и
выполняется на 10 семестре для 5-летней формы обучения и на 11 семестре для 5,5-летней формы обучения. Настоящее
учебное пособие является методическим и справочным пособием для студентов, выполняющих как курсовой проект, так
и дипломный проект цементных заводов и отдельных их переделов.
2.2. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Курсовой проект — самостоятельная учебная работа, выполняемая студентами под руководством преподавателей, состоящая из графической части и расчетно-пояснительной записки, служащая для закрепления теоретических знаний,
формирования умений применять знания для решения прикладных задач, подготовки к выполнению, дипломного проекта и самостоятельной профессиональной деятельности.
В качестве тем курсовых проектов, студентам предлагается выполнение проектов цементных заводов, отражающих как
современное состояние цементной промышленности (опыт эксплуатации действующих цементных заводов различных
лет строительства), так и новые, перспективные проектно-технологические решения заводов сухого способа производства. Задания на курсовое проектирование заводов не привязываются к конкретным географическим месторождениям
сырья и промышленным площадкам. Курсовые проекты цементных заводов того или иного типа (в соответствии с заданиями) могут выполняться бригадой студентов, как правило из 4-х человек, каждый из которых проектирует свой передел производства. Проект завода включает, таким образом, проекты четырех переделов производства, связанных между
собой общим планом производственных корпусов и единой технологической схемой. Такими переделами производства,
проектируемыми студентом единолично являются: сырьевой цех, цех обжига клинкера и подготовки топлива, цех помола клинкера и сушки добавок, отделение отгрузки и упаковки цемента. Индивидуальное выполнение студентами проектов отдельных цехов цементного завода без их взаимосвязи нерационально, поскольку любой из таких цехов не имеет
завершенного производства и тесно взаимосвязан с другими цехами общими материалами, транспортными развязками,
приемными устройствами, складами и т. д.
Варианты проектируемых цементных заводов могут быть, например, следующие:
1) завод сухого способа производства с печами 4X60 м с циклонными теплообменниками и использованием тепла отходящих газов;
2) завод сухого способа производства с печами 6,9X95 м, оборудованными циклонными теплообменниками и декарбонизаторами сырьевой смеси;
3) завод сухого способа производства с печами 4,5X80 м, оборудованными циклонными теплообменниками и декарбонизаторами сырьевой смеси;
4) завод комбинированного способа производства с печами 4,5X170 м;
5) в отдельных случаях возможно проектирование заводов мокрого способа производства с печами 4,5X170 м, 5X185
м, 5,6X185 м, 7X230 м.
Наряду с различными типами цементных заводов варьируется количество технологических линий (1, 2, 3, 4 или 5), а
также исходные данные для проектирования каждого из переделов производства.
Так, например, исходные данные для проектирования сырьевых отделений цементных заводов включают различные
виды сырьевых материалов (известняк, мел, глина, глинистый сланец, отходы промышленности, корректирующие добавки и т. д.), разное соотношение сырьевых компонентов, а также особые условия добычи и доставки сырья на завод.
Исходные данные для проектирования цеха обжига включают влажность и потери при прокаливании сырьевой смеси
(шлама), различные виды топлива, его калорийность, а также способы его доставки на завод.
Исходные данные для проектирования цеха помола клинкера и сушки добавок включают различный ассортимент выпускаемой продукции и объем выпуска продукции каждого вида (в процентах), вид, влажность, условия доставки гидравлической добавки. Исходные данные для проектирования цеха отгрузки и упаковки цемента включают различное
соотношение (в процентах), отгружаемого железнодорожным, автомобильным транспортом и упаковываемого в мешки.
Производительность завода по клинкеру и цементу не задается, а рассчитывается студентом, исходя из паспортной
производительности печи, количества технологических линий, вида применяемого сырья и ассортимента выпускаемой
продукции.
Задание на курсовой проект должно включать наименование вуза, факультета, кафедры, номер курса, группы, фами3
лию студента, дату выдачи задания, тему проекта, план аналитического обзора, перечень требуемых инженерных расчетов и расчетов, выполняемых на ЭВМ, состав и объем графической части проекта, список основной рекомендуемой литературы и срок представления проекта к защите. Задание подписывается руководителем курсового проекта.
Курсовой проект выполняется студентом в течение времени, отведенного для этого по учебному плану соответствующей дисциплины.
Для работы над курсовыми проектами (работами) учебным отделом института должны быть выделены часы в учебном
расписании в соответствии с учебным планом.
Курсовое проектирование рекомендуется проводить в проектных залах (кабинетах) с предоставлением оборудованного
рабочего места и возможности пользования необходимыми справочными и типовыми проектными материалами. Кафедра, ведущая курсовое проектирование, должна обеспечить студентов методическими разработками в виде методических
указаний к курсовым проектам и работам. Перед началом выполнения курсового проекта (работы) студент должен разработать и согласовать с руководителем календарный график работы с указанием очередности и сроков выполнения отдельных этапов.
Для планомерного руководства курсовым проектом (работой) преподаватель — руководитель курсового проектирования составляет график консультаций с учетом учебного расписания студента из расчета времени, отведенного на руководство курсовым проектированием, но не реже 1 раза в неделю. Явка студента на консультацию по курсовому проекту
(работе) является обязательной.
Перед началом курсового проектирования лектором, читающим соответствующий теоретический курс, проводится
вводная лекция (или семинар), в которой разъясняются требования, предъявляемые к проекту (работе) по его составу,
содержанию, оформлению и срокам защиты.
Работу над курсовым проектом (работой) студент начинает с изучения литературы: учебников, специальной литературы и журнальных статей. Проведение данной работы позволяет автору проекта определить направление рационального
решения поставленных задач.
При работе над курсовым проектом рекомендуется иметь рабочую тетрадь, в которой производятся все записи, относящиеся к проекту. В нее заносятся все материалы, черновые расчеты, названия книг и статей. В эту же тетрадь вносят
все замечания и задания руководителя. Сбор материала к курсовому проекту и выполнение отдельных его разделов может входить, по указанию руководителя, в индивидуальное задание по общеинженерной или технологической практике.
2.2.1. Состав и содержание курсового проекта
Курсовой проект состоит из графической части и пояснительной записки. Вместо графической части может быть выполнен объемный макет цеха (участка, аппарата и др.). Графическая часть и пояснительная записка должны быть взаимоувязаны.
Графическая часть проекта состоит из чертежей формата А1 (594X841 мм) и включает технологическую схему завода
(комбината) в целом, выполненную, как правило, с применением автоматизированного черчения (общий лист на бригаду), бригадой студентов на основании всех индивидуальных заданий, план производственных корпусов в масштабе 1:800
завода в целом, также выполненный бригадой студентов с учетом всех индивидуальных заданий (общий лист на бригаду) и 4—5 листов формата А1 разрезов, назначенных руководителем в соответствии с планом производственных корпусов — по 1 листу на каждого члена бригады. Масштаб разрезов, как правило, составляет 1:400—1:200.
Пояснительная записка к курсовому проекту должна включать следующие разделы: титульный лист, задание на проектирование, содержание, введение, аналитический обзор, технологическую часть, инженерные расчеты, выводы по проекту, приложения, список использованной литературы.
Во введении формулируются основные задачи отрасли и дается общая характеристика проектируемого объекта в соответствии с полученным заданием.
Аналитический обзор содержит анализ современного состояния техники и технологии производства в отрасли, относящейся к проектируемому объекту (как по отечественным, так и по зарубежным данным). Аналитический обзор (реферат) по сырьевому цеху цементного завода включает:
I. Отделение дробления сырьевых компонентов:
1. обзор существующих схем дробления (количество стадий дробления, открытый и замкнутый циклы и т. д.);
2. типы дробильных установок и их характеристику;
а) оборудование для измельчения мягкого сырья;
б) оборудование для измельчения твердого сырья;
в) оборудование для измельчения сырья с одновременной сушкой;
3. оборудование для транспортирования сырья;
4. дозирование сырьевых компонентов.
II. Склады сырьевых компонентов:
1. приемные устройства, механизм разгрузки;
2. базисные, расходные и усреднительные склады, загрузка и разгрузка складов, нормы запаса материалов.
III. Отделение сырьевых мельниц:
1. обзор технологических схем приготовления сырьевой смеси при сухом и мокром способах производства;
2. типы сырьевых мельниц для сухого и мокрого способов производства.
IV. Приготовление сырьевой смеси заданного состава:
1. обзор способов приготовления сырьевой смеси при сухом и мокром способах производства.
2. порционное и поточное приготовление сырьевой смеси.
V. Автоматизация процесса дробления и помола сырья и автоматизированная система управления приготовлением сырьевой смеси заданного состава.
Аналитический обзор (реферат) по цеху обжига клинкера включает:
1. Характеристику различных типов печей цементной промышленности для сухого и мокрого способа производства.
2. Характеристику теплообменных устройств вращающихся печей (внутрипечные и запечные тегоюобменные устрой4
ства).
3. Схемы и характеристику декарбонизаторов сырьевой смеси.
4. Существующие типы холодильников вращающихся печей.
5. Методы обеспыливания и утилизации пыли вращающихся печей.
6. Технологические схемы и оборудование для подготовки топлива (твердого, жидкого, газообразного).
7. Использование воздуха холодильника для сушки угля в мельнице.
8. Схемы утилизации тепла отходящих газов печей для сушки сырьевых смесей.
9. Оборудование для дозирования и транспорта шлама, сырьевой муки и клинкера, учет производительности печей.
10. Автоматизацию вращающихся печей и автоматизированные системы управления процессом обжига. Аналитический обзор (реферат) по цеху помола клинкера включает:
1. Виды цемента и их состав.
2. Клинкер и вопросы его размалываемое. Влияние минералогического состава цементного клинкера на размалываемость. Условия кристаллизации и свойства клинкера.
3. Добавки, вводимые при помоле, их характеристика. Интенсификация процесса помола.
4. Технологический процесс подготовки, помола и транспорта цементных шихт (технология отдельных участков производства и характеристика оборудования).
1) Отделение помола. Мельницы и их сравнительная характеристика.
2) Дозирование материалов и дозирующие устройства.
3) Аспирация помольных агрегатов.
4) Сравнительная оценка работы мельниц по открытому и замкнутому циклу. Сепараторы.
5) Существующие схемы помола. Их оценка.
6) Общая характеристика транспортного оборудования: а) транспорт кусковых материалов.
7) Характеристика клинкерных складов.
8) Автоматизация цементных мельниц и автоматизированная система управления помолом цемента.
Аналитический обзор (реферат) по отделению отгрузки и упаковки цемента включает:
1. Нормы хранения цемента на заводе и их обоснование.
2. Виды транспорта цемента в силосы.
3. Конструкции силосов, способы аэрирования и разгрузки.
4. Технологические схемы упаковочных отделений.
5. Виды оборудования упаковочного отделения.
6. Охладители цемента и их характеристика.
7. Способы перевозки цемента. Виды транспортных машин. Их основные характеристики.
8. Обоснование и выбор технологической схемы цеха в соответствии с заданием.
Технологическая часть пояснительной записки к курсовому проекту содержит технологическую схему, вычерченную
на кальке или миллиметровке формата А1 — А2 ..., обоснование выбранной схемы и ее подробное описание.
Инженерные расчеты по курсовому проекту включают материальные расчеты, расчеты и выбор основного и вспомогательного оборудования, сводный перечень оборудования с указанием марки и основных технических характеристик,
расчеты процессов технологии, теплотехнические расчеты, механические расчеты и др. Перечень требуемых инженерных расчетов по цехам цементного завода (комбината) приводится ниже.
Расчетная часть к проекту сырьевого цеха включает:
I. Отделение дробления сырьевых компонентов.
1) Режим работы и требуемая производительность отделения.
2) Материальный баланс.
3) Подбор и расчет количества оборудования (дробилки, грохоты, транспортеры, насосы и т. д.).
4) Расчет процесса Дробления с одновременной подсушкой (тепловой баланс).
5) Расчет бункеров, складов, емкостей.
6) Подбор обеспыливающих устройств.
7) Расчет пневмотранспорта или гидротранспорта сырьевой смеси.
II. Отделение сырьевых мельниц.
1) Режим работы и производительность отделения.
2) Материальный баланс отделения.
3) Выбор и расчет количества оборудования (мельниц, питателей и т. д.)
4) Расчет помольно-сушильных агрегатов (тепловой баланс).
5) Подбор и расчет обеспыливающих устройств. Расчетная часть к проекту цеха обжига клинкера включает:
1. Режим работы и производительность цеха обжига.
2. Материальный баланс цеха обжига.
3. Тепловой баланс печи по укрупненным показателям.
4. Подбор и расчет основного оборудования отделения топливоподготовки:
а) расчет производительности угольной мельницы;
б) расчет процесса сушки при использовании в качестве теплоносителя воздуха холодильника; сушильной производительности мельниц;
в) расчет и выбор аспирационных систем. Расчетная часть к проекту цеха помола клинкера включает:
1. Материальный баланс отделения сушки и помола.
2. Расчет производительности мельниц (поверочный).
3. Тепловой баланс сушильных агрегатов по укрупненным показателям.
4. Подбор вспомогательного оборудования (питателей, транспортирующих устройств, сепараторов).
5. Подбор и расчет аспирационных устройств.
5
6. Расчет и подбор вентиляторов и дымососов.
7. Расчет систем пневмотранспорта цемента. Расчетная часть к проекту отделения отгрузки и упаковки цемента включает:
1. Расчет количества цемента, поступающего в силосы, с учетом его ассортимента.
2. Определение емкости силосов, их количества и размеров/
3. Расчет количества воздуха для аэрации силоса.
4. Определение количества упаковочных машин.
5. Расчет и подбор обеспыливающих агрегатов и аспирационных систем.
6. Расчет систем транспорта цемента.
Применение элементов системы автоматизированного проектирования (САПР) при выполнении курсового проекта
осуществляется по линии использования ЭВМ для инженерных расчетов, использования автоматизированного черчения
и выбора технологических решений в системе САПР — цемент (см. раздел 5).
Программы для ЭВМ, использованные в курсовом проекте, должны быть приведены в приложении к пояснительной
записке.
2.2.2. Оформление и защита курсового проекта
Оформление пояснительной записки к курсовому проекту выполняется в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), ГОСТ 2.105—79 и ГОСТ 2.106—68.
Титульный лист курсового проекта включает название института, факультета, кафедры, номер курса, группы, фамилию
и инициалы студента и руководителя и их личные подписи, тему проекта и год защиты.
Пояснительная записка к курсовому проекту выполняется рукописным способом аккуратно и разборчиво, стилистически и орфографически грамотно, на одной стороне листа.
Пояснительная записка курсового проекта разбивается на разделы, подразделы и пункты, которые нумеруются арабскими цифрами. Нумерация страниц должна быть сквозной. Номера страниц не проставляются на титульном листе, задании, содержании.
Термины и обозначения, используемые в тексте, должны соответствовать существующим стандартам, а при их отсутствии — принятым в научно-технической литературе.
Все поясняющие текст или расчеты положения (цифровой материал, уравнения и др.), заимствованные из литературы,
должны иметь соответствующие ссылки на источники.
Графическое оформление чертежей курсового проекта должно соответствовать требованиям стандартов ЕСКД и Системы проектной документации для строительства. Чертежи курсового проекта подписываются студентом и преподавателем — руководителем проекта.
Защита курсового проекта производится на заседании специальной комиссии из 2—3-х человек, созданной заведующим кафедрой. В каждую комиссию должен входить один ведущий профессор (доцент) кафедры и преподаватель —
руководитель курсового проектирования. График защиты курсовых проектов составляется ответственным за курсовое
проектирование и утверждается заведующим кафедрой.
Защита носит публичный характер и состоит из короткого (8—Ю минут) доклада студента и ответов на вопросы членов комиссии и присутствующих на защите приглашенных преподавателей, аспирантов, сотрудников кафедры и студентов.
2.3.ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Дипломное проектирование в системе подготовки инженера по специальности 2508 — по специализациям в области
химической технологии вяжущих материалов, является заключительным этапом обучения студентов в вузе и имеет целью систематизацию и применение теоретических знаний для решения поставленной научно-технической задачи, развитие навыков самостоятельной инженерной работы, а также получение собственного научно-прикладного результата. Дипломное проектирование может выполняться в форме дипломного проекта, дипломной работы или дипломной работыпроекта.
Дипломный проект представляет собой самостоятельную законченную инженерную разработку технологического процесса, обеспечивающего выпуск товарной продукции в объеме завода (цеха, участка), или конструкции отдельных технологических агрегатов.
Дипломная работа представляет собой законченное научное исследование по решению одного из этапов отраслевой
проблемы или конкретной задачи, имеющих самостоятельное научное, практическое или учебно-методическое значение.
Дипломная работа — проект представляет собой законченное научное исследование, в котором решение конкретной
научно-технической задачи сопровождается ее инженерной проработкой, например, в виде технологической схемы процесса и компоновки технологического оборудования, разработки и расчета отдельных технологических процессов, аппаратов и др.
Тематика дипломного проектирования должна быть актуальной, увязанной с проблемными вопросами развития промышленности в России, должна соответствовать основным научным направлениям, разрабатываемым в данном вузе,
выполняться по заданиям промышленности (быть реальной).
Такими актуальными проблемными вопросами для цементной промышленности страны являются, например, следующие:
1. Разработка и проектирование новых мощных технологических линий сухого способа производства цемента (производительностью свыше 5000 тонн клинкера в сутки) с применением запечных теплообменных устройств и декарбонизаторов.
2. Разработка и проектирование новых технологических линий по производству цемента на основе перспективных
энергосберегающих технологий.
3. Разработка и проектирование технологических линий по переводу заводов мокрого способа производства на сухой.
4. Разработка и проектирование технологических линий по производству цемента комбинированным способом с установкой фильтров шлама.
6
5. Реконструкция действующих цементных заводов с установкой новых типов технологического оборудования, позволяющего увеличить выпуск цемента и снизить тепло- и энергозатраты на его производство.
6. Разработка и проектирование цементных заводов, базирующихся на использовании техногенных продуктов смежных отраслей промышленности — шламов глиноземного производства, зол и шлаков тепловых электростанций, отходов
от обогащения минерального сырья, металлургических шлаков и др.
7. Проектирование технологических линий и помольных установок по производству многокомпонентных малоклинкерных цементов.
8. Разработка и проектирование новых технологических агрегатов для производства портландцементного клинкера при
минимальном расходе органического топлива, а также при использовании других видов энергии, прежде всего электроэнергии.
При разработке тематики дипломных проектов следует обеспечить их преемственность тематике курсовых проектов и
курсовых работ по основным научным и инженерным дисциплинам вуза, тематике НИРС выпускающей кафедры, тематике индивидуальных заданий на производственную практику.
Тематика дипломного проектирования может быть комплексной и предусматривать выполнение проектов несколькими
студентами по смежным темам, объединенным общей проблемой.
Закрепление за студентами тем дипломных проектов по представлению кафедры утверждается приказом ректора института.
Задание на дипломный проект должно включать наименование вуза, факультета, кафедры, фамилию и инициалы студента, дату выдачи задания, наименование темы проекта, цель и краткое содержание проекта, разделы и объем работы,
выполняемой с использованием ЭВМ, срок представления к защите, фамилии и инициалы руководителей и консультантов по специальным разделам проекта.
Задание подписывается руководителем и студентом и утверждается заведующим профилирующей кафедрой.
Исходя из опыта работы вузов основные варианты заданий на дипломное проектирование базируются, в отличие от
курсового проектирования, на необходимости проектирования не отдельных переделов производства, а заводов в целом.
Вторым отличием является проектирование заводов применительно к конкретному заданному месторождению сырья и
промплощадке. Основные типы заданий при этом следующие:
1. Строительство нового завода на новой площадке и на новом месторождении сырья.
2. Строительство нового завода на новой площадке на уже разрабатываемом месторождении сырья (доразведанном)
близ действующего завода с частичным использованием существующих инженерных сооружений. Как правило, к названию проектируемого завода в этом случае добавляется слово «Ново-» (Ново-Спасский, Ново-Михайловский и т. д.).
Обычно в этом случае предусматривается строительство завода на новой площадке по сухому способу производства,
тогда как действующий завод работает по мокрому.
3. Расширение действующего завода с установкой однотипного с имеющимся оборудованием (в первую очередь — печей) с сохранением существующего способа производства.
4. Расширение действующего завода с установкой оборудования нового типа при сохранении существующего способа
производства (например, установка технологической линии с печью 6,9X95 м на заводе с технологическими линиями с
печами 4X60 мит. д.).
5. Расширение действующего завода мокрого способа производства путем установки печного агрегата сухого способа
производства на существующей промплощадке.
6. Реконструкция (модернизация) основного технологического оборудования с увеличением мощности завода при сохранении существующего способа производства.
7. Перевод завода мокрого способа производства на сухой с соответствующей реконструкцией печных агрегатов.
8. Перевод завода мокрого способа производства на комбинированный с установкой фильтров шлама.
Дипломный проект состоит из графической части и пояснительной записки (ПЗ). Вместо графической части может
быть выполнен трехразмерный макет завода (цеха, участка, аппарата).
Графическая часть проектов состоит из 6—8 листов чертежей формата А1 по ГОСТ 2.301—68, включает технологическую схему и компоновочные чертежи: генеральный план завода, план производственных корпусов, основные планы и
разрезы цехов, а также чертеж — схему автоматизации и управления технологическим процессом и таблицу основных
технико-экономических показателей проектируемого объекта. При проектировании отдельных цехов или участков выполняется часть генерального плана всего завода. Чертежи технологических схем и генеральные планы вычерчиваются с помощью автоматизированного черчения (на графопостроителях). Наряду с компоновочными чертежами допускается выполнять чертежи основных технологических агрегатов в тех случаях, когда применяется оригинальная (не выпускаемая серийно) аппаратура и оборудование.
Технологическая схема завода представляется в виде безмасштабной схемы в плоскостном или аксонометрическом
изображении. Генеральный план завода выполняется в масштабе 1:2000. В отдельных случаях генеральный план может
быть заменен ситуационным планом. Основным технологическим чертежом дипломного проекта является план производственных корпусов цементного завода (масштаб 1:800). По плану производственных корпусов назначаются чертежи
технологических разрезов (масштаб 1:200, 1:400), и при необходимости, планы отдельных технологических переделов
цементного производства.
Пояснительная записка к дипломному проекту включает следующие разделы:
1. Содержание.
2. Введение.
3. Аналитический обзор.
4. Раздел «Выбор и технико-экономическое обоснование места строительства проектируемого объекта».
5. Раздел «Патентный поиск».
6. Раздел «Технологическая часть».
7. Раздел «Строительная часть».
7
8. Раздел «Автоматизация и автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП)».
9. Раздел «Стандартизация».
10. Раздел «Охрана труда и окружающей среды».
11. Раздел «Гражданская оборона».
12. Раздел «Экономическая оценка проектных решений».
13. Выводы по проекту.
14. Список использованной литературы.
15. Виды и объем работ, выполненных с использованием ЭВМ и элементов САПР.
16. Приложения.
Во введении должна быть обоснована необходимость проектирования данного производственного объекта с учетом
основных задач, стоящих перед цементной промышленностью, и тенденции ее развития; принятая в проекте производственная мощность и выбранный аналог для сравнения технико-экономических показателей.
Аналитический обзор содержит характеристику и анализ современного уровня цементной промышленности применительно к проектируемому объекту (например, состояние и перспективы развития сухого способа производства, основные
производственные переделы сухого способа, новые типы вращающихся печей сухого способа, состояние и перспективы
перевода мокрого способа производства на сухой, новые технологические схемы приготовления сырьевых смесей, схемы
размола цемента и т. п.). Результатом аналитического обзора должно быть обоснование выбора принципиальной технологической схемы производства цемента в соответствии с заданием на дипломное проектирование.
Раздел «Выбор и технико-экономическое обоснование места строительства проектируемого объекта» выполняется при
проектировании новых производств путем сравнения возможных вариантов размещения проектируемого объекта и экономико-географической характеристики выбранного места строительства.
При реконструкции действующего производства вместо сравнения возможных вариантов дается краткое техникоэкономическое обоснование возможности реконструкции объекта и ожидаемых преимуществ реконструкции по сравнению с новым строительством в условиях конкретного предприятия.
Экономическая целесообразность строительства или расширения цементного завода определяется, исходя из баланса
производства цемента цементными заводами в данном экономическом районе по всем видомаркам и его потребления
строительными организациями с учетом ближайшей перспективы развития данного района, а также более отдаленной
перспективы на ближайшие 10—15 лет. Техническая возможность строительства базируется на наличии разведанной
сырьевой базы по определенной категории запасов сырья, наличия источников снабжения топливом, электроэнергией,
водоснабжения: подъездных железнодорожных путей, наличия конкретной промплощадки для строительства завода и т.
д. Очевидно, что, как правило, получение по первоисточникам таких исходных данных для технико-экономического
обоснования строительства (расширения) недоступно студенту в отведенный для проектирования период и должно быть
заменено получением их в соответствующих отделах отраслевых проектных институтов (отделах техникоэкономических обоснований, горном, генпланов и др.), или в технических отделах реконструируемых заводов в период
практики.
Раздел «Патентный поиск» содержит сведения о патентном поиске, проведенном лично студентом или подразделением, в котором дипломант выполняет проект (кафедра, лаборатория, КБ, проектный институт, завод, НИИ и др.), по выявлению аналогов и прототипов разрабатываемого технологического процесса.
В этом разделе приводится анализ выявленных при поиске технических решений и сравнение их с объектом, который
является предметом дипломного проекта. Сравнение проводится по технической сущности, а также по техническим и
экономическим показателям (если таковые имеются). Делается вывод об уровне разрабатываемой темы. Даются предложения об использовании в дипломном проекте технических решений, отобранных в процессе поиска.
Раздел «Технологическая часть» включает технологическую схему проектируемого завода, выполненную на формате
А4, описание приведенной технологической схемы производства и режима работы основных цехов, расчеты портландцементных сырьевых смесей, материального баланса основных цехов и завода в целом в годовом, суточном и часовом
разрезе, тепловых балансов печей и размольно (дробильно) — сушильных агрегатов, поверочные расчеты производительности основных технологических агрегатов, а также расчеты некоторых технологических процессов производства —
аспирации, пневмотранспорта, гидротранспорта. Расчет количества основного технологического оборудования осуществляется исходя из данных материального баланса (суточной потребности) с учетом коэффициента использования
оборудования (Ки) в годовом разрезе.
В этом же разделе приводится сводная таблица запроектированного (выбранного) оборудования и основных его характеристик.
Большинство инженерных расчетов, в соответствии с реальными возможностями вуза, выполняется на ЭВМ или микро-ЭВМ по заранее разработанным программам или программам, составленным студентом. Такими расчетами могут
быть, например, расчеты сырьевых смесей, тепловых балансов, материальных балансов и т. д.
Разработка технологической схемы для некоторых заданий может быть результатом выбора оптимального решения в
диалоге человек — машина при помощи ЭВМ (см. раздел 5).
При работе над технологической частью дипломного проекта наряду с рекомендуемой учебно-методической литературой (учебники, учебные пособия, монографии по отдельным вопросам процессов и оборудования цементных заводов)
дипломант должен пользоваться специальной проектной литературой по проектированию заводов. К такой литературе
относятся «Ведомственные нормы технологического проектирования цементных заводов, ВНТП — 06—91. Концерн
«Цемент», пояснительные записки (технологическая часть) к типовым и реальным проектам цементных заводов.
Основные подразделы «технологической части» дипломного проекта следующие:
1. Графическое изображение технологической схемы проектируемого объекта в масштабе А4.
2. Описание технологической схемы и режима работы основных цехов.
3. Расчеты портландцементных сырьевых смесей.
4. Расчеты материального баланса основных цехов и завода.
8
5. Расчеты тепловых балансов основного теплотехнического оборудования.
6. Тепловой расчет печи (по зонам).
7. Расчет количества основного технологического оборудования.
8. Сводная таблица основного технологического оборудования.
9. Расчеты технологических процессов.
Общий перечень рекомендуемых расчетов по дипломному проекту следующий:
1. Материальный баланс завода (по цехам) в час, сутки, год и сводный баланс.
2. Расчет портландцементных сырьевых смесей.
3. Расчет по гидротранспорту и подбор транспортного оборудования (глины и мела или глино-мелового шлама с карьера, нефелинового шлама, сырьевого шлама к питателям печи и др.).
4. Расчет пневмотранспорта и подбор транспортного оборудования (цемента в силосы; пыли, уловленной электрофильтрами в систему возврата, сырьевой муки в силосы).
5. Расчеты аспирации и подбор аспирационного оборудования (цементных и сырьевых мельниц, сушильных барабанов,
транспортного оборудования и мест пересыпки, дробильного оборудования, цементных силосов).
6. Расчет количества воздуха (для пневмоперемешивания шлама, для аэрации цемента в силосах и на выгрузке, для гомогенизации сырьевой муки).
7. Расчет усреднительных складов.
8. Проверочные расчеты производительности оборудования (дробилок I стадии, дробилок II стадии, цементных и сырьевых мельниц, прочего оборудования).
9. Расчет (подбор) транспортного оборудования (ленточных транспортеров, пластинчатых транспортеров, аэрожелобов, шнеков, элеваторов).
10. Определение установочной мощности приводов основного технологического оборудования.
П. Расчет необходимого количества смесительных силосов.
12. Расчет и подбор вспомогательного оборудования (штабелей, бункеров, течек и др.).
13. Тепловой баланс печи на 1 кг клинкера и определение удельных показаний работы печной установки.
14. Тепловой баланс теплообменных устройств (циклонных теплообменников, шахтно-циклонных теплообменников и
др.).
15. Тепловой баланс колосникового холодильника: а) со сбросом в атмосферу;
0) с использованием тепла отходящих газов для сушки топлива.
16. Тепловой баланс сушильных барабанов и других агрегатов для сушки сырья и добавок.
17. Тепловой баланс декарбонизаторов сырьевой муки.
18. Расчет системы приготовления сухой сырьевой смеси в мельнице с одновременной сушкой теплом отходящих газов
от вращающихся печей с циклонными теплообменниками.
19. Расчет системы пылеуглеподготовки с использованием тепла отходящих газов из колосникового холодильника.
Раздел «Строительная часть» включает:
- характеристику выбранного участка (климатическую, гидрогеологическую и др.);
- обоснование принятого компоновочного решения генерального плана (зонирование территории, блокирование зданий
и др.);
- обоснование принятых транспортных путей (внешних и внутризаводских);
- обоснование принятого типа и этажности зданий;
- выбор высот зданий и помещений в зависимости от внутризаводского транспорта;
- определение коэффициента застройки и использования участка;
- обоснование и описание принятых конструктивных решений и выбранных материалов (для каркасов, стен, полов и
т.д.);
- определение кубатуры зданий;
- расчет и компоновку помещений бытового обслуживания по категориям. Раздел «Автоматизация и АСУ ТП» включает:
- текстовые и графические материалы по автоматическому контролю и управлению основным технологическим объектом, содержащие анализ технологического процесса как объекта автоматического контроля и управления;
- функциональную схему;
- спецификацию измерительной аппаратуры и элементов автоматики;
- сведения о получении необходимой информации, отражающей фактическое состояние объекта;
- анализ получаемой информации;
- целесообразный вид воздействий на процесс;
- обоснование технической реализации автоматической системы контроля или управления.
Раздел «Стандартизация» должен содержать сведения об использовании нормативно-технической документации
(ГОСТ, ОСТ, ТУ), сведения о технических требованиях к сырью, готовой продукции, методам контроля, метрологическому обеспечению технологического процесса, а также схему организации контроля качества. Данный раздел должен
отражать современные отраслевые требования к повышению эффективности производства и качества продукции. Раздел
«Охрана труда и окружающей среды» включает:
- обоснование выбранного способа производства с точки зрения обеспечения безопасности труда и охраны окружающей среды;
- характеристику сырья, полупродуктов и готовой продукции с точки зрения токсичности и пожаровзрывоопасности;
- определение категории производства и выбор производственных помещений, площадей, производственного оборудования, способы транспортировки и хранения веществ;
- обоснование и выбор методов очистки сточных вод и газовых выбросов и использования отходов;
- выбор средств защиты работающих;
9
- описание мероприятий по профилактике профзаболеваний и производственного травматизма;
- индивидуальное задание студенту (расчет рассеивания выбросов, определение необходимой степени очистки сточных
вод или газовых выбросов, расчет пожаровзрывоопасных характеристик веществ и т. п.).
В разделе «Гражданская оборона» (ГО) приводятся сведения об учете требований гражданской обороны во всех основных частях проектируемого объекта. Возможна также разработка отдельных вопросов гражданской обороны в качестве
одного из разделов проекта.
В разделе рекомендуется осветить следующие вопросы:
- организацию защиты рабочих и служащих от поражающих факторов современного оружия (создание защитных сооружений для укрытия рабочих, план эвакуации рабочих и членов их семей);
- мероприятия по повышению надежности работы предприятий в военное время (мероприятия по повышению устойчивости зданий и сооружений; создание пунктов специальной обработки людей, одежды, обуви, техники);
- организацию ГО на проектируемых предприятиях (организационная структура ГО, план проведения спасательных и
аварийно-восстановительных работ). Раздел «Экономическая оценка проектных решений» включает:
- технико-экономические решения по организации производства на проектируемом объекте;
- технико-экономическую оценку принятых в проекте технологических и технических решений путем расчета капитальных вложений в строительство проектируемого объекта, численности работающих, производительности труда, фонда заработной платы, проектной себестоимости, прибыли и рентабельности, срока окупаемости капитальных вложений,
сравнения проектных показателей с показателями выбранного аналога, определение годового экономического эффекта,
который может быть получен при вводе в действие проектируемого объекта.
В «Выводах по проекту» отражаются основные особенности и преимущества принятых в проекте технических, технологических, строительных и организационно-экономических решений и изменение важнейших технико-экономических
показателей по сравнению с аналогичным предприятием отрасли.
Применение электронно-вычислительной техники и систем автоматизированного проектирования (САПР) при выполнении дипломного проекта (работы) (см. раздел 5).
Применение вычислительной техники обязательно при выполнении дипломного проекта (работы). Тип ЭВМ, применяемый при дипломном проектировании, определяется руководителем дипломного проекта (работы).
При проведении дипломного проектирования необходимо стремиться к внедрению элементов САПР.
Дипломный проект (или его часть) должен быть выполнен с использованием автоматизации графической части. К защите в этом случае представляется чертеж, выполненный автоматизированным методом с использованием ЭВМ и соответствующих периферийных устройств (кодировка графической информации и графопостроителя).
Во всех случаях использования ЭВМ в пояснительной записке наряду с результатами расчетов должен быть указан тип
используемой ЭВМ, общее использованное машинное время, стоимость машинного времени. Программы для ЭВМ, разработанные в результате выполнения дипломного проекта (работы), должны быть приведены в приложении к пояснительной записке.
По специальным частям дипломного проекта (работы) — экономической, охране труда и окружающей среды, строительной части, гражданской обороне, графическому оформлению (нормо-контроль чертежей) — назначаются консультанты.
В случае необходимости могут быть привлечены консультанты и по другим частям проекта — теплотехнической, автоматизации, патентоведению, стандартизации, САПР.
Оформление пояснительной записки к дипломному проекту выполняется в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
Титульный лист дипломного проекта включает наименование министерства, института, название кафедры, тему, инициалы, фамилии, ученые звания и степени, личные подписи заведующего кафедрой, руководителя, соруководителя, консультантов, дипломанта и год защиты (приложение № 2).
Пояснительная записка к дипломному проекту может быть написана от руки или отпечатана на пишущей машинке.
Объем не должен превышать 100 страниц машинописного текста.
Графическое оформление чертежей проекта должно соответствовать требованиям стандартов ЕСКД и Системы проектной документации для строительства (СПДС, ГОСТ 21).
Все чертежи дипломного проекта должны быть подписаны студентом-дипломантом, руководителем проекта, а также
консультантами кафедр инженерного проектирования и основ промышленного строительства.
Список использованной литературы должен быть оформлен в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1-84 «Библиографическое описание произведений печати».
Законченный дипломный проект (работа), подписанный на титульном листе студентом, руководителем и консультантами, представляется заведующему кафедрой для предварительной защиты, которая проводится, как правило, не позднее, чем за семь дней до заседания Государственной экзаменационной комиссии (ГЭК). Предварительная защита проводится на заседании комиссии в составе руководителя проекта (работы) и одного-двух преподавателей кафедры.
Одобренный проект (работа) представляется на подпись заведующему кафедрой и отправляется на рецензирование.
Рецензия на дипломный проект должна содержать:
- квалификационную оценку дипломного проекта, т. е. соответствие его уровня квалификации инженера-химикатехнолога по специальности 2508;
- оценку значимости проекта для соответствующей отрасли промышленности.
Кроме того, отмечая положительные и отрицательные стороны проекта, рецензия должна отражать следующее:
- актуальность темы проекта;
- оценку принятых в проекте инженерных и конструктивных решений, применения новой техники и технологии, использования новых методов проектирования (расчета) и использования ЭВМ;
- полноту и достоверность технико-экономических обоснований, экономической оценки принятых проектных решений;
10
- тщательность разработки чертежей, грамотность и лаконичность пояснительной записки;
- оценку полноты и качества библиографического оформления использованной литературы.
В заключение дается оценка дипломного проекта по четырехбалльной системе («отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно») и делается вывод о возможности присвоения автору квалификации инженера.
Отзыв руководителя должен содержать:
- краткую общую оценку дипломного проекта с перечнем основных оригинальных решений студента;
- оценку деятельности студента в период выполнения им проекта;
- оценку дипломного проекта по четырехбалльной системе;
- вывод о возможности присвоения автору квалификации инженера-химика-технолога по специальности 25.08.
Защита дипломных проектов (работ) производится на заседаниях Государственных экзаменационных комиссий.
2.4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ
1. Чертежи к проекту (рабочему проекту) выполняются на листах форматом А1 (594X841 мм).
2. По периметру формата на расстоянии 5 мм от обреза листа обводится рамка.
3. В правом нижнем углу форматного листа вычерчивается штамп (форма I ГОСТ 21.103—78).
4. В графах указывается:
Графа 1 — Наименование работы (дипломный, курсовой проект);
Графа 2 — Наименование предприятия;
Графа 3 — Наименование объекта;
Графа 4 — Наименование изображения, в точном соответствии с наименованием, указанным над изображением на поле чертежа;
Графа 5 — Условное обозначение стадии проектирования; П — проект, РП — рабочий проект ТЭО — техникоэкономическое обоснование ТЭР — технико-экономический расчет
Графа 6 — Порядковый номер листа в комплекте;
Графа 7 — Количество листов в комплекте;
Графа 8 — Наименование организации (учебного заведения), в котором разработан проект; Графа 9—12 — Должности,
фамилии, подписи ответственных лиц, дата подписания.
5. Спецификацию (перечни оборудования, зданий, сооружений, объектов схем и т. д.) рекомендуется выполнять по
форме
Спецификация может располагаться на поле чертежа произвольно.
6. Нанесение размеров на чертежах производится по ГОСТ 2.307—68 с учетом требований ГОСТ 21.105—79.
6.1. Размерную линию на ее пересечении с выносными линиями, линиями контура печи, осевыми ограничивают засечками в виде линий длиной 2—4 мм, проводимых с наклоном вправо под углом 45° к размерной линии, при этом размерные линии должны выступать за крайние выносные линии на 1—3 мм.
6.2. Отметки уровней (высоты, глубины от отсчетного уровня) указывают в метрах с тремя десятичными знаками.
На разрезах отметки выше (0,00) показываются без знака, ниже со знаком «—».
На планах отметки наносят в прямоугольнике и указывают со знаком-f- или —, выше или ниже 0,00 соответственно.
7. На чертежах генплана и транспорта отметки обозначают в соответствии с ГОСТ 21.108—78.
8. Основную надпись чертежа выполняют по ГОСТ 21.103—/о.
9. Разрезам зданий или сооружений присваивают общую последовательную нумерацию арабскими цифрами.
Ю. В названиях планов зданий или сооружений указывается отметка чистого пола этажа, номер этажа или обозначение
секущей плоскости.
В названиях разрезов, сечений и видов указывают обозначение соответствующей секущей плоскости на плане.
11. Условные обозначения зданий, сооружений и конструкций по ГОСТ 21.107—78.
12. Условные обозначения на чертежах генплана и транспорта по ГОСТ 21.108—78.
Текстовые материалы выполняются на формате А4 (210X297) свободным текстом с полями для сшивки (не менее 25
мм) и свободным полем с правой стороны (20 мм). Нумерация страниц производится на верхнем поле страницы по порядку, начиная с титульного листа. Обложка не нумеруется. Содержание начинается со 2 стр.
На титульном листе размещается полное наименование учебного заведения, название (номер) кафедры.
Ниже располагается полное наименование проекта.
Подписи исполнителя, должности лиц, проверивших материалы проекта, и др. сведения, а также порядок их расположения устанавливаются учебным заведением.
3
ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
3.1. СХЕМА РАЗВИТИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ ОТРАСЛИ
Комплекс работ, относящихся к проектной документации для строительства нового, реконструкции или модернизации
действующего цементного завода, начиная с предпроектного периода и кончая утверждением проекта, можно разделить
на несколько связанных друг с другом этапов:
1. Разработка перспективного плана развития и размещения отрасли.
2. Технико-экономическое обоснование строительства или технико-экономические расчеты.
3. Проект или рабочий проект.
Схема развития и размещения отрасли является предплановым документом, предназначенным для определения научно
обоснованных направлений развития и путей совершенствования размещения отрасли.
Ее разработка производится на основе и взаимоувязке с Генеральной схемой размещения производительных сил страны, а также со схемой развития и размещения строительства.
В «Схеме» определяются:
- темпы развития отрасли;
11
- пункты размещения, мощность предприятий;
- технологические схемы производства;
- экономическая целесообразность реконструкции, технического перевооружения и дальнейшая эксплуатация действующих заводов;
- баланс производства и потребления цемента;
- направление и объемы перевозок;
- потребность в капитальных вложениях, материальных и людских ресурсах.
Материалы «Схемы» после ее утверждения являются базой для подготовки проектов перспективных планов развития
отрасли, а также для составления перечней вновь строящихся и намечаемых к расширению, реконструкции или модернизации предприятий, включаемых в план капитального строительства и планов проектно-изыскательских работ.
«Схема» разрабатывается, как правило, не менее чем на 15 лет.
Каждые 5 лет она уточняется с учетом данных на новое пятилетие.
Одним из ключевых вопросов «Схемы...» является разработка баланса производства и потребления цемента в стране.
Потребность в цементе на перспективу рассчитывается на основе прогнозных показателей общих объемов строительно-монтажных работ в экономических районах, прогнозных показателей отраслевой структуры строительства в целом по
стране и валового расхода цемента на единицу сметной стоимости строительно-монтажных работ, осуществляемых за
счет всех источников финансирования.
Вторым, не менее важным вопросом является определение необходимости и возможности наращивания производства
цемента в перспективном периоде.
Основой для определения возможностей наращивания производственных мощностей является сырьевая база, наличие
и размещение ее на территории страны.
Существенное влияние на размещение отрасли оказывает возможность использования для производства цемента побочных продуктов и отходов других отраслей народного хозяйства, в частности нефелиновых (белитовых) шламов глиноземного производства, гранулированных доменных шлаков металлургической промышленности, зол и шлаков тепловых электростанций.
Использование таких продуктов значительно увеличивает сырьевые ресурсы и одновременно способствует повышению эффективности цементного производства.
При определении места строительства нового завода необходимо учитывать особенность цементного производства, которая заключается в сочетании добывающей и перерабатывающей отраслей промышленности в одном предприятии, так
если добывающая промышленность тяготеет к месторождениям сырья, то перерабатывающая стремится ближе к потребителям. Значительное количество разнообразных вариантов прироста мощности при большом разнообразии природных, экономических и транспортных условий делает задачу чрезвычайно сложной. Для решения такой сложной задачи
используются экономико-математические методы и ЭВМ, позволяющие находить оптимальный вариант развития и размещения промышленности на перспективу из большого количества предположений и ограничений.
Задачей комплексного оптимального плана развития и размещения цементной промышленности является полное удовлетворение рассчитанной потребности в цементе при минимальных суммарных затратах на его производство и транспортировку до потребителей. С учетом развивающихся рыночных отношений вопросы расширения и размещения производства цемента решаются местными органами управления с учетом потребности в этом строительном материале и возможностями организации его производства.
3.2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА (ТЭО). ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ (ТЭР)
В соответствии с положением для всех проектируемых предприятий, зданий и сооружений разрабатываются техникоэкономические обоснования (ТЭО) или технико-экономические расчеты (ТЭР).
Все предприятия подразделены в зависимости от их значимости на три основных вида:
- на особо крупные и сложные, имеющие государственное значение;
- крупные и сложные;
- другие объекты.
Технико-экономическое обоснование или технико-экономический расчет является первичным предплановым и предпроектным документом, обосновывающим необходимость и экономическую целесообразность строительства нового или
реконструкцию действующего предприятия.
При этом внимание должно быть обращено на такие важные аспекты, как обоснование проектной мощности и ассортимента продукции.
Состав и содержание ТЭР отличается от ТЭО тем, что выбор площадки под строительство осуществляется с минимальным объемом инженерно-изыскательских работ для определения возможности ее использования. Выбор и согласование площадки производится при разработке проекта.
Состав и содержание ТЭО и ТЭР
Технико-экономическое обоснование или технико-экономические расчеты должны состоять из следующих разделов:
- исходные данные и положения;
- мощность, номенклатура продукции, специализация и кооперирование предприятия;
- обеспечение предприятия сырьем, материалами, полуфабрикатами, энергией, топливом, водой и трудовыми ресурсами;
- основные технологические решения, состав предприятия, организация производства и управления;
- выбор района, пункта, площадки для строительства и их характеристика;
- основные строительные решения, организация строительства;
- охрана окружающей среды;
- расчетная стоимость строительства;
- экономика строительства и производства. Основные технико-экономические показатели;
12
— выводы и предложения.
ТЭО (ТЭР) разрабатываются, как правило, за два-три года до начала строительства. Год начала разработки материалов
зависит от нормативных сроков строительства, чем больше срок проектирования и строительства объекта, тем больше
разрыв между ТЭО и началом строительных работ.
Если с момента утверждения ТЭО до начала разработки проекта пройдет два-три года, в ТЭО должны быть внесены
изменения или уточнения, произошедшие в этот период. Внесение изменений в ранее утвержденное ТЭО требует его
нового согласования и утверждения. В случаях, когда внесения изменений не требуется, должно быть дано подтверждение этого соответствующими министерствами и ведомствами России.
Необходимые для разработки ТЭО или ТЭР исходные данные группируются по разделам, соответствующим частям
ТЭО: общей, генплану и транспорту, технологической, строительной, санитарно-технической, энергетической и экономической.
Состав исходных данных зависит от сложности объекта проектирования: строительство нового, расширение или реконструкция действующего предприятия.
Исходные данные проектная организация получает вместе с заданием на разработку ТЭО (ТЭР), Однако большая их
часть должна быть получена в процессе выбора площадки для строительства или при обследовании действующего предприятия.
Выбор площадки для строительства нового завода — важный этап предпроектных работ.
Общие требования к выбору площадки сводятся к следующему. Необходимо, чтобы условия строительства и эксплуатации объекта позволяли осуществить строительство с наименьшими затратами, а также обеспечивали при эксплуатации
высокие технико-экономические показатели. При этом необходима увязка намечаемого строительства с перспективой
развития отрасли и района; близостью разведанной сырьевой базы, использованию местных строительных материалов,
возможностью кооперирования предприятия с другими организациями, а также возможностью привлечения местной
рабочей силы как на период строительства, так и для эксплуатации объекта.
При выборе площадки для строительства должно быть обращено внимание также на геологические особенности площадки; транспортные условия строительства и эксплуатации завода, энергоснабжение завода, а также условия размещения жилого поселка.
Материалы, связанные с выбором площадки для строительства согласовываются с органами государственного надзора.
В случае разработки ТЭО (ТЭР) реконструкции, модернизации или расширения действующего завода производится его
обследование. Целью обследования является выявление и анализ производственных, материальных, финансовых и людских ресурсов завода, а также получение исходных данных.
Обследованию на месте предшествует подготовительная работа в проектной организации, которая включает:
- подбор чертежей ранее выпущенных проектов;
- предварительный укрупненный расчет основных параметров завода после реконструкции;
- размер необходимой территории;
- потребность в воде и электроэнергии;
- объем грузооборота;
- количество сточных вод.
В соответствии с утвержденными указаниями о порядке разработки и утверждения технико-экономических обоснований (ТЭО) в материалах обследования приводятся следующие основные данные и технико-экономические показатели:
1. Наименование и местонахождение предприятия.
2. Вид строительства (новое, расширение, реконструкция, техническое перевооружение), очередь.
3. Мощность по выпуску продукции: в стоимостном выражении, млн. руб.; в натуральном выражении, млн. т.
4. Общая численность работающих, человек.
5. Производительность труда, тыс. руб.
6. Расчетная стоимость строительства, млн. руб., в том числе строительно-монтажные работы, млн. рублей.
7. Намечаемый срок строительства, лет.
8. Срок окупаемости капитальных вложений, лет.
9- Годовая потребность предприятия в сырье и материалах, в электроэнергии (млн. кВт*ч;) в тепловой энергии со стороны (млн. Г/кал;) в топливе (уголь, газ, нефтепродукты) тыс. т.; в воде (тыс. куб. м) и внешнем транспорте для доставки
и отгрузки (тыс. т.)
Кроме того в ТЭО (ТЭР) приводятся данные, характеризующие технико-экономические показатели качества разработки. Базовые значения этих показателей для проведения расчетов указываются в задании на разработку ТЭО (ТЭР).
3.3. ПРОЕКТ И РАБОЧИЙ ПРОЕКТ. ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ
Основным документом, регламентирующим состав, порядок разработки, согласования и утверждения проектносметной документации на новое строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий, зданий и сооружений для всех отраслей и видов строительства является СНиП 1.02.01—85, введенный
в действие с 1 января 1986 г.
Проектирование является важнейшим этапом, в ходе которого закладываются основы для успешной работы будущего
предприятия или его подразделений.
Обоснование необходимости строительства, расширения или реконструкции цементного завода выявляется при разработке предпроектных стадий — технико-экономического обоснования (ТЭО) или технико-экономических расчетов
(ТЭР), в результате которых определяется комплекс технико-экономических показателей будущего предприятия. Инженерное воплощение этих показателей в форме пояснительных записок, расчетов, чертежей и смет реализуется в составе
проектов, рабочих проектов и рабочей документации на строительство.
Разработка проекта осуществляется на основе задания на проектирование, утверждаемого Заказчиком.
В настоящее время принято двухстадийное проектирование для крупных предприятий, например, при проектировании
цементного завода.
13
Последовательными стадиями проектирования являются «Проект» и «Рабочая документация».
Для строительства и реконструкции отдельных переделов, цехов, зданий и сооружений, как правило, достаточно одной
стадии проектирования «Рабочего проекта».
В состав рабочего проекта и проекта на новое строительство, расширение и реконструкцию действующих заводов, цехов, переделов самостоятельными разделами входят:
1. Общая пояснительная записка.
2. Генеральный план и транспорт.
3. Технологические решения.
4. Научная организация труда. Управление предприятием.
5. Строительные решения.
6. Организация строительства.
7. Охрана окружающей среды.
8. Жилищно-гражданское строительство.
9. Сметная документация.
10. Паспорт проекта (рабочего проекта).
11. Рабочая документация.
Рабочий проект на техническое перевооружение заводов, цехов, переделов должен состоять из следующих разделов:
1. Общая пояснительная записка.
2. Сметная документация.
3 Рабочая документация.
Состав, содержание и оформление основных разделов проекта (рабочего проекта) регламентируются СНиП 1.02.01—
85, отраслевыми нормативными документами или эталонами.
4. ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
4.1. ЗАВОДЫ, РАБОТАЮЩИЕ ПО МОКРОМУ СПОСОБУ ПРОИЗВОДСТВА
Запроектированные и построенные в последнее время заводы мокрого способа обеспечивают переработку любого,
пригодного по химическому составу сырья независимо от его влажности, при этом с учетом вида применяемого топлива
и особенностями сырья возможен выбор различных схем переработки. Наиболее характерными сочетаниями являются:
- высоковлажное сырье (мел, глина), топливо — газ, мазут;
- влажное сырье (известняк, глина), топливо — газ, мазут;
- сухое твердое сырье (известняк, сланец), топливо — газ, уголь.
При переработке в шлам высоковлажного (обычно мелового) сырья в настоящее время используются в основном мельницы мокрого самоизмельчения (ММС) типа «Гидрофол» со специально встроенной в выходной цапфе мельницы
стержневой камерой. В этой камере производится доизмельчение неразмолотых в барабане мельницы крупных включений. Характерной особенностью таких технологических схем измельчения является отсутствие дробильного отделения,
в котором сырье после добычи проходило бы стадию предварительного измельчения в дробилках. Нет также в этих схемах складов мела и глины, расположенных на промплощадке, т. к. запасы сырьевых материалов, необходимые для обеспечения непрерывной и стабильной работы обжиговых агрегатов, хранятся в виде шлама. При этом целесообразно производить доизмельчение грубомолотого шлама сразу же после выхода его из мельниц «Гидрофол».
Применение мельниц «Гидрофол» также целесообразно при использовании закарстованных известняков.
Переработка более твердого, чем мел, сырья (известняк, сланцы, мергели) производится по технологическим схемам с
использованием различных видов дробильного оборудования (конусных, щековых, молотковых и других типов дробилок) и в трубных мельницах. Для создания буферных емкостей, обеспечивающих сглаживание неравномерностей в поставке сырья с карьеров, сооружаются склады различных типов (грейферные, силосные, шатровые и т.п.)
Стабильность или наоборот пестрота химического состава сырья предопределяют систему корректирования и гомогенизации шлама, необходимость сооружения в дополнение к горизонтальным еще и вертикальных шламбассейнов.
С целью обеспечения возможности поэтапного строительства, и дальнейшего расширения завода его необходимо проектировать так, чтобы можно было последовательно запускать в производство одну технологическую линию за другой.
4.2 ЗАВОДЫ, РАБОТАЮЩИЕ ПО СУХОМУ СПОСОБУ ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время подавляющее большинство цементных заводов сухого способа сооружается с применением различных типов циклонных теплообменников и реакторов-декарбонизаторов. Следует отметить, что развитие технологии обжига с применением декарбонизаторов в сочетании с системами байпасирования-отвода (минуя запечные теплообменники) части отходящих от печи газов, позволяет использовать для сухого способа производства сырьевые материалы с
большим количеством вредных примесей, чем при традиционном аппаратурном оформлении обжигового агрегата сухого
способа.
Байпасирование газов зачастую позволяет так же повысить качество клинкера, так как значительную часть вредных
примесей, присутствующих в сырьевой смеси, можно вывести из процесса.
Переработка сырьевых материалов в сырьевую муку обычно производится путем помола и одновременной сушки
дробленых сырьевых материалов в следующих помольных агрегатах:
- мельницах самоизмельчения типа «Аэрофол» с домолом материала в трубных мельницах (обрабатывается сырье повышенной влажности или трудноразмалываемое с кремнистыми включениями),
- вертикальных тарельчато-роликовых мельницах со встроенными сепараторами (влажное сырье, сырье содержащее не
более 3,04-5,0% кремнистых включений).
- шаровых и трубных мельницах различных типов (сырье с влажностью не более 10-М2%)
- прессвалковых измельчителях и дробилках-сушилках для предварительной подготовки материалов непосредственно
перед помолом.
Для стабилизации химического состава сырьевых материалов, поступающих на помол сооружаются усреднителные
14
склады различных типов и конфигураций. Гомогенизация и хранение сырьевой муки производится в силосах, которые
могут быть двух- или одноярусными с различными системами пневмоперемешивания, непрерывного действия или порционного.
4.3 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ ЗАВОДЫ
Основной тенденцией технического развития цементной промышленности России на период до 2000 года будет модернизация производства за счет внедрения сухого способа и уменьшения доли мокрого способа. Эту тенденцию подтверждает также опыт мировой цементной промышленности по внедрению печных систем с реакторамидекарбонизаторами различных типов, которыми оснащаются новые, расширяемые и реконструируемые цементные заводы.
Доля выпуска цемента по сухому способу составляет в Японии, Испании и Германии — 100% Италии — 96%, США —
более 60%, в странах Европы 75-4-97%.
В ближайшее десятилетие трудно ожидать появления каких-либо принципиально новых способов обжига клинкера.
Дальнейшее развитие получит существующая технология с применением декарбонизаторов с максимальной степенью
декарбонизации материала, что позволит уменьшить геометрические размеры вращающихся печей, сочетаемых с декарбонизаторами, а также понизить содержание закиси азота в отходящих от печного агрегата газах.
Будет иметь место также увеличение единичных мощностей основного технологического оборудования и интенсификация систем дробления, гомогенизации и помола.
Однако не следует ожидать применения печных агрегатов производительностью более 5000-4-6000 т/с, т. к. чрезмерная
концентрация производства цемента на одном предприятии может привести к увеличению дальности перевозок цемента
и не позволит оперативно удовлетворять меняющиеся требования к ассортименту, кроме того простой такого агрегата
будет приводить к большим потерям клинкера.
Необходимость рационального использования и всемерной экономии топливно-энергетических ресурсов указывает на
то, что назрела объективная необходимость коренной реконструкции отечественной цементной промышленности на основе обновления основных производственных фондов с использованием энергосберегающих технологий и вывода из
эксплуатации морально и физически изношенного оборудования.
При этом внедрение энергосберегающих технологий предполагается осуществлять по следующим основным направлениям:
- реконструкция действующих заводов мокрого способа производства путем перевода их на сухой способ,
- строительство новых автоматизированных технологических линий сухого способа мощностью 3000-4-5000 т/с с запечными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами,
- модернизация действующих вращающихся печей сухого способа производства путем оснащения их усовершенствованными теплообменными системами с декарбонизаторами и средствами автоматизации,
- реконструкция (при соответствующем технико-экономическом обосновании) действующих заводов мокрого способа
с переводом их на полусухой (комбинированный) способ.
- внедрение каталитических, малоэнергоемких технологий (производство сульфатированных клинкеров, использование
кристаллизационных компонентов и др.)
- вывод из эксплуатации устаревших изношенных цементных заводов, отдельных производств и технологических линий.
Проектные проработки по различным цементным заводам показали что перевод с мокрого способа производства на сухой наиболее целесообразен и эффективен при использовании сырья невысокой влажности, когда получаемая из него
сырьевая смесь имеет естественную влажность 6-4-10%, и сушка его может быть осуществлена только за счет тепла газов, выходящих из обжиговых агрегатов. В этих случаях удельный расход условного топлива, будет находиться в пределах 115-4-135 кг/т клинкера или на 35-4-45% меньше, чем при мокром способе. Такой перевод (реконструкция) может
осуществляться в следующих вариантах:
- первоначальное строительство на имеющейся свободной площади новой мощной линии сухого способа, а в дальнейшем проведение последовательной реконструкции действующих технологических линий с переводом их на сухой способ и частичный или полный вывод из эксплуатации старых неэкономичных и изношенных производств. Этот метод
перевода позволяет не снижать производственную мощность предприятия на период его реконструкции;
- в тех случаях, когда на территории действующего цементного завода мокрого способа нет свободной площади для
размещения новой линии, перевод его на сухой способ целесообразно осуществлять путем последовательной реконструкции, в заданном объеме, действующих технологических линий с соответствующим снижением производительности
завода на период реконструкции;
- в некоторых случаях могут оказаться экономически целесообразными варианты, предусматривающие реконструкцию
печей с установкой двух-, либо четырехступенчатых циклонных теплообменников без реакторов-декарбонизаторов или с
частичной декарбонизацией сырьевой смеси.
Прямой перевод на сухой способ производства является наиболее эффективным не только с точки зрения интенсификации производства и экономии топливно-энергетических ресурсов, но и как обеспечивающий, примерно, на 60-f-70%
обновление основного технологического оборудования, что позволяет существенно продлить срок эксплуатации завода.
Перевод заводов на полусухой способ производства с применением механического обезвоживания шлама в мощных
пресс-фильтра» может применяться, лишь в случаях использования высоковлажного исходного сырья и при хорошей
фильтруемости шлама, обеспечивающей влажность продукта фильтрации («коржа») не более 19 Ч-20%.
5
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
5.1 ЦЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)
Широкое внедрение автоматизации в процесс проектирования связано не только с прогрессом непосредственно вычислительной техники, хотя этот прогресс, действительно, впечатляет и намного превосходит темпы повышения количе15
ственных и качественных показателей в остальных фундаментальных отраслях человеческой деятельности. Так, за 20
лет быстродействие и объем оперативной памяти серийных ЭВМ увеличились в 1000 раз при одновременном уменьшении габаритов устройств и повышении уровня их надежности. Принципиально изменяется и организация использования
вычислительной техники в сторону все большего приближения к обмену между человеком и машиной с помощью естественных языков и графических изображений, что расширяет возможности использования ЭВМ в различных сферах интеллектуальной деятельности.
И тем не менее, главные причины все большего внедрения автоматизации в проектирование связаны с изменением
требований, предъявляемых к качеству проектирования. Рассмотрим эти причины.
Постоянно возрастающая интенсификация производства предполагает получение максимального эффекта от вводимых
в сферу производства ресурсов. С точки зрения проектирования это связано, во-первых, с получением точных прогнозов
показателей функционирования различных вариантов проектируемых объектов с учетом всего множества влияющих
факторов и с поиском варианта, обеспечивающего экстремальные значения выбранных критериев. Во-вторых, рациональное использование ресурсов невозможно без их детального учета на всех этапах производства, что приводит к необходимости для реализации проектов разрабатывать детальные спецификации оборудования, изделий и материалов.
Оптимизация проектных решений с использованием многофакторных моделей, а также хранение и оперативная передача данных о десятках тысяч позиций, поставляемых на строящиеся объекты, невозможны без использования современных вычислительных устройств.
Важным фактором, влияющим на эффективность современного производства, является возможность быстрого внедрения в промышленность научных разработок и наиболее прогрессивных агрегатов. При ручном проектировании время
передачи достижений прикладной науки в производство затягивалось из-за необходимости изменения установившихся
проектных стереотипов и корректирования сложного нормативно-справочного хозяйства.
Механизм внедрения при ручном проектировании действует следующим образом. Как правило, через 5—10 лет издаются методики по проектированию заводов определенного технологического профиля (например, цементных заводов) и
каталоги выпускаемого машиностроителями оборудования. По мере появления новых разработок появляются всевозможные дополнения, уточнения, временные указания и так далее. Разобраться в этом потоке слабо организованной информации исключительно сложно, что резко снижает гибкость проектирования.
При использовании САПР все идеи, показавшие свою эффективность, непосредственно вводятся в сферу проектной
деятельности в виде изменения алгоритмов автоматизированных проектных процедур и необходимых корректировок
базы данных оборудования. При этом не нарушается структурная целостность всей системы, а последние достижения в
соответствующей отрасли автоматически заменяют устаревшие концепции. Попутно заметим, что возможность гибкого
и непрерывного изменения алгоритмического и информационного обеспечения САПР является важнейшим показателем
ее качества.
Необходимость автоматизации проектирования обусловливается также социальными факторами. Наличие при ручном
проектировании большого числа рутинных, малоквалифицированных и утомительных операций приводит к снижению
престижности профессии проектировщика и созданию острого кадрового дефицита. К «тяжелым» операциям следует
отнести заполнение ведомостей, спецификаций, смет, выполнение расчетов по заданным методикам, вычерчивание детализирующих схем и чертежей.
Наряду с перечисленными факторами, обусловливающими развитие САПР, можно назвать также следующие, очевидность которых не требует подробного разъяснения:
- повышение производительности труда проектировщиков;
- повышение уровня унификации проектных решений;
- снижение количества проектных ошибок;
- изменение эстетики как самого процесса проектирования, так и проектных документов, что несомненно влияет на ход
последующего строительства.
Прежде чем перейти к рассмотрению состава и функционирования САПР, остановимся на принципах создания автоматизированных систем проектирования. Знание этих принципов специалистами-технологами необходимо потому, что
только высококвалифицированные технологи, вооруженные в требуемом объеме знаниями принципов автоматизации
проектирования, а не математики и программисты должны быть ведущей силой при создании системы.
В качестве главного принципа создания САПР следует назвать принцип комплексного охвата решаемых системой проектных задач. Опыт применения вычислительной техники показал, что, автоматизируя отдельные проектные процедуры,
можно лишь несущественно (до 10 %) охватить общий объем проектных работ. В основном это составление смет, выполнение сложных строительных и незначительного числа технологических расчетов, например, расчет сырьевых цементных смесей. Невозможность более широкого внедрения автоматизации отдельных проектных задач объясняется
тем, что каждая отдельная задача встречается достаточно редко, вследствие чего разработка и поддержание работоспособности каждой автоматизированной процедуры в виде отдельной системы с большим количеством вспомогательных
ресурсов становятся нерентабельными. Только в том случае, когда все задачи объединены в единую систему с непрерывной передачей информации от одной проектной процедуры к другой, с едиными обслуживающими подсистемами,
автоматизированное проектирование сможет решить возложенные на него задачи.
Приведем пример различного подхода к автоматизации отдельной проектной процедуры, а именно, выбора дробильного оборудования. Вначале рассмотрим вариант создания независимой программы.
В цементной промышленности применяются следующие типы дробилок: щековые, роторные, валковые, молотковые,
конусные; методики их расчета существенно различны. Следовательно, необходимо разрабатывать ряд программ по расчету производительности дробилок, каждая из которых требует своей инструкции ввода исходных данных. Причем количество этих данных достаточно велико: здесь и характеристика перерабатываемых материалов, и конструктивные параметры оборудования, и экономические показатели (стоимость оборудования, электроэнергии, эксплуатационных затрат). Результатом работы программы являются данные о производительности оборудования и потребных ресурсах, на
основании которых проектировщик принимает решение. При этом точность произведенных расчетов значительно теряет
16
свою ценность, поскольку данные о технологических свойствах сырья были получены на основании приблизительных
оценок, также приближенно известны возможные колебания свойств сырья и необходимой производительности оборудования. Все это заставляет проектировщика вводить внушительный запас по производительности оборудования на неучтенные обстоятельства, что естественно снижает коэффициент полезного действия этой программы, и, как правило, с
такими программами успешно конкурируют прикидочные расчеты или номограммы, а то и просто опыт и интуиция проектировщика.
В том случае, если приведенная выше расчетная процедура реализована в рамках САПР, ее разработка и использование
производятся по принципиально другой схеме. Во-первых, обязательным элементом САПР является база данных (БД)
оборудования и перерабатываемых материалов. Таким образом, ввод исходных данных для решения конкретной задачи
сокращается, поскольку необходимая информация выбирается из соответствующего раздела базы данных. Во-вторых,
решению задачи выбора оборудования предшествовала статистическая обработка полной информации о перерабатываемом сырье, в результате чего имеются точные данные как о средних значениях характеристик сырья, так и об их колебаниях, что позволяет значительно снизить коэффициент на «непредвиденные обстоятельства». И, наконец, информация о
выбранном оборудовании заносится в базу данных проектируемого объекта, что позволит на дальнейших стадиях проектирования без дополнительного ввода решать такие задачи, как системный анализ всей технологической схемы, выбор
вспомогательного и транспортного оборудования, составление заданий на проектирование смежных частей проекта и
выпуск заказных спецификаций. Как видим, в рамках САПР та же задача становится важным и эффективным элементом
автоматизации процесса проектирования.
Вторым по важности принципом создания САПР является обеспечение гибкости системы. Здесь следует обратить внимание как на возможность безболезненного и достаточно оперативного изменения информационного и алгоритмического обеспечения в соответствии с последними достижениями технологической науки и технических средств, так и на возможность влияния проектировщика на процесс проектирования. Как было показано, САПР предполагает и непрерывность процесса автоматизированного проектирования. Однако зачастую возникают ситуации, когда проектировщику
надо принимать решения, не предусмотренные системой; в этом случае должны быть предоставлены средства ввода полученных проектировщиком решений, с тем чтобы не нарушалось дальнейшее автоматизированное проектирование.
И, наконец, третий принцип — принцип поэтапного проектирования. Система должна обеспечивать возможность разработки проектов с различным уровнем детализации. Этот принцип позволяет выбирать оптимальные решения на всех
стадиях проектирования: выбор места строительства, разработку технологической схемы и выбор основного оборудования с целью определения технико-экономических показателей, и, наконец, полную разработку проекта с выпуском рабочих проектных документов.
5.2. СОСТАВ САПР
Основными компонентами САПР являются: комплекс технических средств, программное обеспечение, информационное обеспечение, методическое обеспечение.
Рассмотрим подробнее основные особенности различных видов обеспечения.
Комплекс технических средств (КТС). КТС САПР строится на базе высокопроизводительных универсальных ЭВМ, доукомплектованных набором устройств, выполняющих функции, специфические для нужд проектирования.
Рациональным режимом автоматизированного проектирования является диалоговый режим, позволяющий оперативно
влиять на ход процесса проектирования, и, вследствие этого, в КТС САПР включают большое количество дисплеевустройств оперативного обмена информацией между человеком и машиной.
Большая часть готовой продукции проектирования представлена в виде чертежей, планов, схем, поэтому среди периферийных устройств КТС широко представлены средства вывода графической информации — графопостроители.
С целью повышения производительности системы и предоставления максимальных удобств проектировщикам создаются автоматизированные рабочие места (АРМ), которые кроме дисплея, графопостроителя и устройства печати включают в свой состав персональные компьютеры, позволяющие на месте, без выхода на центральный процессор, решать
отдельные задачи, и в то же время, иметь связь со всей системой, в частности, использовать информацию из базы данных.
В заключение отметим, что производительность КТС является критерием, определяющим потенциальные возможности
разрабатываемой САПР. Наиболее критичными параметрами в этом плане являются:
- быстродействие процессора, измеряемое количеством элементарных операций, выполняемых в секунду. В настоящее
время ЭВМ, применяемые в качестве базы САПР, должны выполнять более 300 000 операций в секунду:
- объем оперативной памяти, измеряемый в байтах. Один байт — это элемент памяти, позволяющий хранить информацию об одном буквенно-цифровом символе. Объем оперативной памяти САПР должен превышать миллион байт. Для
сравнения от-J метим, что такое число букв содержит книга объемом, примерно; 500 страниц:
- объем памяти внешних запоминающих устройств. Как правило, используются НМД (носители на магнитных дисках)
общей емкостью более 300 миллионов байт.
Программное обеспечение. Процессор ЭВМ выполняет элементарные команды, закодированные в специальном «машинном» коде. Использование этих команд для создания не только больших систем, какими являются САПР, но и достаточно сложных программ настолько трудоемко, что становится делом нереальным. Поэтому любая вычислительная система обладает большим комплексом программных* средств, позволяющих упростить ее использование и рационально
распределять ресурсы ЭВМ.
Программное обеспечение по своему назначению классифицируется следующим образом:
- стандартное программное обеспечение, поставляемое вместе с универсальной ЭВМ; сюда входит операционная система, осуществляющая управление вычислительным процессом и распределение ресурсов между работающими программами, и трансляторы с универсальных языков программирования;
- специальное системное программное обеспечение, то есть программы, выполняющие функции, специфичные для
разрабатываемой системы; при разработках САПР используются компоненты, выполняющие функции управления базой
17
данных, формирования графической информации, формирования табличных документов, интерпретации специальных
проблемных языков;
- проблемное программное обеспечение, то есть программы, непосредственно выполняющие необходимые проектные
процедуры.
Большие системы проблемных программ разбиваются, по различным признакам на более мелкие компоненты, такие
как подсистемы, пакеты прикладных программ (ППП), программные модули. САПР заводов состоит, как правило, из
следующих подсистем:
- технологические проектирование;
- строительное проектирование;
- электротехническое проектирование;
- сантехническое проектирование;
- проектирование КИП и автоматики;
- генплан;
- сметы;
- экономика.
Отметим, что все подсистемы, кроме технологической, являются практически независимыми от профиля проектируемого завода, поэтому в настоящее время формируются подсистемы, которые позволяют решать задачи соответствующих
частей проекта в различных проектных организациях.
Различие в технологических процессах и типах применяемого оборудования не позволяет создать универсальную подсистему технологического проектирования, поэтому такие подсистемы разрабатываются специально для проектирования
заводов с близкой организацией технологических процессов.
В дальнейшем мы будем рассматривать подсистему технологического проектирования системы автоматизированного
проектирования цементных заводов (САПР-ЦЕМЕНТ), разработанную в институте «Гипроцемент».
В состав этой подсистемы входят следующие пакеты прикладных программ (подробно о них — см. п. 3):
ППП СЫРЬЁ (обработка предпроектной информации) ППП БАЛАНС (определение основных параметров завода) ППП
ВЫБОР (выбор основного технологического оборудования) ППП АНАЛИЗ (системный анализ технологических схем)
ППП ТРАНСПОРТ (проектирование транспортных внутризаводских коммуникаций и вспомогательного технологического оборудования)
ППП ЗАДАНИЕ (выпуск спецификаций и заданий на проектирование смежных частей проекта).
Информационное обеспечение. Организация хранения и поиска информации о различных видах оборудования, технологических и конструктивных материалах и изделиях является наиболее трудоемкой операцией при проектировании.
Информационное обеспечение включает в свой состав следующие средства:
1. Систему управления базой данных (СУБД) — это программная система, осуществляющая распределение памяти под
разделы БД, а также операции занесения, поиска и стирания информации.
2. Систему организационных мероприятий, поддерживающих базу данных, куда входят информационные источники, а
также подразделения, ответственные за своевременную корректировку содержимого общесистемных разделов БД.
3. Непосредственно разделы базы данных.
В САПР-Цемент в качестве СУБД используется система СПЕКТР. БД САПР-Цемент содержит следующие основные
разделы: БД. ОСР. ОБОРУД.— общесистемный раздел оборудования, используемого при проектировании цементных
заводов; БД. ОБКТ. ОБОРУД — раздел оборудования, включенного в проект конкретного объекта; БД. ОБКТ. ПОТОК
— раздел технологических потоков объекта.
Раздел БД содержит множество записей, каждая из которых содержит информацию, характеризующую индивидуального представителя. Каждая запись в свою очередь содержит поля данных, включающих однородную информацию. Так
в БД. ОСР. ОБОРУД выделены следующие поля:
- информация, необходимая для выпуска спецификации (наименование оборудования, общесоюзный код оборудования, код завода-изготовителя, масса, стоимость, шифр прейскуранта);
- информация, характеризующая технологическую применимость (шифры технологических свойств и их граничные
значения, например, максимальную крупность кусков, влажность материала, прочность, паспортную часовую производительность);
- информация, характеризующая конструктивные особенности агрегата (шифры параметра и его значения, например,
габаритные размеры, ширина загрузочной щели, объем приемного бункера);
- информация, характеризующая потребные ресурсы (шифр ресурса и его значения, например, расход технической воды, пара, нормы обслуживания);
- информация, характеризующая комплектующее оборудование (код оборудования и его потребное количество). В БД.
ОБКТ. ПОТОК выделены следующие поля:
- идентифицирующая информация (шифр потока, его наименование, код по классификации потоков, годовая потребность в тоннах);
- информация, характеризующая потоки, необходимые для производства данного продукта (шифр потока, его расход в
тоннах на тонну абсолютно сухих материалов);
- информация, характеризующая режим переработки материала (шифры технологических операций, коэффициент неравномерности подачи, число рабочих дней в году, число рабочих часов в день; коэффициент использования оборудования);
- информация, характеризующая технологические свойства материала (шифр параметра, его значение, например,
влажность, прочность, остаток на сите).
Сделаем ряд замечаний по поводу структуры основных разделов БД. Возможны два вида организации хранения информации: позиционный и индентифицируемый. В первом случае назначение той или иной информации определяется ее
местом в массиве с заранее определенной структурой. Во втором случае смысл каждой переменной определяется систе18
мой идентифицируемых параметров, предшествующих значению этой переменной. Естественно, что при позиционном
способе значительно сокращаются затраты памяти и время доступа к этой информации. При идентифицируемом способе
достигается большая гибкость, то есть возможность добавления новых переменных. Ввиду того, что номенклатура оборудования подвергается постоянному изменению и кроме того изменяются методы и нормы проектирования, в САПРЦемент в большинстве случаев используется идентифицируемый способ хранения. Смысл параметра определяется кодом и шифром, где цифровой код определяет тип информации (например, 01 — технологические свойства, 100 — комплектующее оборудование), а шифр, содержащий до 15 символов, определяет конкретный смысл этой информации
(например, ВЛ — влажность, 008 — остаток на сите).
В большинстве случаев для выбора оборудования и определения параметров, характеризующих его работу в конкретной технологической ситуации, недостаточно знаний констант, которые могут быть получены из БД. Так, производительность того или иного агрегата, потребляемая мощность, нормы обслуживания, как правило, зависят от свойств перерабатываемых материалов. Для того, чтобы учесть наличие несложных функциональных зависимостей, в САПР-Цемент
база данных дополнена библиотекой фрагментов (БФ). Фрагмент — это процедура, описывающая на специальном языке
алгоритм расчета одного или нескольких параметров, причем во фрагменте можно использовать информацию из БД.
Обращение к фрагменту осуществляет система при обнаружении в БД ресурса, указывающего номер фрагмента.
Методическое обеспечение. Важное значение при разработке и эксплуатации САПР имеет комплекс документации,
позволяющей специалистам четко представлять возможности и ограничения, заложенные в данную систему. Высокие
требования к документации усугубляются тем фактором, что предполагается непрерывная модификация отдельных составляющих САПР. Отставание сопровождающих документов от текущего состояния системы приводит к серьезным
ошибкам. Именно поэтому в настоящее время методическое обеспечение переносится на машинные носители, что придает ему необходимую гибкость.
Методический материал включает в свой состав следующие виды документов:
- общее описание системы, в которой излагаются принципы построения и описание функционирования системы в целом и взаимодействие различных видов обеспечения;
- описание программного обеспечения, которое содержит алгоритмы вычислительных процессов и структуры программ;
- описание информационного обеспечения;
- инструкция по эксплуатации.
Последний вид документа является основным для проектировщика, работающего с отдельными компонентами САПР.
В нем рассмотрены форматы обращения к программам системы для решения различных проектных задач, а также ситуации, возникающие в процессе решения. Вместе с тем для использования САПР в полном объеме при комплексном проектировании проектировщик должен знать как общее описание системы, так и описание информационного обеспечения.
5.3. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ САПР
На рис. 5.1. представлена укрупненная схема функционирования САПР-Цемент. Рассмотрим отдельные этапы процесса проектирования в режиме автоматизированного проектирования.
Этап 1. Как было сказано ранее, важнейшее требование к САПР — это детальный учет предпроектной информации и
ее использование при принятии проектных решений. Проектированию цементных заводов, а также переходу на новую
сырьевую базу действующих заводов предшествует геологическая разведка предполагаемых месторождений сырья. На
основании этой информации определяются достоверные оценки запасов сырья, распределение его по различным категориям качества, параметры изменчивости технологических свойств и рациональные варианты разработки карьера с учетом возможности шихтовки. На этом этапе в БД. ОБКТ. ПОТОК заносятся характеристики исходных сырьевых потоков.
Этап 2. На основании полученных характеристик сырьевых материалов определяются укрупненные показатели завода:
расходы технологических потоков в годовом исчислении (материальный баланс завода), производительность основных
переделов с учетом режима их работы, объем резервных складов, потребность во вспомогательных материалах и т. д.
Полученная информация используется для предварительного технико-экономического анализа варианта, а также для
более детальной проработки на дальнейших этапах проектирования. Выпускаются задания для проектирования карьера,
внешнего транспорта и технико-экономического обоснования. Информация, характеризующая технологические потоки,
заносится в БД. ОБКТ. ПОТОК.
Э т а п 3. Конкретизация технологической схемы производится на основе системотехнического анализа различных вариантов. Основными исследуемыми параметрами при этом являются показатели надежности схемы и уровни стабилизации показателей качества технологических процессов. Далее на основании требуемой производительности переделов с
учетом технологических характеристик перерабатываемых материалов выбираются типоразмеры оборудования и его
потребное количество. Информация о выбранном оборудовании заносится в БД. ОБТК. ОБОРУД.
Этап 4. Компоновка оборудования в первой очереди САПР-Цемент производится с использованием традиционных
ручных операций. Здесь определяются также трассы внутризаводских коммуникаций.
Э т а п 5. После формирования технологической схемы и компоновки основного технологического оборудования производится проектирование внутризаводского транспорта, систем аспирации и другого вспомогательного оборудования.
Исходной информацией являются характеристики транспортируемых материалов, схемы трасс коммуникаций и условия
окружающей среды. Выбираются типоразмеры оборудования и комплектующие изделия, составляются опросные листы
по формам заводов-изготовителей. Данные об оборудовании заносятся в БД.
19
Этап 6. Основную часть оборудования, поставляемого на строящиеся цементные заводы, составляет серийное оборудование, выпускаемое машиностроительными заводами. Однако целый ряд узлов и несложных механизмом изготавливается по чертежам, разработанным проектными организациями. В САПР-Цемент в качестве первой попытки выпуска
конструкторской документации реализована программа конструирования переходных узлов газоходов. Кроме того, выпускается рабочая документация к проекту теплоизоляции технологических агрегатов и трубопроводов.
Завершающей стадией технологического проектирования является выпуск заказных спецификаций и зданий на разработку смежных частей проекта: электроснабжение, КИП и автоматика, сантехника, строительные конструкции, составление смет. Исходной информацией для автоматизированного выпуска перечисленных документов являются данные о
выбранном оборудовании из БД. ОБКТ. ОБОРУД.
5.4. ОСНОВНЫЕ ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ (ППП) ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ
САПР-ЦЕМЕНТ
5.4.1. ППП СЫРЬЁ
ППП СЫРЬЕ включает комплекс программных блоков, автоматизирующих обработку результатов исследовательских
работ, выполняемых при оценке качества цементного сырья по геологоразведочным данным. В качестве исходной информации используются результаты предварительной, детальной или эксплуатационной разведки месторождений.
При определении мощности проектируемого завода, ассортимента выпускаемых цементов необходимо знать объем полезной массы в пределах разрабатываемого месторождения и распределение его по различным категориям качества. При
построении рационального плана горных работ с учетом возможности шихтовки сырья необходимо иметь поблочные
значения качественных показателей для отдельных участков карьера-блоков. Зная средние характеристики различных
категорий сырья, залегающего на карьере, можно определить состав и технологические свойства сырьевой смеси (расходы отдельных компонентов, коэффициент насыщения, силикатный и глиноземный модули).
Для разработки рациональной технологической схемы важно знать не только средние значения химико-физических характеристик, но также амплитуду вариаций и скорость изменения этих свойств, то есть их динамику.
Поскольку эти вариации носят случайный характер (их нельзя заранее точно предсказать), то для их описания пользуются вероятностными характеристиками и, в частности, так называемыми корреляционными функциями. В этом случае
динамика случайного процесса описывается набором пар чисел: D — дисперсией, характеризующей амплитуду, и Т —
параметром спада корреляционной функции, характеризующим скорость изменения процесса. Знание этих параметров,
определяемых в ППП СЫРЬЁ, необходимо для этапа системотехнического анализа технологических схем.
Обработка геологической информации с использованием ППП СЫРЬЁ производится в несколько этапов.
1 этап. Ввод геологической информации и занесение ее в БД.ОБКТ.ГЕО.
20
Заносятся координаты разведочных скважин, а также высотные привязки и полный химический состав выделенных
интервальных проб (кернов). На основании поинтервальных данных формируется так называемое геополе карьера, то
есть такой информационный массив, в котором для каждого участка карьера определены достоверные химические характеристики.
На дальнейших этапах используется как поинтервальная информация для определения характеристик изменчивости
сырья, так и описание геополя в основном для построения планов разработки карьера.
2 этап. Определение усредненных показателей, характеризующих качество сырья в залежи.
Расчеты можно производить для различных участков карьера. Дело в том, что, как правило, разведанная часть карьера
содержит участки с сырьем различного качества. Поэтому перед проектировщиком зачастую встает задача определения
фактической границы разработки карьера. С одной стороны, можно разрабатывать только участки с качественным сырьем. При этом существенно упростится технологическая схема переработки сырья и будет обеспечено высокое качество
готового продукта (цемента). С другой стороны, такое решение имеет и негативные последствия: сокращается производительность завода, а выборочная отработка отдельных участков удорожает добычу сырья.
Получить наиболее рациональное решение можно путем сравнения различных вариантов. При этом варьируются:
- границы исследуемой области (контур карьера),
- высотные отметки отрабатываемой толщи,
- условия исключения из переработки некондиционного сырья.
Результатом работы этого этапа является следующая информация:
- средние значения исследуемых химических характеристик,
- их среднеквадратичные отклонения,
- объемы добычи полезной и некондиционной породы,
- объемы породы с заданными качественными характеристиками.
3 этап. Определение динамических характеристик изменчивости свойств сырьевых материалов.
На этом этапе вначале определяются корреляционные функции изменчивости сырья в пространстве карьера.
Высокочастотные составляющие изменчивости определяются на основании информации, представляемой интервальными пробами разведочных скважин. Низкочастотные составляющие — на основании анализа изменения сырья при перемещении от скважины к скважине в пределах одного уступа. При этом программой учитывается возможное направление разработки карьера.
После вычисления «пространственной» изменчивости определяются характеристики «временной» изменчивости сырья, поступающего с одного забоя. Здесь учитывается фактор перемешивания сырья при экскавации, а также особенности траектории разработки, что, в ряде случаев, приводит к появлению дополнительных частотных составляющих. Знание характеристик изменчивости сырья на карьере позволяет разрабатывать рациональные мероприятия по компенсации
этих изменений. Эти мероприятия могут затрагивать как технологическую схему переработки сырья, так и стратегию
добычи сырья на карьере.
4 этап. Формирование плана горных работ с учетом стабилизации качества добываемого сырья.
Если на предыдущем этапе было выявлено, что существенная часть изменений химических характеристик происходит
настолько медленно, что эти изменения могут достаточно точно прогнозироваться на основании информации геологоразведочных скважин, важным средством компенсации этих отклонений является рациональное планирование разработки карьера. Этот этап производится в диалоговом режиме. Проектировщику предоставлена возможность на экране дисплея отобразить любой участок карьера.
Моделирование процесса планирования добычи сырья заключается в том, что проектировщик выбирает количество
экскаваторов, их максимальную производительность, расставляет их на участки и задает направление передвижения с
учетом ограничений, накладываемых на проведение горных работ.
Производительность отдельных экскаваторов в различные моменты отработки карьера определяет программа календарного планирования с учетом требований минимизации отклонений химических характеристик суммарного потока от
заданных значений.
Программа переводит экскаваторы с участка на участок по мере их отработки в соответствии с направлением, предложенным проектировщиком. При этом на экране непрерывно фиксируются характеристики добываемого сырья. В заданные проектировщиком интервалы времени- текущее состояние карьера выдается на графопостроитель с указанием качества сырья, добытого за очередной плановый отрезок времени.
На рис. 5.2. приведен пример графического отображения состояния карьера по окончании очередного планового периода.
Таким образом, меняя стратегию разработки карьера, можно добиться максимального снижения исходной неоднородности.
6 этап. Расчет параметров сырьевой смеси.
Исходными данными для работы программы являются шифры сырьевых компонентов, из которых составляется сырьевая смесь, а также задания на модульные характеристики смеси — коэффициент насыщения, силикатный и глиноземный
модули. Необходимая для расчетов информация о химических характеристиках смешиваемых материалов поступает в
программу из БД.ОБКТ.ГЕО. В результате расчетов определяется рецепт сырьевой смеси, т. е. массовые доли всех смешиваемых материалов, а также — соответствующие расчетному рецепту концентрации в смеси основных оксидов.
5.4.2. ППП БАЛАНС
После того, как определены технологические свойства исходных сырьевых материалов и подобран рецепт сырьевой
смеси, производится формирование укрупненной технологической схемы. Как правило, анализировать нужно несколько
вариантов с целью выбора из них наиболее рационального. Анализ каждого варианта технологической схемы начинается
с расчета материального баланса завода. Материальный баланс — это список потоков основных технологических материалов с указанием их годовых расходов.
Для составления материального баланса необходимо знать годовые расходы продуктов, определяемые заданием на
21
проектирование, и кроме того, для каждого потока должны быть известны удельные расходы материалов, участвующих
в образовании данного продукта. Для цементных заводов лимитирующим продуктом, как правило, является клинкер.
На основании данных материального баланса решаются задачи, необходимые для предварительной оценки техникоэкономических показателей завода и дальнейшей проектной проработки.
По укрупненным нормативным показателям определяется потребность во вспомогательных расходуемых материалах
(огнеупоры, смазочные материалы, мелющие тела, тара и т. д.), вычисляются объемы резервных складов. С учетом принятых графиков работы участков и нормативных коэффициентов использования оборудования годовые расходы пересчитываются на часовые и суточные, по которым определяется минимальная производительность этих участков. Выпускаются задания на проектирование карьеров и внешнего транспорта. С целью обеспечения работы последующих автоматизированных процедур информация о потоках заносится в базу данных (БД.ОБКТ.ПОТОК). Работа с ППП БАЛАНС
производится поэтапно. 1 этап. Определение ассортимента выпускаемой продукции. При решении этой задачи следует
учитывать как технологические, так и экономические факторы. К экономическим относятся: потребность региона в различных марках цемента, уровень оптовых цен, а также наличие необходимых ресурсов и их стоимость.
Технологические факторы — это закономерности изменения свойств цемента в зависимости от состава цементной
шихты и технологических режимов его производства.
Задача сводится к поиску такого ассортимента производимого цемента, который обеспечивает максимальную прибыль
с учетом ограничений на выпуск отдельных марок цемента и на возможность использования различных ресурсов.
Необходимая для решения этой задачи величина прибыли, получаемой от реализации 1 т цемента каждой марки, определяется как разность между отпускной ценой и себестоимостью.
Для расчета себестоимости цемента необходимо знать потребность в ресурсах для его производства и их себестоимости. Потребность в ресурсах определяется технологическими режимами. Определение технологического режима производства конкретной марки цемента также является оптимизационной задачей.
Каждый вид и марка цемента характеризуется набором параметров, регламентируемых ГОСТом. Если какой-то из регламентируемых параметров не попадает в регламентируемую область, то цемент с такими свойствами считается бракованным. При определении технологического режима необходимо знать зависимость регламентируемых свойств от режимных параметров.
К регламентируемым параметрам относятся: активность в
различные сроки с момента затворения, сроки схватывания,
величина объемного расширения и другие; к режимным можно
отнести: количество и виды добавок, тонкость помола. На рис.
5.3 приведены результаты работы программы, производящей
поиск оптимального технологического режима производства
цемента.
2 этап. Ввод информации о технологических потоках (материалах).
22
Здесь вводятся цифры и наименование потока, а также параметры, характеризующие технологические свойства, удельные расходы различных ресурсов для производства данного материала, планируемые технологические операции (шифр
операции, режим работы, нормы потерь).
Совокупность описаний всех потоков является, по существу, информационной моделью разрабатываемой технологической схемы. Задание этой информации является трудоемким процессом, требующим высокой квалификации проектировщика.
В САПР-Цемент, с целью автоматизации процесса формирования технологической схемы, предусмотрен режим генерации информации о потоках с использованием библиотеки фрагментов типовых проектных решений.
В том случае, если фактические проектные решения отличаются от типовых, заложенных во фрагментах, проектировщик должен откорректировать задание, сгенерированное системой.
3 этап. Расчет материального баланса.
Здесь окончательно формируется проектируемая технологическая схема, которая фиксируется в виде описаний технологических потоков в БД.ОБКТ.ПОТОК; в виде таблицы материального баланса и, наконец, в виде чертежа технологической схемы.
4 этап. Оценка экономических показателей проектируемого объекта.
Для того, чтобы обосновать выбираемый вариант технологической схемы, необходимо иметь возможность оценивать
экономическую эффективность каждого варианта. «Точная» экономика проекта определяется на основании смет, учитывающих полный список оборудования, зданий и сооружений, а также калькуляций, учитывающих эксплуатационные
затраты.
Очевидно, что подобная оценка может производиться для одного, двух, максимум трех вариантов, что недостаточно
для принятия действительно оптимальных решений.
В САПР-ЦЕМЕНТ для экономической оценки проектных решений на ранних стадиях проектирования принят метод
экспрессной экономической оценки на основании использования технико-экономических нормативов. Дело в том, что
экономические оценки строятся на системе двух показателей: натуральных и стоимостных.
К натуральным показателям относятся расходы сырья, материалов, трудовых ресурсов, электроэнергии, топлива; объемы строительных конструкций и т. д.
Переход от натуральных показателей к стоимостным осуществляется на основании установленных для района строительства цен на все виды ресурсов. И если уровень цен изменяется от района строительства и даже от времени проведения строительных работ, то расход натуральных показателей объективно связан с принятыми проектными решениями.
База данных экспрессной системы экономических оценок содержит нормы расхода натуральных показателей на выполнение различных технологических операций. Таким образом, имея информацию о выполняемых на проектируемом объ23
екте технологических операциях (производительность, свойства перерабатываемых материалов), нормы расхода натуральных показателей, а также их цены для района строительства, программа рассчитывает следующие техникоэкономические показатели проекта:
- полная потребность в ресурсах;
- стоимость основных фондов;
- себестоимость реализуемой продукции;
- годовая прибыль;
- предполагаемый срок окупаемости затрат на строительство завода.
5 этап. Выпуск сопутствующих документов.
5.4.3. ППП ВЫБОР
Основной процедурой выбора оборудования, наилучшим образом соответствующего выполнению заданной технологической операции, является расчет производительности этого оборудования и потребляемых им ресурсов. Эту задачу
можно решить двумя путями. Первый путь методически связан с моделированием процессов тепло- и массообмена, а
также кинетики химических и физических превращений, происходящих в аппарате.
Это сложный путь, он связан с созданием серьезных программ для каждого типа агрегатов, расчет по таким программам требует ввода большого количества данных, характеризующих конструкцию агрегата. Создание и использование
таких программ целесообразнее в случаях, когда требуется конструктивная проработка агрегата (проектирование новых,
реконструкция действующих).
В том случае, когда требуется прогнозировать производительность серийного аппарата, возможно использование
упрощенной методики. Для серийных агрегатов установлена паспортная производительность, соответствующая производительности в определенных условиях (физико-химические свойства исходного и выходного продукта, условия окружающей среды и т. д.). Для корректирования значения производительности используются эмпирические зависимости,
учитывающие влияние факторов, отличных от тех, которые зафиксированы при определении паспортной производительности. В качестве примера использования подобной эмпирической зависимости используем соотношение для расчета производительности шаровой мельницы Qp:
Qp=abQn,
где Qn — паспортная часовая производительность (т/час); а — относительный коэффициент размалываемости материала, т. е. коэффициент, характеризующий прочность; b — поправочный коэффициент, учитывающий тонкость помола;
значения коэффициента «Ь» в зависимости от процента остатка готового продукта на сите № 008 приведены в таблице
8.32.
В САПР-Цемент реализованы оба подхода к определению производительности и потребляемых ресурсов. В качестве
примера программы, использующей первый подход, можно назвать, прежде всего, программу расчета печных агрегатов.
Работа этой программы основана на решении системы нелинейных уравнений, описывающих противоточное движение
обжигаемого материала и пылегазовой среды с учетом протекания процессов теплообмена, сушки, декарбонизации, образования жидкой фазы, минералообразования и других.
На описании функционирования процедуры выбора оборудования, основанной на второй из перечисленных выше методик, остановимся подробнее. Работа этой системы основана на взаимодействии следующих четырех компонентов
САПР:
1. В БД.ОБКТ.ПОТОК содержится информация о свойствах перерабатываемых материалов (влажность, крупность,
прочность, остаток на сите выходного продукта и т. д.).
2. В БД.ОСР.ОБОРУД указываются паспортные данные, характеризующие часовую производительность и условия
применимости (максимальную влажность, размер куска и т. д.). Кроме того, в этом разделе БД указывается, в случае
необходимости, номер фрагмента, к которому следует обратиться при выборе агрегата.
3. В библиотеке фрагментов хранятся фрагменты, реализующие арифметические и логические операции, необходимые
для вычисления требуемых параметров (часовая производительность, потребность в энергоресурсах и т. д.).
4. Технолог, эксплуатирующий систему, при выборе оборудования должен указать следующую информацию: группу
локальных кодов оборудования, которая должна анализироваться с точки зрения выполнения данной технологической
операции; шифры потоков, обрабатываемых данным видом оборудования. Кроме того, в задании могут указываться данные, характеризующие режим работы оборудования (нормативный коэффициент использования, годовой фонд времени).
Указывается также критерий выбора оборудования. Здесь следует сказать, что использование в качестве критерия непосредственно себестоимости данной технологической операции не всегда является обоснованным. Действительно, поскольку данный агрегат работает в системе агрегатов, составляющих технологическую схему, существует ряд показателей (кроме себестоимости данной операции), влияющих на технико-экономические показатели работы всего объекта.
Так, например, с точки зрения себестоимости наиболее эффективным является применение оборудования с большой
единичной мощностью. Однако с точки зрения обеспечения надежного режима работы схемы, а также возможности более гибкого управления производством предпочтительней варианты с двумя и более агрегатами. Поэтому окончательное
решение о пригодности варианта схемы должно приниматься после анализа всей схемы. На стадии выбора оборудования
можно задаваться структурными критериями (например, желаемое число агрегатов при условии заданного коэффициента использования).
Таким образом, процесс выбора оборудования состоит из следующих операций.
Операция выбора оборудования. Перебираются все типы оборудования, указанные технологом в группе локальных кодов. Для каждого типа определяется значение критерия, оценивающего степень его пригодности. По окончании перебора
определяется оборудование с экстремальным значением критерия. Выбранное оборудование заносится в
БД.ОБКТ.ОБОРУД.
Операция вычисления критерия. Перебираются все технологические потоки, которые предполагается перерабатывать
данным видом оборудования. Для каждого материала определяется возможность его переработки и часовая производительность, далее из БД.ОБКТ.ПОТОК выбирается годовая потребность в данном материале и рассчитывается годовой
24
фонд времени для переработки необходимого объема. Если хоть один материал по какой-либо причине не может быть
переработан, то данное оборудование исключается из дальнейшего анализа, в противном случае определяется общий
годовой фонд времени, необходимый для обработки всех материалов, необходимое количество агрегатов и значение
критерия.
Операция определения возможности переработки материала и часовой производительности. Из БД.ОСР.ОБОРУД выбираются параметры, характеризующие технологическую применимость проверяемого оборудования. По шифру каждого из этих параметров в БД.ОБКТ.ПОТОК ищется фактическое значение аналогичного параметра перерабатываемого
материала и, если фактическое значение лежит вне области разрешенных значений, делается пометка о невозможности
применения этого вида оборудования. В том случае, если имеется параметр, указывающий на необходимость обращения
к фрагменту, система вызывает заданный фрагмент, где производятся вычисления часовой производительности и потребных ресурсов. Если вызов фрагмента не предусмотрен, то в качестве расчетных значений параметров выбираются
паспортные данные.
5.4.4. ППП АНАЛИЗ
Выбор оптимального варианта технологической схемы должен основываться на сравнении прогнозируемых значений
показателей, характеризующих качество функционирования проектируемого объекта. К таким показателям следует отнести: себестоимость выпускаемой продукции, возможность гарантированного выполнения производственных заданий
по выпуску готовой продукции и, наконец, возможность гарантированного выпуска продукции заданного качества.
Определение себестоимости выпускаемой продукции производится подсистемой расчета технико-экономических показателей. Получение же достоверных прогнозных оценок, характеризующих функциональные возможности проектируемого предприятия, основывается на его системотехническом анализе.
При системотехническом анализе используют два принципа моделирования процессов. Первый принцип основан на
математической имитации процессов, происходящих в реальных объектах. Имея подобные реализации за длительные
интервалы времени, можно достаточно надежно судить о свойствах системы в целом. Такой метод моделирования называется имитационным моделированием. В САПР-Цемент на основе имитационного моделирования прогнозируется производительность технологической линии.
При моделировании завод рассматривается как сложная система агрегатов, каждый из которых подвержен воздействию большого числа факторов.
Эти факторы могут быть предсказуемыми (технологический режим, плановые ремонты), а также случайными (выход
из строя оборудования, переполнение емкости и т. д.). Каждое из этих событий изменяет состояние как отдельного агрегата, так и системы в целом.
Описание технологической схемы для имитационного процесса сводится к перечислению стандартных блоков, каждый
из которых воспроизводит функционирование отдельного элемента схемы. Приведем описание основных блоков.
Блок ТА (технологический агрегат)
Производит имитацию включения и выключения технологического агрегата по следующим причинам: поступление
команды из блока управления процессом, аварийное отключение, переход на плановый ремонт.
Блок РФ (буферная емкость) производит учет накопленного продукта и сообщает в блок управления о заполнении емкости на заданную величину.
Блок БУ1 (блок управления группой технологических агрегатов). В зависимости от требуемой производительности и
фактического количества работоспособных агрегатов выдает команды на включение и выключение агрегатов.
Блок БУ2 (блок управления элементарной технологической цепочкой). В состав такой цепочки входят разгружаемая
буферная емкость, группа технологических агрегатов, загружаемая буферная емкость. БУ2 определяет необходимую
производительность технологических агрегатов из условия наличия свободных емкостей и передает команды на изменение производительности в БУ1. Кроме того БУ2 сообщает о наличии незадействованных ресурсов (резервных технологических агрегатов, свободных емкостей) в БУ2 других элементарных технологических цепочек с Целью задействования
этих ресурсов.
На рис. 5.4 представлен типичный пример моделируемого участка технологической линии
цементного завода. На карьере работают три
экскаватора (1, 2, 3). В случае наличия свободной емкости в бункере 4 известняк подается в
бункер. Если бункер заполнен, материал подается в склад 10. Если в бункере 4 есть свободная
емкость, а число работоспособных экскаваторов
мало (1 или 0), то материал в бункер поступает
со склада 10 и с карьера. Из бункера 4 известняк
подается в технологическую цепь, состоящую из
сырьевых мельниц 5, 6, печи 7 и цементных
мельниц 8, 9, разделенных промежуточными
емкостями 12, 13.
В результате имитационного моделирования работы схемы за достаточно большой срок (например, 20 000 часов) определяются такие показатели проектируемого завода как производительность и возможные отклонения ее от среднего значения, коэффициент использования оборудования, вероятность нахождения системы в различных технологических режимах, графики нагрузок на источники энергии.
Второй принцип анализа технологических схем основан на использовании передаточных функций отдельных объектов.
Если при имитационном моделировании исследуется протекание процессов во времени, а затем получают интегральные
оценки необходимых критериев, то в методе передаточных функций на основе теории динамических систем рассчитываются непосредственно изменения интегральных характеристик технологических потоков при прохождении их через
25
агрегаты. Передаточная функция агрегата позволяет на основании характеристики потока на входе в агрегат и динамической модели агрегата определить соответствующие характеристики потока на выходе.
Метод передаточных функций в САПР-Цемент используется для оценки технологической схемы с точки зрения возможности стабилизации технологических режимов.
Проведение процессов в стабильных условиях является важнейшим фактором, влияющим на технико-экономические
показатели работы предприятия. Так, например, несоответствие температуры обжига составу обжигаемой смеси, возникающее вследствие некомпенсированных колебаний состава, приводит к снижению активности клинкера, увеличению
потерь тепла, ухудшению условий работы огнеупорной футеровки.
Источниками неоднородности сырьевой смеси являются: неоднородность полезного ископаемого на карьере, а также
некоторые явления, возникающие в процессе технологической переработки (изменение режима работы оборудования,
классификация материала по крупности при хранении в штабеле, погрешности устройств дозирования).
Как было сказано ранее, динамические характеристики свойств потоков определяются случайными процессами, каждому из которых соответствуют значения дисперсии D и параметра спада корреляционной функции Т сп. Передаточная
функция агрегата позволяет по известному набору D8*, Ten. потока на входе в агрегат определить аналогичные характеристики для выходного потока. Динамические свойства исходных материалов определены в ППП СЫРЬЁ по данным
геологической разведки. Проходя по всем агрегатам, составляющим технологическую цепочку, определяют неоднородность готового продукта, характеризуемую дисперсией 1).
При описании схемы приготовления сырьевой смеси используются математические модели процессов дозирования,
смешивания, транспортировки и усреднения. При математическом описании процессов усреднения тонкодисперсного
продукта в шлам-бассейнах и гомогенизационных силосах параметрами моделей являются длительность заполнения емкостей и коэффициенты, учитывающие неидеальность реальных смесительных систем. При моделировании процессов
предварительного усреднения материалов в усреднительных складах наряду с длительностью заполнения штабелей учитывается число слоев материала, одновременно пересекаемых разгружающим механизмом.
Особенность математического описания сырьевых переделов состоит в необходимости учета эффектов совместного
функционирования смесительно-усреднительного оборудования и АСУ ТП приготовления сырьевой смеси, осуществляющей текущую корректировку массовых расходов смешиваемых материалов. Основным параметром модели системы
управления является эквивалентное запаздывание в контуре управления, включающее время прохождения материала от
дозировочного блока до точки контроля химического состава смеси, время отбора и анализа пробы, а также время, необходимое для выработки корректирующих управляющих воздействий.
В качестве примера применения рассмотренной схемы расчетов можно привести многоальтернативный анализ схем
автоматизированного технологического комплекса (АТК) сырьевого передела Невьянского цементного завода. По результатам данной работы, выполненной в тесном взаимодействии специалистов по технологии, проектированию и автоматизированному управлению технологическими процессами, было сделано следующее заключение.
1. Базовая технологическая схема, включающая в себя предварительное усреднение известняка, непрерывный анализ
химического состава смеси и непрерывную гомогенизацию в усреднительной емкости объемом 1500 т, в реальных условиях неидеальной гомогенизации и недостаточно надежной работы усреднительных складов не обеспечит приготовление кондиционной сырьевой смеси.
2. Для обеспечения требуемого качества сырьевой смеси при минимальных затратах на ее производство необходимо
усовершенствовать основной вариант АТК за счет следующих мероприятий:
исключения из проекта усреднительного склада известняка как весьма дорогостоящего и, как показали расчеты, относительно малоэффективного для Невьянского цементного завода агрегата;
организации весового дозирования всех четырех смешиваемых материалов известняка, глины, песка и огарков;
обеспечения высокой надежности системы непрерывного анализа химического состава путем дублирования всех необходимых устройств;
увеличения объема усреднительной емкости до величины 2200 т при использовании непрерывного анализатора и до
величины 6600 т при использовании дискретного анализатора химического состава.
В настоящее время подобные автоматизированные расчеты проводятся на ранних стадиях проектирования АТК сырьевых переделов практически всех вновь строящихся или реконструируемых цементных заводов.
Выше были рассмотрены два принципиально разных подхода к автоматизированному анализу функционирования технологических схем и АТК. Первый из них основывается на имитационном моделировании технологических процессов.
Цифровая модель процесса в ускоренном масштабе времени имитирует поведение динамической системы при длительном действии на нее случайных возмущений, обусловленных вариациями свойств сырья, погрешностями дозирования и
т. д. Случайные возмущения моделируются специальной программой, использующей датчик случайных чисел, выход
которого подключается к соответствующим имитационным моделям взаимосвязанных технологических звеньев. Поведение всех интересующих проектировщика переменных фиксируется в виде графиков, которые с помощью ЭВМ выводятся на экран дисплея и печатающее устройство. Статистическая обработка полученных зависимостей, которую также
производит вычислительная машина, позволяет определить средние значения и дисперсии выходных и промежуточных
переменных.
Второй метод базируется на аналитических соотношениях теории многомерных динамических систем. Для его реализации разрабатывается библиотека программ, осуществляющих расчет оптимального статического режима моделируемого процесса, линеаризацию нелинейной в общем случае динамической системы в окрестностях оптимального режима
и анализ полученной линеаризованной системы методами теории линейных систем, подверженных действию случайных
возмущений.
Практика расчетов показала, что каждый из двух подходов имеет определенные достоинства и недостатки. Аналитические расчеты требуют существенно меньших затрат времени работы ЭВМ и потому незаменимы при сравнительном анализе большого числа вариантов. В то же время они дают более грубые оценки, т. к. основываются на линейном приближении уравнений технологических процессов.
26
Имитационное моделирование сопряжено с существенно большими затратами машинного времени, но позволяет получить более точные и наглядные оценки интересующих проектировщика показателей. По-видимому, наиболее рациональна комбинированная методика. На первом этапе расчетов, когда сравниваются многочисленные альтернативные
варианты технологических схем, оборудования и структур автоматизации, используются приближенные аналитические
оценки. На втором этапе расчетов для одного или нескольких отобранных вариантов проводится более детальное исследование на имитационной модели.
5.4.5. ППП ТРАНСПОРТ
После компоновки основного технологического оборудования и определения трасс коммуникаций проектируются
средства внутрицехового транспорта и вспомогательное оборудование. В первой очереди САПР-Цемент задействованы
программы, автоматизирующие проектирование следующего вида оборудования: ленточные конвейеры, пластинчатые
конвейеры, ленточные питатели, пластинчатые питатели, винтовые конвейеры, ковшевые элеваторы, грейферные краны,
пневмотранспорт, гидротранспорт, аспирация участков перегрузки, дробилок, элеваторов, силосов, бункеров.
5.4.6. ППП ЗАДАНИЕ
По окончании работы предыдущих стадий автоматизированного проектирования в БД.ОБКТ.ОБОРУД накоплена информация, характеризующая примененное оборудование.
Здесь собраны данные, необходимые для выпуска заказных спецификаций и заданий на разработку смежных частей
проекта. Для выпуска этих документов необходимо дополнить соответствующий раздел БД информацией о том оборудовании, которое по каким-либо причинам было выбрано проектировщиком без использования САПР-Цемент и отсутствует в БД.ОСР.ОБОРУД.
В первой очереди САПР-Цемент предусмотрена выдача следующих заданий:
- задание на проектирование электроснабжения, в котором указываются все электроприемники, установленные в данном оборудовании, их мощности и скорости вращения;
- задание на техническое водоснабжение;
- задание на составление смет на монтаж и приобретение оборудования;
- список тепловыделений для проектирования системы вентиляции.
6
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПЕРЕДЕЛОВ ЦЕМЕНТНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
6.1. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА И
ЦЕМЕНТА
Сырьем для производства портландцементного клинкера служат природные карбонатные (известняки, мел, мергели,
известковые туфы и др.) и глинистые (глины, суглинки, лёсс, глинистые сланцы) породы, а также промышленные отходы и попутные продукты других отраслей (доменные шлаки, топливные золы, шлаки ТЭС, нефелиновые шламы и др.).
Для приготовления сырьевой смеси заданного химического состава используются различные корректирующие добавки: железосодержащие (железные руды, пиритные (колчеданные) огарки, колошниковая пыль и др.), кремнеземсодержащие (трепелы, опоки, диатомиты, кварцевый песок, маршалит) и глиноземсодержащие (высокоглиноземистые глины,
бокситы). При производстве цемента с целью замедления сроков его схватывания в состав цементной шихты, наряду с
клинкером, вводится гипс — двуводный сульфат кальция (CaSO4 • 2Н2О), содержание которого в цементе определяется
качеством породы — гипсового камня. Предельное содержание 8Оз в цементе регламентируется ГОСТ 10178—85.
Для получения специальных цементов применяют так называемые «активные минеральные добавки», которые вводятся в цемент путем их совместного помола с клинкером. Эти добавки в соответствии с ТУ 21—26—11—90 подразделяют
на природные и техногенные (побочные продукты промышленных производств). К природным активным минеральным
добавкам относятся породы осадочного и вулканического происхождения (трепелы, опоки, вулканические пеплы и туфы, трассы и др.), содержащие, главным образом, кремнезем в аморфном состоянии. К искусственным активным минеральным добавкам относятся гранулированные доменные и термофосфорные шлаки (ГОСТ 3476—74), нефелиновый
(белитовый) шлам, золы-уноса, топливные гранулированные шлаки и золошлаковые смеси. Содержание в цементе активных минеральных добавок определяется типом цемента и видом добавки и варьирует в широком интервале концентраций от 0 до 80%.
Оценка пригодности горных пород в качестве цементного сырья производится по химическому составу и по физикомеханическим свойствам (влажности, прочности, пластичности, размо-лоспособности, гранулометрическому составу,
липкости, способности к размучиванию в воде, фильтруемости (для шламов) и др. свойствам).
К химическому составу карбонатных пород предъявляются следующие требования: содержание СаО не менее 43,5%,
содержание SiOz, А12Оз, FeiOs должно обеспечивать необходимые значения коэффициента насыщения, силикатного и
глиноземного модулей, ограничивается предельное содержание примесных оксидов MgO, 8Оз и RiO (NaiO -f- КзО) и
иона хлора, а также ТЮ2 и PzOs- В глинистых породах содержание СаО не регламентируется, а содержание других оксидов должно находиться в пределах, обеспечивающих получение сырьевой смеси и клинкера, отвечающих по химическому составу требованиям, указанным в табл. 6.1 и обеспечивающих выпуск цемента в соответствии с ГОСТ 10178—
85.
Таблица 6.1.
Показатели
Коэффициент насыщения,
Условные
обозначения
КН
Рациональные пределы
Сырьевая смесь: числитель – беззольное топливо; знаменатель –
зольное топливо
0,88  0,92
1,03  1,07
Клинкер
0,88-0,95
27
CaO  1,65 Al2O3  0,3Fe2O3
2,8SiO2
Кремнеземный модуль,
SiO 2
Al 2 O3  Fe 2 O3
Глиномезный модуль,
Al 2 O3
Fe 2 O3
Содержание примесных оксидов:
MgO, не более
SO3
R2O=Na2O+0,658K2O, не более
Ион хлора (Cl-)
TiO2, не более
P2O5, не более
а
1,90  2,60
2,02  2,60
1,90-3,00
р
1,90  2,60
0,90  1,50
0,90-2,00
3,20
3,10
1,00
0,80
5,00
0,80
1,70
0,015
без байпасирования отходящих
газов
1,20
1,30
1,30
0,30
0,30
2,0
1,50
0,5
Содержание основных оксидов в корректирующих добавках должно быть: Ре2Оз не менее 40%, SiO2 не менее 70%,
AhOa не менее 30%.
С целью интенсификации процесса обжига и улучшения качества клинкера в состав сырьевой шихты могут в небольших концентрациях (0,2—1,0%) вводиться минерализаторы, легирующие и модифицирующие добавки: плавиковый
шпат, отходы переработки бариевых и бариевостронциевых руд, шлаки и отходы выплавки полиметаллических руд, технический гипс (фосфогипс, борогипс, титаногипс) и др.
На производство 1 тонны цементного клинкера расходуется 1,6—2,1 тонны минерального сырья естественной влажности, причем расход карбонатного компонента составляет 75—82%, а глинистого 12—15%. Расход других видов минерального сырья в общей массе сырьевой смеси не превышает 3—13%. Выбор сухого или мокрого способа производства
цементного клинкера в значительной степени зависит от естественной влажности сырьевых материалов. Наиболее благоприятными для сухого способа производства являются сырьевые материалы, естественная влажность которых не превышает: карбонатного компонента — 5,0%, глинистого — 25,0%, мергелей «натуралов» — 10,0%. При такой влажности
компонентов влажность сырьевой смеси составит 8— 10%, что позволяет получать сырьевую муку с влажностью 1— 2%
при использовании для её подсушки только тепла отходящих печных газов.
Если суммарная влажность сырьевой смеси превышает 15%, целесообразно производить клинкер по мокрому способу.
6.2. ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ СЫРЬЯ
6.2.1 Исходные материалы для проектирования карьеров цементного сырья
До начала проектирования карьера «Заказчик» представляет проектному институту:
1. Задание на проектирование.
2. Геологический отчет по месторождениям цементного сырья.
3. Протокол утверждения запасов цементного сырья Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых
(ГКЗ).
В задание на проектирование, которое обычно составляется с привлечением проектного института, включаются следующие основные пункты:
— наименование проектируемого объекта;
— основание для проектирования;
— район, пункт, площадка строительства;
— годовая производительность карьера: по полезному ископаемому, по вскрышным (боковым) породам, по номенклатуре;
— режим работы карьера: годовой, суточный, сменный;
— основные источники снабжения карьера водой, топливом, электроэнергией;
— мероприятия по защите окружающей среды, рекультивации (восстановлению) нарушенных земель;
— сроки начала и окончания строительства, пускового комплекса;
— стадийность проектирования;
— наименование проектной организации;
— особые условия проектирования.
Геологический отчет по месторождению, который, как правило, составляется геологической организацией, должен давать всестороннюю и полную характеристику месторождения. В отчете с достаточной полнотой должны быть освещены
следующие вопросы:
— Экономгеографическое описание района, климатические условия, промышленная освоенность района, транспортные коммуникации, источники питьевой и технической воды, электроэнергии. Место сброса карьерных, сточных вод.
— Геологическая и гидрологическая изученность района, геологическое строение месторождения и условия залегания
28
полезной толщи. Объемы и методика геологических и гидрогеологических работ.
— Качественная характеристика полезного ископаемого и оценка вскрышных, боковых пород. Пригодность этих пород
для производства других видов продукции.
— Данные о физико-механических свойствах полезного ископаемого, вскрышных и попутно добываемых пород, что
необходимо для выбора оборудования, высоты уступа, углов откоса бортов карьера, способа отвалообразования и т.д.
— Решения вопросов, связанных с защитой карьера от поверхностных и подземных вод, осушение карьера, расчет карьерного водоотлива.
Одновременно с подготовкой задания на проектирование и изучение геологических материалов необходимо определить технические условия на получение электроэнергии, водоснабжения (технической, питьевой водой), на сброс карьерных вод, внешний транспорт, обеспечение трудящихся жильем, а также рекультивацию (восстановление) нарушенных
при строительстве и эксплуатации карьера земель.
В это же время организуется комиссия по выбору площадки под строительство карьера, которая с привлечением специализированных отделов (институтов) намечает трассы внешних коммуникаций.
Разработку проектов карьеров цементного сырья следует производить в соответствии с «Общесоюзными нормами технологического проектирования предприятий нерудных строительных материалов ОНТП-18—85», разработанными институтом «Союзгипронеруд».
Подсчет запасов полезного ископаемого ведется с разбивкой по категориям А, В, Ci, Сг.
Запасы категории А должны быть разведаны и изучены с детальностью, обеспечивающей полное выяснение условий
залегания, качества полезного ископаемого.
Запасы категории В должны быть разведаны и изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных особенностей условий залегания.
Запасы категории Ci должны быть разведаны и изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах
условий залегания, качества полезного ископаемого.
Запасы категории Сг — предварительно оцененные.
К началу проектирования новых или реконструкции действующих цементных заводов необходимо иметь:
- разведанные и утвержденные в ГКЗ по промышленным категориям запасы карбонатного и алюмосиликатного сырья,
обеспечивающие работу завода на амортизационный период, а также двухкратные перспективные запасы по категории
Сг;
- технологические регламенты по использованию отходов (отвальных зол, золы-уноса, шлаков, нефелиновых шламов,
углеотходов, карбонатных пород при добыче горючих сланцев);
- данные о наличии в регионе промышленных отходов, пригодных для использования в качестве сырьевых материалов
и корректирующих добавок, их количестве, возможности поставки.
6.2.2 Добыча и транспортирование сырья
Шаг сетки геологоразведочных скважин для месторождений цементного сырья колеблется от 50 до 500 м. Карьеры
карбонатного компонента цементной сырьевой смеси разрабатываются открытым способом одним или несколькими
уступами. Тип и мощность оборудования выбирается в зависимости от физико-механических свойств породы и производительности карьера.
Мощность вскрышных пород на месторождениях может колебаться от 0 до 25—30, иногда до 125—150 м. Вскрышные
работы на карьерах выполняются преимущественно по транспортной схеме с использованием погрузочно-транспортного
оборудования циклического действия по следующим технологическим схемам:
1. С применением одноковшовых экскаваторов и автосамосвалов с транспортированием на внутренние или внешние
отвалы. Разработка вскрыши производится горизонтальными слоями с параллельным или веерообразным продвижением
фронта работ. Скальные вскрышные породы предварительно подготавливаются к выемке буровзрывным способом.
2. С использованием скреперов, погружающих и транспортирующих вскрышу во внешние и внутренние отвалы. Эта
схема используется при разработке карьеров глины и мела с мягкой вскрышей, где объем вскрышных работ небольшой.
3. С применением бульдозеров с распылением и перемещением пород в конусы (навалы), из которых затем производится погрузка одноковшовым экскаватором в автосамосвалы и транспортировка во внутренние и внешние отвалы.
4. С использованием гидромеханизации.
5. По бестранспортной схеме — с перевалкой вскрышных пород шагающими экскаваторами на борт карьеров или в
выработанное пространство.
Работы по добыче сырья производятся по следующим технологическим схемам:
1. При разработке твердого карбонатного и глинистого сырья производятся буровзрывные работы, после чего разрыхленная порода грузится одноковшовым экскаватором и транспортируется в дробильное отделение при помощи автотранспорта, железнодорожного транспорта, ленточными конвейерами или с использованием воздушно-канатных дорог.
2. При добыче мягкого карбонатного и глинистого цементного сырья буровзрывные работы не производятся, либо проводятся частично в зимний период. Сырье добывается с помощью ковшовых экскаваторов типа прямая лопата или при
помощи роторных экскаваторов и транспортируется на завод автомобильным или железнодорожным транспортом
(думпкарами).
3. Мягкое цементное сырье может транспортироваться на завод при помощи гидротранспорта. В этом случае сырье,
добываемое с помощью экскаватора, транспортируется автосамосвалами к болтушкам, мельницам-мешалкам, мельницам самоизмельчения или к стержневым мельницам, располагаемым на борту карьера, и далее подается на завод по
шламопроводу.
4. При непостоянном химическом составе карбонатного сырья и закарстованности разработка месторождения может
осуществляться с применением предварительного механического рыхления вместо буровзрывных работ. Механическое
рыхление осуществляется навесными рыхлителями на мощных тракторах. Преимуществом применения рыхлителей перед буровзрывными работами является обеспечение безопасных условий труда, устранение сейсмического эффекта,
улучшение качества дробления, снижение потерь и устранение разубоживания полезных ископаемых.
29
При использовании механических рыхлителей в зависимости от горно-геологических условий применяют следующие
схемы механизации:
- рыхлитель — колесный скрепер — толкач — фронтальный погрузчик — автотранспорт;
- рыхлитель — бульдозер — экскаватор — транспорт (автотранспорт, железнодорожный транспорт, конвейерный
транспорт). С целью интенсификации технологического процесса и улучшения качества добываемой горной массы, а
также обеспечения возможности автоматизации управления всеми работающими в цепи машинами и механизмами вместо вышеописанных цикличных схем добычи сырья следует применять циклично-поточные и поточные схемы производства.
В этом случае дробление горной массы осуществляется в стационарных или полустационарных (перемещаемых через
3—4 года) дробилках, устанавливаемых в карьере или на борту карьера, и в самоходных дробильных агрегатах, располагаемых непосредственно в забое и работающих спаренно с экскаватором.
Возможны следующие варианты циклично-поточных схем организации горно-транспортных работ:
1 — одноковшовый экскаватор — автотранспорт — стационарная дробилка — ленточный конвейер;
2 — одноковшовый экскаватор — самоходный дробильный агрегат (СДА) — ленточный конвейер;
3 — механический рыхлитель — погрузчик — ленточный конвейер;
4 — одноковшовый экскаватор — автотранспорт — шламопод-готовительное отделение — гидротранспорт.
Самоходные дробильные установки в настоящее время оборудуются преимущественно дробилками ударного действия
(роторными или молотковыми) и устанавливаются на гусеничном или колесном ходу. Основной целью применения этих
типов машин является сокращение расстояний для дорогостоящего автомобильного транспорта на уступах карьера.
Наиболее рациональна при передвижных дробильных установках полная замена автосамосвалов одноковшовыми колесными погрузчиками, работающими с длиной откатки в пределах 100 м.
Для большинства заводов цементной промышленности характерна значительная удаленность карьеров глины (суглинков) от карьеров известняка. В этих случаях возможно: транспортирование глинистой суспензии из карьера глины на
карьер известняка, приготовление в стержневых мельницах или мельницах самоизмельчения грубомолотого известняково-глиняного шлама с последующим гидротранспортированием его на завод. Возможна также транспортировка известняка из карьера на завод в виде водно-грунтовой смеси.
Поточная схема горно-транспортных работ по добыче мягкого сырья (глины, мела) включает роторный экскаватор —
самоходный бункер — ленточный конвейер. Приготовление глиняного и глиняно-мелового шламов по побочной технологии добычи базируется на использовании передвижных комбайнов, оборудованных рабочим органом роторного типа,
и-роторными мельницами абразивного действия тонкого измельчения. Приготовленный в роторных мельницах шлам
через разгрузочные решетки мельниц поступает в шламовый сборник, откуда находящимся на комбайне шламовым
насосом перекачивается в промежуточные емкости для шлама. Шламо- и водопроводы в местах подсоединения к комбайну оборудуются гибкими участками, что обеспечивает маневренность комбайна в работе.
Выемочно-погрузочные работы на карьерах цементного сырья, осуществляемые по традиционной цикличной схеме,
основываются на использовании преимущественно экскаваторов типа прямая лопата с ковшом ёмкостью до 8,0 м 3 и автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т. Экскаваторы драглайн, в основном, применяют при выемочно-погрузочных
работах по «мягким» породам (мел, глина и т. д.), а также при перевалке цементного сырья на транспортный горизонт.
Обеспечение высокопроизводительной работы экскаваторов может быть достигнуто при соблюдении следующих условий:
- тип экскаватора и ёмкость ковша должны соответствовать горно-техническим условиям разработки месторождения;
- ёмкость кузова автосамосвала должна превышать ёмкость ковша экскаватора в три и более раза;
- экскаватор должен постоянно иметь соответствующий фронт горных работ.
Высота уступа не должна превышать: для экскаваторов типа прямая лопата, при разработке с применением взрывных
работ,— более чем в 1,5 раза высоту черпания экскаватора; при этом высота развала после взрыва не должна превышать
высоту черпания экскаватора. Также дополнительно следует осуществлять меры, препятствующие обрушению «козырьков», навесов и т. д.
При разработке без применения взрывных работ высота уступа не должна превышать максимальную высоту черпания
экскаватора.
Транспорт вскрышных пород и цементного сырья в зависимости от рельефа поверхности и физико-механических
свойств горных пород, как внутрикарьерный, так и внешний, может быть автомобильный или железнодорожный. На карьерах преимущественное применение получил автомобильный транспорт.
Подъем карьерных автодорог и заездов должен быть не более 6,08 (в исключительных случаях до 0,10). Уклоны в порожняковом направлении ограничиваются условиями безопасности движения, но не должны превышать 0,12—0,15. Радиусы кривых должны быть не менее 20 м. В качестве транспортного оборудования на карьерах цемсырья, в основном,
используются автосамосвалы грузоподъемностью 12—40 т. Выбор типа и грузоподъемности автосамосвалов для карьерных перевозок производится на основании технико-экономических расчетов.
Железнодорожный транспорт на карьерах цементного сырья получил распространение при добыче мягкого карбонатного сырья, на которых из-за низкой несущей способности грунта использование автотранспорта затруднительно. На
карьерах наиболее часто используются тепловозы типа ТГМ-1, ТГМ-3, ТЭМ-1 и вагоны-думпкары грузоподъемностью
60 и 80 тонн.
Величина уклонов железнодорожных карьерных путей устанавливается в зависимости от назначения путей, вида обращающихся на них составов и типа локомотива.
Радиусы кривых следует принимать не менее 200 м, а на передвижных забойных путях и на отвалах карьера — до 100
м.
Запрещается укладка железнодорожных путей в карьерах и на отвалах без балласта. В качестве балласта можно использовать местные материалы, за исключением глины, торфа, растительного грунта и т. д.
Восстановление (рекультивация) нарушенных горными работами земель является одним из важнейших направлений в
30
области охраны природы. Вопросы рекультивации для каждого карьера решаются конкретно с учетом геологических,
горнотехнических условий, ландшафта местности и почвенно-климатических зон района карьера.
6.3. ДРОБЛЕНИЕ И ПОМОЛ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
После добычи в карьере сырьевые материалы подвергаются первичному измельчению — дроблению, которое может
производиться на заводе или на карьере. Предварительное измельчение — это подготовка материала для помола его в
мельницах. Так как энергетические затраты на дробление значительно меньше, чем затраты на помол, желательно дробить материал до возможно мелких фракций.
Сырьевые материалы, применяемые в производстве портландцемента, обладают различными физико-механическими
свойствами (твердостью, прочностью) и делятся на три группы: высокой твердости, средней твердости и мягкие. В табл.
6.2 приведены значения прочности различных сырьевых материалов при сжатии.
Таблица 6.2.
Прочность сырьевых материалов (горных пород)
Наименование пород
Мраморизированные, окремненные и плотные известняки, порфироиды
Известняки средней плотности и крепкие мергели
Пористые известняки, известняки-ракушечники, плотные мергели
Твердый туф, кремнистые опоки
Плотные глинистые сланцы
Мергель глинистый, мягкий сланец
Мягкий туф, трепел, пемза, глиежи, мягкие мергели, гипс
Глины влажностью до 10-12%, мел
Глина влажностью до 25%, суглинки, лесс
Прочность при
сжатии, МПа
100-200
50-120
20-60
30-100
60-150
20-60
10-30
2-9
0,2-1
В процессе проектирования для каждого из этих видов сырьевых материалов выбирается определенная технологическая схема дробления и соответствующее дробильное оборудование, позволяющее производить измельчение до оптимальных размеров зерен. Основными факторами, определяющими выбор оборудования для дробления сырьевых материалов, являются их физико-механические свойства и размеры кусков, поступающих на дробление. Оптимальная начальная крупность сырья высокой и средней прочности для заводов мощностью до 2500 т/сут. составляет 1000 мм, для заводов мощностью более 2500 т/сут.—1200— 1500 мм. Начальная крупность мягкого сырья — 300—500 мм, а при добыче
роторным экскаватором — до 100—120 мм.
Для дробления материалов различных свойств применяют оборудование (дробилки), сведения о котором приведены в
табл. 6.3.
Таблица 6.3.
Дробилки, используемые для дроблении сырьевых материалов и угля
Порода
Известняк окремненный,
мрамор, порфироид
Известняк плотный, крепкие мергели
Известняк-ракушечник,
плотный мергель
Туф твердый, кремнистые
опоки
Глинистые сланцы, мергели
Туф, трепел, глиежи, пемза, гипс
Мергель глинистый, мягкий сланец
Глина, мел
Уголь каменистый, антрацит
Стадия дробления
1
2
Щековая, конусная или роторная Молотковая, конус(ударно-отражательная)
ная или роторная
Щековая, конусная или молотТо же
ковая
Щековая или самоочищающаяся
Самоочищающаяся
молотковая
молотковая или
конусная
То же
То же
3
Конусная или
молотковая
То же
То же
То же
Щековая, самоочищающаяся
молотковая
Валковая или самоочищающаяся
молотковая
То же
То же
То же
То же
То же
То же
То же
Валковая или самоочищающаяся
молотковая или «Гидрофол»,
«Аэрофол», «Хацемаг»
Молотковая
Самоочищающаяся
молотковая или
конусная
То же
Конусная или
молотковая
То же
Конечная крупность продукта дробления определяется требованиями к сырью, обусловленными принятой схемой последующего процесса измельчения, и составляет:
— для схемы с трубной мельницей 20—30 мм (для сырья твердого и средней твердости) и до 50 мм (для мягкого);
— для схемы с мельницей «Аэрофол» — 250—400 мм (в зависимости от диаметра цапфы);
— для схемы с вертикальной тарельчато-роликовой (валковой) мельницей — 40—150 мм (для сырья средней твердости) и до 300 мм для мягких материалов.
Первичное дробление твердых пород осуществляется в щековых, конусных, молотковых, ударно-отражательных дробилках, в том числе в передвижных. Вторичное дробление — в молотковых и ударно-отражательных.
Технологические схемы и количество стадий дробления выбирают в зависимости от физико-механических свойств сырьевых материалов (прочности, влажности, пластичности, твердости), способов их добычи и оборудования.
По крупности кусков сырьевых материалов определяется степень его дробления и количество стадий дробления. Для
определения производительности выбираемых дробилок и общей схемы дробления необходимо знать количество под31
лежащего переработке сырья и средства его транспортирования к дробильным агрегатам.
Одностадийное дробление (рис. 6.1, а) применяют при использовании мельниц «Гидрофол» (мокрый способ), мельниц
«Аэрофол» или дробилок с одновременной сушкой сырья (сухой способ) — при переработке мягкого сырья (мергель,
мел, мергельно-меловые породы, трепел, глина и др.).
При одностадийном дроблении технологические схемы упрощаются за счет объединения (при сухом способе производства) процессов сушки и измельчения сырьевых материалов в одном агрегате. При мокром способе измельчения
применение мельницы «Гидрофол» позволяет заменить несколько глиноболтушек. Легко раскалывающиеся известняки,
не требующие больших затрат электроэнергии на помол, следует измельчать также в одну стадию, используя для этой
цели ударно-отражательные дробилки с высокой степенью измельчения. Ударно-отражательные дробилки могут измельчать материал с крупностью кусков до 1000 мм и выдавать продукт размером 25—30 мм.
При двухстадийном дроблении (рис. 6.1, б) по открытому циклу материал из приемного бункера колосниковым или
пластинчатым питателем равномерно подается на щековую дробилку I стадии. Дробленый продукт из дробилки I стадии
поступает по конвейеру на грохот для отсева из него мелкой фракции (подситный продукт). Крупная фракция, не прошедшая через сито грохот (надситный продукт), направляется в дробилку II стадии. Подситный продукт и материал,
прошедший II стадию дробления, направляются в бункера мельниц для помола или на сырьевой склад для создания запаса.
Двухстадийное дробление применяют при переработке твердого и средней твердости сырья с применением дробилок
тяжелых типов: на I стадии — конусных или щековых, на II стадии — одно- или двухроторных молотковых или конусных дробилок.
При проектировании высокопроизводительных дробильных отделений (10000 т/сут и более) для плотных известняков
без пластичных включений целесообразно предусмотреть установку конусных дробилок на I стадии дробления и двухроторных молотковых дробилок на II стадии.
Конусные дробилки имеют высокую производительность (больше, чем у щековых), низкий удельный расход электроэнергии. Они могут работать под завалом и для загрузки не требуют установки пластинчатых питателей. Для дробильных отделений средней и небольшой производительности (до 5000 т/сут) целесообразно применить на I стадии щековую
32
дробилку, на II стадии — однороторные молотковые дробилки.
При трехстадийном дроблении (рис. 6.1, в) иногда после колосникового или пластинчатого питателя устанавливают
грохот; полученный подситный продукт направляют сразу на II стадию Дробления. Материал после II стадии вновь рассеивают на грохоте; III стадии дробления подвергается только надситный продукт, полученный после рассева продукта,
вышедшего яз дробилки II стадии дробления.
Трехстадийное дробление желательно применять для очень плотных и твердых пород. Для первой и второй стадий
дробления целесообразно применять те же типы дробилок, что и при двух-стадийном дроблении, а для третьей стадии —
однороторные молотковые или конусные. Конечный продукт дробления при трехстадийном измельчении известняка
состоит из фракций размером 10—12 мм.
При одностадийном мокром измельчении мягких
пород по замкнутому циклу для классификации продукта применяют дуговые грохоты или гидроциклоны, из которых крупная фракция возвращается в
мельницу «Гидрофол»; при сухом способе устанавливают воздушно-проходные сепараторы, из которых крупка возвращается в мельницу «Аэрофол»
для дальнейшего измельчения. При двухстадийном
дроблении по замкнутому циклу материал из дробилки П стадии поступает на грохот, где отсеивается
мелкая фракция (кондиционная), а более крупные
зерна вновь поступают в дробилку. При трехстадийном дроблении в замкнутом цикле с грохотом работает дробилка II стадии измельчения.
Дробление в замкнутом цикле с грохочением материала позволяет значительно повысить производительность помольных установок, улучшить качество получаемого продукта, снизить удельный расход электроэнергии.
Дробильные отделения размещаются, как правило, на площадках цементных заводов или на борту карьеров. В дробильных отделениях располагаются расходные бункера сырьевых материалов, оборудование для дробления, грохочения,
обеспыливания, а также системы дистанционного управления и автоматики. В качестве транспортирующих механизмов,
осуществляющих передачу от одного дробильного агрегата к другому, а также подающих готовый продукт в сырьевой
цех или на склад, применяют ленточные конвейеры и элеваторы.
Для первичного дробления сухих непластичных известняков средней твердости целесообразно применять дробилки
ударно-отражательного действия (роторные). Дробильные установки с ударно-отражательными дробилками могут быть
как стационарными, так и передвижными. Наиболее экономично использование передвижных или самоходных дробильных установок СДУ (или агрегатов-СДА), оборудованных приемным бункером, питателем, дробилкой и транспортером,
выдающим измельченный продукт. Такие агрегаты выполняются на гусеничном, шагающем или колесном ходу и работают в забое карьера совместно с экскаватором. Технологическая схема такой установки приведена на рис. 6.2. Производительность СДУ достигает 1000 т/ч. Такие агрегаты могут принимать куски материала размером до 1000— 1200 мм.
Применение такой схемы переработки сырья полностью исключает промежуточный автомобильный транспорт, т. к. измельченный материал доставляется на цементный завод ленточными транспортерами значительной протяженности (до
нескольких километров).
6.3.1. Примеры технологических схем дробления
При первичном дроблении мягкого сырья (глина, мел) применяют валковые и молотковые самоочищающиеся дробилки. Глина, поступающая из карьера с размером кусков до 500 мм, измельчается в дробилках до 100 мм. Технологические
схемы дробления мягкого сырья представлены на
рис. 6.3 и 6.4.
По схеме, представленной на рис. 6.3, можно
дробить раздельно мел и глину, а также глинистый мергель.
На рис. 6.4 приведена технологическая схема
первичного дробления глины и мела в одной дробилке. При такой схеме дробления в дробилку
подается смесь мела и глины в соответствующих
пропорциях. Применение такой схемы возможно
в том случае, если дробилки расположены на цементном заводе или карьеры мела и глины расположены рядом.
При использовании мельницы «Гидрофол», как
правило, в первичном дроблении нет необходимости, за исключением случая, когда размер кусков материала превышает 1000 мм. При дроблении твердых пород на
отечественных цементных заводах, в основном, принята двухстадийная схема дробления. Обычно на дробление поступают куски карбонатного компонента размером 100—1000 мм. После дробления продукт не должен содержать фракций
крупнее 25 мм. Однако для обеспечения экономичной работы мельниц рекомендуется загружать их материалом крупностью 8—10 мм, поэтому многие зарубежные фирмы используют трехстадийные схемы дробления.
Технологическая схема дробления твердых известняков без мажущих включений представлена на рис. 6.5. По этой
схеме дробление известняка производится в две стадии. Подача известняка от забоя карьера осуществляется автосамосвалами в приемный бункер, затем с помощью пластинчатого питателя 2 в дробилку 3 первичного (крупного) дробления.
Передача дробленого известняка (300 мм) от I стадии дробления на вторичное дробление производится ленточным
33
транспортером.
Места пылевыделения (места перегрузки материала) находятся под разрежением, создаваемым вентилятором аспирационной установки; запыленный воздух можно очищать с помощью рукавного фильтра.
Отделение вторичного дробления с бункерами и
питателями размещают в самостоятельном здании,
соединенном с отделением первичного дробления
галереей, в которой размещен ленточный транспортер 4. Вторичное дробление осуществляется в молотковой дробилке до крупности 0—25 мм. Дробленый в молотковой дробилке материал ленточным
транспортером 7 подается на склад или в бункер
мельницы. Для предотвращения запыления окружающей среды молотковые дробилки и места перегрузок материала необходимо оборудовать вентиляционной установкой
и рукавными фильтрами для очистки запыленного воздуха.
Дробление твердых карбонатных пород с применением замкнутого цикла осуществляется по схеме, аналогичной приведенной на рис. 6.6. Отличием является то, что после II стадии дробления материал классифицируется на грохоте и
крупная фракция возвращается назад в дробилку.
В случае использования влажных известняков средней твердости с мажущими включениями можно применить такую
же технологическую схему, заменив обычную молотковую дробилку на самоочищающуюся молотковую дробилку.
6.3.2. Помол сырьевых материалов
Процесс тонкого измельчения (помол) увеличивает поверхность взаимодействия материалов и их реакционную способность. Чем тоньше измельчены сырьевые материалы, тем скорее происходят физико-химические процессы в зонах
контакта взаимодействующих частиц.
Для тонкого измельчения материалов применяют различные типы мельниц: шаровые, трубные, валковые и роликовые
(кольцевые), а также мельницы самоизмельчения. В отечественной цементной промышленности измельчение твердых
сырьевых материалов для сырьевой смеси осуществляют, в основном, в трубных мельницах.
Мокрый и сухой способы помола сырья. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования водной суспензии — шлама с влажностью от 36 до 50%, в зависимости от физикохимических характеристик используемых материалов.
При сухом способе дробления сырьевые материалы частично подсушивают, дозируют в заданных соотношениях и подают в мельницу, где они измельчаются до требуемой тонкости. Процессы сушки и измельчения могут совмещаться в
одном агрегате.
Помол сырьевых материалов осуществляют по открытому или по замкнутому циклу.
В схемах по замкнутому циклу при сухом помоле в качестве классификаторов применяются сепараторы, при мокром
— гидроциклоны и грохоты.
В схеме по открытому циклу (рис. 6.7 а, б) весь размалываемый материал при прохождении через мельницу измельчается до заданной тонкости и выходит в виде готового продукта. Применение открытого цикла помола требует длительного пребывания материала в мельнице (для достижения необходимой тонкости), поэтому такой помол осуществляется в
длинных трубных мельницах.
34
В практике работы отечественной цементной
промышленности наиболее распространенной
схемой мокрого помола сырьевой смеси является схема открытого цикла.
Для мокрого помола по открытому циклу известняков высокой и средней твердости применяются трубные мельницы с. соотношением
диаметра к длине от 1:4,7 до 1:6, а для помола
мягких известняков и мергелей — более короткие трубные мельницы с соотношением
D:L порядка 1:2,5—1:2,7.
Кроме шаровых трубных мельниц в цементной промышленности применяются мельницы,
в которых первая «мера, да происходит грубое
измельчение, заполняется металлическими
стержнями, автора» (тонкое измельчение) металлическими шарами. Эти мельницы имеют более высокие технико-экономические показатели при помоле твердых сырьевых материалов.
В схемах, работающих по замкнутому циклу, помол в мельнице сопровождается последующей классификацией материала в сепараторе с выделением крупки и тонкого продукта. При сухом помоле (рис. 6.8 а, б, в, г) весь выходящий из
мельницы материал, как крупный, так и мелкий, проходит через сепаратор, в котором мелкие зерна отделяются от крупных; при этом крупные зерна (крупка) из сепаратора возвращаются в мельницу для домола. При мокром помоле (рис. 6.9
а, б) для выделения грубой фракции используют
грохоты или гидроциклоны. При этом способе помола применяют более короткие мельницы, чем
при помоле по открытому циклу. Применение в
схемах мокрого помола классификаторов, при
определенных условиях, обеспечивает повышение
производительности мельниц и снижение удельного расхода электроэнергии на помол.
Классификаторы шлама дают существенный эффект при измельчении сырья, содержащего трудноразмалывающиеся включения. При однородном
составе сырья эффективность классификации снижается. Поэтому выбор той или иной схемы помола нужно производить, учитывая физические свойства сырьевых материалов. Кроме того, классификация шламов после мельницы затрудняется вследствие невысокой влажности шлама (до
40%). Более целесообразно применять классификаторы, в частности гидроциклоны, для сепарации грубых шламов и при
35
влажности свыше 40%, т. е. после болтушек или мельниц самоизмельчения с последующим помолом крупных фракций в
шаровой мельнице (рис. 6.10).
Использование виброгрохотов ограничивается вследствие их низкой производительности. Чаще на цементных заводах
применяются дуговые грохоты, обладающие более простой конструкцией, чем виброгрохоты. Они являются наиболее
эффективными классификаторами плотных шламов при работе на сырьевых материалах с пластичными включениями,
частично размучивающимися в воде, или же на шламах из твердых кристаллических известняков.
Несмотря на некоторые преимущества замкнутого
цикла мокрого помола сырьевой смеси, сырьевые
цеха крупных цементных заводов преимущественно
оборудуются помольными агрегатами для открытого
цикла работы, так как он является более надежным
при переработке больших масс сырьевых материалов. При использовании в качестве компонентов
сырьевой смеси мягких материалов (глины и мела)
используют помол в замкнутом цикле в мельнице
«Гидрофол» по технологической схеме, приведенной на рис. 6.11. В мельницу «Гидрофол» подается
глиноогарочный шлам и мел, которые измельчаются
до состояния, когда в шламе содержится ~80% готового продукта. После классификации в гидроциклонах крупка возвращается в мельницу «Гидрофол», а
тонкая фракция — через промежуточный бассейн поступает в четыре гидроциклона, которые выделяют готовый продукт
и крупку, далее направляемую в шаровую мельницу для окончательного измельчения.
Для тонкого измельчения сырьевой муки (сухой способ) преимущественно применяют технологические схемы с мельницами для одновременного помола и сушки. Этот вопрос рассматривается в разделе «Совмещение помола сырья с сушкой».
Помол и сушка сырьевых материалов. При сухом способе производства высокая влажность сырьевых материалов вызывает необходимость сушки их перед помолом. Определяющими параметрами процесса сушки являются влажность
(абсолютная и относительная) и температура теплоносителя (сушильного агента). Абсолютной влажностью называют
количество влаги в граммах, содержащейся в виде пара в 1 м 3 воздуха или газа. Относительной влажностью W (%) называют отношение массы водяного пара тп, содержащегося в 1 м 3 газа при данной температуре, к массе водяного пара тн,
который может содержаться в 1 м газа при полном его насыщении при той же температуре, т. е.
W 
mn
100%
mH
Материал высушивается только в том случае, когда относительная влажность воздуха или газа менее 100%. Чем она
меньше, тем быстрее будет проходить процесс сушки.
При охлаждении воздуха с постоянной абсолютной влажностью относительная влажность непрерывно увеличивается,
достигая при определенной температуре 100%. Температура, при которой воздух становится насыщенным, называется
точкой росы. При понижении температуры ниже точки росы из воздуха начинает выделяться влага в виде капель (роса,
туман). Точка росы — важная характеристика теплоносителя.
Скорость высушивания материала при одних и тех же параметрах сушки (температуре и влажности теплоносителя) зависит от физических свойств материала и крупности кусков. На сушку материал поступает после предварительного измельчения. Пористые и непластичные материалы (например, шлак) высушиваются легче, чем глина, трепел и опока.
Пределы колебаний начальной и конечной влажности материалов, количество стадий сушки и температура сушильных
газов приведены в табл. 6.4.
На цементных заводах сушку сырья производят в сушильных барабанах, вихревых сушилках с кипящим слоем (псевдоожиженном), агрегатах, совмещающих сушку и вторичное дробление сырья (ударно-отражательных дробилках с сушильной установкой), тандемах «сушилка-мельница» (комбинациях молотковой дробилки с шаровой мельницей), воздушных сепараторах, гравитационных помольных установках (мельницах типа «Аэрофол») и в помольных установках с
совмещением помола и сушки.
Сушильные барабаны применяют для сушки сырьевых материалов, добавок и топлива независимо от их начальной
влажности и пластичности, что является преимуществом, так как в аппаратах других конструкций сушить пластичные
материалы при высокой влажности трудно, а иногда и невозможно. Недостаток сушильных барабанов — большая затрата тепла на испарение влаги материала с влажностью менее 10%. Поэтому сушильные барабаны целесообразно применять для подсушки материалов до влажности 8-МО%, а затем досушивать их более эффективным способом, например,
совмещая сушку с помолом в мельнице (см. табл. 6.4.).
Производительность сушильного барабана характеризуется удельным паронапряжением его сушильного объема, т. е.
количеством влаги, удаляемой за 1 ч с 1 м 3 сушильного пространства барабана. Удельное паронапряжение зависит от
конструкции барабана, физических свойств высушиваемых материалов, гранулометрического состава, степени заполнения барабана, скорости перемещения материала в барабане, температуры, влагосодержания и скорости движения теплоносителя, поступающего в барабан. Это необходимо учитывать при выборе сушильного барабана. Удельное паронапряжение (паросъем) сушильного барабана находится в пределах, кг/(м3-ч):
Таблица 6.4.
36
Пределы колебаний влажности материалов и количество стадий сушки
Материал
Глина
Влажность, %
Начальная
20-30
Конечная
0,5-1,5
Глинистый сланец
Мергель
Трепел
Известняк
Опока, туф, пемза
15-25
1,0-2,0
15-20
20-37
8-17
15-28
0,4-1,2
0,5-1,5
0,4-2,0
1,0-2,0
Доменный гранулированный шлак
Уголь:
антрацит
Каменный
8-35
Количество стадий сушки и тип
установок
Две стадии: I – подсушка в сушильном барабане; II – подсушка в
мельнице.
То же
Температура сушильного
агента, 0С
Перед барабаном 800-1000
перед мельницей не выше
400 0С.
То же
0С,
0,5-1,5
»
»
Одна стадия: в мельнице
Одна стадия: в сушильном барабане
Одна стадия: в вихревой сушилке
»
»
400
800-1000
8001-1000
5-10
1,0-2,0
Одна стадия: в мельнице
Не выше 400
14-23
1,0-4,0
Две стадии: I – в сушильном барабане; II – в мельнице
Перед барабаном 500-600;
перед мельницей не выше
400
при сушке глины— 20—30,
известняка, опоки — 30—40,
шлака — 45—60,
трепела, диатомита — 40—50,
угля — 35—50.
В зависимости от конструкций сушильного барабана удельный паросъем составляет, кг/(м 3ч):
для барабанов без внутрибарабанных устройств — 10—15,
при наличии пересыпателей
— 25—30,
при наличии ячейковых устройств — 40—50.
Пластичные сырьевые материалы (глины и суглинки) высушиваются, в основном, в прямоточных сушильных барабанах, где непосредственное воздействие горячих газов на влажный материал предотвращает размазывание и налипание
материала у входа в сушилку. При сушке пластичных материалов в противоточных сушилках заметно снижается скорость прохода материала через сушильный барабан и падает его производительность.
Применение прямоточных сушилок для сушки угля в значительной мере снижает опасность его воспламенения. При
сушке угля в противоточных сушилках высушенный горячий уголь встречается с очень горячими газами, что может
привести к его воспламенению.
Уменьшение размера кусков материала, повышение температуры теплоносителя, снижение его влагосодержания и
увеличение скорости движения газа в барабане ускоряет процесс сушки и способствует повышению производительности
барабана. При этом нагрев сырья при сушке не должен вызывать никаких химических изменений его состава. При температуре около 800 °С известняк диссоциирует с выделением СОа; глина теряет химически связанную воду при температуре 400—450 °С. Это должно учитываться при расчете массового соотношения компонентов сырья. Гранулированный доменный шлак при 700 °С расстекловывается и теряет свои гидравлические свойства, что следует учитывать при
сушке доменных шлаков.
Температуру сушильных газов регулируют путем разбавления их холодным внешним воздухом. Этот процесс протекает в специальной смесительной камере, расположенной между топочной камерой и сушильным барабаном. Обычно температура газов, поступающих в сушильный барабан, составляет 600—700 °С. В прямоточных сушилках в некоторых
случаях температура поступающих газов может быть повышена до 800—1000 °С.
Температура газов на выходе из сушильного барабана должна быть 120—125 °С, чтобы предотвратить возможную
конденсацию водяных паров, содержащихся в газе. Однако на практике температура отходящих газов, как правило, 80—
110°С. КПД сушильного барабана 0,7—0,8.
Коэффициент заполнения объема сушильного барабана зависит от его конструкции и составляет, в %:
в барабанах без внутрибарабанных устройств - 5—7;
с пересыпными устройствами — 12—15;
с ячейковыми устройствами — 25—30.
Более высокая степень заполнения материалом обеспечивает в сушилках одинаковых размеров повышение производительности на 30—50%. В цементной промышленности применяют сушильные барабаны диаметром от 1,6 до 5,6 м.
Примеры технологических схем подсушки сырья в сушильных барабанах представлены на рис. 6.12 и 6.13.
37
Вихревые сушилки предназначены для сушки различных цементных сырьевых материалов. В отечественной цементной промышленности они применяются, в основном, для сушки гранулированного доменного шлака. Сушка материалов
в такой сушилке происходит во взвешенном состоянии. Удельный паросъем вихревых сушилок в 2,5—3 раза выше барабанных. Так, в 1м3 сушильного объема вихревых сушилок при сушке шлака испаряется до 125— 150 кг влаги за 1 ч, а в
сушильных барабанах — 50—60 кг.
В вихревых сушилках в качестве сушильного агента могут использоваться горячий воздух из воздухоподогревателей
(топок), колосниковых клинкерных холодильников и отходящие газы вращающихся печей. Температура газов, поступающих в сушилку, не должна превышать 600 °С. Количество газа, расходуемое в вихревых сушилках, составляет около 2
м3/кг загружаемого материала. КПД вихревых сушилок составляет 0,65—0,70 при влажности загружаемого материала до
20%. На рис. 6.14 представлена схема сушки
материала в вихревой сушилке.
Сушка в кипящем слое. К сушилкам в кипящем слое относятся аэрофонтанные и с русловым кипящим слоем. В аэрофонтанной высокотемпературной сушилке материал (в основном
шлаки) сушится в вертикальном реакторе в кипящем слое. При кипящем слое толщиной
500—600 мм производительность сушилок составляет 70 т/ч по сухому материалу, а удельный паросъем — 250—300 кг/(м3-ч), т. е. более чем в 10 раз выше, чем в сушильных барабанах. Удельный расход тепла
на сушку составляет 4,2 МДж/кг.
В сушилках с русловым кипящим слоем сушке подвергается шлак с размером кусков до 50 мм и влажностью до 25 %.
Шлак равномерно распределяется на наклонной решетке слоем до 300 мм. Поток горячих газов с температурой до 1100
°С подается под решетку, переводит шлак в аэрированное состояние, сушит и перемещает его к разгрузочной течке.
Технологические схемы сушки в кипящем слое представлены на рис.6.15 и 6.16.
38
Сушка в воздушных сепараторах. Одним из распространенных в США способов сушки сырья в процессе помола является сушка в воздушных сепараторах. Схема такой установки представлена на рис. 6.17. В сепараторе сырье высушивается до влажности 6—8%. Применяются только высокотемпературные (около 550— 600 °С) горячие газы, образующиеся
при сжигании жидкого и газообразного топлива. Температура газов на выходе из сепаратора составляет около 90 °С.
Совмещение вторичного дробления сырья и сушки. Ударно-отражательные дробилки позволяют получить высокую
степень измельчения (40—60). Непрерывное дробление обеспечивает постоянный рост поверхности материала и благоприятные условия для теплопередачи. Ротор придает потоку газа, проходящему через дробилку, турбулентный характер,
что приводит к улучшению контакта между газом и материалом. Благоприятные условия теплопередачи позволяют работать с относительно низким температурным градиентом. Сырьевые материалы с исходной влажностью до 6 % могут
высушиваться отходящими газами вращающихся печей или аспирационным воздухом клинкерных холодильников с
температурой 250—350 °С. При исходной влажности материала до 12 % температура горячих газов должна быть 400—
750 °С. В этом случае нужно применять подогрев отходящих газов или воздуха, устанавливая дополнительную топку
(воздухонагреватель).
При применении горячих газов с температурой
около 800 °С и двухроторной дробилки можно
осуществлять сушку и дробление пластичных и
налипающих материалов с начальной влажностью 25—30 %. Питание и выгрузка материала
из ударно-отражательной дробилки производится
через двойные маятниковые затворы, чтобы избежать подсоса наружного воздуха. Удельный
расход тепла на сушку в ударно-отражательных
дробилках-сушилках в зависимости от влажности
сырьевого материала составляет 4,0—4,6 МДж/кг
(950—1100 ккал/кг) испаряемой влаги.
Для сушки материалов при вторичном дроблении хорошо подходят ударно-отражательные дробилки фирмы «Хацемаг» (Германия). Эти дробилки выпускаются однои двухроторные, с колосниковыми решетками и без них.
Дробилки-сушилки ударно-отражательного действия приспособлены для приема и переработки материала крупностью
до 800 мм.
Технологическая схема дробления и сушки в ударно-отражательной дробилке-сушилке приведена на рис. 6.18.
В приведенной на рис. 6.19 системе подготовки сырьевой смеси ударно-отражательная дробилка работает с трубной
мельницей, оборудованной пневмотранспортным устройством. Материал, выходящий из дробилки и мельницы, пневмовоздушным способом подается в воздушно-проходной сепаратор.
39
Перед дроблением куски материала размером
до 100 мм поступают в камеру подсушки, оборудованную двумя маятниковыми затворами и отражательными плитами. Сушильный агент подают через верхнюю часть камеры подсушки,
длина которой зависит от влажности сырьевого
материала. Подсушенный сырьевой материал
вместе с сушильным агентом измельчается до
размеров 0—10 мм и содержит 15—35% готового продукта, который выносится струей газа через подъемный трубопровод в воздушный сепаратор и при этом подвергается дополнительной
сушке. Крупка из сепаратора поступает в короткую однокамерную трубную мельницу, куда поступает часть горячих газов для сушки материала. Из мельницы материал вновь направляется в
подъемный трубопровод и воздушный сепаратор.
Сырьевая смесь влажностью до 8% может высушиваться отходящими газами запечных теплообменников. При влажности до 15 % требуется дополнительный подогрев воздуха или используется горячий воздух из колосниковых холодильников.
Сушильная установка с предварительной сушкой в ударно-отражательной дробилке показана на рис. 6.20.
На рис. 6.21 показана сушильная установка, в
которой предварительная сушка производится в
ударно-отражательной дробилке, а основная сушка — в воздушном сепараторе. Частично сушка
осуществляется также в ковшовом элеваторе. Использование ковшовых элеваторов в качестве
вспомогательного оборудования для сушки сырья
нашло широкое применение на американских заводах. Если сушка производится только в сепараторе, то начальная влажность сырьевого материала должна быть не выше 6%. Обогрев дробилки и
ковшового элеватора позволяет использовать сырье с начальной влажностью до 8%.
На рис. 6.22 показана сушильная установка фирмы SKET/ZAB (Германия). Особенность этой системы состоит в том,
что ударно-отражательная дробилка-сушилка, из которой в трубную мельницу подается большая часть загружаемого
материала, связана с сепаратором и наружным вентилятором. Поэтому газ, отходящий от дробилки и содержащий 500—
800 г/м3 пыли, легко очистить, не оказывая влияния на процесс сепарации. В зависимости от влажности сырья в ударноотражательной дробилке-сушилке расходуется 60—70% горячих газов от топки. При этом влажность сырья может быть
снижена до 6%. Остальное количество газов при необходимости может быть пропущено через трубную мельницу и центробежный сепаратор с помощью вентилятора.
40
Совмещение помола сырья с сушкой. При совмещении помола сырья с сушкой широко используют тепло отходящих
газов вращающихся печей или клинкерных холодильников. В большинстве случаев приходится повышать температуру
сушильных газов, для чего устанавливается выносная топка. Количество тепла, подаваемого в мельницу, может быть
снижено из-за выделения дополнительного тепла при помоле.
На рис. 6.23 представлена технологическая
схема совмещения помола с сушкой в замкнутом цикле с воздушно-проходным и центробежным сепаратором. Для повышения эффективности сушки в мельнице предусмотрена камера предварительной сушки, расположенная
перед помольной камерой. Более высокой производительности можно достичь в сушильнопомольной установке, где предварительная
сушка осуществляется в специальном трубопроводе (рис. 6.24). В этой установке часть горячих газов поступает в трубопровод предварительной сушки, другая часть — в мельницу. Крупные частицы материала поступают в питательную линию мельницы, а мелкие — выносятся наверх струей горячих газов и, высушиваясь, оседают в циклоне 3 и подаются
частично в мельницу и в центробежный сепаратор 4.
Схема установки, показанной на рис. 6.25, аналогична представленной на рис. 6.20, где перед мельницей помещена
ударно-отражательная дробилка. Эта установка предназначена для измельчения крупных частиц ударными воздействиями с использованием полезного эффекта от совмещения сушки с дроблением.
В схемах с воздушно-проходными сепараторами разгрузка и транспортировка материала осуществляются не механическим способом, а за счет интенсивного просасывания через мельницу больших объемов сушильного агента. Преимущество таких установок заключается в возможности утилизации большого количества горячих отходящих газов: около
2,2—2,9 кг газа на 1 кг материала.
В схеме помола, показанной на рис. 6.25, воздушный поток выносит измельченный продукт из мельницы и поднимает
его вверх — вначале к воздушно-проходному сепаратору, а затем в циклон, что позволяет отделить тонкую фракцию от
газа.
41
Для помола сырьевых материалов с высокой
влажностью
можно
применить
сушильнопомольную установку, схема которой показана на
рис. 6.26. Для подсушки сырье подают в трубопровод предварительной сушки, расположенный
вне мельницы, поэтому в мельницу попадает подсушенный материал и небольшое количество горячих газов. Для достижения необходимой эффективности сушки и помола максимальный размер
зерен загружаемого материала не должен превышать 15 мм. Скорость воздуха в таких установках
равна 3—4 м/с, а в подъемном трубопроводе после
мельницы — 25—35 м/с. Содержание твердых
частиц в трубопроводе после мельницы составляет
250—500 г на 1 м3 газа.
Сушильно-помольная установка с мельницей «Аэрофол». В мельнице самоизмельчения «Аэрофол» (рис. 6.27) степень
измельчения материала может составлять от 100 до 1000. Размолотый материал выносится из мельницы газовоздушным
потоком, скорость которого устанавливается в соответствии с требуемой крупностью зерен. В установку входят циклоны
для классификации материала. Слишком крупные зерна возвращаются в мельницу или измельчаются в шаровой мельнице до необходимого размера. Степень заполнения мельницы «Аэрофол» — 20—34%. Расход воздуха составляет 2—3
м3/кг размалываемого материала. Скорость воздуха в мельнице равна 3 м/с, а скорость воздуха в трубопроводе за мельницей зависит от гранулометрического состава материала и находится в интервале 15—25 м/с.
Совмещение помола с сушкой в роликовых
мельницах. Роликовые или валковые мельницы
(мельницы Леше, MPS, ТРМ фирмы «Полизиус» и др.) применяются, в основном, в сушильно-помольных установках. На рис. 6.28
представлена одна из рабочих технологических
схем сушильно-помольной установки с роликовой мельницей. Влажность материала (сырьевой смеси), загружаемого в мельницу Леше,
может составлять 15—18%. Тонкость помола
готового продукта обычно находится в пределах 6—30% остатка на сите 009 (4900 ячеек/см2). Производительность мельницы достигает 500 т/ч сырьевой смеси.
По сравнению с трубной мельницей установка
с роликовой мельницей дает экономию энергии
около 13%.
В роликовых мельницах разных типов теплом отходящих газов теплообменников вращающейся печи может быть высушена сырьевая смесь с влажностью до 8%. Для высушивания материала с влажностью 8—18% необходимо подводить
дополнительное тепло.
6.4. СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ
СМЕСИ
Сырьевые смеси заданного химического состава составляются из сырьевых материалов различной степени неоднородности. Повышение степени неоднородности сырья приводит к необходимости усложнения схемы его переработки и системы управления. Принципиальная технологическая схема приготовления сырьевой смеси включает участки механического перемешивания, в том числе усреднение на карьере, предварительную гомогенизацию дробленых материалов в
усреднительном складе, пневматическое усреднение тонкомолотых порошков в силосах в псевдоожиженном слое при
сухом способе производства, перемешивание водных суспензий в вертикальных и горизонтальных бассейнах. Суммарная усреднительная способность всего усреднительного отделения (К$) определяется отношением oi: ffn, то есть среднеквадратичного отклонения отдельных значений химических характеристик сырьевых материалов(01) к среднеквадратичному отклонению заданного значения коэффициента насыщения сырьевой смеси, поступающей в печь на обжиг (ап).
Обычно ап принимается равной 0,01—0,015.
В то же время суммарную усреднительную способность всего сырьевого передела можно рассматривать как произведение коэффициентов усреднения всех его технологических переделов:
 1  2  n 1
K

...
(6.1)
y 
2 3
n
Таблица 6.5.
Технологический
передел
Себряковского завода
Вертикальные бассейны
Круглый горизонтальный
бассейн
Обозначения
Объем шлама в
горизонтальных
бассейнах, м3
Среднее значение коэффициента
i
усреднения титра K y 
i 1
i
2
2
3
-
3,4
1500
1500-3000
3,6
7,2
42
3
4
Сырьевые мельницы
3000
-
10,9
1,3
Выражение (6.1) позволяет представить технологическую схему в виде каскада усреднителей, объединенных системой
управления процессом приготовления сырьевой смеси. Математическое моделирование участков механического, пневматического усреднения и перемешивания в водной среде сырьевых материалов и их смесей, а также скорости управления процессом приготовления сырьевой смеси заданного состава является основой для расчета необходимой усреднительной способности всей технологической схемы и отдельных ее переделов. Расчеты производятся при помощи ЭВМ
по программам системы автоматизации проектных работ САПР-цемент. Прогнозирование степени усреднения на участках технологических схем базируется на экспериментальных характеристиках эффективности усреднения. Некоторые из
них, определенные на Ново-Спасском заводе сухого способа и на Себряковском заводе мокрого способа, приведены в
табл. 6.5 и 6. 6.
Таблица 6.6.
Технологический
передел Себряковского завода
Содержание СаО, %
СредСреднекваднее
ратичное
отклонение
Обозначение
Среднее значение коэффициента
усреднения титра
i
Ky 
i 1
σ2
1,7
Карьер навестняка
Первичное дробление – щековая
дробилка
Вторичное дробление - Аэрофол
51,0
52,4
4,40
2,54
43,1
2,21
1
2
1,1
Шаровая мельница
домола
43,0
1,51
2
3
1,4
Смесительные
силосы
43,1
0,38
4
5
4,0
Запасные силосы
43,1
0,36
5
6
1,0
3
4
Эффективность усреднения в мощных горизонтальных бассейнах мокрого способа гораздо выше, чем в смесительных
силосах сухого способа, в связи с чем возрастает значение точности дозирования компонентов сырьевой смеси, частоты
отбора контрольных проб и скорости анализа их химического состава. Проектирование технологии приготовления сырьевой смеси тесно связано с выбранной системой автоматизации управления процессом, от чего, в свою очередь, зависит
тип и количество усреднительных емкостей. Поэтому аппаратурное оформление процесса осуществляется одновременно
с разработкой способа управления, то есть представляет собой единую систему проектирования технологии приготовления сырьевых смесей заданного химического состава.
Сухой способ. Тонкомолотая сырьевая мука, однородная по физическим свойствам и минералогии, отвечающая заданному химическому составу, готовится на трех основных переделах усреднения. Первым является карьер, где осуществляется добыча, и, в случае необходимости, шихтовка пород различного качества или их внутрикарьерное усреднение.
Второй передел усреднения представляет собой склады предварительной гомогенизации материалов — преимущественно после вторичного дробления.
Третий основной передел — измельчение с последующей пневматической гомогенизацией и корректированием сырьевой муки в смесительных и запасных силосах.
Управление процессом приготовления сырьевой муки на этих трех переделах производится четырьмя возможными
способами.
43
Первый предусматривает управление химическим составом сырьевых материалов, поступающих с карьера в дробильное отделение. Система включает оперативное опережающее опробование сырьевых материалов, составление плана
горных работ по добыче сырья с учетом их качества. Управление осуществляется путем подачи на завод сырья такого
химического состава, которое обеспечивает выпуск вида и марки цемента, производство которого запланировано в соответствующий период.
Второй способ связан с управлением качеством сырья, выходящего со склада предварительной гомогенизации дробленых сырьевых материалов.
С помощью третьего способа осуществляется регулирование Дозирующих устройств перед сырьевыми мельницами.
Эта подсистема используется для корректирования химического состава сырьевой муки путем изменения состава порций
муки, поступающих в смесительный силос.
Четвертый способ управления процессом приготовления сырьевой муки представляет собой корректирование химического состава путем добавки заранее приготовленной
сырьевой муки, по химическому составу резко отличающейся от заданного.
Схемы четырех способов управления приведены на
рис. 6.29. Сочетание перечисленных элементов позволяет создавать различные технологические схемы
приготовления сырьевой муки в зависимости от неоднородности химического состава исходных сырьевых материалов и мощности проектируемого предприятия. На рис. 6.30 представлена технологическая
схема Ново-Карагандинского цементного завода с
двумя подсистемами управления процессом приготовления сырьевой муки: первая регулирует химический состав известняка, поступающего с усреднительного склада, вторая — корректирование химического состава сырьевой муки в смесительных силосах непрерывного действия.
На рис. 6.31 изображена технологическая линия завода «Коммунар», где в качестве сырьевых материалов применяются
мел и мергель пестрого химического состава, мягкие, мажущие материалы с высокой естественной влажностью. Физические свойства сырья предопределяют невозможность предварительной гомогенизации сырья в складах. Для достижения
заданного состава сырьевой муки в этих условиях введены две подсистемы управления технологическим процессом:
первая включает дозирование материалов в мельницу сушки и измельчения типа Аэрофол, вторая — корректирование
состава сырьевой смеси в смесительных силосах с помощью заранее приготовленной сырьевой муки известного химического состава.
44
Мокрый способ. Наиболее распространен порционный способ приготовления сырьевого шлама
благодаря простоте технологической схемы, возможности переработки неоднородных по составу
сырьевых материалов и снижению требований к
точности дозирования сырьевых компонентов.
Сущность порционного приготовления и корректирования химического состава сырьевой
смеси заключается в том, что последняя готовится относительно небольшими порциями (порядка
300—800 м3), а затем перекачивается в большие
емкости, которые служат для создания запаса
готовой сырьевой смеси на заводе и обеспечения
ею вращающихся печей. Сам процесс порционного корректирования состоит из ряда последовательных операций:
1. Заполнения корректировочных емкостей сырьевой смесью, поступающей из мельниц.
2. Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси.
3. Отбора проб и их анализа (включая доставку проб и подготовку их к анализу).
4. Расчета необходимых количеств корректирующих смесей 1 для доведения химических характеристик сырьевой смеси до их заданных значений (по результатам анализа).
5. Перекачки необходимых порций корректирующих смесей.
6. Перемешивания и гомогенизации сырьевой смеси после добавления расчетных количеств корректирующих смесей.
7. Отбора проб и анализа для проверки правильности корректирования.
8. Перепуска откорректированной сырьевой смеси в емкость, из которой осуществляется питание печей.
Однако, по мере увеличения мощности заводов и перерабатываемых потоков сырьевых материалов возникла поточная
технология приготовления сырьевых шламов, которая позволила снизить затраты труда, эксплуатационные расходы и
автоматизировать управление корректированием сырьевых смесей.
Если при порционном приготовлении сырьевого шлама горизонтальные бассейны использовались в качестве емкостей
для его хранения, то при поточном его приготовлении горизонтальные бассейны выполняют функции емкостейгомогенизаторов, в которых производится перемешивание и усреднение шлама перед поступлением его на обжиг. Использование вертикальных бассейнов в поточной технологической схеме полностью исключается.
Основными требованиями, определяющими возможность поточного приготовления сырьевой смеси, являются:
а) подача на помол сырьевых компонентов заданного и однородного химического состава;
б) дозирование сырьевых компонентов с помощью точных и надежных дозирующих устройств с автоматическим регулированием, позволяющим строго соблюдать расчетное соотношение компонентов;
в) интенсивное перемешивание размолотой сырьевой смеси в больших смесительных емкостях, обеспечивающих высокую эффективность усреднения ее химического состава перед подачей на обжиг;
г) надежный и оперативный контроль (включая химико-аналитический) и автоматическое регулирование процесса
приготовления сырьевой смеси.
Одним из решающих элементов поточных схем, обеспечивающим получение сырьевой смеси надлежащего состава,
является точное дозирование, которое может быть достигнуто путем периодического изменения настройки дозаторов.
Впервые в отечественной цементной промышленности на Балаклейском заводе была внедрена так называемая «двухшламовая» поточная технология приготовления смеси из влажных мажущих сырьевых компонентов (мела, глины), разработанная институтом Южгипроцемент.
Сущность этой технологии состоит в следующем: сначала приготавливаются два промежуточных грубомолотых шлама
— «высокий» и «низкий» (с более высоким и более низким содержанием СаСОз соответственно); затем эти шламы и
железистая добавка (огарки) в заданном соотношении подаются при помощи системы дозаторов на домол в мельницы:
размолотый шлам усредняется в горизонтальных бассейнах, а затем подается на обжиг.
В Гипроцементе разработаны различные варианты «одношламовых» поточных схем приготовления сырьевых смесей
из твердых сырьевых компонентов (известняка и глины) и из влажных мажущих сырьевых материалов (мела и глины).
Одношламовая технология в отличие от двухшламовой, основанной на двухстадийном дозировании (вначале сырьевых
материалов, затем сырьевых компонентов — «высокого» и «низкого»
шламов) предусматривает только одну
стадию дозирования сырьевых компонентов перед подачей их на помол. Приготовление сырьевого шлама в условиях
«одношламовой» технологии осуществлено на Себряковском цементном заводе.
Технологическая схема поточного приготовления сырьевого шлама на этом
заводе представлена на рис. 6.32.
К основным операциям при поточном
корректировании сырьевой смеси отно45
сятся: контроль химического состава и производительности потоков материалов, расчеты по результатам этого контроля,
определяющие необходимость и величины регулирующих (управляющих) воздействий, и осуществление последних. В
зависимости от способов осуществления отдельных операций различают 5 разновидностей управления химическим составом сырьевой смеси при поточном корректировании: стабилизацию, синхронное управление, управление по тенденции, интегральный и тенденционно-интегральный способы управления.
Выбор способа регулирования определяется сырьевыми и технологическими условиями на каждом конкретном цементном заводе, а также экономическими соображениями.
Для повышения скорости приготовления сырьевого шлама на ряде действующих заводов, запроектированных и построенных на основе традиционной технологии с порционным корректированием, в Гипроцементе С. И. Данюшевским,
В. Егоровым и Л. В. Беловым была разработана полупоточная технология. Сущность ее состоит в том, что вертикальные
бассейны, предварительно оснащенные автоматическими следящими уровнемерами, выполняют функции дозирующих
устройств. Процесс полупоточного корректирования химического состава сырьевой смеси складывается из ряда последовательно выполняемых операций:
1. Заполнения вертикальных бассейнов и отбора соответствующих проб.
2. Анализа этих проб (включая прободоставку и проборазделку).
3. Расчета количеств сливаемых шламов.
4. Слива рассчитанных количеств шламов из вертикальных бассейнов в горизонтальный.
5. Перемешивания и усреднения шлама в горизонтальном бассейне.
6. Подачи готового шлама на обжиг.
В качестве примера на рис. 6.33 представлена технологическая схема приготовления сырьевого шлама при совместном
измельчении карбонатного и глинистого компонента.
Применение полупоточной технологии, свободной от недостатков порционного корректирования, не требует существенной реконструкции сырьевых отделений, позволяет
по-новому использовать имеющееся в наличии
технологическое оборудование, ликвидировать
перекачки шлама в отделении вертикальных
бассейнов, повысить его пропускную способность, уменьшить расход сжатого воздуха на
перемешивание шлама, улучшить качество его
приготовления и снизить затраты труда на
управление отделением вертикальных бассейнов.
6.4.1. Технология приготовления сырьевой смеси заданного состава
Сырьевая смесь для получения портландцементного клинкера, требуемого по проекту качества, должна иметь соответствующий химический состав и быть однородной по физическим свойствам и минералогии для того, чтобы процесс спекания происходил без технологических нарушений и с минимальными затратами тепла. Способ подготовки сырьевой
смеси с нормированными отклонениями от заданных значений химического состава тщательно разрабатывается, начиная с процесса добычи сырья и кончая ее хранением, в соответствии с количеством сырьевых компонентов, их химическим составом, минералогией и физическими свойствами.
Сырьевые материалы, предназначенные для приготовления сырьевой шихты, предварительно опробываются в лабораторных и полупромышленных условиях для оценки их реакционной способности и определения рациональных характеристик химического состава сырьевой шихты. Компонентами сырьевых смесей служат природные карбонатные (известняки, мергели, мела) и алюмосиликатные (глины, глинистые мергели, глинистые сланцы, аргиллиты и др.) породы, а
также техногенные отходы промышленности (огарки, шлаки и др.). Количественное соотношение компонентов определяется на основании расчетов состава сырьевой шихты в зависимости от химического состава исходных сырьевых материалов и требуемого качества клинкера.
В состав сырьевой шихты могут вводиться разжижители и минерализаторы, необходимость введения которых и их
концентрация устанавливается в процессе лабораторных и полупромышленных испытаний.
Состав сырьевой смеси и клинкера задается значениями коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей, а также среднеквадратичными отклонениями. Например, КН = 0,92 ± 0,02; п = 2,2 ± 0,1; р = 1,5 ± 0,1.
Подготовка шихты к обжигу может производиться по мокрому или по сухому способу. В зависимости от способа подготовки шихты подбирается основное оборудование, определяющее технологию производства клинкера, системы управления гомогенизацией компонентов и их смесей и компоновочные решения намечаемого к строительству завода.
Выбор способа подготовки сырьевой смеси устанавливается на основании технико-экономической оценки всех факторов, влияющих на капитальные вложения и себестоимость 1 т клинкера при сухом или мокром способе его производства.
В настоящее время наиболее перспективным является сухой способ подготовки сырьевой шихты, так как при этом на
обжиг затрачивается гораздо меньше тепловой энергии, чем на обжиг сырьевого шлама, содержащего от 30 до 50% воды. При сухом способе средний расход тепла на обжиг составляет от 3100 до 3500 кДж на 1 кг клинкера в зависимости
от особенностей химического и минералогического состава сырьевой смеси, наличия в ней примесей, а также теплотех46
нических характеристик печного агрегата. При мокром способе расход тепла колеблется от 5800 до 6500 кДж на 1 кг
клинкера в зависимости от влажности сырьевого шлама и типоразмеров вращающихся печей.
Приготовление однородной сырьевой смеси заданного химического состава по сухому способу гораздо сложнее, чем
по мокрому. Измельчение, перемешивание, транспортирование, усреднение и корректирование порошкообразных компонентов шихты требует значительных капитальных затрат и повышенного расхода электроэнергии по сравнению с подготовкой сырьевой смеси по мокрому способу. С целью снижения себестоимости сырьевой смеси при подготовке ее по
сухому способу разработаны специальные технологические приемы, к которым относятся усреднение неоднородных по
химическому составу дробленых сырьевых материалов и гомогенизация сырьевой муки при помощи сжатого воздуха в
псевдоожиженном состоянии.
При сухом способе производства возрастает значение прогнозирования изменений состава сырьевой смеси в процессе
ее подготовки, поэтому для успешной эксплуатации цементных предприятий необходимо проектирование и внедрение
систем автоматизации процесса усреднения химического состава сырьевой шихты.
Как при мокром, так и при сухом способе производства клинкера процесс подготовки сырьевой шихты включает добычу и транспортировку сырьевых материалов, их предварительное измельчение, создание запаса и усреднение этих
материалов в буферных емкостях различного типа, окончательное измельчение материалов (помол), дозирование сырьевых компонентов и их смесей, смешение размолотых сырьевых материалов или их смесей и корректирование состава
сырьевых смесей (т. е. доведение химических характеристик до заданных значений), гомогенизацию откорректированных сырьевых смесей и их хранение.
Наблюдение за соответствием технологических процессов приготовления сырьевой смеси нормативным параметрам
осуществляется с помощью системы контроля на каждом из перечисленных переделов производства.
Приготовление сырьевой шихты заданного химического состава начинается на карьере, где добываются сырьевые материалы, а завершающими его стадиями являются корректирование, усреднение и хранение, которые осуществляются в
резервуарах различной емкости в зависимости от способа производства и метода корректирования.
При корректировании в качестве контрольных параметров состава сырьевой шихты служат либо титр и содержание РегОз, либо коэффициент насыщения (КН) и один из модулей: силикатный (п) или глиноземный (р); либо КН и оба модуля
пир.
Вид и количество контрольных параметров выбирается в зависимости от числа компонентов сырьевой смеси, степени
неоднородности их состава и способа корректирования.
При сухом способе усреднение и корректирование
сырьевой смеси выполняется в смесительных силосах различной конструкции. В отечественной практике наиболее распространены смесительные силосы, конструктивно объединенные с запасными. На
рис. 6.34 представлен разрез силоса со смесительной
камерой с аэрируемым днищем, разделенным на
квадранты. Поочередная подача сжатого воздуха в
квадранты создает условия для эффективного перемешивания. В этих силосах производится порционная гомогенизация. Для ее осуществления требуется
два смесительных силоса. Один из них заполняется
сырьевой мукой, поступающей из помольного отделения, в то время как гомогенизированное содержимое второго подается в запасной силос.
Непрерывная гомогенизация может осуществляться с помощью одного силоса.
Этот способ основан на «перетекании» части гомогенизированной сырьевой
муки через выпускное отверстие в днище или стенке смесительного силоса. Через это отверстие вытесняется столько гомогенизированной сырьевой муки,
сколько может вытеснить мука, поступающая в силос.
На рис. 6.35 изображен силос непрерывного действия конструкции Гипроцемента.
При мокром способе корректирование производится в вертикальных бассейнах емкостью до 800 м3 или в горизонтальных круглых бассейнах.
Горизонтальный бассейн для корректирования и хранения сырьевого шлама
представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар емкостью от
800 до 20000 м3. Бассейны оборудуются крановыми мешалками с пневматическим перемешиванием, обеспечивающим эффективную гомогенизацию переменного по химическому составу шлама, поступающего в бассейн. В зависимости от необходимой интенсивности перемешивания шлама крановые
мешалки выполняются двуплечевыми или одноплечевыми. Шлам может поступать в горизонтальный бассейн как сбоку, так и по всей его поверхности через
распределительное устройство.
Для обеспечения непрерывной круглосуточной работы печных агрегатов в
случае прекращения подачи шихты из сырьевого цеха создается запас готового
шлама или сухой муки постоянного состава. Потребный запас шихты устанавливается в зависимости от расстояния до источника сырья, его физических
свойств, а также принятого объема и типа складского хозяйства для хранения
запасов сырья на заводе. Минимально необходимый запас смеси должен состав47
лять не менее 2—3 суточной потребности цеха обжига. В большинстве случаев в проектах предусматривается емкость
резервуаров для хранения сырьевого шлама на 3— 4 суток, сырьевой муки не менее, чем на 2 суток. Необходимо отметить, что чем большей принята емкость резервуаров, тем больший резерв оборудования должен быть предусмотрен в
сырьевом цехе для возможности быстрого заполнения освободившейся емкости. При недостаточном резерве оборудования восполнение резервной емкости будет происходить очень медленно и практически она может оказаться неиспользованной. Запас производительности помольного оборудования должен превышать производительность печных агрегатов
на 10—15 %.
Примечания: I. Часовая производительность печных агрегатов уточняется при привязке к реальному заводу в зависимости от свойств сырьевых материалов и применяемого топлива.
Z Производительность печей указана при работе на шламе влажностью 38%, а для печи 05,6x185— «%.
6.5. ОБЖИГ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫХ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ
В зависимости от технологии подготовки сырьевых смесей к обжигу, различают два основных способа производства
клинкера — мокрый и сухой.
При мокром способе во вращающуюся печь подают сырьевой шлам (суспензию) влажностью от 30 до 45 %, который
получают путем размучивания и помола или сочетанием этих приемов. Мокрый способ подготовки целесообразен, когда
высокая естественная влажность и физические свойства компонентов сырья (пластичная глина, мел с высокой влажностью и т. д.) препятствуют экономичному получению сырьевой муки. Мокрый способ производства характеризуется высокими удельными затратами тепла на обжиг, которые колеблются в широких пределах в зависимости от конструкции и
размеров печи, холодильника и теплообменных устройств, свойств сырья, химического и минералогического состава
сырьевых компонентов и могут составить 5,2 МДж/кг до 6,9 МДж/кг (12504-1650) .
При сухом способе подготовки сырьевые компоненты измельчаются, перемешиваются и поступают на обжиг в виде
сухой сырьевой муки с влажностью 1—2%, при этом удельный расход тепла на обжиг в современных печных установках
с циклонными теплообменниками составляет от 3,1 МДж/кг до 3,6 МДж/кг
(740-870) Н5£ ' кг
Проектирование технологического процесса обжига сырьевой шихты включает выбор вида и способа подготовки топлива, типа и конструкции печного агрегата и компоновочных решений печного цеха.
Таблица 6.7.
Размер печи
 5,6х185 м
 5,0х185 м
 4,5х170 м
 4,0х150 м
 3,6х150 м
Производительность
ч/сутки
1820
1730
1200
840
600
т/час
75,8
72,0
50,0
35,0
25,0
Для обжига по мокрому способу производства применяются вращающиеся печи с внутрипечными теплообменными
устройствами и отношением длины печи к диаметру L/D = 33 — 38.
Производительность отечественных агрегатов мокрого способа следует принимать в соответствии с табл. 6.7
Опыт эксплуатации длинных вращающихся печей с внутрипечными теплообменными устройствами показал нецелесообразность применения пересыпных теплообменников (циклоидных, лопастных и др.). Их установка приводит к резкому
увеличению выноса пыли из печи и, как следствие, к неравномерному движению материала по печи, износу футеровки и
снижению Ки печного агрегата. Наиболее экономически целесообразными следует признать теплообменные устройства,
конструируемые и монтируемые из цепей различной длины при оптимальных для конкретных условий способах и схемах их подвески. Цепные теплообменники просты в изготовлении, монтаже и легко ремонтируются даже при сравнительно непродолжительных остановках печи.
Выбор схемы навески, проектных и конструктивных параметров цепных теплообменных устройств производится на
основе исследования реологических свойств шлама (влажности начальной и начала потери текучести, вязкости и т. д.)
На основании полученных характерных точек выполняется расчет параметров цепной завесы — длина отрезков, плотность на участках и т.д.
Температура отходящих газов длинных вращающихся печей в зависимости от влажности и физических свойств сырьевой шихты составляет 170—250 °С. Концентрация пыли в отходящих газах при теплообменных устройствах, соответствующих свойствам шлама, составляет 12—25 г/м3. Аэродинамическое сопротивление таких печей составляет 1,5—2,0
кПа.
При высокой естественной влажности шлама может быть осуществлено снижение его влагосодержания двумя способами: химическим — путем введения разжижителей шлама и механическим — путем обезвоживания шлама в фильтрах
или испарителях.
Зависимость расхода тепла от влажности шлама показана на рис. 6.36.
48
Протяженность зоны спекания может быть ориентировочно определена исходя из значения среднего оптимального
объемного теплового напряжения зоны спекания, которая по опытным данным составляет около 12,56-105 КДж/м3-ч. На
рис. 6.37 показана ориентировочная зависимость длины зоны спекания (в диаметрах Дев) от удельного расхода тепла на
обжиг.
Как за рубежом, так и в России подавляющее число строящихся заводов проектируются для обжига сухой сырьевой шихты во вращающихся печах с циклонными
теплообменниками, в которых тепловая подготовка шихты осуществляется во взвешенном состоянии в газоходах и циклонах за счет тепла отходящих из печи газов
температурой 1000—1100 °С. Проходя циклонный теплообменник за 20— 25 сек,
шихта нагревается до температуры 800—850 °С и декарбонизируется, примерно, на
15%.
Производительность отечественных агрегатов сухого способа следует принимать
в соответствии с табл. 6.8.
К недостаткам печных установок с циклонными теплообменниками следует отнести сравнительно низкую стойкость футеровки в печи на участке начала зоны высоких температур (задний переходной
участок), а также чувствительность к наличию в сырьевых материалах и топливе щелочей и сернистых соединений.
Практика работы показывает, что в печах с запечными теплообменниками (циклонные, камерные и др.) продолжительность кампании футеровки в 2—5 раз меньше, чем в печах для обжига шлама и составляет, в зависимости от ряда
эксплуатационных факторов 80—140 суток. Основной причиной сравнительно низкой стойкости футеровки в печах с
циклонными теплообменниками является нестабильность положения и протяженности зоны кальцинирования, которая
возникает в результате поступления в печь дисперсного порошка сильно аэрированного газами и воздухом, захваченными при прохождении через теплообменник и загрузочную головку. При отсутствии возможности организовать управление или регулирование движением такого потока материала, даже при незначительных изменениях какого-либо из факторов, влияющих на скорость движения (температура, химсостав сырьевой шихты, наличие примесей и т. д.) приводят к
нарушению режима движения материала по печи. При этом происходит быстрое изменение положения границ зоны спекания и смена температуры обмазки, приводящие к срыву ее с примыкающим к ней слоем огнеупора. Это явление при
частой повторяемости и является причиной быстрого разрушения футеровки в начале зоны спекания.
Таблица 6.8.
Размер печи
Печные агрегаты с запечными теплообменниками:
 5,0х75 м
 4,0х60 м
 3,6х56 м
Печные агрегаты с запечными теплообменниками и декарбонизаторами:
 5,0х100 м
 4,5х80 м
 4,0х60 м
Производительность
т/сутки
т/час
1700
1000
750
70,8
41,7
31,2
5000-55000
3000-3300
2000-2200
208,3-229,2
125,0-137,5
83,3-91,7
По опытным данным количество ремонтов в начале зоны спекания примерно в 1,5 раза больше, чем на других участках
зоны.
49
Для улучшения условий работы футеровки и повышения срока ее службы, а также увеличения удельной загрузки печи
при обеспечении стабильности теплового режима работы и возможности регулирования процесса декарбонизации оказалось целесообразным перенести процесс декарбонизации материала полностью или частично из вращающейся печи в
специальное устройство «декарбонизатор».
При обжиге в печах с циклонными теплообменниками сырьевой шихты с повышенным содержанием щелочей в элементах теплообменника (загрузочная головка, газоходы, циклоны и течки) и в клинкере остается больше щелочных оксидов (К2О и Na2O), чем в печных установках других конструкций. В ходе обжига при температуре выше 800 °С щелочи
начинают возгоняться и переносятся вместе с топочными газами в более холодные зоны, где и конденсируются на стенках циклонного теплообменника и материале, особенно в загрузочной головке и газоходе I ступени. Это обстоятельство
в отдельных случаях приводит к образованию настылей, мешающих нормальному ведению процесса обжига. Помимо
этого, пыль, выносимая из теплообменника отходящими газами, во избежание превышения содержания щелочей в клинкере выше нормативной величины, не может быть возвращена обратно в процесс обжига.
Для исключения вредных последствий влияния щелочей часть отходящих от печи газов, минуя теплообменник, через
специальный (байпасный) клапан, расположенный над загрузочной головкой, направляется в отдельный байпасный газоход.
В связи со снижением тепловой эффективности теплообменника при устройстве байпасной системы через нее экономически целесообразно отводить не более 25% объема печных газов, так как при увеличении объема отводимых через
байпас газов более 25% щелочность снижается незначительно. В большинстве случаев сброс в байпасную систему около
10—13% отходящих газов обеспечивает получение качественного клинкера и надежность работы теплообменника.
На рис. 6.38 показана схема циклонного теплообменника с байпасной системой отделения щелочной пыли и сбросом
очищенных газов в циклонный теплообменник. Схема применяется при сравнительно низкой концентрации щелочей и
высокой начальной влажности сырьевой шихты.
На рис. 6.39 дана схема циклонного теплообменника с байпасной системой отделения пыли и сбросом очищенных газов в атмосферу.
При работе печи с байпасной системой расход тепла на обжиг повышается на 16 — 20^- на каждый процент объема
байпасируемого газа. Одновременно увеличивается и расход электроэнергии, в среднем, на 2 кВт.ч/т клинкера. Количество пыли, отводимое байпасной системой, равно примерно 1% массы сырьевой шихты, загружаемой в теплообменник
на каждые 10% объема байпасных газов.
При проектировании системы байпасирования газов следует то, что снижение температуры отводимых газов с 1050—
100 °С до 475 °С следует производить только воздухом. Дальнейшее охлаждение может осуществляться с помощью тонко распыленной воды. Менее чувствительны к влиянию щелочей конструкции теплообменников с большим поперечным
сечением в переходной зоне между вращающейся печью и теплообменником, а также все конструкции шахтного и камерного типа SKET/ZAB (ГДР), теплообменник «Пршеров» (ЧССР) и др. В России успешно работает печная установка с
шахтно-циклонным теплообменником и печью 0 4,0x60 м на Катав-Ивановском заводе. Опыт эксплуатации теплообмен50
ников этой группы показывает, что они практически не чувствительны к щелочному воздействию и при сравнительно низких скоростях газа
во всех сечениях теплообменников обеспечивают значительное уменьшение аэродинамического сопротивления по сравнению с циклонными
теплообменниками. Вместе с тем, тепловая эффективность этой группы теплообменников несколько ниже, чем циклонных теплообменников.
Удельный расход тепла на обжиг составляет 3
8 кгкл.
Циклонные теплообменники с «декарбонизаторами». В циклонных теплообменниках с декарбонизаторами (кальцинаторами) процесс декарбонизации материал почти полностью (примерно
на 90%) проходит в теплообменнике. Этот процесс во всех конструкциях декарбонизаторов
протекает практически при постоянной температуре газов ~900°С с минимальной разностью
температур между газом и материалом, равной
примерно 50 °С. При этом обеспечивается степень декарбонизации материала, поступающего в
печь примерно на 90 %. Этот эффект достигается
за счет суспендирования частиц материала в газах и сжигания в топке декарбонизатора примерно 60 % топлива. При этом расход топлива в самой печи уменьшается вдвое и составляет примерно 40% от общего расхода топлива. Однако,
чтобы печь могла работать в нормальном тепловом режиме, в ней нужно сжигать такое количество топлива, при котором скорости газов в печи
достигнут расчетных величин. В результате производительность печи может быть увеличена вдвое.
На рис. 6.40 представлена схема работы декарбонизатора RSP фирмы «Онода» — (Япония). Как показано на схеме, сырьевая шихта из циклона II ступени при температуре около 700 °С спускается в вихревой кальцинатор и равномерно рассеивается по его сечению тангенциально подводимым горячим воздухом с температурой 650 °С из холодильника. При
этом достигается интенсивный теплообмен между материалом и продуктами горения топлива. Декарбонизатор установлен параллельно выходящему от печи газоходу (смесителю), соединяющему загрузочную головку с циклоном I ст.
Декарбонизатор состоит из двух камер (топок): вихревой горелки — 7 и вихревого кальцинатора — 10. Вихревая камера оборудована
горелкой — 7, служащей для розжига и поддержания устойчивого и интенсивного горения
факелов форсунок (горелок) — 9 вихревого
кальцинатора. Более того, вихревая горелка
обеспечивает устойчивый процесс горения в
RSD даже в период не полностью завершенного
розжига печи и в переходные режимы работы
установки. Вихревой кальцинатор оборудован
тремя рядами форсунок, которые установлены
перпендикулярно к образующей кальцинатора.
Устойчивое горение топлива в форсунках (горелках) вихревой горелки и кальцинатора поддерживается горячим избыточным воздухом от
холодильника.
Выходящие из декарбонизатора газы поступают в смесительную камеру, где происходит,
их смешение с выходящими из печи газами, а
затем смесь газов поступает в нижний циклон.
При применении циклонного теплообменника
с декарбонизатором расход топлива в нем составляет около 55—60% (из них в вихревой горелке 2—5% и вихревом
кальцинаторе 98—95%) и в печи 45—40%. В самой печи осуществляется только завершение процесса декарбонизации, а
также окончание незавершенных процессов клинкерообразования. Заданный тепловой режим в кальцинаторе поддерживается регулированием подачи топлива в горелки (форсунки).
При увеличении производительности печи примерно вдвое уменьшаются соответственно и потери тепла корпусом печи и циклонного теплообменника в окружающую среду, в результате чего удельный расход тепла на обжиг в установке с
теплообменником и кальцинатором снижается примерно на 5-6%.
51
По данным фирмы «Онода» и др. источников, при применении кальцинаторов типа RSP производительность печных
установок с циклонными теплообменниками может быть увеличена в 2— 3 раза. Кроме того, исследованиями установлено, что благодаря сжиганию топлива в декарбонизаторах (около 60%) в условиях быстрого перепада температур газов
при общем более низком температурном режиме обеспечивается значительное (в 2,5— 3 раза) снижение содержания
оксидов азота (КОг) в отходящих от установки газах. Одновременно снижается возгонка и улетучивание сульфатов с
отходящими газами.
В табл. 6.8 приведены характеристики печных установок с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами.
Если сырьё или топливо содержат чрезмерное количество вредных циркулирующих в системе примесей, можно предусмотреть сброс части газов через байпас. Схема установки циклонного теплообменника RSP с байпасом дана на рис.
6.41.
Многие цементные машиностроительные
фирмы за последние 15—20 лет в Японии, ФРГ,
Дании и др. разработали и изготавливают более
десятка различных систем выносных декарбонизаторов, обеспечивающих большую или
меньшую степень декарбонизации материала,
поступающего в печь. Ниже приведены схемы
наиболее распространенных и надежных в работе циклонных теплообменников с декарбонизаторами.
На рис. 6.42 приведена схема работы циклонного теплообменника фирмы «Смидт», который
может быть рекомендован как при строительстве новых установок, так и для реконструируемых печей с циклонными теплообменниками.
В этой установке так же, как и системе RSP,
имеется специальный воздуховод, по которому
транспортируется горячий воздух от холодильника к кальцинатору. Наличие 2-х независимых
ветвей позволяет выполнить реконструкцию
печной установки в период работы действующего циклонного теплообменника. При реконструкции по схеме фирмы «Смидт» производительность печи может
быть увеличена в два — четыре раза (в зависимости от размера печи). Система предусматривает возможность выполнять
теплообменник с тремя и четырьмя ветвями циклонов при производительности по клинкеру до 10000 т/с.
В кальцинаторе фирмы «Смидт» воздух из холодильника, сырьевая шихта и газы от сжигания топлива взаимодействуют в прямотоке в цилиндре с коническим верхним и нижним концами.
52
Основная особенность кальцинатора состоит в качестве смешения сырьевой шихты и топлива перед встречей с воздухом от холодильника температурой до 900 °С. Система одинаково успешно может применяться практически при любом
виде топлива.
На рис. 6.43 показана схема работы печи с кальцинатором «Кавасаки Хеви Индастриз» (Япония). Кальцинатор состоит
из цилиндрической камеры с коническим днищем, установленной в нижней части циклонного теплообменника, в котором материал сначала попадает в аппарат «кипящего слоя», в котором «кипение» во входной горловине и в нижней части основной камеры поддерживается воздухом из холодильника температурой до 900 °С. В верхней части камеры «кипящего» слоя установлены горелки для сжигания топлива и второй, расположенный тангенциально, ввод воздуха от холодильника.
Верхняя часть цилиндрической камеры — вихревая камера, представляет собой продолжение камеры «кипящего» слоя,
в которой имеются тангенциально расположенное впускное отверстие для отходящих газов из печи температурой 1000—
1100°С и выходное отверстие, через которое газы и декарбонизированные частицы материала выносятся в газоход 1 ст.
По данным фирмы, этот кальцинатор обеспечивает увеличение производительности печи в 2—2,5 раза по сравнению с
обычным циклонным теплообменником.
На рис. 6.44 приведена схема распределения
температурных полей и потоков в реакторе -f
«ДД».
Схемой предусматривается дополнительное
сжигание топлива под течками циклонов II ст. и
входным коллектором третичного воздуха (из
холодильника). Газы из печи 1000—1050 °С
подаются через пережим в нижнюю коническую часть цилиндрического кальцинатора.
Предлагаемая схема подвода материала и газов
обеспечивают создание интенсивных циркуляционных контуров, способствующих увеличению времени пребывания материала в области
температур 850—900 °С. Воздух из холодильника температурой около 800 °С подается в
нижнюю часть кальцинатора (над приемной
конической частью).
В средней части кальцинатора имеется второй
пережим, служащий также для создания циркуляционных контуров.
Далее материал подается в разделительный
тройник. При этом часть газа с высокой концентрацией взвешенных частиц материала проскакивает вверх и, ударяясь в
потолок специальной выгнутой формы, теряет скорость и вовлекается в создающиеся циркуляционные контуры, обеспечивающие увеличение времени пребывания частиц в кальцинаторе. Другая часть газа (с меньшей концентрацией материала) направляется непосредственно в циклоны I ст.
Характеристика работы циклонного теплообменника с кальцинатором «ДД» ф. «Кобэ Стил и Нихон Цемент» приведены в табл. 6.9.
Помимо рассмотренных установок существуют так же системы с «внутренними» декарбонизаторами, в которых сжигание топлива организовано в нижнем газоходе, соединяющем печь с циклоном I ступени.
Таблица 6.9.
Наименование
Размеры печи
Размеры кальцинатора
Габариты циклонного теплообменника
Производительность
Удельный расход на обжиг
Размерность
м, DxL
м, dxh
м, DxLxh
т/сутки
Ккал/кг кл.
Параметры
 4,6х76
 6,2х18
22,5х16,5х75
3800
710
53
Температура отходящих газов
Потеря давления
Количество ступеней циклонов
0С
кгс/м2
шт.
320
600
5
В качестве агрегата для обжига сухой сырьевой шихты в России приняты печи 0 4,5X80 м с циклонными теплообменниками и декарбонизатором системы RSP расчетной производительностью 3500 тонн клинкера в сутки при удельном
расходе тепла на обжиг 3480—3640^—^- (830-=-870)^-^ и применении в качестве технологического топлива соответственно мазута и газа. Общий вид такой установки приведен на рис. 6.45, а в таблице приведены характеристики и параметры работы этой печной установки.
Благодаря сравнительно простым и надежным конструктивным решениям и высоким технико-экономическим показателям печные установки с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами завоевали за последние два десятилетия
признание во всем мире.
Печи с конвейерными кальцинаторами, а также установки с длинными вращающимися печами для обжига сырьевой
муки, как менее экономичные и надежные, в последнее десятилетие не проектируются.
Декарбонизаторы для сжигания твердого топлива отечественной промышленностью пока не разработаны. В практике
зарубежных заводов декарбонизаторы на твердом топливе уже применяются довольно широко и в том числе в странах,
сравнительно недавно вставших на путь индустриализации (Индия, Китай).
Реконструкция длинных вращающихся печей мокрого способа. Реконструкция печей мокрого способа с переводом
на обжиг сырьевой муки преимущественно осуществляется по следующей схеме: приготовленный по мокрому способу
сырьевой шлам частично обезвоживается в фильтр-прессах до влажности 18—22%, полученный обезвоженный остаток
(«корж») подвергается измельчению в дробилках с одновременной сушкой.
В качестве сушильного агента используются отходящие из циклонного теплообменника газы с температурой около 600
°С. Полученная сухая сырьевая шихта подается в двух- или одноступенчатый циклонный теплообменник, где подвергается термообработке отходящими из печи газами с температурой около 1100°С.
54
Нагретый в теплообменнике материал поступает во вращающуюся печь для дальнейшей термической обработки. Схема работы печной установки комбинированного обжига с устройством для дополнительной декарбонизации в газоходе I
ступени показана на рис. 6.46. Первая установка такого типа с печью 0 5,0X125 м пущена в эксплуатацию на Себряковском цементном заводе. Параметры работы комбинированной печной установки приведены в табл. 6.10.
Таблица 6.10.
Сравнительные параметры работы печи  5,0х185 м до и после реконструкции
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Наименование параметров
Влажность шлама
Влажность коржа
Температура отходящих газов
после печи
Удельный расход тепла на обжиг
Производительность печи
Температура газов после циклонов II ст.
Размерность
%
%
0С
Печь  5,0х185 м
до реконструкции
39
220
Печь  5,0х185 м после
реконструкции
20
1000-1100
кДж
кг кл.
6320
4190
т/ч
0С
74
-
95
600
6.6 ПОДГОТОВКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ
Для обжига сырьевой шихты может использоваться твердое, газообразное и жидкое топливо. Выбор вида технологического топлива осуществляется путем составления технико-экономических обоснований.
При этом учитываются расстояние от завода до магистральных газопроводов или мест добычи твердого топлива, теплота сгорания топлива, количество топлива, потребляемого заводом, стоимость топлива по месту добычи и расходы на
его транспортировку и подготовку, должен быть также рассмотрен вопрос влияния вида выбранного топлива на качество
продукции и производительность печей.
6.6.1. Твердое топливо
В качестве твердого топлива для вращающихся печей применяются газовые и тощие каменные и бурые угли и сланцы,
в которых содержание летучих веществ, серы, а также теплота сгорания, влажность и зольность регламентируются
«Нормами технологического проектирования цементных заводов» и стандартами на твердое топливо, поставляемое для
цементной промышленности. Применение углей и сланцев с большим содержанием летучих увеличивает опасность самовозгораний и взрывов.
Сжигание во вращающихся печах тощих углей в мировой цементной промышленности до настоящего времени еще не
освоено.
Наиболее целесообразным по опытным данным и технико-экономическим соображениям следует считать применение
55
угольного порошка с содержанием летучих в пределах 18—26%, при тонкости помола, характеризуемой остатком 10—
14% на сите 008. Желательно также, чтобы влажность форсуночного топлива была не выше 4—6%. Сжигание форсуночного топлива, характеризуемого другими параметрами, приводит к ухудшению теплотехнических и технологических
показателей печных установок. Нежелательно применение угля с повышенным содержанием серы. Взаимодействуя со
щелочами сырья, она способствует образованию настылей как в самой печи (при обжиге сырьевого шлама), так и в системе запечных теплообменников (при обжиге сырьевой муки.)
Состав топливной шихты
Кузнецкий тощий (Т)
Кузнецкий газовый (Г)
Кузнецкий (Т)
Кузнецкий газовый (СС)
Бурый Райчихнинский Б2Р
Кузнецкий (ТОМСШ)
Содержание, %
Содержание
летучих
веществ, %
50
50
70
30
16
38
16
35
50
50
44
16
Теплота сгорания форсуночного топлива,
МДж/кг
25,01
Возможная
влага форсуночного топлива, %
1,5
Максимальная зольность углей,
%
до 15
Содержание серы,
%
25,56
1,5
до 15
0,7
23,97
6
до 16
до 25
0,7
0,5
0,7
Ниже приведены примерные характеристики топливных шихт, составленных из различных комбинаций углей.
Расчет характеристик двух видов можно производить по следующим формулам:
p
p
p
влажность смеси WCM
 Y W y  Z Wz (6.3)
p
p
p
 Y  A y  Z  Az (6.4)
зольность ACM
теплота сгорания QH.CM = У * Рну + Z • QHZ (6.5) и т. д. Аналитическая влажность форсуночного топлива, %
 Y 100  W p 

y 

p
Z 100  W z W za 




a
q


 100  W y 100
100  W z 100 



 (6.6)
 
d
WCM




 
 Y 100  W a
Z 100  W za
y


a
 100  W
100  W za
y




где У и Z — содержание в шихтуемой смеси натуральных углей в долях единицы.
Индексы р, а, н и см. относятся к состоянию массы угля: рабочая, аналитическая, натуральная и смесь.
Как местный вид топлива (при условии перевозки от места добычи до цемзавода не более 300 км) может использоваться горючий сланец; его применяют как в смеси, с другим топливом (уголь), так и в «чистом» виде. Теплота сгорания
сланца составляет 10,94-13,0 МДж/кг (2600—3100 ккал/кг), а тонкость помола не должна превышать 8—9% остатка на
сите № 008. На зарубежных заводах сжигают сланец совместно с жидким топливом, а также газом.
Проектирование подготовки твердого топлива включает разгрузку его из вагонов, складирование, хранение, дробление
(в случае необходимости) и составление заданной шихты.
Дробление твердого топлива предусматривается в случае, если крупность кусков поставляемого угля превышает 25—
30 мм. Сушка и помол осуществляются, как правило, в одном агрегате — в мельницах с одновременной сушкой.
Для складирования каменных углей несамовозгорающихся или слабо самовозгорающихся, как правило, применяются
склады закрытого или полузакрытого типа (рис. 6.47). При использовании углей самовозгорающихся и легко самовозгорающихся независимо от влажности применяются склады с открытым хранением угля в штабелях (рис. 6.48).
56
При использовании высоковлажных углей необходимо предусмотреть предварительную их подсушку до влажности
около 15%, обеспечивающую нормальный транспорт и дозирование. В случае применения замкнутых схем и схем с прямым вдуванием степень предварительной подсушки для высоковлажных углей определяется технико-экономическими
расчетами. При этом можно ориентировочно принимать удельный паросъем в сушильных барабанах равным 25—35 кг/ч
на 1 м3 объема барабана.
Расход тепла на сушку угля влажностью 25—
15% в сушильно-помольных установках составляет, примерно, 4,24-5,0 МДж (1000—1200
ккал) на 1 кг испаренной влаги; то же при влажности угля 15—6% — от 5,0 до 7,5 МДж
(1200— Ш)0 ккал). Расход тепла на 1 кг подсушенного угля для тех же условий составит соответственно 837—921—418 кДж (290—220—100
ккал) на 1 кг угля.
Как правило, поставка угля осуществляется в
гондолах с нижней разгрузкой. Опорожнение их
осуществляется или через нижние люки самотеком на транспортеры или с помощью роторного
вагоноопрокидывателя 7.12. В зимнее время для
приема смерзшихся в вагонах углей применяются тепляки (размораживающие устройства)
или бурорыхлители (для слабосмерзающихся
углей).
Производительность разгружающей станции с
вагоноопрокидывателем ограничена значительными потерями времени на подготовительные
операции. Поэтому такая станция может разгружать не более 700 т/ч (около 12 вагонов). Применение схемы приема угля по рис. 6.48 позволяет разгружать в одну ставку 1000 т/ч и более. С целью быстрейшего
опорожнения полувагонов устанавливаются портальные агрегаты или виброустройства. Из вагонов уголь при помощи
транспортирующих устройств (ленточные конвейеры, элеваторы и пр.) подается, как правило, на склад.
57
Угли, поставляемые цемзаводам, по фракционному составу подразделяются на рядовые, отсевы и энергоконцентрат.
При поставке углей с большим количеством крупных кусков предусматривается установка дробилки непосредственно на
решетке приемного устройства.
Рядовые угли, поставляемые в кусках
0—300 мм, должны подвергаться предварительному дроблению. Отсевы и
энергоконцентрат (размер куска до 30
мм) поступает через бункер в мельницу
без дробления. При наличии в угле мелочи до 25—30% перед дробилкой следует предусмотреть установку грохота.
Подлежащие смешению сорта углей
раздельно загружаются в приемные бункера перед дробилкой и с помощью питателей в заданном соотношении подаются в дробилку. Из дробилки смесь подается в бункера мельниц. Если уголь
требует частичного дробления или подача кусков осуществляется периодически,
то грохот устанавливается перед дробилкой.
После выгрузки уголь с помощью механизмов (роторные экскаваторы, штабелеукладчики, ленточные конвейеры и т.
д.) направляется для складирования. Операции по подготовке топлива к сжиганию завершаются сушкой и помолом угля.
Эти процессы, как правило, совмещаются в мельницах с одновременной сушкой.
Выбор схемы топливоподготовки должен осуществляться, исходя из условий ее эксплуатационной надежности, высоких техноэкономических показателей и взрывобезопасности. При выборе схемы должны учитываться вид угля (сланца),
его рабочая и форсуночная влажность, тип мельниц и потребность в топливе.
В настоящее время в мировой цементной промышленности при печных установках средней и большой мощности
(1000— 5000 т/с клинкера) для размола угля, как правило, применяются разомкнутые и полуразомкнутые схемы пылеприготовления (рис. 6.49 и 6.50). При проектировании вращающихся печей небольшой мощности (600—700 т/с клинкера) замкнутые схемы (рис. 6.51) могут применяться только при использовании сравнительно
легкоразмалываемых углей, влажность которых
не превышает 10—12%.
При индивидуальных замкнутых схемах углепылеприготовления с шаровыми барабанными
мельницами весь вентилирующий агент, содержащий инертные газы (СО2 и НгО) и составляющий по количеству более 40% от расхода воздуха на горение из мельницы через горелку подается дутьевым вентилятором в печь. В связи с
этим практически исключается возможность
регулирования расхода первичного воздуха, а
также положения и формы факела.
Преимуществом этих схем является их относительная взрывобезопасность:
При помоле угля в шаровой барабанной мельнице по замкнутой схеме уголь любой влажно58
сти подается непосредственно в помольную установку. При этом, если по расчету температура сушильного агента перед
мельницей будет выше допустимой (300—350 °С), то уголь сначала должен подаваться в подсушивающее устройство
(при влажности угля 25%) или в трубу-сушилку— аэрофонтанная сушилка (при влажности угля >25%). Последние устанавливаются между бункером сырого угля и мельницей. В зависимости от влажности углей температура сушильного
агента может приниматься перед подсушивающим устройством до 400—500 °С, а перед аэрофонтанной сушилкой — до
800 °С.
Замкнутые схемы углепылеприготовления разомкнутые после сушки (рис. 6.52) применяются при использовании
влажных и высоковлажных углей, а также углей, влажность которых значительно колеблется. Температура газов перед
мельницей в зависимости от начальной влажности угля может приниматься от 150 до 300 "С. В сушильных барабанах
подсушка осуществляется до влажности 10—15% в зависимости от степени взрывоопасности угля.
Проектирование установок углепылеприготовления по разомкнутой (после помола) схеме целесообразно при наличии
крупных потребителей топлива и использовании высоковлажных, низкокалорийных каменных и бурых углей и сланцев.
При этом сброс вентилирующего агента с температурой около 60 °С после мельниц в атмосферу позволяет использовать
в качестве первичного воздуха для печей горячий воздух от холодильника с температурой 150—200 °С. Вместе с тем независимая регулируемая подача в печь угольного топлива создает условия для стабилизации процесса его горения и обжига сырьевой шихты.
При проектировании углепылеподготовительного отделения для крупного предприятия с большим количеством потребителей наиболее целесообразно создание помольной установки, оборудованной двумя, тремя крупными мельницами
(одна резервная) по типу центрального пылезавода. Такой пылезавод (рис. 6.53) следует располагать в примыкании к
складу угля, вблизи основных потребляющих уголь цехов.
При использовании взрывоопасных, самовозгорающихся и легкосамовозгорающихся углей
наиболее целесообразно в качестве сушильного
агента (целиком или частично) использовать отходящие газы вращающихся печей. Такое решение обеспечит полную взрывобезопасность работы углеподготовительного отделения. В случае
примыкания отделения углепылеподготовки к
печному цеху, промбункеры пыли могут быть
расположены в непосредственной близости от
печей и могут проектироваться как расходные.
При значительном удалении потребителей от отделения пылеприготовления расходные бункеры с
нормативными запасами угольного порошка
должны устанавливаться непосредственно у мест
потребления.
Схемы пылеприготовления с прямым вдуванием
при применении среднеходных мельниц (шаровых
или роликовых) получили некоторое распространение на зарубежных заводах. Сушка угля влажностью до 16% и бурого угля до 22% осуществляется в них сушильным
агентом или воздухом с температурой 100—400 °С. При помоле углей, с высоким содержанием летучих веществ и высокой взрывоопасностью, в качестве сушильного агента следует вводить отходящие газы от печной установки, в том числе
в смеси со сбросным воздухом из холодильника. По зарубежным данным удельный расход воздуха и расход электроэнергии в установках со среднеходными мельницами снижается по сравнению с шаровыми барабанными мельницами,
примерно вдвое.
Выбор типа мельницы (в каждом отдельном случае) решается на основании технико-экономического обоснования в зависимости от вида топлива, коэффициента размолоспособности, выхода летучих и потребной производительности.
Для измельчения трудно размалываемых и абразивных топлив с коэффициентом размолоспособности К ло = 0,8—1,2
(антрациты, полуантрациты, промпродукты обогащения каменных углей, кизеловские и экибастузские угли, угли и продукты обогащения с содержанием S| ^6% и т. д.) (см. стр. 314). Наиболее целесообразно применять шаровые барабанные
мельницы (ШБМ).
Молотковые мельницы (ММТ и ММА) целесообразно применять для достаточно грубого помола легко размалываемых
углей, бурых углей и сланцев с выходом летучих Vr^28%. До настоящего времени ММ нашли применение главным образом в энергетических установках с прямым вдуванием.
Мельницы-вентиляторы (MB) применяются, в основном, для грубого помола бурых углей и сланцев средней и высокой
влажности при сушке газами и воздухом в замкнутых схемах, главным образом, в энергетических установках с прямым
вдуванием.
Среднеходные мельницы шаровые и роликовые рекомендуется применять для тонкого и грубого помола материалов с
Кло^1Д средней абразивностью и зольностью Ас ^30%.
Основные типоразмеры шаровых барабанных мельниц, для угля, приведены в таблице 6.11.
Таблица 6.11.
Технические характеристики шаровых барабанных мельниц (ШБМ) для помола угля
Показатели
Производительность, * т/ч
Число оборотов барабана, мин-1
Диаметр барабана, мм
ШБМ
290/360
10
20,0
2500
ШБМ
250/390
10
20,0
2500
ШБМ
287/410
12
18,7
2870
ШБМ
287/470
16
18,7
2870
ШБМ
340/600
25
17,2
3400
ШБМ
340/690
32
17,2
3400
ШБМ
400/800
58
16,7
4000
ШБМ
400/1000
70
17,1
4000
59
Длина барабана, мм
Масса загружаемых шаров, т
Мощность главного двигателя, кВт
3600
20
250
3900
25
320
4100
30
400
4700
35
500
6000
64
800
6500
66
1000
8000
127
2460
10000
138
2460
* Производительность дана по АШ с Кло = 0,95 при тонкости помола Roo9 — 6,8% и крупности питания RJ — 20%. АШ
— антрацитовый штыб; Кло — коэффициент размалываемости; RS — и Roo9 — остаток на сите 5 и 0,09 мм соответственно.
При выборе мельницы ее номинальная производительность должна обеспечивать потребную с запасом в 20%.
При компоновке углеподготовительного отделения должна быть предусмотрена возможность подачи угольного порошка от любого осадительного (разгрузочного) циклона в расходные бункеры соседних печей, а также в отдельный
бункер, из которого порошок может транспортироваться в бункера сушильных установок или котельных.
Для каждой сушильной или помольной установки следует предусматривать отдельную топку.
Во избежание взрывов угля проектом необходимо предусмотреть мероприятия, обеспечивающие ликвидацию тлеющих
очагов самовозгоревшихся углей. Пыль углей, сланцев и др. при хранении и транспортировке склонна к самовозгоранию. Взвешенная в воздухе пыль топлива, за исключением антрацитов и полуантрацитов, воспламенившись, может взорваться. Наиболее взрывоопасной является пыль, содержащая частицы размером менее 200 мк.
Наличие в системе пылеприготовления инертных газов и водяных паров уменьшает взрывоопасность пылегазовой среды за счет снижения в ней процентного содержания кислорода. Взрывы пыли не возникают при обеспечении объемного
содержания кислорода в пылесистеме менее 16%, а возникновение очагов горения пыли возможно при содержании в
среде кислорода более 3%.
Все установки пылеприготовления проектируются в соответствии с нормативными материалами: «Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов». «Правила взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии», «Правила взрывопожаробезопасности топливоподач» и др.
Горячая часть печи с топливоподготовительным отделением, предназначенным для работы по замкнутой индивидуальной схеме, показана на рис. 6.54.
6.6.2. Газообразное топливо
В качестве газообразного топлива на цементных заводах в основном применяется природный газ. Преимущество газообразного топлива состоит в том, что в отличие от твердого и жидкого видов топлив для его сжигания не требуется специальной подготовки. Теплота сгорания природного газа составляет примерно 33,5^37,7 Мдж/кг (8000-f-9000 ккал/кг).
Использование природного газа позволяет значительно снизить капитальные затрать на строительство и сократить эксплуатационные расходы. При использовании природного газа капитальные затраты требуются только на прокладку газопроводов и строительство приемных и газораспределительных сооружений.
Снабжение цементного завода природным газом производится в большинстве случаев от магистрального газопровода
высокого давления через газораспределительную станцию (ГРС) или от городской газораспределительной сети (рис.
6.55).
На ГРС производится понижение давления газа, очистка его от механических примесей и одорирование (подмешивание сильнопахнущих веществ), а также учет его потребления цементным заводом.
От ГРС газ по самостоятельному газопроводу под давлением 0,6—1,2 МПа подается на площадку цементного завода и
далее через газораспределительную сеть поступает в производственные цехи и котельную завода.
При снабжении цемзавода газом от городских сетей или от ГРС, принадлежащих каким-либо промышленным предприятиям, на вводе газопровода на цементный завод должны сооружаться газорегуляторный пункт (ГРП) или пункт замера расхода газа, на которых производится учет расхода, а также производится очистка газа в фильтрах.
Сети газоснабжения вне завода выполняются согласно ТУ районного управления магистральных газопроводов. Газопровод ГРС — цемзавод, как правило, выполняется подземным с противокоррозионной изоляцией на глубине 0,6—1,0 м
от планировочной отметки; газопроводы для транспортирования влажного газа располагаются ниже средней глубины
промерзания грунта. Стальные подземные газопроводы прокладываются с соблюдением нормативных разрывов между
газопроводами и зданиями при пересечениях и при параллельной прокладке с другими инженерными коммуникациями.
Подземные газопроводы должны быть защищены от почвенной коррозии и коррозии блуждающими токами. Подзем60
ные газопроводы покрываются противокоррозионной изоляцией и, при необходимости, оборудуются установками электрохимической защиты.
По промплощадке завода газопроводы прокладываются надземно на эстакадах (совместно с другими инженерными
коммуникациями) и по стенам зданий. Арматура на газопроводах устанавливается в удобных и доступных для обслуживания со специальных площадок, местах.
Надземные газопроводы осушенного газа покрываются краской (два раза).
Газопроводы для искусственных газов, содержащих значительное количество водяных паров, покрываются теплоизоляцией и укладываются с уклоном 0,003. В нижних точках газопроводов предусматривается установка конденсатоотводчиков.
Ко всем газопроводам предъявляются требования минимальной протяженности, безопасности эксплуатации и надежности работы.
Примерная схема газоснабжения цементного завода приведена на рис. 6.55.
Газоснабжение цехов (отделений) цементного
завода выполняется по схеме с местными газорегуляторными установками (ГРУ), располагаемыми непосредственно перед тепловыми агрегатами;
в печном отделении — индивидуальные (перед
каждой печью) в сушильном, сырьевом отделениях и котельной — групповые.
Сжигание природного газа во вращающихся печах осуществляется с помощью регулируемых
горелок. Количество первичного воздуха составляет 15—20% всего объема воздуха, необходимого для горения.
Рабочее давление перед горелками — 0,154-0,20
МПа.
Топки (камеры сгорания) сушильных агрегатов
и сырьевых мельниц оборудуются газомазутными горелками, рабочее давление перед горелками — до 4,0 МПа.
Газоиспользующие установки и газовые сети должны быть оборудованы контрольно-измерительными приборами, необходимыми для контроля и безопасного ведения технологического процесса, а также для контроля полноты сжигания
топлива по составу отходящих газов (установка переносных или стационарных автоматических газоанализаторов). Проектирование газоснабжения предприятий и установок ведется в соответствии с действующими Правилами Гостехнадзора и другими нормативными документами.
До начала монтажных работ проекты должны быть согласованы и зарегистрированы в региональных инспекциях по газовому надзору.
6.6.3. Жидкое топливо
В качестве жидкого топлива на цементных заводах применяется мазут в распыленном состоянии. Теплота сгорания мазута лежит в пределах 35,5+42,0 МДж/кг (8500—10000 ккал/кг).
Мазут поступает преимущественно по железной дороге в цистернах емкостью 50—60 м3. Слив мазута осуществляется
самотеком в межрельсовые лотки.
На цементных заводах при сливе цистерн применяется разогрев мазута острым (открытым) паром, что приводит к значительному его обводнению. От сливной эстакады мазут подается в резервуары хранения. Оборудование склада мазута
обеспечивает его разогрев, поддержание температуры в сливных лотках и трубах, очистку мазута от механических примесей и его подогрев при подаче к потребителям.
Подача мазута от резервуаров потребителям осуществляется по двухступенчатой схеме. Вначале с помощью низконапорных насосов I подъема (0,74-1,0 МПа), а затем высоконапорных насосов II подъема (4,0-5,0 МПа).
Современные цементные заводы оснащаются циркуляционными системами, в которых мазут из резервуаров через подогреватели подается в рециркуляционный трубопровод с отводами в непосредственной близости к потребляющим агрегатам. Весь неизрасходованный мазут возвращается в ма-зутохранилище.
Сжигание мазута во вращающихся печах осуществляется с помощью высоконапорных механических форсунок. Давление мазута перед форсункой 3,0-4,0 МПа, температура — 100-М20 °С. Форсунка распыляет жидкое топливо в виде
мельчайших частичек (аэрозоля). Расход первичного воздуха составляет около 3% от всего необходимого для горения
количества воздуха. Первичный воздух необходим для охлаждения трубы форсунки, располагающейся в горячем участке печи, а также для зажигания и стабилизации факела.
При сжигании угля, жидкого топлива и природного газа выделяется различный объем продуктов сгорания на одинаковое количество тепловых единиц. Объем продуктов сгорания при 10% избытке воздуха в расчете на 4190 кДж (1000
ккал) топлива ориентировочно составляет: для угля 1,24 м3, для мазута — 1,31 м3, для природного газа — 1,47 м3.
Из этих данных следует, что при сжигании жидкого топлива выделяется примерно на 6% (для природного газа — на
18,5%) больше продуктов сгорания, чем при сжигании угля. Повышенный объем продуктов сгорания жидкого топлива и
газа приводит к увеличению расхода тепла на обжиг клинкера по сравнению с углем на 4—8%. Проектирование всех
сооружений по приему, хранению и подготовке мазута следует производить в соответствии со СНиП И—106—79
«Склады нефти и нефтепродуктов. Нормы проектирования».
Фронт разгрузки мазута по прибытии на завод определяется из условий одновременного слива не менее 1/3 маршрута в
сроки, предусмотренные правилами перевозок грузов по железным дорогам России.
Количество резервуаров в мазутохранилище должно быть не менее трех.
Проектирование тупиковых систем мазутоснабжения с цеховыми (промежуточными) складами не рекомендуется.
Подачу мазута потребителям следует принимать по циркуляционной схеме; при этом необходимо предусмотреть две
61
нитки напорных магистралей, рассчитанных на 75% номинальной производительности с учетом рециркуляции» и одну
для рециркуляции. Следует предусматривать двухступенчатую схему подачи мазута с применением насосов первого
подъема напором 0,7— 1,0 МПа (7—10 кг/см2) и насосов второго подъема 3,5 МПа
(35 кг/см ) и выше.
Количество насосов каждой группы должно быть не менее трех (в том числе один резервный).
Таблица 6.12.
Марка мазута ГОСТ 10585-75
Температура, К (0С)
Топочный М-40
Топочный М-100
358-373 (85-100)
399 (115)
Максимальное давление
МПа
кг/см2
2,0
20
2,0
20
В качестве теплоносителя для подогрева мазута рекомендуется применять пар давлением 0,8—1,3 МПа (8—13 кг/см2),
с температурой 180—200 °С. Температура и давление мазута в форсунках должны быть не ниже указанных в табл. 6.12.
Вязкость мазута перед форсунками должна быть не более 3—4 °ВУ.
6.7 ПОМОЛ ЦЕМЕНТНОЙ ШИХТЫ
В состав цементной шихты помимо клинкера входят гипс (гипсовый камень) в количестве 4—6%, активные минеральные и другие добавки (инертные, минеральные, пластифицирующие, гидрофобные, воздухововлекающие, интенсификаторы помола). Помол цементной шихты может проектироваться как по открытому, так и по замкнутому циклу с применением центробежных сепараторов. Помол по замкнутому циклу в сравнении с помолом по открытому циклу эффективнее в тех случаях, когда необходимо получить цементы с высокой удельной поверхностью (например, быстротвердеющие) и когда измельчаемые компоненты заметно различаются по размолоспособности. В случае помола цемента до значений удельной поверхности 250—280 м2/кг замкнутый цикл не имеет заметных преимуществ по сравнению с открытым
циклом. Цементы с удельной поверхностью более 350 м2/кг получать помолом по открытому циклу неэффективно. В
связи с тенденцией повышения доли высокомарочных цементов в общем объеме производства, при проектировании новых отделений помола цемента, необходимо ориентироваться на схемы одностадийного помола по замкнутому циклу. С
целью снижения расхода электроэнергии и повышения производительности помольного оборудования следует предусматривать дробление клинкера, добавок и гипса до 19—30 мм, причем для клинкера следует применять дробилки,
встроенные в холодильник, а также пресс-валковые измельчители и конусные дробилки.
При расчете систем аспирации количество воздуха, просасываемого через мельницу, принимают 200 нм 3 на 1 т цемента при открытом цикле, 300 нм3 на 1 т цемента — при замкнутом. Кратность циркуляции зависит от тонкости помола
цемента и составляет ориентировочно при удельной поверхности цемента 320 м2/кг — 2-М, при 350 м2/кг — 5, а при 450
м2/кг — 7.
При обосновании тонкости помола цементной шихты ориентируются на следующие характеристики: марке «400» соответствует остаток на сите 008 от 5 до 8%, а соответствующая этим значениям удельная поверхность — 250 —300
м2/кг, марке «500» — 2-^-6% остатка и удельная поверхность 320— 360 м2/кг.
Влажность дозируемых в мельницу гидравлических добавок не должна превышать при выпуске портландцемента 2%, при выпуске шлакопортландцемента — 1%. Допустимая влажность
гипса — 10%. Суммарная влажность цементной
шихты с учетом влажности добавок и гипса не
должна быть выше 1,5%.
Подача в мельницу клинкера, гипса и добавок
осуществляется способом весового дозирования
из отдельных бункеров.
В процессе измельчения температура в мельнице не должна повышаться выше 100 ° С из-за
опасности получения цемента, характеризующегося ложным схватыванием. Для снижения температуры следует предусматривать подачу в мельницу распыленной с помощью форсунок воды в количестве 0,5—1,0%
от массы цемента. Необходимо также предусмотреть установку после мельниц охладителей цемента. С целью интенсификации процесса измельчения следует использовать при помоле поверхностно-активные вещества, для чего мельница
должна быть снабжена установками по их вводу, оборудованными дозирующими устройствами.
Очистка аспирационного воздуха цементных мельниц предусматривает три ступени: аспирационную шахту — циклон
— рукавный фильтр (или электрофильтр).
Наибольшее распространение в цементном производстве получили две конструкции мельниц (3,2X15 и 4X13,5), работающие по схеме замкнутого цикла. Цементные мельницы 3,2X15 имеют промежуточную выгрузку, один элеватор и два
сепаратора (рис. 6.56). Материал выгружается из обеих камер и транспортируется в центробежные сепараторы с помощью элеватора. Крупные фракции возвращаются на домол во вторую и частично в первую камеру. Тонкие фракции из
сепараторов и уловленная пыль представляют собой готовый цемент. Предусмотрена возможность работы мельницы и
по открытому циклу. Система аспирации состоит из 3-х ступеней очистки — аспирационной шахты, циклонов и рукавного фильтра.
Помол в мельнице 4X13,5 осуществляется по схеме замкнутого цикла без промежуточной разгрузки (рис. 6.57). В схеме используются два центробежно-циклонных сепаратора, питаемых с помощью одного элеватора. Крупные фракции,
выделяемые в центробежных частях сепараторов, направляются на домол в первую камеру, а тонкие, выделяемые в выносных циклонах (их в схеме сепаратора — 5), представляют собой готовый цемент, который далее с помощью системы
пневмотранспорта направляется в силосы для хранения.
62
В зависимости от размеров мельниц и общего компоновочного решения расстояние между мельницами принимается
12, 18, 24 или 30 метров.
6.8. ХРАНЕНИЕ, ОТГРУЗКА И УПАКОВКА ЦЕМЕНТА
Цемент, полученный в помольном отделении, транспортируется системой пневмотранспорта с помощью пневмовинтовых или пневмокамерных насосов (может применяться также механический транспорт — ленточные конвейеры) в цементные силосы для хранения. Количество емкостей для хранения цемента определяется ассортиментом и суточной выработкой продукции. Для хранения цемента обычно используют цилиндрические резервуары или силосы. Силосы обеспечивают наиболее благоприятные условия для разгрузки цемента и устранения сводообразований при хранении. Разрушение свода сопровождается падением больших масс материала и может вызвать разрушение силоса. Свод образуется, в основном, в цилиндрической части резервуара. Помимо сводов может иметь место образование в материале сквозных отверстий («нор»), когда из силоса выгружается только центральная часть материала, находящаяся непосредственно
над разгрузочным отверстием, образование мостиков в конусной части силосов и прилипание материала к стенкам силоса.
Удельная стоимость конструкции снижается с увеличением вместимости силоса, поэтому строительство небольшого
количества крупных цементных силосов более экономично, чем использование большего числа силосов малой вместимости. Вместимость отдельных цементных силосов колеблется от 1000 до 30000 т, при этом их диаметр достигает 28 м, а
высота доходит до 55 м. Масса цемента, находящегося в силосе, зависит от степени его уплотнения и вида цемента, и
изменяется в широком интервале значений. В уплотненном состоянии (после хранения в течение 4—8 суток) значение
насыпной объемной массы изменяется по высоте хранилища от 1,3 до 1,5 т/м 3. Для расчета строительных конструкций
эта характеристика принимается равной 1,6 т/м3, а при определении емкости силосов — 1,4 т/м3.
При увеличении диаметра силосов более 8—10 м в разгрузочной части силоса появляются воронкообразные застойные
зоны, что требует применения специальных конструкционных мер, обеспечивающих равномерность разгрузки — конусных вставок и других направляющих.
Для придания цементу сыпучести днища силосов оснащаются аэрирующими элементами, которые направляют сжатый
воздух в силос, вследствие чего псевдожидкая воздушно-цементная смесь движется по аэроплитам к разгрузочному отверстию силоса. Аэрирующие элементы могут быть изготовлены из пористой керамики, металлокерамики, а также из
плотной ткани. Доля аэрируемой поверхности может составлять от 10 до 20% общей поверхности днища. Расход сжатого воздуха на аэрацию цемента в силосе — 0,4 нм3/мин на 1 м2 поверхности, давление не более 0,3 МПа. Сжатый воздух
должен быть очищен от масла и влаги, для чего используются специальные аппараты — маслоотделители, фильтры для
обезвоживания сжатого воздуха и автоматические установки для осушки воздуха. Удельный расход сжатого воздуха на
пневматическую разгрузку (по опытным данным) составляет 2—3 нм3/мин на 1 т цемента в зависимости от дальности
транспортирования.
Как правило, на цементных заводах России используют силосы диаметром 12 и 18 метров. Нормами технологического
проектирования предусматривается объем запаса хранимого цемента от 10 до 20 суток, в зависимости от общего объема
выпуска цемента. С целью повышения качества цемента и устранения причин «ложного схватывания», предотвращения
разрыва мешков во время упаковки, улучшения сыпучести цемента следует предусматривать установку между цементными мельницами и цементными силосами холодильников (охладителей) цемента.
При проектировании хранилищ для цемента силосы диаметром 12 м и менее располагаются в два ряда, а диаметром
более 12м — в один ряд. Над силосами предусматривается галерея, в которой размещаются трубопроводы с переключателями, загрузочные коробки, через которые цемент поступает в силосы, и рукавные фильтры для обеспыливания воздуха, выходящего из силосов при их загрузке. Для обслуживания оборудования, расположенного в верхней галерее, предусматривается лифт грузоподъемностью 500—1000 кг.
63
Силосные корпуса, как правило, устанавливаются на
колоннах таким образом, чтобы обеспечить пропуск
железнодорожных составов для загрузки вагонов цементом из силосов самотеком (центральная разгрузка). Возможной является также схема, при которой
подсилосное помещение используется лишь для размещения разгрузочных аппаратов, которые предназначены для пневматического транспорта цемента в
вагоны, устанавливаемые на железнодорожных путях
по обе стороны силосов (боковая разгрузка). Силосы
имеют при этом плоские днища с набетонкой и уклонами в сторону разгрузочных отверстий. Каждый силос оборудуется четырьмя донными разгружателями.
Недостатком этого способа является образование в
силосах так называемых «мертвых остатков», которые
должны периодически удаляться при помощи аэрожелобов и пневмонасосов. Для заводов небольшой мощности силосы могут располагаться также непосредственно на нулевой отметке, без подсилосного пространства.
Для загрузки железнодорожных составов под каждым рядом силосов диаметром 12 м, установленных
на колоннах, укладывается по одному железнодорожному пути и под каждым силосом предусматривается
установка одних железнодорожных весов грузоподъемностью 150 т. Под силосами диаметром 18 м
предусматриваются два железнодорожных пути и
двое железнодорожных весов грузоподъемностью 150
64
т под каждым силосом. Силосы диаметром 12 м устанавливаются блоками по 4 силоса в каждом блоке (рис. 6.58, 6.59), а
силосы диаметром 18м — в один ряд с расстоянием между осями 24 м.
Процесс погрузки цемента в железнодорожные составы и автоцементовозы осуществляется путем автоблокировки весовых механизмов с разгрузочными аппаратами силосов. Для погрузки цемента в железнодорожные составы применяются разгрузочные аппараты с пережимными устройствами на гибком шланге, который вводится в люк вагонацементовоза. При достижении установленной массы цемента в вагоне производится автоматический пережим потока
цемента из силоса и подъем шланга с отводом его в сторону при помощи специального электромеханического устройства. При такой организации загрузки вагон заполняется цементом за 5—6 минут.
Цемент можно отгружать навалом в железнодорожные вагоны, в железнодорожные цистерны — цементовозы, в автоцементовозы, а также в затаренном виде — в мешках весом 50 кг.
Отгрузка цемента может осуществляться также речным или морским транспортом как навалом, так и в
затаренном виде — в мешках или в большегрузных
контейнерах из полимерных материалов. Затаривание
цемента производится в специальных упаковочных
отделениях, оснащенных высокопроизводительными
упаковочными машинами.
В цементной промышленности применяют два типа
упаковочных машин: однорядные (линейные) и карусельные упаковочные машины. В однорядной упаковочной машине несколько заполнительных штуцеров
(3-М) располагаются в одну линию. Машина обслуживается одним или двумя операторами, задача которых состоит в насадке мешка на штуцер, и одним рабочим для доставки пустых мешков. Линейная 4штуцерная машина имеет производительность 800
мешков в час, т. е. 40 т/ч. Высокая производительность упаковочных машин достигается благодаря использованию бумажного клапанного мешка, в котором один из углов снабжен открывающимся только в одну сторону
клапаном, через который штуцер заполняет мешок цементом. При достижении заданной массы мешок сходит со штуцера и под действием массы цемента клапан в мешке закрывается, так что цемент не может высыпаться из мешка. Упаковка осуществляется в мешки из плотной, так называемой крафт-бумаги. Бумага должна иметь достаточную воздухопроницаемость, что способствует выходу из мешка воздуха в процессе заполнения мешка. Бумажные мешки состоят из пяти
слоев бумаги и могут быть сухими или битуминированными. Масса одного мешка вместительностью 50 кг цемента составляет 350—450 г.
С целью повышения производительности упаковочных машин были разработаны карусельные упаковочные машины.
Обычно такие упаковочные машины имеют от 8 до 14 загрузочных штуцеров, их производительность составляет 1800—
2200 мешков в час, т. е. 90—ПО т/ч. Схема установки с карусельной упаковочной машиной показана на рис. 6.60.
В процессе тарирования цемента выделяется значительное количество пыли, поэтому упаковочная машина оборудована аспирационной установкой, состоящей из рукавного фильтра и вытяжного вентилятора. Поступающий из силосов
цемент предварительно пропускается через просеивающий шнек (для выделения случайно попавших в него остатков
мелющих тел и крупных частиц материала), после чего подается в упаковочную машину. Если количество подаваемого
цемента превышает пропускную способность упаковочной машины, то избыток его сливается в бункер, из которого цемент вновь поступает в процесс.
При упаковочном отделении имеется склад бумажных мешков, располагаемый в непосредственной близости от упаковочной машины. Склады оснащаются механизированными тельферами или автопогрузчиками для подачи пустых мешков в кипах к упаковочным машинам.
Поставляются мешки в кипах по 100 шт. в каждой. Вес кипы составляет 35—45 кг, размер кипы 55X85X28 см. При механизированной штабелировке бумажных мешков на складе тары высота штабеля может быть принята в 7—8 кип, т. е.
2—2,25 м. Запас бумажной тары на складе рассчитывается на упаковку 8—10 тыс. т цемента. Хранение затаренного цемента обычно не предусматривается. Склады для хранения упакованного цемента создаются лишь на заводах, осуществляющих отгрузку большей части своей продукции водным транспортом или же в случае выпуска заводом специальных
марок цемента, для которых упаковка обязательна.
Площадь склада для хранения тарированного цемента рассчитывается из того, что на 1 м2 полезной площади можно
уложить 3 т цемента в бумажных мешках. Для проездов и проходов предусматривается дополнительная площадь в размере около 30— 35% от полезной площади склада.
Работа операторов, обслуживающих карусельные машины, требует большой напряженности, так как время на ручную
установку мешка на штуцер составляет около 2 с и такую интенсивность труда невозможно обеспечить в течение нескольких часов. В настоящее время зарубежными фирмами разработаны и введены в действие полностью автоматизированные упаковочные машины, производительностью до 4000 мешков в час или 200 т/ч. Проблема автоматической подачи и насадки мешков на штуцер решена путем использования специальных магазинов-рулонов, в которых мешки намотаны на гильзу, и каждый из таких рулонов содержит до 3000 мешков. Мешки удерживаются в рулоне за счет двух пластиковых лент. Диаметр рулона составляет 1,5 м. Время, необходимое для замены рулона, составляет около 1 мин, так
что упаковка осуществляется практически непрерывно.
Для эффективного использования упаковочных машин необходимы системы транспортировки заполненных мешков к
местам погрузки.
Механизированная погрузка цементных мешков в железнодорожные вагоны осуществляется специальными погрузоч65
ными машинами, состоящими из нескольких подвижно соединенных между собой передаточных транспортеров и транспортера-штабелеукладчика. Такая машина вдвигается в крытый вагон и обеспечивает его равномерное плотное заполнение мешками с цементом. Передняя часть такой погрузочной машины может перемещаться в трех измерениях, т. е. поворачиваться, подниматься и опускаться, а также выдвигаться.
С целью механизации погрузочно-разгрузочных работ при отгрузке затаренного в мешки цемента предложено использовать деревянные (чаще всего) поддоны, на каждый из которых укладывается до 40 мешков (2 тонны). Укладка мешков
с цементом на поддоны осуществляется либо с помощью телескопических ленточных транспортеров, либо с помощью
действующей по программе пакетоформующей машины. Чтобы мешки плотно удерживались на поддоне, каждый второй
слой мешков отличается схемой укладки. Современные пакетоформующие машины имеют производительность от 800
до 3600 мешков в час.
Транспортировка и погрузка на транспортные средства уложенных в пакеты мешков осуществляется с помощью вилочных автопогрузчиков.
Проблемы, возникающие с возвратом пустых деревянных поддонов: большие затраты средств на инвентарь, необходимость учета поддонов при отгрузке цемента, затраты на ремонт, привели к разработке системы упаковки пакетов мешков
цемента (содержащих по 1, 1,5 и 2 т) в термоусадочную пленку. Метод состоит в обтяжке пакета мешков с помощью
специальной машины полиэтиленовой пленкой и нагревом ее до определенной температуры в специальной печи в течение порядка 40 с. За счет термоусадочных деформаций пакет мешков оказывается плотно сжатым и не требует поддона.
Применение пленки для формирования пакетов заметно сокращает скорость потери цементом его прочностных характеристик. Стоимость затаренного цемента примерно на 20% выше, чем при отгрузке навалом, кроме того, потребление
затаренного цемента на крупных стройках вызывает затруднения при его приемке и распаковке, так что, как правило,
перевозки цемента осуществляются навалом.
6.9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
Технологический контроль представляет собой систему информации, непрерывно описывающую состояние технологического процесса, качества сырья и продукции в течение всего периода эксплуатации предприятия.
66
Таблица 6.13.
Схема технологического контроля производства цемента
№ Технологический парап/п
метр
1.
2.
3.
Опробуемый
параметр
Место отбора проб
Тип пробоотборника
Периодичность
Выполняемые определения
отбора средней
пробы
Карьер
Твердое сырье Крупка из взрывных
Ручной пробоотбор
По мере отработки
Влажность
(известняк, мерскважин
полезного ископаеАнализ на пять оксидов:
гель, сланец)
мого
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
Мягкое сырье
Борт забоя
Ручной пробоотбор
По мере отработки
Влажность
(мел, глина)
полезного ископаеАнализ на пять оксидов:
мого
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
Дисперсность
Хранение и подготовка
Известняк
С ленточного конвей- Проборазделочная машина с Один раз за смену
Влажность
сырьевых материалов,
ера после вторичного
установкой для отбора,
Анализ на пять оксидов:
минеральных добавок и
дробления
подготовки и транспортировSiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
топлива
ки проб сыпучих материалов
Титр
Один раз в месяц по Полный химический анализ
средним пробам
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Глина, глинистый С ленточного конвей- Проборазделочная машина с
сланец, шлам, лесс, ера после дробления и установкой для отбора подзола (сухой способ
сушки
готовки и транспортировки
производства)
сыпучих материалов
Один раз в смену
Влажность
Анализ на пять оксидов:
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
Методы контроля
Весовой
Рентгеноспектральный
Весовой
Рентгеноспектральный
Весовой
Весовой
Рентгеноспектральный
Титрование
Фотометрический
Пламенный фотометр,
титриметр
Весовой
Рентгеноспектральный
Один раз в месяц по
Дисперсность
Весовой
средним пробам Полный химический анализ Фотометрический пламенный фотометр, титрометр
Глиняный шлам Из шламопровода
Пробоотборник
Один, два раза в
Влажность
Весовой
(мокрый способ перед вертикальными
смену
Рабиоизотопный плотномер
производства или горизонтальными
Индикатор вязкости
цемента)
бассейнами
Постоянно
Вязкость
Весовой
Один, два раза в
Тонкость помола
Рентгеноспектральный
смену
Анализ на пять оксидов:
Фотометрический пламенОдин раз в сутки SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO ный фотометр, титрометр
Один раз в месяц Полный химический анализ
Огарки
С ленточного конвейРучной пробоотбор
От каждой постуВлажность
Весовой
ера или из вагонов
пившей партии
Содержание Fe2O3
Фотометрический, пламенОдин раз в месяц Полный химический анализ ный фотометр, тирометр
Твердое топливо С ленточного конвей- Проборазделочная машина с От каждой постуВлажность
Весовой
(уголь, сланец)
ера или из вагонов
установкой для отбора,
пившей партии
Зольность
Рентгеноспектральный
подготовки и транспортировКалорийность
Теплотехнический
ки проб сыпучих материалов
Жидкое топливо
Из цистерн
Ручной пробоотбор
От каждой постуВлажность
Весовой
(мазут)
пившей партии
Калорийность
Теплотехнический
Добавки к цементу С ленточного конвей- Проборазделочная машина с От каждой партии
Влажность
Весовой
ера или из вагонов
установкой для отбора, или один раз в месяц Полный химический анализ
Фотометрический
подготовки и транспортировАктивность
ки проб сыпучих материалов.
ГОСТ 25094-82
67
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Гипс
Ручной пробоотбор
»
Влажность
Весовой
Содержание SO3
Химический
Приготовление сырьевой Грубомолотая Объединение потоков Проборазделочная машина с
Один раз в час
Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
смеси
сырьевая мука
на входе в сырьевую
установкой для отбора,
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
мельницу
подготовки и транспортировВлажность
Весовой
ки проб сыпучих материалов.
Тонкость помола
Непрерывно
Анализ на четыре оксида:
Рентгеноспектральный
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
Тонкомолотая На выходе из мельни- Пробоотборщик сырьевой
Один раз в час
Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
сырьевая мука
цы
муки
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
Влажность
Весовой
Тонкость помола
Весовой
Непрерывно
Анализ на четыре оксида:
Рентгеноспектральный
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
Сырьевая мука Объединение потоков Пробоотборщик сырьевой
Один раз в час
Анализ на пять оксидов:
на входе в смеситель- муки с системой дозирования
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
ный силос
и транспортирования пневВлажность
Весовой
матической почтой
Непрерывно
Тонкость помола
Анализ на четыре оксида:
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
Рентгеноспектральный
Объединение потоков
То же
Один раз в два часа
Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
на узле питания
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
печного агрегата
Один раз в месяц по
Влажность
Весовой
единым пробам
Тонкость помола
Полный химический анализ
Фотометрический
Узлы пересыпки из То же или ручной пробоот- По мере надобности Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
смесительного силоса
бор
определения коэф- SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
в запасной
фициента усреднеВлажность
Весовой
ния в силосах
Тонкость помола
Приготовление сырьевой Сырьевой грубо- Напорный шламопроПробоотборник шлама
Один раз в час
Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
смеси (мокрый способ) молотый шлам
вод
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
(после Гидрофола)
Влажность
Весовой
Тонкость помола
Радиоизотопный плотномер
Весовой
Пыль электроИз гравитационных
Пробоотборщик сыпучих
Один раз в смену
Анализ на пять оксидов:
Рентгеноспектральный
фильтров
потоков в местах
материалов
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
пересыпки с трансОдин раз в смену Полный химический анализ
Фотометрический
портеров
Сырьевой шлам
Из шламопровода
Пробоотборник шлама;
От каждого замоло- Анализ на четыре оксида:
(мокрый способ) перед вертикальными устройство для отбора и
того вертикального
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
бассейнами
подачи проб шлама; ручной
бассейна
Влажность
Весовой, -влагомер
пробоотбор
Тонкость помола
Весовой
Растекаемость
Текучестемер, МХТИ
Напорный шламопроПробоотборник шлама
16-20 проб от каждо- Анализ на четыре оксида:
Рентгеноспектральный
вод после насоса к
го горизонтального
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
горизонтальному
бассейна
Влажность
Весовой
бассейну
Шлам-слив с враща- Пробоотборник шлама или Один раз в два часа Анализ на четыре оксида:
Рентгеноспектральный
»
»
68
ющихся печей в
горизонтальные
бассейны
21.
Обжиг клинкера
Клинкер
22.
23.
Помол цемента
24.
25.
Твердое форсуночное топливо
Отгрузка цемента
Трубопроводы перед
или после циклонов
или течка перед
форсункой
За холодильником
печных агрегатом
Цемент
После каждой мельницы
Цемент
Из трубопроводов на
выходе из силоса
Цемент
Из трубопроводов на
выходе из силоса
ручной пробоотбор
SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO
Один раз в месяц
Влажность
или по мере надобТонкость помола
ности по средним
Растекаемость
пробам
Полный химический анализ
Пробоотборник сыпучих
1-2 раза в смену по
Тонкость помола
материалов
средним пробам
Влажность
Один раз в сутки по
средним пробам
Содержание летучих
Один раз с месяц
Зольность
Калорийность
Химический анализ золы
Пробоотборники клинкера Один раз в два часа Содержание свободной СаО
или ручной пробоотбор
Один раз в сутки по Анализ на пять оксидов:
средним пробам от SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO
всех печей
Минералогический состав,
характер кристаллизации
Физико-механические испытания
Пробоотборник сыпучих
Каждые 2 часа
Тонкость помола
материалов
Содержание SO3
Содержание добавок
Пробоотборник сыпучих
После заполнения
Тонкость помола
материалов
силоса или замола
Содержание SO3
партии
Содержание добавок
Физико-механические испытания
Пробоотборник сыпучих
От каждой партии Физико-механические испыматериалов, с системой
тания
транспортирования проб
материалов
Весовой
Текучестемер МХТИ
Фотометрический
Весовой
Теплотехнический
Теплотехнический
Теплотехнический
Фотометрический
Химический
Фотометрический
Петрографический
ГОСТ 3101.76-4-81
Весовой (СММ-1)
Химический
Рентгеновский
Весовой (СММ-1)
Химический
Рентгеновский
ГОСТ 310.1.76-4-81
ГОСТ 310.1.76-4-81
69
На основании данных технологического контроля осуществляется управление технологическими процессами на
всех переделах производства, обеспечивается получение продукта заданного качества и оптимизация техникоэкономических показателей работы предприятия.
Значительный рост мощности предприятий, необходимость повышения качества продукции, расширение ее ассортимента выдвигают все более ответственные требования к технологическому контролю. Развитие техники, совершенствование технологии, разработка и создание автоматизированных систем управления, применение вычислительных
машин, создают реальные предпосылки для организации надежной и быстродействующей системы контроля производства.
Основными задачами такой системы являются:
— определение качества сырьевых материалов, добавок, топлива и т. д.;
— определение состава и характеристик потоков сырьевых компонентов, сырьевой смеси, клинкера и цемента в
процессе производства;
— контроль параметров технологического процесса по всем производственным переделам;
— контроль качества и паспортизация готовой продукции;
— анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью управления технологическим процессом и
совершенствования технологического контроля.
Для решения этих задач система контроля производства включает в себя четыре подсистемы:
— общезаводского технологического контроля;
— оперативного технологического контроля всех переделов производства цемента;
— параметрического контроля;
— технического контроля.
Подсистема общезаводского технологического контроля должна обеспечивать определение состава и свойств исходного сырья, топлива добавок, вспомогательных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, в объеме, достаточном для регулирования и управления в масштабах предприятия. Технологический контроль, как правило, представляет собой усредненную информацию за смену, сутки, декаду, месяц и т. д. На основании данных технологического контроля устанавливаются текущие задания всем звеньям управления технологическими процессами и совершенствуется все производство в целом (табл. 6.13).
В задачи этой подсистемы входит также градуировка и проверка погрешностей технических устройств подсистемы
оперативного контроля.
Подсистема оперативного технологического контроля должна обеспечивать определение состава и свойств материалов на входах и выходах из конкретных агрегатов или технологических участков производства и контроль соответствия получаемых параметров заданиям систем управления. Оперативный контроль представляет собой либо разовое
опробование через интервалы в один-два часа при устойчивой работе оборудования или непрерывный пробоотбор с
использованием автоматических пробоотборников и анализаторов. Объем определений этой подсистемы на каждом
участке должен быть минимально необходимым для осуществления стабилизации технологического процесса в пределах заданных нормативов.
Подсистема параметрического контроля должна обеспечивать оценку состояния оборудования и режимов его работы. Объем параметрического контроля должен быть достаточным для поддержания эксплуатационных режимов работы оборудования, предотвращения аварий, учета результатов работы производства.
Подсистема технического контроля должна обеспечивать контроль качества и паспортизацию партий цемента, отгружаемых потребителям.
Технологический контроль производства цемента включает дискретное или непрерывное опробование материалов,
находящихся в неподвижном состоянии: в забое карьера, в буртах, в складах предварительной гомогенизации, в силосах, шламбассейнах, железнодорожных вагонах и т. д., либо в движении на транспортерной ленте, в пневмотранспортных и гидротранспортных магистралях, в гравитационных потоках и т. д.
Масса пробы должна сохранять исследуемые качества материала. Минимальная масса пробы определяется размером кусков опробываемого материала и его неоднородностью. Чем больше неоднородность материала и крупнее его
куски, тем больше должна быть масса отбираемой пробы.
Минимальная проба подвергается разделке, которая может включать следующие операции: смешивание пробы,
дробление пробы, сокращение пробы. Эти операции выполняются в дробилках, мельницах, истирателях, смесителях,
делителях и сократителях проб.
Опробование неподвижных материалов сопряжено с рядом трудностей, обусловленных невозможностью равномерного отбора материала во всех точках.
В неподвижной массе материала в буртах, складах предварительной гомогенизации, в накопительных складах, железнодорожных вагонах отбор проб производится вручную или с помощью ручного пробоотборника (щупа).
Наиболее достоверные результаты при опробовании неподвижного материала получают при проведении эксплуатационной разведки сырьевых материалов. Методика эксплуатационной геологической разведки включает проходку
скважин вкрест простирания пород по сети с шагом 25 или 50 м в зависимости от характера залегания пород и неоднородности их состава. Проходка скважин ведется при помощи бурильных станков. В полученных кернах материала
выделяются литологические разновидности пород. Материал кернов усредняется по литологическим признакам, измельчается и подвергается сокращению. Подготовленные пробы анализируются на содержание основных оксидов
или же подвергаются более полному химическому анализу.
Результаты определения химического и дисперсного составов принимают за основу при планировании качества добываемого сырья и объема горных работ по кварталам в течение одного года. Оперативная оценка качества сырья в
добычном забое твердых пород включает опробование крупки материала из взрывных скважин. От крупки, получаемой в процессе бурения, отбирается средняя проба. Проба перемешивается, квартуется (сокращается). В пробах
определяется титр или содержание основных оксидов. На основании этих данных составляются ежемесячные или
70
декадные планы подачи сырья на производство, согласованные с ассортиментом выпускаемой продукции. В период
производства цемента самого высокого качества завод должен снабжаться наиболее однородным сырьем с минимальным содержанием примесей.
Оперативное опробование мягкого сырья (мел, глины) в забое производится путем нанесения борозд на борт забоя,
отбора проб, их усреднения, квартования, сушки, сокращения и анализа на содержание четырех или пяти оксидов,
иногда титра и т. д.
Отбор точечных проб взорванной массы в большинстве случаев не позволяет характеризовать качество сырья в развале с достаточной надежностью. Более представительные пробы на карьере могут быть отобраны от разновидностей
полезных ископаемых вручную с помощью геологического молотка.
Для повышения достоверности отбор проб материалов цементного производства выполняется от движущегося потока методом сечений: некоторую часть потока опробоваемого материала непрерывно или периодически отводят в
пробу. Эти операции могут производиться методом продольного и поперечного сечения потока. При отборе проб
методом поперечных сечений отсекание контролируемого материала осуществляется дискретно в течение короткого
промежутка времени. Пробоотборные устройства содержат, как правило, ковш, пересекающий поток и отбирающий
все частицы, находящиеся в данный момент времени в потоке. Метод поперечных сечений обеспечивает наибольшую
представительность разовых проб.
При опробовании технологических потоков, гомогенных в поперечном сечении, допустим дискретный отбор проб
из небольшой части поперечного сечения потока.
Точка отбора проб из напорных магистралей должна выбираться на вертикальных гладких участках трассы на расстоянии не менее десяти диаметров от колен, задвижек и т. д. по ходу движения пылегазового потока.
Предпочтение следует отдавать потокам, в которых материал имел возможность перемешиваться на участках
транспортирования предшествующих точке отбора.
Выбор типа пробоотборного устройства осуществляется в зависимости от способа производства, химического, гранулометрического состава материала в соответствии с номенклатурой приборов и средств автоматизации.
Подсистемы общезаводского технологического, оперативного и технического контроля включают автоматизированный или ручной пробоотбор, пробоподготовку и анализ химического минералогического, дисперсного составов,
физико-химических и физических свойств материалов. Определение химического состава сырьевых материалов сырьевой смеси, клинкера, цемента и других материалов Зазир^ется™ экспрессных инструментальных
^°*™^метрического рентгеноспектрального анализов, также широко применяются ускоренные объемно-весовые методы химического анализа Дисперсный состав определяется весовыми методами физико-химические свойства контролируются при помощи методов петрографического и рентгенографического анализов. Физико-механические свойства цемента определяются в соответствии с требованиями государственных стандартов. Методические указания,
необходимые для выполнения анализов материалов, изложены в отраслевых инструкциях.
Примерные схемы технологического контроля для заводов продолжительностью до 2,5 млн тонн цемента в год с
двумя-четырьмя печными агрегатами, работающими по сухому и; по мок рому способам производства на твердом
карбонатном (известняк) мягком алюмосиликатам сырье (глина), представлены на рис.
С целью учения рациональной и бесперебойной
эксплуатации предприятий по производству цемента, а также создания безопасных условий работы для каждого завода разрабатывается технологическая система контроля, учитывающая его
специфику
Ч
Т0иТтбелНи°рС1боты и технологические нормативы основных переделов производства и основного оборудования (дробилки, Грьевые мельницы,
печные агрегаты, «--^^^Гло-лп\ ФИКСИРУЮТСЯ в
технологических картах. Типовые технологические карт разрабатываются на основании правил
технической эксплуатации цементных заводов.
71
Оптимальные средние значения основных показателей работы оборудования и переделов производства подбираются на основании результатов научно-исследовательских работ и производственных технологических и теплотехнических испытании для каждого завода индивидуально в соответствии с составом и свойствами сырьевых материалов,
схемой их переработки, типом печного агрегата и т. д. В правилах технической эксплуатации заводов нормируются
только отклонения от заданных средних рациональных значений параметров сырьевых материалов, сырьевой смеси,
клинкера, цемента, топлива, температуры, давления, разряжения и т. д.
Так, например, основными показателями работы и технологическими нормативами для вращающейся печи мокрого
способа являются:
— производительность, т/ч;
— удельный расход тепла, кДх/кг клинкера, (ккал/кг);
— удельный расход электроэнергии, кВтч/клинкера;
— влажность поступающей в печь сырьевой смеси с отклонениями не более ±0,5%;
— влажность гранул за цепной завесой с отклонениями ±1%;
— коэффициент насыщения сырьевой смеси и клинкера с отклонениями ±0,02; силикатный и глиноземный модули
с отклонениями ±0,1;
— тонкость помола сырьевой смеси и форсуночного угля: остаток на сите № 02 с отклонениями ±0,2%; № 008 — с
отклонениями ±1%;
— влажность форсуночного топлива, поступающего в печь, с отклонениями ±1%;
— содержание летучих в форсуночном топливе с отклонениями ±3%;
— содержание Ог в отходящих газах с отклонениями ±0,5% и т. д.
Технологический контроль при сухом способе производства клинкера отличается от контроля при мокром способе
на переделах приготовления сырьевой смеси и обжига клинкера. Надежный контроль предварительной гомогенизации неоднородных сырьевых материалов после вторичного дробления в усреднительных складах, помола до крупки в
мельницах типа «Аэрофол» можно осуществить только при помощи проборазделочной машины. Для получения однородной сырьевой муки заданного состава необходимо тщательное и более строгое соблюдение установленных на
заводе нормативов, более частый отбор средних проб. При эксплуатации вращающихся печей с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами увеличивается количество контролируемых теплотехнических параметров. В
условиях транспортирования мощных потоков пылевидных материалов по пневможелобам ручной пробоотбор становится практически недостоверным.
Заводы сухого способа необходимо оснащать автоматическими пробоотборниками, устройствами для подготовки и
транспортировки проб сыпучих материалов, управляющими вычислительными машинами, АСУТП. Система технологического контроля на заводах мокрого способа менее сложная, чем на заводах сухого способа, так как водные
суспензии легче перемешиваются и хранятся в шламбассейнах, емкость которых намного превышает объемы смесительных и запасных силосов сырьевой муки.
На цементных заводах функции технологического контроля производства и обслуживания соответствующих технических средств распределяются, в целом между обслуживающим персоналом основного производства, центральной
заводской лабораторией (ЦЗЛ) и отделом технического контроля (ОТК). Эксплуатация технических средств системы
контроля производства должна возлагаться на службу КИП, а на заводах, где внедрены системы автоматического
управления, на службу АСУ. Контроль за единством мер и измерений должна осуществлять метрологическая служба
предприятия.
ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
7.1. ДРОБИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Дробильное оборудование классифицируют по следующим признакам:
1. Дробилки с использованием в качестве разрушающего усилия давления:
— щековые;
— конусные;
— валковые.
2. Дробилки для ударного измельчения:
— молотковые (одно- и двуроторные);
— ударно-отражательного действия (роторные).
Дробилки первичного дробления характеризуются степенью измельчения от 5 до 15 в зависимости от физических
свойств материала. Куски материала после первичного дробления характеризуются крупностью 100—300 мм. Дальнейшее измельчение до получения зерен крупностью 20—25 мм производится на второй стадии дробления. Затем
этот материал подается в трубные или другие мельницы на помол. Иногда для улучшения работы мельниц материал
подвергается третьей стадии дробления до крупности частиц 5—10 мм.
Щековые дробилки. Типоразмеры щековых дробилок характеризуются шириной В приемного отверстия — расстоянием между дробящими плитами в верхней части камеры дробления в момент максимального отхода подвижной
щеки. Этот размер определяет максимально возможный размер кусков Dmaх, загружаемых в дробилку, принимаемый
равным 0,85 ширины приемного отверстия, т. е. Dmах = 0,85 В.
другим важным параметром служит длина L приемного отверстия, т. е. длина камеры дробления. Размер приемного
отверстия щековой дробилки является ее характеристическим параметром и обозначается В XL.
В зависимости от параметра (ВXL, мм) щековые дробилки, выпускаемые отечественной промышленностью, составляют следующий размерный ряд: 160X250, 250X400, 250X900, 400X900, 600X900, 900X1200, 1200X1500,
1500X2100, 2100X2500 мм, т. е. всего девять типоразмеров, из которых пять первых представляют собой дробилки со
сложным движением подвижной щеки, а четыре последних — с простым. Размер приемных отверстий регламентирован.
Важным параметром щековой дробилки является ширина выходной щели. Она определяется как наименьшее рас72
стояние между дробящими плитами в камере дробления в момент максимального отхода подвижной щеки. Ширина
выходной щели — характеристика переменная, ее можно регулировать, что позволяет изменять производительность
дробилки и крупность готового продукта.
В табл. 7.1 приведены технические характеристики зарубежных щековых дробилок, а в табл. 7.2 — отечественных
щековых дробилок.
Таблица 7.1.
Технические характеристики зарубежных щековых дробилок
Показатели
Размер загрузочного отверстия, мм
Наибольший размер загружаемых
кусков, мм
Пределы регулирования выходной
щели, мм
Частота вращения эксцентрикового
вала, мин-1
Производительность (проектная),
м3/ч
Изготовитель
Мощность электродвигателя, кВт
Тип и характеристика питателя
Измельчаемый материал
900х1200
900х1200
700
950х1200
950х1200
800
1200х1500
1200х1500
800
1400х1600
1400х1600
1000
1400х1800
1400х1800
1000
150-200
150-200
190-250
250-350
220-300
180
175
170
160
160
125
120
260
350
350
«Полиэмус», Германия
100
Пластинчатый В=1500 мм
«Смидт», Дания
200
Колосниковый
Германия
2х100
Германия
160
Германия
160
Туф
Известняк
1680х7000
Известняк
1680х7000
Известняк
2025х7500
Мергель
Конусные дробилки. В зависимости от назначения конусные дробилки подразделяют на дробилки крупного (ККД),
среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления. Используются также конусные дробилки, которые занимают промежуточное положение между дробилками крупного и среднего дробления, получившие название дробилок редукционного дробления (КРД). Их используют для последующего дробления продукта дробилок крупного дробления.
Дробилки ККД характеризуются шириной приемной щели и в зависимости от типоразмера могут принимать куски
горной породы размером 400—1200 мм при ширине разгрузочной щелк 75—300 мм и производительности 150—2600
м3/ч.
В дробилках КСД и КМД типоразмерной характеристикой является диаметр подвижного конуса, который в серийных промышленных дробилках составляет 600—3000 мм.
Конусные дробилки могут работать «под завалом», т. е. без питателя, менее чувствительны к перегрузками, чем щековые дробилки. Расход электроэнергии на дробление у конусных дробилок несколько ниже, чем у щековых. К недостаткам конусных дробилок можно отнести громоздкость, большой вес и значительную стоимость.
Технические характеристики конусных дробилок приведены в табл. 7.3, 7.4 и 7.5.
Валковые дробилки. Валковые дробилки бывают одно-, двух-, трех- и четырехвалковые с гладкими, рифлеными,
ребристыми и зубчатыми валками. В цементной промышленности применяются одно- и двухвалковые дробилки.
Дробилки с гладкими и рифлеными валками обычно применяют для дробления материалов средней прочности (до а сж
=150 МПа); дробилки с зубчатыми валками применяют для измельчения материалов малой прочности (до асж = 80
МПа) с высокой влажностью, пластичных и вязких. Степень измельчения в двухвалковых зубчатых дробилках достигает 8—10 для мягких пород и снижается до 3—4 для твердых. Технические характеристики валковых дробилок, применяемых в цементной промышленности, приведены в табл. 7.6.
Молотковые и ударно-отражательные дробилки. Молотковые дробилки используются как для одностадийного
дробления сырьевого материала, когда получают зерна размером до 25 мм, так и для вторичного дробления материала крупностью 100—300 мм до размера 15 мм и мельче. Молотковые дробилки применяют также для первичного
дробления хрупких неабразивных пород и известняков средней пластичности с влажностью не более 15 %. Для дробления сырьевых материалов повышенной влажности (мела, глины, трепела, опоки и других материалов, имеющих
влажность до 35%) применяют специальные молотковые дробилки с подвижной плитой. Для дробления пород высокой прочности на первой стадии применяют молотковые дробилки ударно-отражательного действия. В дробилках
ударно-отражательного действия дробление материала осуществляется ударами жестко закрепленных молотков с
окружной скоростью 24—45 м/с.
Технические характеристики молотковых и ударно-отражательных дробилок приведены в табл. 7.7, 7.8 и 7.9.
73
Таблица 7.2.
Технические характеристики отечественных щековых дробилок
показатели
СМД-116
СМД109А
400х900
СМД-16Д
250х400
СМД166
250х900
СМД-118А
ЩКД-8
СМД-117А
600х900
СМД111А
900х1200
Размер приемного (загрузочного)
отверстия, мм
Наибольший размер загружаемых
кусков, мм
Номинальная ширина выходной щели, мм
Пределы регулирования выходной
щели, мм
Производительность (проектная),
м3/ч
Частота вращения эксцентрикового
вала, мин-1
Завод-изготовитель
210
210
40
1200х1500
1200х1500
1500х2100
340
510
750
1000
900
40
60
100
130
155
20-60
25-60
40-90
70-130
95-165
7,8
22
35
75
300
250
250
230
Мощность электродвигателя, кВт
Тип и характеристика питателя
Измельчаемый материал
Размеры, м:
длина
ширина
высота
Масса без электродвигателя, т
17
Выксунский
2,30
2,40
1,90
8,40
ЩКД9
1500х
2100
1300
ЩДП15х21
1500х2
100
1300
СМД156
2100х
2500
1700
225
180
175
205
150
250
115-195
200-250
135-225
310
240
600
200250
450
120-180
180
150200
200
550
170330
800
200
150
135
100
170
100
127
120
волгоцеммаш
45
45
Ленточный
Гипс
1,33
1,25
1,435
2,56
1300
ЩКД7
900х2
100
650
75
110
УЗТМ
160
175
-
2,50
2,40
2,20
10,85
3,0
2,50
2,60
19,40
Волгоцеммаш
250
Пластинчатый
Известняк
6,20
4,45
4,65
140,0
УЗТМ
волгоцеммаш
110
250
250
4,84
3,69
2,70
69,0
7,75
5,81
4,50
210,0
400
10,6
8,2
550,0
Таблица 7.3.
Технические характеристики конусных дробилок крупного дробления
Показатели
Ширина приемной щели, мм
Ширина разгрузочной щели, мм
Наибольший размер загружаемых кусков, мм
Производительность, м3/ч
Мощность привода, кВт
ККД-500
500
75
400
200
110
ККД-900
900
140
750
420
250
Масса дробилки, т
43
150
ККД-1200
1200
150
220
1000
680
320
ККД-1350
1350
170
250
1100
250
180
1450
400
410
ККД-1500
1500
270
1200
2000
Определяют при приемочных испытаниях
То же
КРД-700
700
75
550
400
250
КРД-900
900
100
100
780
400
145
280
Таблица 7.4.
Технические характеристики конусных дробилок среднего дробления
Показатели
Диаметр основания дробящего конуса, мм
Ширина загрузочной щели, мм
Наибольший размер загружаемых кусков, мм
Ширина разгрузочной щели, мм
Частота вращения конуса, мин-1
Производительность, м3/ч
Завод-изготовитель
КСД-900
900
130
105
15-40
50
КСД-2200Г
2200
275
250
15-30
242
340
Уралмаш
КСД-1700-ГР
1750
250
200
25-60
260
300
КСД-2200-ГР
2200
350
300
30-60
222
580
КСД-400
КСД-3000
600
3000
75
600
60
500
12-35
50-80
25
Выксунский
Зарубежные
1752
1675
250
250
200
200
8-100
8-100
251
251,5
110
140
Германия
74
Мощность привода, кВт
Масса дробилки, т
Тип питателя
55
12,5-80,5
-
250
80,5-48
Пластинчатый
Измельчаемый материал
160
250
48-80-5
80-5,6
Ленчатый конвейер
В=1200
В=1400
Мрамор, известняк
40
5,6
-
500
250
-
160
160
34
34
Ленчатый конвейер
В=1200
В=1200
Известняк
Известняк
Таблица 7.5
Технические характеристики конусных дробилок мелкого дробления
Показатели
Диаметр основания дробящего конуса, мм
Ширина загрузочной щели, мм
Наибольший размер загружаемых кусков, мм
Ширина разгрузочной щели, мм
Производительность, м3/ч
Мощность привода, кВт
Масса дробилки, т
КСД-900
600
50
40
4-13
5-15
40
5
КСД-2200Г
900
75
60
5-15
12-40
55
12,5
КСД-1700-ГР
1200
50
40
3-12
27-50
75
21
КСД-2200-ГР
1750
80
70
5-15
85-110
160
53
КСД-400
2200
100
85
7-15
170-230
250
98
КСД-3000
3000
220
180
15-25
360-620
500
250
Таблица 7.6
Технические характеристики валковых дробилок
Показатели
Диаметр валков, мм
Длина валков, мм
Зазор между валками, мм
Частота вращения валков, мин-1
Зазор между валками, мм
Поверхность валков
Наибольший размер загружаемых кусков, мм
Производительность, м3/ч
Завод-изготовитель
Мощность электродвигателя, кВт
Тип питателя
Двухвалковые
1250
1250
1600
1250
80
100
100
100
31
25
400
500
200
125
з-д им. Тельмана
55
55
В=1600
Мел, глина
Измельчаемый материал
В=1500
Одновалковые
1100
1100
1000
1250
100
100
100
100
15
14
Зубчатая
600
500
50
15
«Полизиус», Германия
17
28
Пластинчатый
В=1200
В=1200
Глина
ДДЗЭ-15х12
1500
1200
100
100
40
ДДЗ-2М
900
900
75
100
50
900
150
Волгоцеммаш
55
400
60
з-д Ясинонатский
46
Ленточный
В=650
Уголь
В=2400
Таблица 7.7
Технические характеристики отечественных молотковых и ударно-молотковых дробилок
Показатели
С-599
СМ-170Б
СМД-75
(ударная)
СМД97А
(ударная)
Размер ротора, мм
700х 400
Размер загрузочного
отверстия, мм
Наибольший размер
загружаемых кусков, мм
Ширина щелей решетки,
мм
400х250
1000х100
0
1000х500
100
1300х
1600
1400х80
0
400
300
2000х200
0
2000х120
0
600
15
40
20-80
20-38
ДМРЭ10х10
ДМ-17,5х14,5
(с подажной плитой)
1000х1000
1750х1450
ДМПП-1
(ударная
двухроторная)
СМ-559
М-20-30
(СМД-98А)
СМД
-85А
СМД86А
СМД95
СМД87
СМД94
1200х1000
1250х1200
2000х3000
800х
630
630х
550
400
1250х
1000
1000х
875
600
1600х
1250
1250х
875
800
2000х
1600
1600х
1400
1100
1250х
1250
1250х
600
375
600х400
1700х1400
1000х1150
1260х1510
200
600
400
1000
700
45
25-180
20-50
75-200
15-30
75
Частота вращения ротора, мин-1
Производитель-ность,
т/ч
Завод-изготовитель
1500
730
450
600
750
590
735
10
730
450
600
750
590
Мощность электродвигателя, кВт
Тип питателя дробилки
55
200
125
800
Сыз-ранский
115
Волго-цеммаш
400
Пластинчатый
Лотковый
Лен-точный
Известняк
Гипс,
уголь
Пластинчатый
Мра-мор
Измельчаемый материал
Выксунский
Волгоцеммаш
Мра-мор,
известняк
300, 375, 500
250
313, 470,
625
200-400
Сызранский
160
Вык-сунский
160
Элек-тростальский
1000
300-500
Пластинчатый
Изве-стняк
Опока
Шлак,
гипс, опока
Известняк
Изве-стняк
85
200
280
Выксунский
500
290
Волгоцеммаш
40
110
160
250
200
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
76
Германская фирма «Гумбольдт — Ведаг» выпускает также дробилки ударно-отражательного действия трех типов:
PEG — для грубого дробления, PEF — для тонкого дробления и «Хардо-пакт» — для дробления твердых пород.
Основным назначением дробилок типа PEG является первичное дробление сырья для получения частиц от 0 до 150
мм. В табл. 7.10 приведены технические характеристики дробилок типа PEG.
Таблица 7.8.
Технические характеристики двухроторных дробилок фирмы «Бюлер-Миаг»
Размеры приемного
отверстия, мм
1430х1700
1675х1700
1730х2000
2050х2800
2350х2800
2650х2800
2230х3300
Максимальный размер
кусков загружаемого
материала, мм
1400
1600
1700
2000
2300
2600
2200
Производительность при дроблении известняка средней твердости до крупности 0-25 т/ч
220
260
530
880
1000
1200
1500
Мощность двигателя, кВт
2х170
2х200
2х400
2х600
2х750
2х900
2х1200
Таблица 7.9.
Технические характеристики двухроторных дробилок фирмы «Гумбольдт-Ведаг»
Тип HDS
Диаметр роторахширина, мм
1600
1800
2000
2400
2600
1600х1600
1800х1800
2000х2000
2400х2400
2600х2600
Максимальный размер
кусков загружаемого
материала, мм
1000
1200
1400
1600
1600
производительность*
при S=30 мм, т/ч
Мощность*
двигателя, кВт
100-120
250-350
350-500
650-800
800-1100
200-450
400-600
600-900
1100-1500
1500-2000
В зависимости от свойств материала установлена определенная область применения двухроторных молотковых дробилок, применяемых для измельчения цементной сырьевой смеси. По данным фирмы «Гумбольдт-Ведаг», эта область
ограничена следующими пределами:
прочность материала при сжатии………… 200 МПа
твердость по Моосу …………………..…… <4,5
влажность …………………………………. макс. 25-30%
содержание глины ……………………….. до 30%
* Производительность дробилки и мощность двигателя зависит от ширины зазора колосниковой решетки S и
свойств дробимого материала.
Дробилки ударно-отражательного действия типа PEG могут применяться для дробления материалов, характеристики
которых ограничены следующими пределами:
прочность при сжатии………… до 200 МПа
твердость по Моосу …………………..…… <4,5
влажность …………………………………. < 25%
содержание кварца ………………………..< 10%
содержание глины ……………………….. 0%
Дробилки типа PEF предназначены для тонкого дробления цементных сырьевых материалов и угля с целью получения зерен крупностью от 0 до 45 мм. Эти дробилки следует применять для тонкого дробления пород со следующими
характеристиками:
прочность при сжатии………… до 200 МПа
твердость по Моосу …………………..…… <4,5
влажность …………………………………. < 10%
содержание кварца ………………………..< 10%
содержание глины ……………………….. 0%
Дробилки типа «Хардопакт» предназначены для дробления пород высокой твердости, с прочностью при сжатии более
250 МПа и высоким содержанием S1O2. К особым свойствам этих дробилок относятся низкий износ и незначительные
затраты энергии, что обеспечивается за счет сравнительно малой окружной скорости ротора (22—30 м/с). Эти дробилки
следует применять при следующих характеристиках пород
прочность при сжатии………… до 500 МПа
твердость по Моосу …………………..…… 4,5-8,0
влажность …………………………………. < 15%
содержание кварца ………………………..< 100%
содержание глины ……………………….. 0%
Технические характеристики дробилок «Хардопакт» приведены в табл. 7.11.
При разработке скальных пород по циклично-поточной технологии используются самоходные дробильные установки
(агрегаты), обеспечивающие бесперебойную работу карьерных экскаваторов в комплексе с конвейерным транспортом.
Технические характеристики отечественных самоходных дробильных агрегатов приведены в табл. 7.12
Таблица 7.12.
Технические характеристики СДА
Показатели
СДА-1000
СДА-1200
77
Производительность, т/ч
Крупность продукта, мм:
поступающего
дробленого
Вместимость приемного бункера, м3
Высота загрузки, м
Мощность двигателя, кВт
Скорость передвижения, км/ч
Тип дробилки
Масса агрегата, т
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
1000
3000…5000
1200
0-300
18
7,2-8,3
520
0,45
Роторная, С-688
463
1000
0-200
12
4,6
315
0,45
Роторная, СМД-87
200
33000-42000
10200
9500
28300
6900
7200
78
Таблица 7.10
Технические характеристики дробилок типа PEG
Тип
Размеры загрузочного отверстия, мм
Максимальный размер кусков загружаемого материала, мм
Производительность*, м3/ч
Мощность* двигателя, кВт
Масса, т
125/105
1090х800
750
125/140
1440х800
800
160/140
1440х1020
900
160/210
2140х1020
1000
200/220
2250х1570
1200
250/220
2250х1800
1500
250/330
3350х1800
1600
50-80
60-90
13,6
80-110
90-132
16,4
110-170
132-200
28,8
170-270
200-330
37,6
270-460
330-550
72,0
460-760
550-900
112,6
760-1000
900-1200
144,0
Таблица 7.11
Технические характеристики дробилок типа «Хардопакт»
Тип
Диаметр ротора, мм
Размеры загружаемого отверстия, мм
Максимальный размер кусков загружаемого материала, мм
Производительность, т/ч
Мощность двигателя, кВт
Масса, т

100/70
1000
730х400
300
30-50
30-55
8,0
100/105
1000
1080х400
350
50-80
55-90
10,0
125/105
1250
1080х400
350
70-120
110-160
13,5
125/140
1250
1430х400
350
95-145
130-180
16,0
160/210
1600
2130х500
400
160-240
160-220
27,5
Производительность и мощность двигателя дробилки зависят от вида дробимого материала и заданной крупности зерен после дробления.
Таблица 7.13
Технические характеристики сушильных барабанов
Показатели
2,2х20,0
2,4х20,0
2,6х15,0
2,6х20,0
2,8х14,0
2,8х5,3
2,8х16,0
2,8х20,0
Барабан
Уклон, %
Частота вращения, мин
Внутренние теплообменные
устройства
Высушиваемый материал
5
5
Ячейковые
Шлак
5
3,5
Пересыпные
Уголь
5
5
Цилиндрические пересыпные полки
Шлак
3,5
3,0
Пересыпные
Пемза,
шлак
5
5
Переспные
Шлак
3,5
3,5
Переспные
Шлак
5
4
Ячейки
лопасти
Пемза,
песок
2,5
8
Лопасти
Песок,
трепел
20
2
22
12
2
13
12…16
1,5…2,5
16
10…12
2…4
25
8
2
60
10
1,1
40
15/10
4/5
20
27,7
22
10,1
19
12
9,8
36
22
33
40
55
Германия
«Волгоцеммаш»
«Уралхиммаш»
Влажность, %
начальная
конечная
Производительность (проектная), т/ч
Удельный расход топлива (проектный), кг/ч
Мощность привода, кВт
Завод-изготовитель
-
3,2х27,0
3,5х2
7,0
5,6х45,0
4
2…6
Пересыпные полки
Извест-няк
Глина
Извест-няк
20…30
10…15
21
12
2
70
20
2
25
17
8
208
30
98
18,7
39,9
16,0
42
75
55
630
Германия
«Строймашина»
«Волгоцеммаш»
60/90/120/2
60/20
00
0
«Уралхиммаш»
«Волгоцеммаш»
79
7.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СУШКИ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сушильные барабаны
Сушильные барабаны обычно имеют два бандажа и устанавливаются на двух парах роликов. Наиболее благоприятное
отношение L/D (длины к диаметру) для сушильных барабанов находится между 8 и 10. Сушильные барабаны устанавливают с уклоном 3—6 %; чем больше диаметр, тем меньше уклон. Частота вращения барабана составляет 2—5 об/мин
при окружной скорости около 0,30 м/с. Материал проходит через сушильный барабан примерно за 20—40 мин. В цементной промышленности применяют сушильные барабаны диаметром от 1,6 до 3,5 м. Технические характеристики
сушильных барабанов приведены в табл. 7.13.
Технические характеристики применяемых в отечественной промышленности других типов сушильных установок
приведены в табл. 7.14.
Технические характеристики вихревых сушилок, широко применяемых в Германии, приведены в табл. 7.15.
Дробилки-сушилки
Ударно-отражательные дробилки позволяют получить высокую степень измельчения (от 60 до 80), которая зависит от
твердости сырья. Непрерывное дробление зерен обеспечивает постоянный рост поверхности материала и благоприятные условия для теплопередачи. Ротор придает потоку газа, проходящему через дробилку, турбулентный характер, что
приводит к улучшению контакта между газом и материалом. Поэтому ударно-отражательные дробилки, оборудованные
сушильными системами, находят широкое применение в цементной промышленности. Технические характеристики
сушильно-дробильных установок фирмы «Хацемаг» приведены в табл. 7.16.
7.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОМОЛА СЫРЬЯ
Шаровые мельницы
Для тонкого измельчения применяют шаровые и трубные мельницы, которые различаются между собой отношением
L/D: У трубных от 3:1 до 6:1, у шаровых не более 2:1.
Таблица 7.14
Технические характеристики вихревых и с русловым кипящим слоем и дробилок-сушилок
Показатели
Вихревая
сушилка
Размеры решетки, м
Длина 6,0
Диаметр валов, м
0,7
-
-
Высушиваемый материал
Влажность, %:
начальная
конечная
Производительность (проектная), т/ч
Удельный расход топлива, кг/т
Завод-изготовитель
Мощность привода, кВт
Тип топки
Шлак
Шлак
Шлак
Вентилятор подачи воздуха на горение:
тип
производительность, м/ч
напор, кПа
мощность электродвигателя, кВт
Вентилятор смесительной камеры:
тип
производительность, м/ч
напор, кПа
тип электродвигателя
мощность, кВт
Размер пылеосадительной камеры, м
Диаметр циклонов, мм
количество циклонов, шт.
Тип электрофильтров
Производительность электрофильтров, м/ч
Суммарный КПД очистки установки,
%
Запыленность газов после очистки,
г/м
Производительность дымососа, м3/ч
Напор, кПа
Мощность электродвигателя, кВт
Сушилка с русловым кипящим
слоем
0,85х4,3
0,9х4,6
0,85х4,3
0,9х4,6
3
20
2
2…3,5
29,5
70
20,0
19,3…24,5
Германия
Строймашина
55
Газовая напорная
Дробилка-сушилка
Длина ротора 2,0
м
Диаметр ротора
1,6 м
Суглинки
12…15
2…2,5
70
20,2
Волгоцеммаш
Газовая
10…25
8…10
100
14
Германия
2х200
Пылеугольная
двухкамерная
-
ВМ-15
22800
7,3
160
ВМ-50/1000-П
50000
5,44
125
4320/36000
14/55
1800
2
«Лурги»
12/4/350/6,5
60000
ВД-13,5
60000…36000
5,0
АОЗ-15
100
4,5х4,5х18
1410
8
УГ2-3-37
ВД-13,5
65000
5,5
АО-103-6
160
6х8х11
УГ2-3-37
37400
5,0
45
1600
4
УГ2-3-74
130000
120000
266000
99
98,8
85
99,8
0,14
0,075
0,63
0,08
60000
3,54
55
170000
2,80
320
120000
3,70
260
5,0/1,40
320/160
Шаровые мельницы характеризуются низким коэффициентом полезного действия. По разным источникам только 2—
20 % энергии, потребляемой мельницей, переходит в работу по измельчению материала. Остальная энергия расходует80
ся на взаимное трение частиц материала, трение между частицами материала и элементами мельницы, на образование
звука, тепла, вибраций, турбулентностей потока материала в мельнице, теряется в приводе между двигателем и мельницей.
Таблица 7.15
Технические характеристики вихревых сушилок фирмы «Хацемаг» (Германия)
Марка
Испарение влаги, кг/ч
Мощность, кВт
ASS 4
4000
40-60
ASS 5
5000
40-80
ASS 6
6500
60-100
ASS 7
12000
60-120
ASS 8
12000
80-200
Таблица 7.16
Технические характеристики сушилок-дробилок фирмы «Хацемаг» (Германия)
Тип
Однороторные
АРТ 3/100
АРТ 3/200
АРТ 4
АРТ 6
АРТ 6
АРТ 7/225
АРТ 7/300
Двухроторные
АРТ 4Вг/11
АРТ 4/80/11
АРТ 6/11
АРТ 6Вг/11
АРТ 7/225/11
АРТ 7/300/11
Производительность, т/ч
Испарение
влаги, т/ч
Расход тепла,
ккал/ч
Масса,
т
Максимальный размер кусков
загружаемого материала, мм
15-25
50-80
40-60
80-150
120-200
150-250
200-300
2,00
4,00
4,70
12,00
20,00
25,00
32,00
2200
4500
5000
13000
22000
27500
35000
8,30
19,70
15,60
38,00
60,00
120,00
140,00
200
200
300
400
400
600
800
40-100
80-150
100-180
180-260
250-400
300-600
12,00
16,00
20,00
26,00
56,00
70,00
13000
17000
21000
28000
58000
75000
39,00
49,00
64,00
102,00
190,00
215,00
400
500
600
600
800
800
Рабочая частота вращения мельницы составляет 0,65—0,90 от критической частоты. Коэффициент заполнения мельницы мелющими телами находится в пределах 25—45 %.
Для снижения энергозатрат при помоле должно соблюдаться определенное соотношение между количеством мелющих тел и количеством размалываемого материала, зависящее от заданной тонкости помола; это соотношение тем выше, чем выше тонкость помола и составляет от 8 до 15.
Технические характеристики мельниц мокрого способа помола приведены в табл. 7.17. Технические характеристики
мельниц сухого способа помола по открытому и замкнутому циклам приведены в табл. 7.18 и 7.19.
Таблица 7.17
Технические характеристики мельниц мокрого помола сырьевых материалов
Показатели
Производительность
(проектная), т/ч
Частота вращения,
мин
Длина камер, м:
I
II
III
Измельчаемый материал
Тонкость помола, %
R008
R02
Загрузка мелющих
тел:
масса, т
Мощность главного
двигателя, кВт
Завод-изготовитель
2,0х10,5
43 и 45
2,2х13
33,5
2,4х15
29
2,5х14
35
2,6х13
45
3,0х14
55
3,2х14
60
3,2х15
70
22,8; 21,0
22,0
19,0
20,5
20
18,5
16,8
16,94
10,5
Шлам
после
болтушек
3
3,5
6,3
Известняк,
глина, песок
3,0
3,43
7,32
Известняк,
глинистый
сланец
7,1
6,3
Известняк,
огарки
7,37
7,39
Известняк,
огарки,
глина
7
2,5
10
2
13
3
10
2,0
11
2
10
4,5
13
2,5
14
4
35
630/560
35
800
64
1000
83
900
78
1000
114
1600
116
1600
134
2000
Чехословакия
«Сибт
яжмаш»
УЗТМ
«Сибтяжмаш»
Германия
6
6,7
4,4
6,7
7,2
8,49
Известняк, глина, огарки
Германия
Мельницы самоизмельчения
Для мокрого помола служат мельницы «Гидрофол», для сухого — Аэрофол».
Мельницы самоизмельчения характеризуются высокой надежностью и долговечностью, высокой производительностью, малыми затратами электроэнергии. Размольная способность мельницы «Гидрофол» значительно повышается при
81
применении классификаторов (гидроциклонов, вибросит и др.).
Основными параметрами, определяющими производительность мельниц «Гидрофол», являются диаметр и длина барабана, частота его вращения, высота и шаг размещения лифтеров, а также физико-механические свойства пород (табл.
7.20).
При хорошо отлаженной технологии производительность мельницы ММС — 70—23С при помоле мягких пород достигает 800 т/ч, а удельный расход электроэнергии— 1,5 кВт-ч/т и менее.
В мельнице «Аэрофол» измельчают и высушивают с использованием преимущественно отходящих газов вращающихся печей и воздуха клинкерных холодильников сырьевые материалы влажностью 10—20 %. Из специальных топок
может дополнительно подаваться более горячий воздух в количестве 20%. Материал в мельнице «Аэрофол» высушивается до 0,5— 1,0%.
Технические характеристики мельниц самоизмельчения «Гидрофол» приведены в табл. 7.21.
Технические характеристики мельниц «Аэрофол» приведены в табл. 7.22.
Болтушки
Для измельчения мягких пластичных сырьевых материалов, диспергируемых водой (мел, глина), путем размучивания
применяют болтушки. Влажность шлама после болтушки: глиняного — 60—70%, мелового — 32—40%.
Удельный съем шлама с 1 м3 болтушки (по сухому материалу), т/ч: для мела — 0,5—0,6, для глины — 0,2. Расход
электроэнергии на размучивание мягких пород в болтушках достигает 0,75— 1,00 кВт ч/т мела и до 3 кВт-ч/т глины.
Технические характеристики болтушек приведены в табл. 7.23.
РОЛИКОВЫЕ (ВАЛКОВЫЕ) МЕЛЬНИЦЫ
Мельницы Лёше
Таблица 7.18
Технические характеристики мельниц способа помола сырьевых материалов в замкнутом цикле
Показатели
Производительность (проектная),
т/ч
Частота вращения, мин
Тонкость помола, %
R008
R02
Длина камер, м:
I
II
Загрузка мелющих тел:
масса, т
Завод-изготовитель
3,2х8,5
43,0
3,0х7,1
24,5
3,0х8,0
31
3,7х8,5
50
4,2х10,0
130
16,8
18,7
17,6
17,62
15,62
18,0
4,0
18,0
3,9
20,0
3,5
20,0
1,5
15,0
4,0
4,75
3,0
6,9
-
4,7
2,53
8,5
-
8,5
-
71
53
57,2
100
1000
2000
118
«Волгоцеммаш»
2000
2500/141
2/2
60000
3000/110
2/2
110000
350000
140000
2,75
160
180000
1,38
160
-
Центробежный
Д=4,0 м
Винтовой
конвейер
Воздушнопро-ходной
Д=4,75 м
Аэрожелоб
элекватор
Воздушно-проходной Д=6,5 м
Германия
Мощность главного двигателя, кВт
1000
800
Аспирационная установка:
диаметр циклонов, мм
2500/141
3500/141
количество циклонов, шт
2/2
1/1
Производительность электро36000
60000
фильтров, м/ч
Производительность вентилятора, м/ч 39000
60000
Напор, кПа
3,9
4,5
Мощность электродвигателя вентиля125
160
тора, кВт
Сепаратор
Воздушно- Центро-бежный Д=4,0 м
про-ходной
Д=3,43 м
Механизм, транспортирующий
Винтовой Аэрожелоб скребковый
крупку
конвейер
транспортер
Аэрожелоб
Таблица 7.19
Технические характеристики мельниц сухого способа помола сырьевых материалов в открытом цикле
Показатели
Производительность (проектная),
т/ч
Тонкость помола, %
R008
R02
Длина камер, м:
I
II
Загрузка мелющих тел, т
Завод-изготовитель
2,2х13
21
2,6х13
35
4х13,5
150
4,2х10,5
85
15
3,5
16
3,3
15,5
4,2
30
6,06
6,88
46
УЗТМ
6,5
6,2
8,25
Германия
Мощность главного двигателя, кВт
800
1000
6,3
6,72
225
«Волгоцеммаш»
3200
3,99
5,95
175
Чехословакия
1450
Таблица 7.20
Зависимость производительности мельниц «Гидрофол» от вида измельчаемой породы
Измельчаемый материал
Производительность, т/ч
82
Мельницы ММС-70-23С и
МБ-70-23
400-500
320-490
500
430
500
160
300
300
120
Мел
Мел+глина
Мергельно-меловые породы
Мергели
Глина
Суглинки+глина
Суглинистые сланцы
Известняки
Закарстованные известняки
Мельницы ММС-50
и МБ-50
300
500
Таблица 7.21
Технические характеристики мельниц самоизмельчения «Гидрофол»
Показатели
Диаметр, м
Длина, м
Производительность, т/ч
Наибольший размер кусков материала, мм
Тонкость помола R008, %
Влажность шлама, %
Завод-изготовитель
Мощность главного двигателя, кВт
ММС-50
5
2,3
500
70
40
630
МБ-50
5
1,8
ММС-70-23С
МБ-70-23
7
7
2,3
2,3
До 500
500
1000
600
25…35
25…35
25…35
60
33…50
42
Смаранской завод машиностроения
1000
1600
1600
Таблица 7.22
Технические характеристики мельниц самоизмельчения «Аэрофол»
Показатели
Диаметр, м
Длина, м
Производительность, т/ч
измельчаемый материал
Наибольший размер кусков материала, мм
Тонкость помола, %
R008
R02
Масса мелящих тел, т
Завод-изготовитель
Мощность главного двигателя, кВт
«Спаоскцемент»
8,685
9,7
2,2
3,32
260
260
Известняк
300
300
Горнозаводский
5,7
1,85
30
Известняковая мука
300
30
5
10
УЗТМ
4513
3715
48
Фирма «Фин-ЛилльКай» Франция
2500
30
«волгоцеммаш»
2000
630
Таблица 7.23
Технические характеристики болтушек, применяемых для размучивания мягких пород
Показатели
Производительность, т/ч
Наибольший размер кусков материала, мм
Размучиваемый материал
Частота вращения мешалки, мин-1
Мощность электродвигателя, кВт
Завод-изготовитель
7
15
200
Диаметр резервуара, м
7,8
8
62
14…75
500
500
12
30…100
500
Глина
Мел,
глина
Мел, глина, руда
10,5
11
10…12
Мел, глина,
огарки, лесс,
суглинки
9…12
55
130/95
100
160
«Волгоцеммаш»
Фирма
«Смидт»
«Волгоцеммаш»
«Волгоцеммаш»
Таблица 7.24
Производительность и мощность привода мельниц Лёше
Тип мельницы Лёше
LM 1820
LM 2020
LM 2220
LM 2520
LM 2740
LM 3040
LM 3840
LM 4340
LM 5040
Производительность, т/ч
30-60
42-80
55-105
75-140
100-200
135-275
250-500
340-650
500-975
Мощность привода, кВт
305
415
545
735
1000
1380
2450
3250
5000
83
Влажность материала, загружаемого в мельницу, может достигать 15—18%. Размер кусков, поступающих в мельницу, составляет 50—100 мм. Удельные энергозатраты доходят до 10 кВт-ч/т при помоле известняка средней твердости и
тонкости помола, соответствующей 12% остатка на сите 009 и 1% остатка на сите 02 при влажности 8%. Эти данные
относятся к крупным мельницам с диаметром помольной чаши около 2000 мм. Небольшие мельницы с диаметром чаши
1400—1500 мм характеризуются удельными энергозатратами около 12 кВт-ч/т. Потери напора в мельницах составляют
4,5—6,0 кПа, в зависимости от типа мельницы и фракционного состава размалываемого материала. В табл. 7.24 приведены производительность и мощность привода для мельниц Лёше.
В таблице 7.25 даны характеристики отечественных тарельчато-роликовых мельниц
Роликовые мельницы MPS фирмы «Пфайфер» (Германия)
В помольно-сушильной установке с мельницей MPS можно измельчать материал с влажностью до 18 % и высушивать
его до 0,7 %. При этом температура горячих газов на входе в мельницу составляет 450 °, а на выходе из аппарата —
около ПО °С.
В цементной промышленности мельницы MPS применяются для помола сырья и угля. При помоле сырьевой смеси с
одновременной сушкой удельные энергозатраты составляют около 9 кВт-ч/т, из которых 5,8 кВт-ч/т приходится на помол до тонкости 18 % остатка на сите 009.
* Мельница работает на домоле крупки после мельниц «Аэрофол». '* Мельница работает на помоле известняковой
муки.
Остальные 3,2 кВт-ч/т расходуются на преодоление гидравлического сопротивления мельницы, составляющего 360
мм вод. ст. Производительность мельниц MPS в зависимости от гонкости помола (остатка на сите 009) представлена в
габл. 7.26.
Роликовые мельницы фирмы « П о л и з и у с »
В мельнице «Полизиус» применяются два сдвоенных ролика. Мельница может работать при небольшом расходе сушильного агента (газа). Для сушки сырьевой смеси с влажностью не более 8% используются отходящие газы печной
установки. Если подвести дополнительный теплый воздух от топки, то в процессе помола можно высушить сырьевую
смесь, имеющую начальную влажность до 18%.
Таблица 7.25
Технические характеристики тарельчато-роликовых мельниц ВНИИЦеммаш
Показатели
Диаметр размольной тарелки (по
средней линии желоба), мм
Частота вращения, мин-1
Диаметр роликов, мм
производительность, т/ч
Мощность привода, кВт
Масса мельницы, т
ТРМ-1600
1600
Типоразмер мельницы
ТРМ-2270
ТРМ-2800
2270
2800
40,0-40,5
1300
35-50
315
110
34,4-35,0
1500
100
1000
250
ТРМ-2300
2300
31,0-31,2
1650
180-200
1600
400
34,4
1500
40-50
1000
250
Таблица 7.26
Производительность мельниц MPS в зависимости от остатка на сите 009 (т/ч)
Тип мельниц
MPS 2250
MPS 2900
MPS 3450
MPS 4150
MPS 4500
MPS 5300
4
52
90
135
195
235
340
6
60
100
145
215
255
375
Остаток на сите 009, %
10
15
68
77
120
135
170
190
245
255
295
340
425
490
20
85
145
210
300
370
520
25
90
155
225
335
400
540
Роликовая мельница фирмы «Полизиус» производительностью 232 т/ч по сухой сырьевой смеси характеризуются
следующими параметрами:
Диаметр помольной чаши, мм .........
4100
Частота вращения чаши, об/мин .......
267
Диаметр мелющих роликов, мм ........
2150
Давление роликов на помольную чашу, т . .
300
Мощность двигателя, кВт ............
1250
Влажность загружаемого материала, % ....
5,3
Остаточная влажность сырья, %........
0,6
Крупность частиц загружаемого материала, мм ........................
до 40
Тонкость помола по остатку на сите 009, %
13,4
Тонкость помола по остатку на сите 02, % .
1,0
Удельные энергозатраты в целом, кВт-ч/т .
11,15
Удельные энергозатраты на помол, кВт-ч/т .
4,95
Расход воздуха, м3/ч ..............
360000
Содержание пыли в циркуляционном воздухе, г/м3 .....................
635
Температура отходящих газов, °С .......
90
Подсос наружного воздуха, % .........
10
84
Шаровые кольцевые мельницы П е т е р с а
Мельницы Петерса применяются в цементной промышленности для помола угля. Сушка угля производится газами,
отходящими от печи или воздухом от воздухонагревателя. В мельнице Петерса применяют пустотелые шары из износоустойчивой стали диаметром до 1250 мм. В табл. 7.27 приведена производительность кольцевых мельниц Петерса
модели ЕМ при помоле угля.
Таблица 7.27
Производительность мельниц Петерса, т/ч
Тип мельниц
ЕМ 53
ЕМ 59
ЕМ 65
ЕМ 71
ЕМ 80
ЕМ 100
ЕМ 120
ЕМ 140
10
16,6
22,2
27,2
33,3
46,4
53,4
72,6
105,8
15
20,3
27,1
33,3
40,7
56,7
65,3
88,7
129,4
Остаток на сите 009, %
20
25
23,8
26,4
31,7
35,2
38,9
43,2
47,5
52,8
66,2
72,6
76,3
84,8
103,7
115,2
151,2
168,2
30
29,0
38,7
47,5
58,1
81,0
93,3
126,7
184,8
35
31,7
42,2
51,8
63,4
88,3
101,8
138,2
201,6
7.4. ПЕЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
В производстве цемента печной агрегат является главным звеном, определяющим не только способ производства
(мокрый, сухой, комбинированный), но и важнейшие технико-экономические показатели всего технологического процесса.
Печной агрегат включает: собственно вращающуюся печь с внутренними или запечными теплообменными устройствами; систему дозирования и подачи сырьевой муки (шлама); устройство для сжигания топлива (газа, угля, мазута);
тягодутьевое оборудование; клинкерный холодильник; систему очистки сбрасываемых в атмосферу отходящих газов
вращающейся печи и избыточного воздуха от холодильника клинкера; различное вспомогательное оборудование.
Печные установки футеруют изнутри огнеупорным фасонным кирпичом и крупноразмерными блоками, выполненными из жаростойкого бетона.
Основное и вспомогательное оборудование цеха обжига компонуется в самостоятельные технологические линии и
вписывается в стандартные строительные пролеты 24 и 36 м.
В соответствии с «Нормами технологического проектирования» режим работы печных установок принимается круглогодичный, трехсменный. Коэффициент использования печей зависит от длительности остановок на капитальный,
средние и текущие механические ремонты печей, на замену футеровки в зоне спекания и в других зонах и т. д. Затраты
времени на механические работы, в свою очередь, обусловлены конструктивными особенностями печей (см. табл. 8.2).
7.4.1. Вращающиеся печи мокрого способа производства
В печах мокрого способа производства тепловой обработке подвергается сырьевой шлам с влажностью 35—42 %.
Значительную часть пространства вращающихся печей мокрого способа занимают внутренние теплообменные устройства. В качестве общепринятых для таких печей применяются цепные завесы, располагаемые в зонах сушки и частичного подогрева материала. Рациональная конструкция цепной завесы (длина, плотность и способ навески цепей) определяются на основе теплового расчета с учетом физических свойств сырьевого шлама (влажности, текучести и др.).
Применяются два способа навески цепей — свободновисящими концами и гирляндами.
Плотность навески цепей гирляндами принимается равной 3,5—4,5 м2/м2 поверхности печи для холодной части цепной завесы и 2,2—2,7 м2/м2 — для горячей. Расстояние от обреза печи до начала цепной завесы рекомендуется принимать 0,7—1,2 диаметра печи.
При проектировании цепной завесы со свободновисящими концами плотность навески выбирается от 4 до 13 м /м.
Материал, выходящий из цепной завесы, должен иметь влажность 8—10%, так как при более низкой влажности резко
усиливается пылеоб-разование и рециркуляция материала вследствие разрушения гранул.
Цепные завесы занимают значительную часть длины вращающейся печи. При отношении тг^ЗЗ цепная завеса должна
занимать 18—20% длины печи.
В зонах печи, где температура газов превышает 700—800 °С, могут устанавливаться металлические ячейковые, лопастные или цепные теплообменники. В отечественной промышленности эти типы теплообменных устройств распространения не получили.
Обжиг материала во вращающихся печах осуществляется по принципу противотока. Подаваемый в печь с помощью
питателя, шлам по сливной трубе стекает в загрузочную часть печи. Система питания печи должна обеспечивать его
равномерную подачу, которая при необходимости может дистанционно регулироваться. Для измерения количества подаваемого в печь шлама в современных конструкциях печей используются импеллерные (массовые) расходомеры.
Топливо сжигается в горелках (газ, уголь) или форсунках (мазут), а образующиеся при горении топочные газы под
действием разрежения, создаваемого установленными за печью (в холодном конце печи) дымососом, проходят через
печь, отдавая свое тепло обжигаемому материалу, и через систему обеспыливания, которая включает пылеосадительную камеру и электрофильтр, сбрасываются в атмосферу. Разрежение, создаваемое дымососом в горячем конце печи
(на головке), составляет 0,02—0,03 кПа, а в холодном конце печи 2,04-3,0 кПа.
С целью защиты системы аспирации от притока наружного воздуха, увеличивающего затраты энергии на бесполезную работу дымососа, вращающаяся печь оборудуется уплотни-тельными устройствами как в горячей, так и в холодной частях печи.
Пыль, осаждающаяся в пылеосадительной камере и электрофильтре, как правило, должна возвращаться обратно в
85
печь, что чаще всего осуществляется путем ее вдувания в подсушенный материал непосредственно за цепной завесой
(«рижский» способ утилизации пыли), либо вдуванием с горячего конца печи.
Технические характеристики современных печных агрегатов мокрого способа производства и комплектующего оборудования приведены в табл. 7.28.
7.4.2. Вращающиеся печи сухого способа производства
На рис. 7.1 представлена классическая схема печного агрегата сухого способа производства с запечными циклонными
теплообменниками и короткой вращающейся печью. Применяемые в России и за рубежом усовершенствованные конструкции шахтно-циклонных запечных теплообменников, в которых нижние ступени циклонов (или часть их) заменены вертикальной шахтой, имеют два преимущества: существенное упрощение конструкции, а также возможность использовать сырье с повышенным содержанием щелочей. Такое сырье в горячем состоянии (особенно в зоне температур
800—1000 °С) склонно к налипанию на стенки с образованием крупных наростов, в то время как в шахте это явление
проявляется значительно слабее.
На рис. 7.1 сплошными стрелками показано направление движения сырьевой муки в теплообменнике, пунктирными
— направление потока горячих печных газов. Нумерация ступеней теплообмена в отечественной литературе принята
снизу вверх — по ходу потока газов (т. е. через нижнюю ступень № 1 проходит наиболее нагретый материал перед поступлением во вращающуюся печь), в зарубежной литературе ступени циклонов нумеруются сверху вниз — по ходу
материала.
Таблица 7.28
Технические характеристики печных агрегатов мокрого способа производства
Показатели
Вращающиеся печи с внутренними теплообменные устройствами
5,6х185
5х185
4,5х170
4,0х150
СМЦ-402,16
СМЦ-452,7
22,8 (1968)
20,0 (1730)
13,9 (1200)
9,70 (840)
Тип печного агрегата
производительность (проектная) при влажности
шлама 38%, кг/с (т/сут)
ПЕЧЬ
Отношение длины к диаметру вращающейся печи
33,0
Рабочий объем печи по футеровке, м3
3928
удельная производительность на единицу рабочего
20,8
объема печи, кг/м3ч
Расход теплоты на получение клинкера, кДж/(кг кл)
7017
Количество опор печи, шт.
7
Уклон корпуса печи, %
3,5
Длина зоны навески цепей, м
35
Длина установки теплообменников в печи, м
17
Частота вращения печи от главного привода, мин-1
0,6…1,24
Масса печного агрегата (без футеровки), т
ПРИВОД ПЕЧИ:
Мощность электродвигателя главного привода, кВт
400
Мощность электродвигателя вспомогательного при4,0
вода, кВт
ДЫМОСОС ПЕЧИ:
Тип
ДРЦ-21х2
Производительность, м3/с
94,4
Напор, кПа
2,45
Мощность электродвигателя, кВт
500
Частота вращения, с-1
12,33
ОБЕСПЫЛИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА ПЕЧИ
Электрофильтр:
тип
УГ-2-4-74
37,0
3073
23,2
38,0
2243
22,1
37,5
1526
22,9
6335
7
3,5
45…56
6…22
0,6…1,24
3210
6482
7
4
27…42
3…6
0,55…1,11
2170
6453
6 (7)
4
27…35
6…11
0,7…1,44
1620
320
4,0
250
4,0
160
3,9
ДРЦ-21х2
102,8
2,8
500
12,5
ДРЦ-18х2
75,0
2,8
350
12,17
ДРЦ- 21х2
97,2
3,8
500
10,0
УГ-2-4-74
УГЗ-3-88
УГ-2-4-37
86
количество, шт.
производительность, м3/с
степень очистки газа (проектная), %
запыленность газов после очистки, г/м3
метод возврата пыли в печь
Холодильник клинкера:
тип
3
166,7
99,5
0,1
С холодного
конца
СМЦ-176
размер решетки, м
5,04х24,6
толщина слоя клинкера, мм
150…350
число ходов, мин-1
10…20
удельный расход охлаждающего воздуха, м3/кг
2,5…3,5
клинкера
температура клинкера после охлаждения, К
370
СИСТЕМА АСПИРАЦИИ ХОЛОДИЛЬНИКА
Циклоны:
тип
количество, шт.
Электрофильтр:
тип
УГ-2-3-37
количество, шт.
2
производительность, м3/с
62,5
степень очистки газов, %
99,5
остаточная запыленность, т/м3
0,04
Дымосос:
тип
ДН-18х29
производительность, м3/с
55,6
мощность электродвигателя, кВт
100
2
2
1
166,7
80,0
125,0
99,5
99,0
99,8
0,1
0,1
0,09
С горячего
Рижский
конца
Колосниковый
СМЦ-410,1
СМЦСМЦ-409,1
409,1
5,04х16,6
3,36х16,6
3,36х16,6
150…350
150…350
150…350
8…16
8…16
8…16
2,5…3,5
2,5…3,5
2,5…3,5
370
370
370
-
Д-1710
3
Д-1510
6
УГ-2-2-37
2
36,1
99,0
0,07
27,2
97,0
1,3
УГ-2-4-26
1
27,6
99,0
0,07
ДН-18х2
44,4
500
ВО-13,5
33,3
100
ДН-19
35,0
200
Данные относятся к циклонам.
Таблица 7.29
Технические характеристики печных агрегатов сухого способа производства
Показатели
Тип печного агрегата
производительность (проектная), кг/с (т/сут)
ПЕЧЬ
Отношение длины к диаметру вращающейся
печи
Рабочий объем печи по футеровке, м3
удельная производительность на единицу рабочего объема печи, кг/м3ч
Расход теплоты на получение клинкера,
кДж/(кг кл)
Количество опор печи, шт.
Уклон корпуса печи, %
Частота вращения печи от главного привода,
мин-1
Масса печного агрегата (без футеровки), т
ПРИВОД ПЕЧИ:
Мощность электродвигателя главного привода,
кВт
Мощность электродвигателя вспомогательного
привода, кВт
Запечные теплообменники:
количество ветвей, шт.
количество ступеней, шт.
Диаметр циклонов в свету, мм:
I ступень
II ступень
III ступень
IV ступень
метод возврата пыли в печь
Дымосос электрофильтра:
Тип
Производительность, м3/с
Напор, кПа
Мощность электродвигателя, кВт
Вращающиеся печи
С циклонными теплообменниками
С циклонными
теплообменниками
и декарбонаторами
4,5х80
СМЦ-26
34,7 (3000)
7/6,4х95
СМЦ-73
34,7 (3000)
5х75
СМЦ-440
19,7 (1700)
4х60
СМЦ-441
11,6 (1000)
17,7
14,2
15,0
15,0
1056
118,4
2680
46,7
1246
56,7
610
68,3
3460
3460
3772
3770
4
4,0
0,34…3,4
4
3,5
0,6…1,33
3
3,5
0,6…1,39
3
3,5
0,57…1,15
2400
3800
1750
1020
400
320
320
100
12,00
3,68
3,98
3,24
2
4
2
4
2
4
1
4
5800
5800
5600
2х3500
ДРЦ21х2
116,7
3,15
630
6460
4300
5960
4300
55560
4300
2х2800
2х2800
С сырьем
ДРЦ21х2
97,2
3,00
630
ДРЦ21х2
116,7
3,15
630
4800
4800
4800
2х2800
Д20х2
681
4,00
500
87
Холодильник клинкера:
тип
СМЦ-33
размер решетки, м
3,29х29,7
толщина слоя клинкера, мм
удельный расход охлаждающего воздуха, м3/кг
2,5…3,5
клинкера
Подача воды в холодильник
Расход воды, кг/с
2,2…3,3
температура клинкера после охлаждения, К
370
СИСТЕМА АСПИРАЦИИ ХОЛОДИЛЬНИКА
Электрофильтр:
тип
УГ3-3-88
количество, шт.
2
производительность, м3/с
132,2
степень очистки газов, %
98
остаточная запыленность, т/м3
0,069
Дымосос:
тип
ДРЦ-21х2
производительность, м3/с
80,6
напор, кПа
1,5
мощность электродвигателя, кВт
250
Доля топлива сжигаемого в декарбонаторе, %
60
Степень декарбонизации материала поступаю80…90
щего в печь, %
Температура, К:
материала после теплообменников
1083…1093
газов после печи
1223…1273
газов после теплообменника
623…643
ДЫМОСОС ПЕЧИ:
Тип
Производительность, м3/с
Напор, кПа
Мощность электродвигателя, кВт
Частота вращения, с-1
УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПЕЧНЫХ
Д-3
ГАЗОВ
Н-23
Количество форсунок, шт.
12
Давление воды, МПа
3,0
Расход воды, кг/с
5,0
Температура газов после охлаждения, К
433
ОБЕСПЫЛИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА ПЕЧИ
Электрофильтр:
тип
УГ3-3-115
количество, шт.
1
производительность, м3/с
184,7
степень очистки газа (проектная), %
98
запыленность газов после очистки, г/м3
0,09
Колосниковый
СМЦ-83,2
СМЦ-410,2
5,88х26,67
5,04х16,6
150…350
2,5…3,5
2,5…3,5
Форсунки (под давлением)
2,2…3,3
2,2…3,3
370
370
СМЦ-408,1
2,52х16,6
2,5…3,5
2,8
370
УГ2-3-53
УГ2-4037
1
55,6
98
0,08
1
36,9
99
0,15
Циклоны
«Крейзель»
1410 мм
6
15,8
90
0,9
ДН21х2А
138,9
1,3
500
21…22
ДН22х2
69,4
3,0
400
30
ДН-19П
36,1
3,5
160
22
1093
1173…1373
623
107320
131320
573
107330
123330
523
ДЦ25х2
83,3
6,5
800
16,7
Д-35
Н-40
6
2,5
3,3
433…453
ДЦ25-2
83,3
6,5
800
16,7
Д-2,8
Н-40
7
2,2
1,7
453
ГД-15,5х2
43,0
9,0
1000
24,2
-
УГ3-3-115
1
97,2
98
0,08
УГ3-4-53
2
54,4
99
0,185
УГ2-4-53
1
66,7
99
0,1
-
Сырьевая мука дозированным потоком подается
в газоход 5 верхних циклонов и после первой ступени нагрева попадает в Циклоны 7. Отделенная
от газа мука по перепускным питательным трубкам (течкам) из днищ циклонов поступает в газоход более низкой ступени циклонов 6. После нескольких этапов теплообмена материал, нагретый
до температуры около 800 °С, поступает в печь.
Степень декарбонизации (т. е. доля материала,
прошедшего декарбонизацию) после запечного
циклонного теплообменника составляет 15—30 %.
В короткой вращающейся печи 11 завершаются
все тепловые процессы, затем горячий клинкер
поступает в холодильник клинкера 15, после которого конвейером 14 подается на склад.
Горячие печные газы из циклонов верхней ступени после очистки в электрофильтрах 2 сбрасываются в дымовую трубу 1. Дымосос 3 обеспечивает перемещение газового потока по всему тракту, начиная от холодильника клинкера. Поскольку температура газов после верхней ступени циклона достигает 350 °С,
88
в технологических схемах часто утилизируют тепло этих газов, подавая их на сушку сырьевых материалов.
В семидесятые годы рядом японских фирм были разработаны системы форсированной тепловой подготовки сырьевого материала в усовершенствованных запечных циклонных теплообменниках. На рис. 7.2 представлена принципиальная схема такого печного агрегата. Дополнительно к нижнему ярусу циклонов установлен реактор-декарбонизатор 9, в
котором сжигается, как правило, 50— 60% полного количества топлива, потребляемого печным агрегатом. Сырьевая
мука, предварительно подогретая в более высоких ступенях теплообменника, в реакторе-декарбонизаторе интенсивно
нагревается, при этом степень декарбонизации достигает 90%. Горячий воздух на сжигание топлива в реактордекарбонизатор поступает по воздуховоду 10 из холодильника клинкера 13.
Повышение степени тепловой подготовки сырья в запечном теплообменнике с реактором-декарбонизатором требует
значительно меньшего расхода тепла на 1 кг клинкера в собственно вращающейся печи. В результате ее размеры (при
той же производительности агрегата) существенно сокращаются, что снижает металлоемкость, расход футеровочных
материалов, а также повышает стойкость футеровки печи.
В табл. 7.29 даны технические характеристики современных отечественных печей сухого способа производства и
комплектующего оборудования, обеспечивающего их работу.
7.4.3. Печные агрегаты комбинированного способа производства /
Комбинированный способ производства цемента сочетает подготовку сырьевых материалов по технологии мокрого
способа с тепловой обработкой предварительно глубоко
обезвоженного шлама — кека (рис. 7.3). Обезвоживание осуществляется механическим способом — на фильтр-прессах.
Принцип действия фильтр-прессов основан на отделении от твердой фазы шлама воды и ее фильтрации под воздействием высокого давления через тонкопористую перегородку. В камеры фильтр-прессов (рис. 7.4), покрытых изнутри
плотной пористой тканью 4, под высоким давлением — 2,0 МПа и выше — закачивается
сырьевой шлам. Вода из шлама проходит через
поры ткани и удаляется по специальным каналам
1. Внутри камеры остается кек, который при раздвижке стенок-рам камер выгружается. Вертикально ориентированные секции-камеры набираются в блоки вдоль горизонтальной оси, суммарная площадь фильтрации одного фильтр-пресса
колеблется в пределах от десятков до 1500 м2.
Фильтр-прессы являются аппаратами периодического действия.
Влажность кека в зависимости от фильтруемости шламов колеблется от 12 до 23%.
Обжиг может осуществляться во вращающихся
печах любых типов — от длинных печей с внутрипечными теплообменными устройствами до коротких печей с запечными циклонными теплообменниками. Последний вариант является наиболее экономичным по расходу тепла на обжиг, по удельной металлоемкости и по наименьшей конструктивной сложности.
Для отечественной цементной промышленности применение комбинированного способа может рассматриваться как
вариант реконструкции действующих технологических линий мокрого способа производства.
При проектировании новых технологических линий комбинированный способ может конкурировать с сухим только в
случае высокого содержания щелочей в исходном сырье, поскольку при фильтр-прессовании возможно осуществить
выщелачивание кека путем удаления растворенных щелочей с фильтратом.
7.4.4. Проектирование цехов обжига
Исходя из заданной производительности цеха по клинкеру выполняется технико-экономическое обоснование выбора
способа подготовки сырьевой шихты (мокрый, сухой), конструкции и типоразмера печи и вспомогательного обору89
дования (теплообменник, холодильник, аспирационное оборудование и т. д.).
Независимо от мощности завода к установке принимается минимальное количество печей, если это не оговорено особыми требованиями. Наиболее экономически целесообразным является цех с двумя-тремя вращающимися печами. При
этом, как правило, проектом должно предусматриваться строительство сначала одной печной установки с возможностью дальнейшего расширения цеха без нарушения работы действующей части.
Основное оборудование цеха — вращающиеся печи — следует располагать вне зданий, без перекрытий. Исключение
могут составлять заводы, проектируемые для районов с особыми климатическими условиями (холод, ливни).
Расстояния между печами принимаются в соответствии с шагом строительных конструкций, в зависимости от размеров печей и вспомогательного оборудования. Над загрузочной частью печей предусматривается сооружение закрытых,
иногда отапливаемых помещений. В этих помещениях устанавливаются питатели шлама или сухой сырьевой шихты,
датчики контрольно-измерительной аппаратуры и автоматического регулирования и аппаратура топливного хозяйства
декарбонизаторов и систем управления ими.
Питатели шлама устанавливаются в узлах питания, расположенных над загрузочными концами печи.
Сооружение закрытых помещений предусматривается также над горячей, разгрузочной частью печей и холодильниками для охлаждения клинкера. В этом помещении размещаются щиты контрольно-измерительной аппаратуры и
приборы автоматического регулирования процессов обжига,
тепловой обработки сырьевой шихты в запечном теплообменнике и охлаждения клинкера.
Охлаждение клинкера предусматривается в колосниковых
холодильниках переталкивающего типа. Производительность холодильника выбирается в зависимости от производительности печи. Общий вид такого холодильника, например, для вращающейся печи 04,5X80 м с циклонным теплообменником и декарбонизатором при производительности
по клинкеру — 150 т/час показан на рис. 7.5.
Холодильник оборудован тремя последовательно расположенными решетками полезной площадью 153 м2. Размер
решеток 26,7X5,9 м. Колосниковая решетка имеет подвижные и неподвижные колосники. Число двойных ходов подвижных колосников плавно регулируется от 6 до 18 ходов в минуту, обеспечивая заданную конструкцией толщину
слоя клинкера на решетке от 150 до 300 мм.
Охлаждение клинкера, поступающего из печи в холодильник при температуре 1150—1350 °С, осуществляется потоком воздуха, продуваемого через клинкер, находящийся на решетке, вентиляторами: острого дутья — под распределительную решетку в количестве 35—40 тыс. м3/ч, и двумя вентиляторами общего дутья — под основную решетку в количестве 115000 м3/ч и под последнюю решетку — 350000 м3/ч. Общий расход воздуха на охлаждение 3,0—3,5 нм3/кгкл. При этом температура клинкера на выходе из холодильника составляет 60—100 °С.
На входе в холодильник предусматривается распределительное устройство в виде наклонной решетки с подвижными
и неподвижными колосниками длиной около 2,5 м. Подвижные колосники двигаются от самостоятельного привода. На
выходе из холодильника предусматривается разгрузочное устройство, обеспечивающее возможность распределения
клинкера на два транспортера. На каждой течке устанавливаются скребковые транспортеры и двойные мигалки. На
течках к клинкерным транспортерам предусматривается установка секторных затворов. Часть охлаждающего воздуха
из приемной части холодильника при температуре 800—900 °С поступает, в качестве вторичного, непосредственно в
печь (0,42-^-0,45 нм3/кг • кл). Вторая часть (около 0,64 нм 3/кг-кл) при температуре 600—650 °С после предварительной
очистки в устройстве циклонного типа поступает по воздуховоду со скоростью 18—22 м/с в вихревую камеру (0,9-=0,64 нм3/кг-кл) и вихревой кальцинатор (~0,064 нм /кг- кл.) для поддержания стабильного горения топлива в горелках
декарбонизатора.
Остальной воздух при температуре 150—170 °С (1,9-2,5 нм3/кг кл.) является избыточным и может быть использован в
качестве В. Т. Э. Р. в специальных устройствах для нагревания воздуха, воды и т. д. или после очистки с помощью дымососа сброшен в атмосферу.
Для очистки воздуха до необходимого, согласно санитарным нормам, качества предусматривается установка электрофильтров. С целью увеличения коэффициента очистки воздуха в электрофильтре необходимо предусмотреть
увлажнение его впрыском тонкораспыленной воды в количестве около 25—50 г/нм3 охлаждающего воздуха.
Отвод избыточного воздуха из холодильника предусматривается с помощью вентилятора.
Мелкий клинкер и пыль, провалившиеся через решетку, убираются двумя скребковыми транспортерами, установленными под решеткой. Их производительность составляет, примерно, по 25—30 т/ч.
Для измельчения крупных кусков и «сваров» перед клинкерными транспортерами могут быть предусмотрены дробилки производительностью около 0,7—0,8 от номинальной производительности печи.
Для удобства эксплуатации механизмов, комплектующих холодильники, следует по возможности не заглублять холодильники ниже нулевой отметки.
Для транспортировки клинкера после холодильников применяются конвейеры различной конструкции. Как правило,
устанавливают два конвейера на одну печь. Производительность их принимается с двойным запасом.
Печи, электрофильтры и дымососы к ним устанавливаются на открытых площадках. Выброс обеспыленных, после
электрофильтров, газов от двух печей осуществляется через одну дымовую трубу. Для сброса очищенного воздуха от
холодильника принимается индивидуальная труба.
Электрофильтры оборудуются теплоизоляцией и местными укрытиями верхней и нижней их частей. Сечения газоходов до и после электрофильтров проектируются из расчета скорости газов 16—18 м/с. Нижняя отметка конической
90
бункерной части; электрофильтров проектируется из расчета получения пылеспусков минимальной высоты. Транспортные устройства для сбора пыли следует устанавливать по возможности на нулевой отметке. Количество отходящих
газов и аэродинамическое сопротивление; печной установки определяются из теплового и аэродинамического расчета
печи и газовых трактов. На основании полученных данных производится выбор электрофильтров и дымососов необходимой производительности и напора. Коэффициент избытка воздуха перед дымососом для различных случаев компоновки вспомогательного комплектующего оборудования может быть принят в пределах 1,6—2,0.
Важным вопросом при компоновке оборудования печных установок для обжига шлама является выбор способа возврата пыли, осажденной в электрофильтрах. При содержании в отходящих газах из печи пыльной фракции 10% (от расхода сырьевой шихты) возвращение ее в процесс обжига диктуется экономическими соображениями. При этом следует
учитывать, что уловленная пыль является материалом, на получение которого, в зависимости от влажности шихты, затрачено тепло: на испарение воды около 2220—2890 кДж (530—690 ккал/кг кл. и на нагревание и частичную декарбонизацию шихты порядка 837 кДж (200 ккал/кг кл.), при П.П.П. пылеуноса ~22 %. С другой стороны, наличие в уловленной пыли большого количества вредных примесей (щелочи, хлориды, сернистые соединения) ограничивает или делает вообще невозможным возврат ее в процесс обжига из-за снижения качества клинкера и нарушений технологии
обжига вследствие образования настылей и колец в печи, приводящих к расстройству режима движения материала. В
каждом конкретном случае выбирается оптимальный вариант использования пыли, уловленной электрофильтрами печей. Как правило, удается избежать нежелательного воздействия вредных примесей путем отделения пыли от одного
(иногда двух) последних полей электрофильтра и использовать эту пыль, в зависимости от содержащихся в ней примесей, в той или иной отрасли народного хозяйства (удобрение для сельского хозяйства, в дорожном строительстве и т.
д.).
Возврат пыли в печь в зависимости от ее химического состава и вида технологического топлива может осуществляться как со стороны горячего, так и со стороны холодного конца печи. В первом случае пыль от электрофильтра подается
в печь через бункер с питателем по специальному трубопроводу, вводимому в печь, и заканчивающемуся специальным
наконечником из жаростойкой стали. Сечение наконечника обеспечивает скорость в нем от 20 до 35 м/с в зависимости
от характеристики пыли и типоразмеров разгрузочной части печи. При стабильном режиме работы печи и электрофильтров пыль может вводиться в печь непосредственно с помощью пневмовинтового насоса.
Возврат пыли в печь со стороны загрузочного конца предпочтительней ранее описанного. Он может быть осуществлен двумя способами. В первом случае пыль загружается в печь через специальное приспособление — кольцевой питатель, устанавливаемый за теплообменными устройствами с «горячей стороны».
В связи со сложностью эксплуатации этого устройства при установке его под открытым небом и громоздкости конструкции этот способ не получил распространения. Большинство заводов используют способ возврата пыли по трубопроводу, проходящему
через сальниковое уплотнение, установленное соосно с печью в плоскости загрузочной шайбы и далее выходящее на
корпус печи. В месте установки бандажей пылепровод проходит внутри печи. Загрузка пыли в печь осуществляется за
теплообменными устройствами через специальное приспособление — гаситель. Такой способ получил название «Рижского». На рис. 7.6 дана схема установки возврата пыли по «Рижскому» способу.
Технологическая схема вращающейся печи 0 5,0—185 м для работы на угольном топливе с электрофильтром, устройством для возврата пыли в печь, холодильником для клинкера и системой аспирации избыточного воздуха показана на
рис. 7.7.
91
Для подготовки топлива к сжиганию предусмотрен расходный склад, состоящий из двух бункеров для хранения двух
марок угля, обеспечивающих работу мельниц примерно на две смены.
Обеспыливание отходящих газов осуществляется с помощью электрофильтров. На каждую печь устанавливаются 2
электрофильтра и 2 дымососа.
Осажденная в электрофильтрах пыль частично с I и II полей возвращается в процесс обжига, а с III и IV полей может
выводиться из процесса для отправки потребителю.
Цеха для обжига сухой сырьевой шихты. Компоновочные решения основного оборудования цеха вращающихся печей
при обжиге сырьевой муки практически ничем не отличаются от, проектных решений печей мокрого способа. То же
можно сказать и о компоновке вспомогательного оборудования горячей (разгрузочной) части печи (холодильник, вентиляторы, электрофильтры, дымососы). Исключение составляют дополнительные устройства для забора горячего воздуха из холодильника с аспирационной системой и воздуховодом к декарбонизатору. Основным и наиболее сложным
вопросом при проектировании печных установок и цехов обжига сырьевой муки является выбор работоспособных конструкций запечных теплообменников: циклона, газоходов, течек и т. д. При этом должны соблюдаться следующие основные положения: течки для спуска материала из циклонов в газоходы должны устанавливаться под углом 50—55
градусов; место ввода течек в газоход должно отстоять от крышки нижестоящего циклона на расстоянии 2—3 м; ниже
ввода материала на расстоянии 1000 мм от течки должен быть установлен рассекатель для равномерного распределения
материала по сечению газохода; сечения газоходов должны обеспечивать скорость газа в них 9—20 м/с, а сечения
входных патрубков — около 20—22 м/с. Размеры циклонов, течек и газоходов принимаются на основании опытных
данных и рекомендаций ведущих машиностроительных предприятий и фирм. Во избежание налипания материала в
загрузочной головке, газоходе 1 ст. на поворотах газоходов, при входе в циклоны и на крышках циклонов и декарбонизатора предусматриваются плотно закрываемые лючки для обдува этих мест сжатым воздухом. При способности материала к настылеобразованию в наиболее уязвимых местах (в зависимости от состава шихты и распределения температуры по теплообменнику) следует предусмотреть шуровочные лючки для обрушения настылей. Аналогичные лючки
следует предусмотреть в нижней части конусов циклонов.
Питание печной установки сырьевой шихтой принимается раздельным для каждой ветви циклонных теплообменников.
Для непрерывной подачи сырьевой шихты по вертикальному пылепроводу в циклонные теплообменники на высоту
60—90 м применяются пневмоподъемники.
Для выгрузки и подачи сырьевой муки (угольного порошка и др. мелкозернистых аэрированных материалов) из емкостей должны предусматриваться питатели. Эти питатели могут быть использованы также в качестве донных разгружателей силосов. Промышленностью освоено производство лопастных двухсекционных питателей СМЦ-143 с производительностью от 20 до 80 т/ч и СМЦ-80 с производительностью от 40 до 180 т/ч.
Система питания сырьевой шихтой выбирается с двойным запасом (по количеству механизмов) на каждую ветвь циклонного теплообменника. Исключение составляют пневмоподъемники и воздуходувки, которые выбираются с запасом
по производительности, примерно, 140%. На 2 пневмоподъемника принимается к установке 1 резервный.
Пример проектного решения печной установки с вращающейся печью 04,5X80 м, циклонными теплообменниками и
декарбонизатором, холодильником, а также аспирационным оборудованием показан на рис. 6.45.
Вращающаяся печь установлена на 4-х опорах, на открытой площадке. Теплообменники с декарбонизаторами размещены в этажерке с легким укрытием. Привод печи осуществляется от двигателя постоянного тока, благодаря чему скорость вращения; печи может поддерживаться от 0,6 до 3,5 об/мин.
Упорные ролики оборудованы автоматическими устройствами для регулирования положения печи. Каждая опора
снабжена маслостанцией.
Помимо вращающихся печей на открытых площадках устанавливаются также электрофильтры, дымососы и вентиляторы.
Для подачи топлива в печь предусматривается установка, горелки (форсунки) или вентилятора первичного воздуха
(для работы на твердом и жидком топливе). Горелка (форсунка) снабжена устройством для безопасного розжига и механизмами для ее перемещения вдоль оси и поворота во всех направлениях.
Для соединения печи с холодильником имеется разгрузочная головка с дверцами по оси печи. Через проем дверцы
осуществляется доставка в печь огнеупоров и других ремонтных материалов. При нормальном технологическом режиме отходящие газы в количестве, примерно, 1,48—1,5 нм3/кг кл. с температурой 320—350 °С направляются в установку
для помола и сушки сырьевой шихты. При принятом техническом решении ожидаемый удельный расход тепла на об92
жиг в печной установке составит, в зависимости от спекаемости шихты, принятого вида технологического топлива
830—870 ккал/кг кл. и при избытке воздуха на выходе из циклона IV ст. а= 1,3—1,35.
При остановке сырьевых мельниц отходящие газы с температурой 300—350 °С перед подачей в электрофильтр подвергаются охлаждению до температуры 180—200 °С и увлажнению в охладителях (кондиционерах), обеспечивающих
нормальную работу электрофильтров.
Охлаждение воздуха в кондиционере осуществляется за счет впрыска и испарения тонко распыленной воды. Помимо
охлаждения введение воды обеспечивает уменьшение электрического сопротивления сухих газов в 10—100 раз (в зависимости от количества воды), что повышает эффективность пылеосаждения на электродах электрофильтра. Отходящие
печные газы после отдачи тепла в мельнице направляются, как правило, в электрофильтры. Для предотвращения конденсации водяных паров корпуса электрофильтров и газоходы, расположенные вне здания, должны быть теплоизолированы. Скорость газов в газоходах рекомендуется принимать в пределах 15—18 м/с. Скорость газов в электрофильтрах принимается в соответствии с характеристиками электрофильтров.
Для обслуживания и ремонта оборудования печных отделений предусматривается установка: крана для обслуживания
печей грузоподъемностью до 100 т, а для обслуживания горячего конца печей — подвесного крана грузоподъемностью
5—10 т. Для обслуживания узла питания печей служат тали на 5—10 т (по потребности).
Размер дымовых труб (НХД) принимается на основании расчета допустимой приземной концентрации пыли и вредных веществ для рабочей зоны производственных помещений, воздуха, поступающего через приемные устройства, систем вентиляции, а также максимально-разовых и среднесуточных выбросов для населенных пунктов.
Важное место в решении вопроса долговечности и надежности работы отдельных узлов печного агрегата имеет правильный выбор оптимальной конструкции футеровки отдельных узлов и агрегатов от теплового и абразивного износа
металлоконструкций.
Для защиты металлоконструкций от действия высоких температур (до 1100°С) все внутренние поверхности установок
футеруются шамотными огнеупорами с двух-трехслойной изоляцией. Исключение составляют: шахта и входная часть
холодильника и декарбонизатор с вихревой камерой, которые футеруются износоустойчивыми магнезиальными огнеупорами. Высокотемпературные зоны вращающейся печи также футеруются магнезиальными или периклазовыми огнеупорами.
В некоторых случаях, при применении тугоплавкой сырьевой шихты, с целью удлинения срока службы футеровки, в высокотемпературных зонах вращающихся печей
применяют установки водяного или воздушного охлаждения корпусов с целью улучшения условий образования обмазки и снижения температуры корпуса печи.
Использование
вторичных
топливноэнергетических ресурсов ВТЭР.
Из приведенной на рис.7.8 схемы возможного использования вторичных теплоэнергетических ресурсов следует, что до настоящего времени не нашли технического и аппаратурного решения вопросы: использования тепла избыточного воздуха с температурой 150—180 °С от холодильников клинкера
— около 540 кДж (130 ккал) кг кл.— при
обжиге сухой шихты и использования тепла
излучения корпусов печей в высокотемпературных зонах — около 188 кДж (45 ккал). Надежно решенным способом
утилизации тепла отходящих от печи газов с температурой около 350 °С, примерно 795 кДж (190 ккал) кг кл. является
использование их в помольно-сушильных установках для сушки влажной сырьевой шихты в мельницах с одновременной сушкой. В этом процессе может быть полезно использовано 70—80% тепла отходящих газов печи.
Вопросом использования тепла излучения корпусов печей для целей теплоснабжения занимается институт Южгипроцемент. Однако достаточно надежного конструктивного решения установки, способной обеспечить необходимое охлаждение корпуса печи и футеровки, при работе печей в различное время года в связи с изменением режима потребления
тепла пока не найдено.
Использование тепла избыточного воздуха от холодильника связано с созданием отечественной конструкции котла —
утилизатора.
7.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОМОЛА ЦЕМЕНТНОЙ ШИХТЫ
7.5.1. Цементные мельницы
Для помола цемента применяются установки с шаровыми трубными мельницами, работающими как по открытому,
так и по замкнутому циклам с классификацией измельчаемого материала в центробежных сепараторах (см. таблицы
7.30, 7.31)
Таблица 7.30
Перечень цементных мельниц, эксплуатируемых в цементной промышленности
Размеры мельниц (диаметрхдлина), м
Открытый цикл
2,5х14,0
Мощность привода, кВт
Производительность, т/ч
1100
24,6…25,2
93
2,6х13,0
3,0х8,5
3,0х14,0
3,2х14,0
3,2х15,0
3,6х5,0
(предварительный помол)
4х13,5
Замкнутый цикл
2,6х13,0
3,0х14,0
3,2х15,0
4,0х13,5
Зарубежные (в замкнутом цикле)
СКЕТ/ЦАБ (Германия)
3,6х14,0
4,0х12,0
4,4х15,0
«Полизиус» (Германия)
4,4х16,0
5,2х16,5
«Гумбольдт» (Германия)
4,4х14,5
5,0х16,5
1000
1000
1600
1600
2000
1250
14,8…27,7
21,7
35,1…47,0
37,7…45,0
35,8…53,2
84,0
3200
61,5…100
1000
2000
2000
3200
29,4
40,0…51,2
50,0
88,0…103,0
2300
80
2500
95
3900
80
7.5.2. Сепараторы
Для разделения материала на фракции в схемах тонкого измельчения используются воздушно-проходные и центробежные сепараторы.
При совмещении процесса помола сырья с сушкой, в зависимости от суммарной влажности подаваемых в мельницу
компонентов сырьевой шихты, могут использоваться как воздушно-проходные сепараторы, так и центробежные.
Воздушно-проходные сепараторы применяют в схемах совмещения помола сырья с сушкой с использованием тепла
отходящих газов вращающихся печей при влажности сырьевой шихты 8—10 %. Такие схемы характеризуются однократным прохождением через сепаратор больших объемов сушильного агента, который одновременно осуществляет
функцию транспорта материала из мельницы в сепаратор. В схемах с центробежными сепараторами сушильный агент
вместе с материалом проходит неоднократно через сепаратор (кратность циркуляции составляет 4—7) и лишь некоторая часть сушильного агента (15—20%) в течение цикла циркуляции сбрасывается через аспирационную систему в атмосферу. В качестве сушильного агента в таких схемах используются горячие газы, получаемые в специальной топке, а
подача материала в сепаратор осуществляется механическим способом с помощью элеватора.
Низкое влагосодержание, высокая температура и длительный контакт высушиваемого материала с сушильным агентом, обусловленный его циркуляцией в схеме, позволяют производить помол сырьевой шихты с предельной суммарной
влажностью до 15%. Допустимая температура газов на входе в сепаратор в зависимости от его конструкции составляет
400—600 °С, на выходе из сепаратора — 80—100 °С. Влажность сырьевой муки на выходе из мельницы — 1,0—1,5 %.
Таблица 7.31
Технические характеристики цементных мельниц
Показатели
Размеры мельницы, м:
диаметр
длина
Частота вращения, об/мин
производительность (проектная), т/ч
Загрузка мелющих тел, т
Тип перегородок
Сепаратор
Дозаторы
Система аспирации:
Аспирационная шахта,
размеры, м:
Циклоны: диаметр, мм
Заводы-изготовители
АО «Волгоцеммаш», «Сибтяжмаш»
2,6
13,0
17,3
26,0
3,2
14,0
17,0
45,0
80
128
Секторные двойные
-
3,2
15,0
16,94
50,0
2,6
13,0
20,0
24,0
3,2
15,0
16,2
50,0
126
238
10,85
Сегментные прутковые
135
-
Тарельчатые
-
-
-
-
2500 (2 шт.)
1410 (2 шт.)
800
4,0
13,5
16,1
100,0
Смаранский завод
тяжелого машиностроения
СМЦ-420 (с
вынос-ными
цикло-нами)
Весовые
1400
2,6
13,0
20,0
34,0
77
Секторные
Тарельчатые
3,3х12-1,5х2,0х4,0
1,15х3,65х4
800
1100
1410
В отличие от воздушно-проходных, сепараторы центробежного типа применяются не только в схемах помола сырья,
но и в схемах помола цементной шихты. Использование сепараторов позволяет осуществлять регулирование грануло94
метрического состава получаемого продукта, повысить эффективность работы схемы измельчения и обеспечить получение материала с высокими значениями удельной поверхности.
Важным фактором, влияющим на гранулометрический состав и качество измельчаемого материала, является соответствие производительности сепаратора и мельницы. Если производительность сепаратора меньше производительности
мельницы, он будет работать с перегрузкой и выдавать продукт с большим количеством мелких фракций. При этом
снижается производительность помольной установки и увеличивается расход электроэнергии. Если недостаточна производительность мельницы, то сепаратор будет работать с недогрузкой, что также вызовет noвышение удельного расхода электроэнергии.
Технические характеристики сепараторов приведены BI табл. 7.32 и 7.33.
Для определения эффективности работы мельницы с ceпаратором в замкнутом цикле введено понятие циркуляционной' загрузки С, которая определяется как отношение поступающей] в мельницу крупки к общему количеству материала, загружаемого в мельницу, или к ее производительности по готовому продукту:
C=Qk/Qпит=Qk/Qг.пр(7.1)
Целесообразным считается режим работы помольного агрегата при С = lOO-f-150% и удельной поверхности 350—380
м2/кг.
Эффективность сепаратора определяется его КПД и циркуляционной нагрузкой.
КПД сепаратора определяется как отношение количества от сепарированной мелкой фракции к количеству введенного в сепаратор продукта:
СА  В

(7.3)
АС  В 
где А, В, С — содержание мелкой фракции в загружаемом материале, крупке и готовом продукте соответственно.
Циркуляционная нагрузка К определяется как количество циркуляционного материала в % от исходного:
C  Qk / Qгпр 100 %,
К
СА
100 %. (7.4)
А В
Таблица 7.32
Техническая характеристика центробежных сепараторов с выносными циклонами
Показатели
Диаметр, м
Диаметр камеры сепарации, м
Производительность по цементу при 8-10% остатка на
сите 008, т/ч
Количество воздуха, просасываемого через сепаратор,
м3/ч
Масса, т
СМЦ-419,4
5,0
3,5
90
СМЦ-420А
7,0
5,0
180
До 80000
До 150000
33,3
57,1
Таблица 7.33
Техническая характеристика центробежных и воздушно-проходных сепараторов
Показатели
Диаметр, м
Высота, м
Производительность при 10% остатка на сите 008, т/ч
Пропускная способность, м3/ч
Масса, т
Центробежные сепараторы
3,5
5,3
38
4
5,8
45
6,8
8,18
95
10,8
13,4
-
Воздушно-проходные
сепараторы
3,42
3,6
5,35
3,8
43500
5,0
84000
6,3
7.6. ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА И СКЛАДЫ
7. 6.1. Типы складов и приемных устройств
В зависимости от технологического назначения и физических характеристик хранящихся материалов склады подразделяют на:
1. Склады кусковых материалов (сырьевых материалов, корректирующих добавок, топлива, клинкера, гидравлических добавок и гипса).
2. Склады сырьевой муки и сырьевого шлама.
3. Склады цемента.
4. Склады вспомогательных материалов (горючесмазочных, поверхностно-активных веществ, огнеупоров и т. п.).
Характеристика физических свойств материалов наиболее часто применяемых в производстве цемента дана в табл.
8.8.
Тип склада для хранения сыпучих материалов выбирается в зависимости от их физических свойств — влажности,
крупности кусков, степени пластичности и угла естественного откоса.
Таблица 7.34
Область применения типа складов в зависимости от физических свойств хранимых материалов
95
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Клинкер
+
+
+
Опока, туф, трепел дробленый
+
+
+
Гипс дробленый
+
+
+
+
+
+
+
+
Гипс недробленый с размером
куска 200-300 мм
+
Шлак гранулированный, влажный
Корректирующие добавки
+
Горячие сланцы
Глина влажная
+
Бурый уголь
Мел влажный
+
Каменный уголь
Глинистые сланцы
Закрытый, оборудованный мостовым
грейферным краном
То же, открытый
Открытый, оборудованный мостовым
перегружателем
Открытый, механизированный страловыми передвижными кранами
Открытый, механизированный бульдозерами
Эстакадно-гравитационные склады
Открытый усреднительный
Силосный склад для кусковых материалов
Резервуарный склад
Эстакадный с разгрузкой роторным
экскаватором или специальным
скребком
Известняки с глинистыми
включениями
Вид и физические свойства материала
Известняки твердые кристаллические, чистые
Тип склада
+
+
+
+
+
+
+
По назначению и в соответствии с массой хранимых на складе запасов материалов склады подразделяются на базисные и расходные. Базисные склады предназначаются для длительного хранения больших количеств одного или нескольких видов сыпучих материалов (30—100 тыс. т. и более). Расходные склады рассчитываются на ограниченный
запас сыпучих материалов. Нормы хранения материалов на цементных заводах определяются объемом производства,
расстоянием от завода до источника поставки материала и видом материала (см. табл. 8.6.). При наличии базисных
складов емкость расходных складов максимально сокращается и ограничивается хранением суточного, а в некоторых
случаях (в зависимости от режима работы базисного склада) и сменного запаса материала. Расходные склады максимально приближены к производственным цехам или же объединяются с ними. Конструкция склада должна обеспечивать раздельное хранение всех компонентов без смешивания. Типами складов для хранения разнородных материалов
являются склады, оборудованные грейферными кранами, бункерные и силосные склады. В качестве расходных могут
применяться эстакадно-гравитацион-ные склады (шатрового или полубункерного типа), которые могут быть как открытыми, так и закрытыми. Базисные склады выполняются открытыми и обеспечиваются средствами механизации,
позволяющими перемещать материалы с различными физическими свойствами.
96
Выбор средств механизации для таких складов зависит от их грузооборота, количества и свойств материалов, подлежащих хранению. При грузообороте склада более 5000 т в сутки в качестве средств его механизации в большинстве
случаев применяются портальные краны, оборудованные грейфером, роторные экскаваторы или штабелеукладчики с
ленточными транспортерами.
При выборе типа склада и средств его механизации следует руководствоваться данными табл. 7.34.
В зависимости от количества прибывающего на завод материала и от способа его доставки (железная дорога, автотранспорт, гидротранспорт и др.) на заводе сооружаются те или иные виды: приемных устройств. Для приемки грузов,
прибывающих по железной дороге, на цементных заводах чаще всего используются траншейно-эстакадные и бункерные устройства, оборудованные вагоноопрокидывателями (рис. 7.9, 7.10, 7.11) и толкающими разгружателями (рис.
7.12). Траншейно-эстакадные устройства предназначаются для разгрузки железнодорожных полувагонов типа гондол и
97
применяются преимущественно в открытых складах для приема предварительно измельченных материалов, перемещение которых возможно при помощи грейфера.
Основным недостатком эстакадной разгрузки является трудоемкость полного освобождения вагонов от материалов,
обладающих пластическими свойствами, т. е. влажных, склонных к уплотнению, слеживанию и смерзанию. В связи с
этим полувагоны, прибывающие на склад в зимнее время, должны предварительно обрабатываться в специальных тепляках (прогреваться) или подвергаться воздействию передвижных или стационарных бурорыхлительных машин.
Бункерные устройства применяются для разгрузки разных типов саморазгружающихся вагонов (гондол, думпкаров) и
автотранспорта. Фронт разгрузки бункерных устройств в случае же лезнодорожного транспорта рассчитывается не менее чем на один полувагон, а емкость бункеров для материала — на два полувагона. Пути для разгрузки могут проходить либо сбоку от приемного бункера, либо укладываться по верху бункеров. Для приема пластичных материалов
применяются устройства, оборудованные толкающими разгружателями (рис. 7.13), что позволяет предотвращать замазывание приемных устройств и уменьшать заглубление приемных бункеров.
98
Разгрузка бункерных устройств осуществляется пластинчатыми, лопастными и тарельчатыми питателями, а также с
помощью ленточных транспортеров. Тип разгрузочного устройства выбирается в зависимости от физических свойств
материала (гранулометрии, пластических свойств и т. д.) и объема материала, находящегося в бункере или силосе.
В случае использования в производстве
сырьевых материалов неоднородного химического состава следует предусматривать склады, которые наряду с хранением
обеспечивают также усреднение их химического состава. Усреднение химического состава поступающих на склад материалов происходит вследствие того, что
усредняемый материал при загрузке
укладывается в штабель послойно, а при
разгрузке отбирается из штабеля в* разрез слоям.
Для усреднения могут использоваться
эстакадно-гравитацион-ные склады, в
которых загрузка материала производится с помощью специальных загрузочных
механизмов, работающих в челноковом
режиме и обеспечивающих послойную
укладку штабеля, а разгрузка штабеля
осуществляется с помощью роторного
или скребкового механизма, отбирающего материал вразрез слоям.
Для усреднения могут применяться также склады, оборудованные специальными загрузочными машинами — штабелеукладчиками, которые укладывают материал определенным образом. Схемы формирования штабелей материала на
усреднительных складах показаны на рис. 7.13.
В зависимости от качества сырья применяют способ, который дает наилучшее усреднение. Штабели материала могут
располагаться последовательно в два или более ряда, параллельно и по кольцу. Непрерывная эксплуатация штабеля
осуществляется путем одновременной отсыпки одного и разборки другого штабеля. Штабель, укладываемый по кольцу, формируется с помощью поворотного ленточного штабелеукладчика, располагающегося в центре штабеля, а разгрузка ведется с помощью перемещающегося по торцу штабеля сербкового разгружателя, подающего материал через
расположенную внизу перегрузочную воронку на ленточный транспортер. Формирование кольцевого штабеля может
осуществляться шевронным способом, продольными полосами или горизонтальными слоями. Высота штабеля (до 16—
17 м) зависит от угла откоса материала. Отношение длины штабеля ц его ширине должно быть как можно большим и
не менее 5:1.1 При качественном контроле отсыпки усреднительные склады позволяют снизить первоначальные отклонения в содержании, например, СаСОз с 10% до 1,5% и менее. Объем одного штабеля усреднительного склада рассчитывается на хранение 7—10-суточного запаса материала.
7.6.2. Проектные решения складов
Базисные склады. В зависимости от компоновочного решения склады по отношению к железнодорожному пути могут
быть сквозными, тупиковыми и поперечными. Склады базисного типа располагаются на свободной территории в отрыве от производственных цехов завода и обеспечиваются подъездными путями, рассчитанными в зависимости от грузооборота на единовременный прием одного или нескольких маршрутных составов. Разгрузка прибывающих составов
осуществляется с помощью эстакадных или бункерных приемных устройств достаточной протяженности, оборудованными средствами механизации, обеспечивающими быстрое освобождение приемных емкостей (траншей и бункеров).
При грузообороте склада свыше 5000 т в сутки в качестве средств его механизации в большинстве случаев применяются мостовые (портальные) грейферные краны. Производительность их рассчитывается с учетом неравномерности
поступления материалов, т. е. с резервом в 15—20%.
Пролет грейферного крана (60,0—76,2 м) определяется размерами обслуживаемого транспортного поля, а объем
грейфера (вместимость от 20 до 40 т) — насыпной массой сыпучего груза и потребной производительностью крана.
Высота штабеля достигает до 25 м. Количество кранов, необходимое для обслуживания склада, как правило, должно
быть не менее двух.
При сравнительно небольшой производительности завода (до 400—500 тыс. тонн в год) хранение материалов с различными физическими свойствами может быть организовано на объединенном складе, оборудованном мостовыми
грейферными кранами. Более мощные заводы при больших грузопотоках материалов оборудуются двумя (сырье, топливо), а в некоторых случаях и тремя раздельными складами с мостовыми грейферными кранами.
Расходные склады. В связи с тем, что в большинстве случаев предусматривается равномерное в течение года обеспечение проектируемого завода необходимыми для технологического процесса материалами, хранение поступающих на
завод материалов, большей частью, предусматривается в складах, рассчитанных на сравнительно небольшие резервные
запасы материалов. Наиболее распространенным типом таких складов являются склады с пролетами от 12 до 30 м оборудованные мостовыми грейферными кранами грузоподъемностью от 50 до 20 тонн.
Крановое оборудование должно иметь 20—30% запаса производительности с учетом неравномерности поступления
материалов на склад.
Расходные склады с грейферными кранами применяют, главным образом, для материалов, обладающих плохими текучими свойствами (влажными, пластичными и т. п.)
99
Хранение сухих кусковых, мелкокусковых и сыпучих материалов организуется в большинстве случаев в бункерных
или силосных емкостях. К материалам такого рода относятся: твердый известняк, прошедшие предварительную сушку
пластичные материалы (например, такие как глина), гидравлические добавки (маршалит, опока и др.), огарки, некоторые сорта каменных углей, клинкер и т. п. При организации бункерного или силосного хранения материалов объем емкостей и их количество определяют из расчета обслуживания одного агрегата. Для обслуживания нескольких агрегатов
(например, сырьевых, цементных, топливных мельниц и т. д.) емкости объединяются в блоки, образуя общие хранилища. Хранение запаса материала в бункере может комбинироваться с хранением совместно используемых в технологическом цикле компонентов в силосах, что обусловливается объемом хранимого материала и различием пластических свойств (например, хранение в бункере глины и огарков и известняка в силосе).
7.7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АСПИРАЦИИ И ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Вопросы аспирации, обеспыливания и охраны атмосферы при разработке ТЭО, ТЭР, проектов и рабочих проектов на
строительство, реконструкцию или техническое перевооружение предприятий по производству цемента должны решаться в соответствии с требованиями следующих нормативных и методических Документов: СНиП 1.02.01—85 «Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений»; Пособие по составлению раздела проекта (рабочего проекта) «Охрана окружающей природной среды» к СНиП 1.02.01—85; Газоочистное оборудование. Каталог.— Цинтихим-нефтемаш, М.,
1985.
Количество отходящих газов и аспирационного воздуха от технологических установок определяется расчетным путем
при их проектировании.
Температура отходящих газов и аспирационного воздуха, а также концентрация пыли от источников пылевыделения
принимаются в соответствии с данными табл. 7.35.
Способ очистки аспирационного воздуха и отходящих газов определяется технологией производства клинкера: при
сухом cпoсобе следует применять аппараты сухой очистки, при мокром; способе на отдельных переделах возможно
использование аппаратов мокрой очистки (скрубберов). Схемы очистки аспирационного воздуха и отходящих газов
приведены в табл. 7.36.
Таблица 7.35
Исходные данные для проектирования пылеочистки
Наименование источника пылеобразования
Дробилки щековые
Температура отходящих
газов и аспирационного
воздуха, К (0С)
-
Дробилки молотковые
-
Узлы перегрузки сырья с конвейера на конвейер
Аспирационная шахта на сборе сырья в
склад
Вращающиеся печи, работающие по мокрому способу
-
Вращающиеся печи, работающие по сухому
способу, с циклонными теплообменниками
Колосниковый холодильник
Узел выгрузки клинкера из холодильника
на пластинчатый конвейер
Узел выгрузки клинкера в силосный склад
Узел выгрузки клинкера в склад с грейферным краном
Сушильные барабаны при сушке:
шлака
трепела
опоки
угля
глины
Сушилки с русловым псевдожиженным
слоем
Цементные мельницы:
С центральной разгрузкой
С периферийной разгрузкой
Работающие в замкнутом цикле
После шахтной аспирационной коробки
Сырьевые мельницы с воздушнопроходным сепаратором
Сырьевые мельницы с центробежным сепаратором
Тарельчато-роликовая мельница
Тарельчато-роликовая мельница после технологического осаждения
Силосы сырьевой муки с загрузкой пнев-
Запыленность аспирационного воздуха
(отходящих газов), г/м3
До 473 (200)
До 353 (80)
5-8 при влажности сырья до 5%;
1,5-3,0 при влажности более 5%
15-35 при влажности соответственно более 5% и менее 5%
5-10 при влажности соответственно более
5% и менее 5%
До 5 при влажности до 5-8% (при более
высокой не рекомендуется)
До 20, как правило, более 200 – в отдельных случаях, в зависимости от сырья,
свойств пыли и способа пылевозврата
40 (на выходе из последней ступени циклонных теплообменников)
6-10
6-10
353 (89)
333 (60)
6-8
6-10 (при наличии аспирационной шахты)
До 423 (150)
То же
-//-//-//До 423 (150)
До 60
До 45
До 45
До 60
До 60
До 60
До 403 (130)
До 403 (130)
До 403 (130)
До 403 (130)
До 393 (120)
До 400 (на выходе из мельницы)
До 900 (на выходе из мельницы)
До 400 (на выходе из мельницы)
До 40
До 900 (после сепаратора)
До 393 (120)
До 600 (после сепаратора)
До 393 (120)
До 393 (120)
До 300 (после сепаратора)
До 50
До 393 (60)
До 20 (для силосов малого диаметра)
До 453 (180)
До 633 (360)
100
мотранспортом
Цементные силосы с загрузкой цемента
пневмотранспортом
Посты погрузки цемента в ж.д. транспорт
(отдельностоящие)
Карусельные упаковочные машины цемента с комплектующем оборудованием
До 353 (80)
До 15
До 333 (60)
До 15
До 333 (60)
До 10
Свойства твердой фазы аэрозолей (дисперсный состав, удельное электрическое сопротивление и др.) вращающихся
печей, сушильных барабанов, сырьевых мельниц с одновременным помолом и сушкой, цементных мельниц следует
принимать по данным справочника «Физико-химические и механические свойства золей и пыли, выделяемые основным оборудованием цементных заводов», Новороссийск, НИПИОТстром 1976 г. При проектировании пылеулавливающих установок для очистки газов и аспирационного воздуха, выбрасываемых в атмосферу, необходимо учитывать:
— скорость воздуха или газа в аппарате;
— физико-химические свойства и дисперсный состав пыли;
— концентрацию пыли в газе или воздухе;
— вид ткани (для рукавных фильтров);
— оптимальную нагрузку по пыли и воздуху на ткань;
— температуру, влажность газа и воздуха и др.
Концентрация пыли для аспирационных выбросов воздуха и отходящих газов не должна превышать 100 мг/м 3 на выходе в атмосферу.
С целью снижения начальной концентрации пыли в аспира-ционном воздухе на линиях переработки сырья необходимо его Увлажнение на всех переделах в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 7.37.
Рекомендуемое к использованию на цементных заводах пылеулавливающее оборудование представлено в табл. 7.36.
Аспирационные трубопроводы и газоходы должны прокладываться по трассам минимальной протяженности и с
условием минимальных гидравлических потерь. На аспирационных трубопроводах и газоходах следует предусматривать штуцера для выполнения пылевых и аэродинамических замеров. На участках возможного отложения пыли необходимо устанавливать герметичные люки на газоходах и воздуховодах для их периодического осмотра и очистки. Газоходы и аспирационные трубопроводы при температуре газа или воздуха t>318 К (45 °С) необходимо теплоизолировать.
При температуре газов более 343 К (70 °С) требуется установка компенсаторов температурных удлинений. Толщина
стенок газоходов и воздуховодов определяется в зависимости от абразивности и концентрации пыли. Так, например, в
случае наличия в воздухе высокоабразивной пыли (клинкер, цемент, шлак, зола и др.) при концентрации от 3 до 20 г/м3
толщина стенки газохода должна составлять 4,5 мм. В местах интенсивного износа (повороты, переходы, тройники)
толщину стенок следует увеличивать в 1,5 раза.
В цементной промышленности очистка газов и аспирационного воздуха осуществляется преимущественно сухим
способом с применением пылеосадительных камер, циклонов и рукавных фильтров. В табл. 7.38 представлены сведения о применении этих обеспыливающих устройств.
Отделение пыли от газового потока в циклонах осуществляется за счет действия на частички пыли центробежной силы. В цементной промышленности получили распространение конструкции циклонов ЦН15 —конструкции НИИО-Газ,
ЦП2 и др.
Циклоны рассчитаны на следующие параметры:
Начальная запыленность, не более
400 г/м
Давление или разрежение в аппарате, не более ............. ?ЗппКй
Температура газа, не выше ...... OYJ к (4ии t_;
В зависимости от угла наклона крышки и входного угла патрубка выпускаются циклоны:
101
Таблица 7.36
Схемы очистки аспирационного воздуха и отходящих газов
Наименование обеспыливаемого оборудования
Дробилки щековые сырья
Узлы перегрузки сырья с конвейера на
конвейер, бункера сырья, аспирационная
шахта на сбросе сырья в склад с грейферовыми кранами
Дробилки молотковые
Вращающиеся печи, работающие по
мокрому способу
Схема очистки аспирационного воздуха (газов)
1 ступень
2 ступень
Рукавные фильтры СМЦ-40, ФРКН
Циклоны ЦН-15 НИИОГаз
Фильтры цепные ФЗГМП
Скрубберы типа СТ-800-01, СТ1000-02, СТ-1500-03
Циклоны СЦН-40, СКЦН-34
-
Фильтры цепные ФЗГМП
Циклоны ЦН-15 НИИНГаз
Рукавные фильтры СМЦ-40, ФРКН;
фильтры зернистые ФЗГМО ФЗГИ
Скрубберы типа СТ-800-01, СТ1000-02, СТ-1500-03
Циклоны ЦН-15 НИИОГаз
СЦН-40, СКЦН-34
-
Рукавные фильтры СМЦ-40;
ФРКН; фильтры зернистые
ФЗГМО, ФЗГИ
Скрубберы типа СТ-800-01,
СТ-1000-02, СТ-1500-03
Электрофильтры
-
Циклоны ЦП2
Электрофильтр
Вращающиеся печи, работающие по
сухому способу с циклонными теплообменниками
Электрофильтры
Циклоны ЦП2
Электрофильтры
Колосниковый холодильник с узлом
выгрузки клинкера из холодильника на
пластинчатый конвейер
Электрофильтр
-
Циклоны ЦП2
Циклоны СЦН40
Циклоны СЦН-40, СКЦН-34
-
Узел выгрузки клинкера из силосов на
конвейер
Циклоны ЦН-15 НИИОГаз
Рукавные фильтры СМЦ-40, ФРКН,
каркасный рукавный фильтр «Импульс 4.2»
Циклоны ЦН-15 НИИГаз
Рукавные фильтры СМЦ-40, ФРКН
Рукавный металлотканевый фильтр
ФРИ-Е-01
Пылеуловитель инерционный ПИ-3,
ПИ-5
Узел выгрузки гипса из силосов на кон-
Фильтры цепные ФЗГМП или под-
Узел выгрузки клинкера в силосный
склад с укрытиями головок клинкерных
транспортеров
Узел выгрузки клинкера в склад с грейферными кранами (при наличии аспирационной шахты)
Циклоны СЦН-40, СКЦН-34
-
Условия привязки очистных сооружений
При влажности сырья до 5% воздушные нагрузки
на ткань 0,8-1,0 м3/м2 мин.
При влажности сырья до 5%
При влажности сырья более 5%
Возможно применение при мокром способе производства, при наличии теплых и отапливаемых
помещений, при любой влажности сырья
При влажности сырья более 5%
При влажности сырья до 5%
Воздушные нагрузки на скань 0,8-1,0 м3/м2 мин
Возможно применение при мокром способе производства, при наличии теплых и отапливаемых
помещений, при любой влажности сырья
При влажности сырья до 5%. Воздушные нагрузки
на ткань 0,8-1,0 м3/м2 мин.
При влажности сырья более 5%. Возможно применение при мокром способе производства, при наличии теплых и отапливаемых помещений, при любой
влажности сырья
Скорость газов в активном сечении электрофильтра
до 1,0 м/с.
Циклоны ЦП2 устанавливаются в отдельных случаях при исходной напыленности более 20 г/м3.
Выбор количества ступеней определяется режимом
работы печного агрегата, удельным электрическим
сопротивлением пыли, влагосодержанием отходящих газов, химическими свойствами пыли и решается в каждом конкретном случае.
Скорость воздуха в активном сечении электрофильтра до 0,8 м/с при условии кондиционирования
аспирационного воздуха («Гипроцемент»)
При запыленности аспирационного воздуха до 6
г/м3 (НИПИОТстром)
При исходной запыленности до 8 г/м3
При исходной запыленности выше 8 г/м3.
Воздушные нагрузки на ткань до 0,8 м3/м2 мин.
При исходной запыленности до 8 г/м3
При исходной запыленности выше 8 г/м3. Воздушные нагрузки на ткань до 0,8 м3/м2 мин.
Очистное оборудование, установленное на узлах выгрузки
клинкера в силосный склад
-
102
вейер
ключение этих узлов к системам
верха силосов
Циклоны ЦН-15 НИИОГаз
Электрофильтр
Циклоны ЦН-15 НИИГаз, ЦП2
Электрофильтр
Угольные мельницы с одновременной
сушкой и помолом
Цементные мельницы
Технологическая система осаждения
Электрофильтр вертикальный
Циклоны ЦН-15, ЦП-2
Фильтры рукавные или электрофильтры
Цементные мельницы с сепараторами
Циклоны ЦН-15, ЦП-2
Смесительные силосы сырьевой муки
Фильтры рукавные СМП-40, ФРКН
Циклоны ЦН-15
Фильтры рукавные, электрофильтры
Фильтры рукавные СМЦ-40,
ФРКН
Рукавные фильтры
-
Сушильные барабаны, сушилки с псевдоожиженным слоем
Сырьевые мельницы сухого помола
Силосы цемента, бункера, загружаемые
пневмотранспортом. Посты погрузки
цемента в ж.д. вагоны и автотранспорт
Карусельные упаковочные машины цемента
Дробилки молотковые для угля
Приемные бункеры молотого угля
Циклоны ЦН-15
Фильтры рукавные СМЦ-169
(напорные) или рукавные фильтры
СМЦ-40, ФРКН и др.
Рукавные фильтры СМЦ-40, ФРКН
Циклоны СЦН-40, СКЦН-34 (со
взрывными клапанами)
После технологической схемы осаждения циклоны ЦН-15 (с противовзрывными клапанами)
Скорость газов в активном сечении электрофильтра
до 1 м/с
Скорость газов в активном сечении электрофильтра
до 0,8 м/с
Скорость газов в активном сечении электрофильтра
до 0,6 м/с
Рукавные фильтры предусматриваются при помоле
бездобавочных цементов. Электрофильтры устанавливаются при помоле цемента с добавками
(шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент) и при наличии установок для вспрыскивания воды в мельницу.
То же
Воздушная нагрузка на ткань до 0,8 м3/м2 мин
Напорные фильтры предусматриваются при небольших объемах воздуха до 3000 м3/ч
Скорость фильтрации до 0,9 м3/м2мин
Рукавные фильтры типа ФРКНВ
Подача аспирационного воздуха в топку или в рукавный
фильтр ФРКН-В
Скорость фильтрации до 0,8 м3/м2мин
То же
Таблица 7.37
Характеристика способов борьбы с пылевыделением методом гидроподавления
Переделы
Карьер (предварительное
увлажнение)
Первичное дробление
Приемный бункер
Дробилка с узлами перегрузки
Вторичное дробление с
узлами перегрузки
Распределение
расхода воды, %
10-20
4-5
15-30
15-30
20-40
Расход воды на гидроподавление, л/ч
g
0,6G w1  w2 
100
G – количество сырья, поступающего на переработку,
кг/ч;
w1 – естественная влажность сырья, %;
w2 – предельно допустимая влажность, %;
w2 <=8% для заводов сухого способа производства, w2
для заводов мокрого способа производства определяется условиями транспортирования и складирования
сырья
Характеристика насосов и
форсунок
Центробежного типа,
диаметр сопла не менее 2
мм, производительность
250-300 л/ч при рабочем
давлении 0,2-0,3 Мпа.
Угол расплыва 40-60 0С.
Содержание взвешенных
в воде частиц не более
200 мг/л
Места установки форсунок
В аспирационных укрытиях, максимально удаленных от аспирационных
воронок, необходимо
предусмотреть отсечку
гибкими фартуками и т.п.
103
Таблица 7.38
Типы пылеуловителей и область их применения
Пылеуловители
Пылеосадительные камеры
Степень обеспыливания, %
3…15
Циклоны
80…95
Электрофильтры
85…99
Рукавные фильтры:
с рукавами из натуральных и
синтетических волокон
с рукавами из стекловолокна
97…99,9
97…99,9
Область применения
Вращающиеся печи мокрого способа, сушильные
барабаны, мельницы сухого помола
Мельницы сухого помола, сушильные барабаны,
вращающиеся печи с концентраторами, кальцинаторами и циклонными теплообменниками, колосниковые холодильники, дробилки, конвейеры
Вращающиеся и шахтные печи, мельницы, колосниковые холодильники
Вращающиеся печи, мельницы, колосниковые холодильники
Мельницы, силосы, коррекционные бассейны
ЦН-15 и ЦН-15у (укороченный) с углом наклона 15 ; ЦН-24 с углом наклона 24 °; ЦН-11 с углом наклона 11 °.
Таблица 7.39
Производительность циклонов НИИГаз, тыс.м3/ч
Диаметр циклона, мм
400
500
600
700
800
Одиночный
циклон
2,27
2,65
3,25
3,81
4,44
51,80
5,80
6,76
двух
4,54
5,29
6,40
6,52
8,88
10,36
11,60
13,52
Группа из нескольких циклонов
четырех
шести
5,80
6,76
9,08
13,62
10,58
15,96
13,04
19,56
15,24
22,86
17,76
26,64
20,72
31,08
23,20
34,80
27,04
40,56
восьми
47,60
54,08
В одну ступень очистки включают обычно параллельно несколько циклонов. Циклоны НИИОГаз применяют на первой и второй стадиях очистки.
Коэффициент гидравлического сопротивления циклонов конструкции НИИОГаз составляет: ЦН-15—1,1 кПа, ЦН24— 0,6 кПа, ЦН-11—1,8 кПа.
Допускаемая запыленность для слабослипающейся пыли в зависимости от диаметра циклона должна, по данным
НИИОГаз, быть не более:
Диаметр циклона, мм
100 200 400 600 800
Запыленность, г/м* 60 150 200 300 400
Производительность циклонов НИИОГаз (по объему обеспы-i ливаемых газов) приведена в табл. 7.39.
Ориентировочные значения степени очистки в циклонах в зависимости от диаметра циклона и размера частиц приведены в табл. 7.40.
Таблица 7.40
Эффективность очистки газа от пыли в циклонах
Тип циклона
Диаметр, мм
ЦН-15
100
200
400
600
800
Степень очистки (%) при условном диаметре частиц, мм
5
10
20
83
95
99,5
77
93
99,0
69
89
98,5
55
87
98,0
50
85
97,5
Объединенные параллельно в общем корпусе циклоны малого диаметра 100, 150 или 254 мм образуют батарейные
циклоны, которые способны более эффективно улавливать тонкодисперсные частицы. Производительность батарейного циклона определяется в зависимости от диаметра и количества применяемых циклонных элементов. Начальная запыленность газов, поступающих в батарейный циклон, до 100 г/м3. Температура не более 673 К (400 °С).
В табл. 7.41 даны сведения о средней производительности циклонных элементов.
Талица 7.41
Средняя производительность циклонных элементов
Показатели
Диаметр элемента
Производительность одного элемента
Единица измерения
мм
м3/ч
«Винт»* =250
100 254
112 760
«Розетка»* =250
150 254
256 730
* «Винт» и «Розетка» — типы направляющих аппаратов циклонов с углом установки лопаток а.
Исходя из требований технической надежности работы батарейных циклонов и из технико-экономических соображений гидравлическое сопротивление их принимают из соотношения,
104
P
 0,55  0,75, (7.5)

где ΔР — гидравлическое сопротивление батарейного циклона, кПа; ς — плотность газа, проходящего через циклон,
кг/м3.
При отношении — >0,75 возрастают потери напора, в то время как степень очистки остается практически неизменной, а при отношении — <0,55 резко уменьшается эффективность очистки.
Коэффициент гидравлического сопротивления циклонных элементов составляет: для направляющего аппарата «Розетка» — 0,9 кПа, а для аппарата «Винт» — 0,8 кПа.
В качестве последней ступени очистки в многоступенчатых схемах, а также с целью более эффективной очистки в
одноступенчатых схемах применяются рукавные фильтры. При использовании фильтровальных тканей из лавсана температурный предел повышается до 413 К (140 °С), а стекловолокно позволяет производить очистку газов с температурой до 573 К (300 °С). Степень очистки при удельной нагрузке на ткань до 1 м 3/м2-мин, и при удельной пылевой
нагрузке до 1 кг/м2-ч составляет 99 %.
Диаметр рукавов в основном составляет 135—200 мм. Фильтры отличаются количеством секций и, соответственно,
производительностью по газу. Коэффициент гидравлического сопротивления рукавных фильтров 0,75—1,5 кПа и в отдельных случаях доходит до 2,5 кПа. В цементном производстве рукавные фильтры применяются для очистки аспирационного воздуха цементных мельниц, цементных силосов, узлов пересыпки, упаковочных машин, дробилок и т. д.
Характеристики рукавных фильтров СМЦ-40 приведены в табл. 7.42. Запыленность на входе в фильтры СМЦ-40 не
должна превышать 150 г/м3. Сопротивление фильтра перед регенерацией 2,0 кПа, после регенерации 1,3 кПа.
Таблица 7.42
Характеристика рукавных фильтров СМЦ-40
Тип фильтра
Плошадь
фильтрац
ии, м2
СМЦ-40-I
30
СМЦ-40-II
60
СМЦ-40-III
Расчетная
Скорость
Диаметр
производите фильтрац
рукава,
льность, м3/ч
ии, м
мм
4500
не >2
180
9000
не >2
180
90
13500
не >2
Длина
рукава,
мм
2210
3700
180
4420
Количест
Температура
во
газа, К (0С)
рукавов
48
не >140 (413)
48
не >140 (413)
48
не >140
(413)
Наиболее эффективными и универсальными пылеочистительными аппаратами являются электрофильтры. Гидравлическое сопротивление электрофильтров невелико и обычно не превышает 0,1—0,2 кПа. Максимально допустимая температура газа, направляемого на очистку, 423 К (150 °С), 523 К (250 °С) и 673 К (400 °С). Электрофильтры чаще всего
работают под разрежением, поэтому при расчете объема газов, проходящих очистку, следует учитывать подсос воздуха
до 15%.
Конструкции электрофильтров различаются по направлению потока газов (вертикальные и горизонтальные), количеством секций и полей (одно-, двух-, трех- и четырехступенчатые), назначением (дымовые — для очистки отходящих
газов, цементные — для очистки аспирационного воздуха мельниц, угольные — для очистки газов от угольной пыли) и
т. д.
В табл. 7.43 приведены характеристики электрофильтров типов УГ и УГТ (унифицированные горизонтальные температурные). Эти электрофильтры предназначены для сухой очистки от пыли неагрессивных газов с температурой до 523
К (250 °С) (электрофильтры УГ) и до 698 К (425 °С) (электрофильтры УГТ).
Электрофильтры имеют различные модификации, отличающиеся между собой активной высотой осадительной зоны.
В табл. 7.44 даны рекомендации по применению этих типов электрофильтров.
Таблица 7.43
Техническая характеристика электрофильтров типа УГ и УГТ
Тип
фильтра
Площадь активного
сечения, м2
Число
полей
Площадь осадительных
электродов, м2
УГ-2-3-26
УГ2-4-26
УГ2-3-37
УГ2-4-37
УГ2-3-53
УГ24-53
УГ23-74
УГ24-74
УГ3-3-88
УГ3-4-88
УГ3-3-115
УГ3-4-115
УГ3-3-177
УГ3-4-177
УГ3-3-230
УГ3-4-230
УГЗ-3-265
УГЗ-4-265
УГТ1-3-30
УГТ1-3-40
26
26
37
37
53
53
74
74
88
88
115
115
177
177
230
230
265
265
30
40
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
4
3
1690
2250
2360
3150
3370
4500
4700
6300
9200
12300
12100
16100
18400
24600
24200
32200
27600
36900
1860
2500
Габаритные размеры, м
Длина
14,1
18,6
14,1
18,6
14,1
18,6
14,1
18,6
18,8
24,8
18,8
24,8
18,8
24,8
18,8
24,8
18,8
24,8
14,0
Высота
15,4
21,8
17,0
18,7
Ширина
4,5
4,5
6
6
9
9
12
12
9
9
12
12
18
18
24
24
27
27
4,5
6
105
УГТ1-3-60
УГТ1-3-80
УГТ2-3-50
УГТ2-3-80
60
80
50
80
3720
5120
3400
4950
17,0
18,7
19,0
19,0
9
12
6
6
Таблица 7.44
Тип электрофильтра и рекомендуемая скорость газа
Тип электрофильтра
УГ
УГТ
Обеспыливающий агрегат
Цементные мельницы, холодильники, вращающиеся печи
сухого и мокрого способов, сушильные барабаны, вихревые сушилки и т.д.
Вращающиеся печи сухого способа производства клинкера
Скорость газа в активном сечении, м/с
1,0-1,5
до 1,0
106
Таблица 7.45
Характеристика пылеулавливающего оборудования
Тип оборудования
Концентрация
пыли, г/м3
Циклоны типа ЦН-15
НИИОГаз
Циклоны типа
СКЦН-34
Циклоны пылевые
типа ЦП-2
Циклоны высокоэффективные СЦН-40
Фильтры рукавные
СМЦ-40
250 (1000
для слабослипающихся
пылей)
1000
Параметры эксплуатации
Температура
Допустигазов (воздуха)
мое разреК (0С), не божение, кПа
лее
673 (400)
5
Способ герметизации течек
Условия установки
до 5
Конусные мигалки
Могут устанавливаться вне помещения. При очистке отходящих
газов сушильных барабанов, сушилок, сырьевых мельниц сухого помола и аспирационного воздуха цементных мельниц циклоны необходимо теплоизолировать.
То же
В районах с умеренным климатом электрофильтры размещаются на открытом воздухе или под навесом.
То же
-//-//-//-
Подсосы
воздуха,
%
523 (250)
5
до 5
40
до 5
1000
673 (400) (250
– для угля)
673 (400)
5
до 5
100
413 (140)
3,5
до 10
СМЦ-169 (напорный)
ФРКН
50
50
413 (140)
403 (130)
3,5
5,0
до 10
Электрофильтры:
ЭГБМ
ЭГВ
ЭВВ
АК
Фильтры цепные
ФЗГМП
Фильтры зернистые
ФЗГМО
Пылеуловитель
инерционный
Скуббер тарельчатый
СТ-800-012
СТ-1000-02
СТ-1500-03
90
603 (330)
до 15
до 15
90
до 20
до 1000
5,0
603 (330)
до 473 (200)
623 (350)
353 (80)
до 15
до 1
от +2 до -4
5,0
до 15
до 15
до 15
до 10
Конусные мигалки
Питатель шлюзовый
Питатель шлюзовый
Затвор в комплекте с фильтрами
Питатель шлюзовый
Питатель шлюзовый
То же
-//-//-//-
5,0
383 (60)
5,0
до 10
-//-
-//-
30-500
573 (300)
2,0
до 2
-//-
до 30
до 523 (250)
3,6
до 2
Затвор типа «мигалка»
Шламоразгрузитель
1500
То же
То же
Рукавные фильтры устанавливаются в закрытом помещении. В
холодном помещении следует предусмотреть электрообогрев,
очистку и осушку сжатого воздуха.
То же
То же
Теплое, отапливаемое помещение
107
ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ В ТЕХНОЛОГИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
8.1. РАСЧЕТ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ
Целью расчета портландцементных сырьевых смесей является установление количественных удельных нормативов
потребности в сырьевых материалах, а также соотношений, в которых нужно смешать сырьевые материалы для получения сырьевой смеси и клинкера заданного химического состава.
Теоретически химический состав клинкера соответствует составу прокаленной сырьевой смеси, однако в реальных
условиях обжига во вращающихся печах коэффициент насыщения и модульные характеристики клинкера и сырьевой
смеси отличаются на величины АКН, An и Ар, определяемые применением зольного топлива (уголь, сланец) и безвозвратным избирательным пылеуносом. Кроме того, состав клинкера отличается от состава сырьевой смеси содержанием
второстепенных возгоняемых компонентов, не учитываемых расчетом — К2О, Ма2О, 8Оз и др. В реальных условиях
действующего завода соотношение химического состава клинкер — сырьевая смесь устанавливается статистически, по
химическим анализам средне-сменных или среднесуточных проб клинкеров и сырьевых смесей. В этом случае, с учетом АКН, An и Ар, безразлично, как вести расчет: на получение заданного состава сырьевой смеси или клинкера.
Состав клинкера, на который ведут расчет, задается, исходя из соотношения трех факторов:
— представлений об оптимальном (рациональном) составе;
— реальных сырьевых ресурсов завода;
— требований к составу выпускаемого цемента.
Под рациональным (оптимальным) составом сырьевой смеси понимают состав, обеспечивающий требуемые технические свойства готового продукта (цемента) и технологические свойства сырьевых смесей (технологичность шихты),—
состав, обеспечивающий максимальную производительность печей, минимальный расход тепла на обжиг, максимальную стойкость футеровки, легкую размалываемость клинкера и т. д.
Как правило, состав клинкера задается в минералогическом выражении и должен быть пересчитан на содержание оксидов и модульные характеристики по формулам:
%CaO  0,737C3S  0,651C2S  0,623C3 A  0,461C4 AF ; (8.1)
% SiO2  0,26C3S  0,349C2S; (8.2)
% Al2O3  0,377C3 A  0,210C4 AF ; (8.3)
% Fe2O3  0,329C4 AF . (8.4)
Таким образом, исходными данными для расчета портландцементных сырьевых смесей являются:
— химический состав исходных сырьевых компонентов (по данным химического анализа);
— химическая характеристика клинкера (или сырьевой смеси), выраженная в модульных значениях (КН, п и р).
Химический состав сырьевых материалов предварительно приводится к 100% путем добавления «прочих», если сумма по данным анализа менее 100%, и пересчета на 100%, если сумма оксидов превышает 100%.
Расчет сырьевой смеси начинается в любом случае с расчета двухкомпонентной шихты, в котором определяется соотношение известнякового и глинистого компонента для получения заданного значения коэффициента насыщения.
Если обозначить содержание SiO2 в первом компоненте Si, во втором O2, в сырьевой смеси SQ и в клинкере S, а содержание CaO, Fe2O3 и А12Оз — С, F и А с соответствующими индексами, то
KH 0 
C0  1,65 A0  0,35F0
(8.5)
2,8S0
Приняв соотношение 1-го и 2-го компонентов за Х:1, напишем:
C0
;
x 1
(8.6) (8.7) и т. д.
xC  C2
C0  1
;
x 1
S0 
Подставив эти выражения в формулу для коэффициента насыщения, получим основную формулу для определения
соотношения компонентов при расчете двухкомпонентной сырьевой смеси:
X 
2,8KHS2  1,65 A2  0,35F2  C2
(8.8)
C1  2,8KHS1  1,65 A1  0,35F1
В этом случае получается сырьевая смесь с заданным значением КН. Однако это неполная химическая характеристика клинкера, поскольку величина коэффициента насыщения характеризует лишь соотношение в клинкере минераловсиликатов C3S - и обеспечивает суммарное содержание СаО, гарантируя отсутствие в клинкере несвязанной извести.
Как правило, для получения заданных значений коэффициента насыщения и одного из модулей необходимо составление трехкомпонентной сырьевой смеси, а для заданных КН и двух модулей пир — четырехкомпонентной сырьевой
смеси, за исключением тех случаев, когда соотношение SiO2, А12Оз и Ре2Оз в двухкомпонентной шихте обеспечивает
приемлемое с практической точки зрения значение модулей.
Для определения необходимости введения дополнительных корректирующих компонентов следует рассчитать значение силикатного и глиноземного модуля (п и р) для двухкомпонентной сырьевой смеси. При этом, если заданные значения модулей обозначить через Пзадан. и рзадан., то следует рассмотреть четыре случая, исчерпывающие все возможные сочетания:
1) П>Пзадан. Р>рзадан.
2) П<СПзадан. Р<С рзадан.
3) П>Пзадан. р<рзадан.
4) П<СПзадан. р>рзадан.
Возможны три группы корректирующих добавок, имеющих высокое содержание одного из оксидов, определяющих
108
численное значение модулей:
— 1-я группа — железосодержащие корректирующие добавки (пиритные огарки, колошниковая пыль, железная руда). Эту группу добавок наиболее часто применяют в технологии портландцемента.
— 2-я группа — кремнеземсодержащие корректирующие добавки (кварцевый песок, маршалит, опока и др.). Эту
группу добавок применяют при использовании в качестве глинистого компонента низкокремнеземистых глин, доменных шлаков;
— 3-я группа — глиноземсодержащие корректирующие добавки. Как правило, в качестве глиноземсодержащей добавки используют бокситы. Потребность в такой добавке возникает, например, при применении в качестве сырьевого
компонента продукта комплексной переработки нефелинов — нефелинового шлама. Химический состав некоторых
корректирующих добавок приведен в таблице 8.1.
Таблица 8.1
Корректирующие добавки
Огарки Акмянского завода
Огарки Кувасайского завода
Колошниковая пыль (Косогорский завод)
Кварцевый песок
Кварцит (Кузнецкий завод)
Боксит (Пикалевский завод)
SiO2
16,11
12,00
14,43
Al2O3
6,27
2,38
3,01
93,70
95,99
5,28
2,91
1,31
49,73
Содержание оксидов, %
Fe2O3
Cao
MgO
71,41
2,02
1,60
75,77
1,46
0,24
59,31
6,70
1,30
1,08
1,01
21,73
0,82
0,64
4,38
0,32
0,20
0,30
SO3
2,90
0,43
-
п.п.п.
5,71
10,10
0,19
0,20
2,78
1,14
0,69
13,65
В практике наиболее часто встречается первый из описанных выше четырех возможных случаев необходимости введения корректирующих добавок (оба модуля превышают заданные значения). В этом случае очевидным является применение железосодержащих добавок, поскольку введение Рв2Оз снижает одновременно и силикатный и глиноземистый модуль. Однако, так как при введении железосодержащей добавки значения пир снижаются на неодинаковую величину, как правило, приходится ориентироваться на такое количество добавки, при котором сохраняются оба модуля
в приемлемых границах или обеспечивается заданное значение наиболее важного (с конкретных позиций) модуля.
Во втором из рассматриваемых случаев (оба модуля ниже заданных) для получения требуемого состава необходимо
введение двух корректирующих добавок — кремнеземистой и глино-земсодержащей. Такая ситуация возникает при
применении в качестве сырья низкокремнеземистых, высокожелезистых и низкоглиноземистых материалов. В практике
такой случай встречается редко.
В третьем случае повышение значения глиноземного модуля, при одновременном снижении силикатного модуля,
может быть достигнуто введением глиноземсодержащей корректирующей добавки. В практике такой случай встречается также редко.
В четвертом случае получение заданного состава достигается применением кремнеземистой и железосодержащей добавок. Такой случай является реальным, например, при использовании в качестве сырьевого компонента доменного
шлака.
После определения необходимости введения в портландцементную сырьевую смесь корректирующих добавок следует перейти к расчету трехкомпонентных и более сложных сырьевых смесей. Такие расчеты, как правило, выполняются
по методике, разработанной Киндом-Окороковым или Коганом.
По методу Кинда-Окорокова для расчета используют формулы, полученные подстановкой в выражения для коэффициента насыщения и модулей значений содержания оксидов в сырьевой смеси:
xS1  yS 2  S3
x  y 1
(8.9) и т. д., (8.10)
xA  yA2  A3
A0  1
x  y 1
S0 
где Si, 82, 83, АЬ А.2, А3 содержание SiC>2 и А2Оз соответственно в 1, 2 и 3-м компоненте, а X : Y: 1 — соотношение
компонентов.
Широко используется для расчетов портландцементных сырьевых смесей метод Л. С. Когана, представляющий собой
метод ступенчатого расчета. В этом случае, исходя из анализа результатов расчета двухкомпонентной сырьевой смеси
или непосредственно из модульных характеристик исходных сырьевых материалов осуществляется последовательное
приведение состава сырьевых компонентов к одинаковым значениям модулей путем взаимного корректирования компонентов друг другом. По этому методу четыре сырьевые компонента приводятся к условным трем, имеющим равные
значения одного модуля. Полученные три компонента последовательно приводятся к двум сочетаниям, имеющим уже
оба заданные модуля. И, наконец, для получения необходимой величины коэффициента насыщения устанавливается
соотношение двух условных компонентов с заданными пир.
Соотношения для получения компонентов с заданными значениями модулей устанавливаются, исходя из следующего: если содержание оксидов в двух смешиваемых компонента» обозначить за Si, Ai, Fi, 82, А2 и Fa, принять А + F = R,
а содержание оксидов в смеси двух компонентов при их соотношениях Х:1 обозначить за S см и RCM, то
Sсм 
xS1  S2
(8.11)
x 1
Rсм 
xR1  R2
(8.12)
x 1
Огарков на золу:
Подставив эти выражения в формулу для силикатного модуля
109
S
n  см ,
Rсм
получим выражение для определения соотношения смешиваемых компонентов для получения заданной величины силикатного модуля:
1,77  51,55
 1,88, (8.14)
48,45
Аналогично, для определения соотношения компонентов при заданной величине глиноземного модуля:
S  nR2
x 2
. (8.15)
nR1  S1
Общая последовательность выполнения расчета следующая:
A  pF2
x 2
.
pF1  A1
1. Расчет присадки золы топлива q, исходя из расхода топлива на обжиг, зольности топлива и доли присаживаемой
золы от общего его количества.
2. Приведение химического состава сырьевых материалов к 100% (прокаленным). Расчет модульных характеристик
сырьевых материалов и золы и назначение модулей для расчета.
3. Выбор пар компонентов, обеспечивающих заданное значение модулей. Последовательное приведение исходных
компонентов к условным составам с заданным п или р. Промежуточная проверка расчета.
4. Определение соотношения условных компонентов с заданным значением модулей на получение требуемой величины КН.
5. Расчет расхода сырьевых материалов на 100 кг клинкера, проверка расчета.
Некоторые затруднения на первых порах вызывает расчет расхода материалов на 100 кг клинкера.
Пример. Соотношение компонентов
— в известняке l(Hi): известняка
—94,44%;
огарков
— 5,56%;
— глины 1 (П): глины
—89,93%;
огарков
— 10,07%;
— в золе 1 (3i): золы
—48,45%;
огарков
— 51,55 %.
Если
q=l,77; £-=1,41;
^ = 2,57;
тогда
— откорректированной золы (3i):
З1  1,77  1,88  3,65,
— откорректированного известняка (Hi) на откорректированную золу (3i):
И1  3,65  2,57  9,38,
— «зольного клинкера»:
И1  З1  9,38  3,65  13,03,
— остального клинкера:
86,97  1,41
 50,88;
1,41  1
86,97
Г1 
 36,09.
1,41  1
100  13,03  86,97.
И1 
Итого: И|тк = 50,88 + 9,38 = 60,26; Г&к = 36,09; З&к = 3,65.
Известняка в И&к = 60,26-0,9444 = 56,91;
огарков в И|гк = 60,26-0,0556 = 3,35;
глины в Г|гк = 36,09 • 0,8993 = 32,46;
огарков в Г&к = 36,09-0,1007 = 3,63;
золы в Зотк = 1.77;
огарков в 3gTK = 1,88, таким образом содержание компонентов составит:
— известняка — 56,91;
— глины
— 32,46;
— огарков — 8,86;
— золы
— 1,77;
Итого: 100%.
Исходя из этих соотношений устанавливается расход сырьевых материалов за вычетом золы топлива и после пересчета прокаленных на сухие материалы.
Вышеизложенные сведения относятся к основным принципам расчета портландцементных сырьевых смесей аналитическими методами. Такие методы в процессе подготовки специалиста по специальности 2508 «Технология силикатных
и тугоплавких неметаллических материалов» должны быть освоены и глубоко поняты студентом, ими широко пользуются в промышленности, они являются также теоретической основой для выполнения расчетов сырьевых смесей современными машинными способами. Расчеты портландцементных сырьевых смесей машинными способами включают
расчеты на калькуляторах или с применением ЭВМ. Такие расчеты выполняются в ходе проектирования цементного
110
завода в системе автоматизированного проектирования (глава 5), как правило, при дипломном проектировании. Цель
расчетов портландцементных сырьевых смесей в режиме ЭВМ по разработанным программам — выбор оптимального
состава сырьевой смеси из многих вариантов, в зависимости от колебаний состава каждого из сырьевых компонентов,
различного вида корректирующих добавок, при варьировании состава портландцементного клинкера.
Результатом серии расчетов портландцементных сырьевых смесей, выполненных в системе САПР-цемент, и включающих в ряде случаев проработку 20—30 вариантов и более, является:
1. Обоснование количества компонентов сырьевой смеси.
2. Обоснование и выбор корректирующих добавок.
3. Определение изменения соотношения компонентов сырьевой смеси при изменении их состава в диапазоне, установленном при разведке карьера.
4. Обоснование необходимости разработки карьера в несколько уступов для одного вида сырья, например, «высокий»
известняк, «низкий» известняк и др.
5. Обоснование целесообразности выборочной добычи сырья и сброса низкокондиционных включений в отвалы.
6. Рекомендации по использованию в составе сырьевых смесей вскрышных пород.
Необходимые для выполнения серии расчетов на ЭВМ данные J могут быть получены в горном отделе или сырьевой
лаборатории, а также из отчетов геологов по разведке данного месторождения цементного сырья. Требования к составу
цементного сырья изложены в нормах технологического проектирования цементных заводов.
8.2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
Расчет материального баланса цементного завода является основой для выбора технологического оборудования и
технико-экономической оценки проектируемого предприятия.
Материальный баланс определяет потребность завода в сырье, топливе, добавках и вспомогательных материалах, необходимых для технологического процесса: воды, сжатого воздуха, разжижителей шлама, интенсификаторов помола,
футеровочных материалов и т. д.
В материальном балансе определяется также количество промежуточных продуктов (полупродуктов) технологии:
клинкера, сырьевой муки, шлама, и готового продукта — цемента различных видов и марок.
Для расчета материального баланса необходимо иметь следующие исходные данные:
— типоразмер и количество печей (технологических линий) для производства портландцементного клинкера;
— удельный расход сырьевых материалов по данным расчета сырьевой смеси;
— удельный расход топлива на обжиг клинкера и сушку добавок;
— ассортимент выпускаемой продукции и процент ввода добавок и гипса для цементов всех видов и марок;
— естественную влажность сырьевых материалов, топлива и шлама.
Учет производственных потерь при расчете материального баланса:
— потери сырьевых материалов принимаются суммарно по всему переделу переработки сырья (кроме карьера) в количестве 0,5% и учитываются при расчете удельного расхода сырья;
— потери твердого топлива по всем переделам его переработки принимаются 1,0%, при применении бурых углей —
2,0%, жидкого топлива и газа — 0,3%;
— потери цемента принимаются 0,5%, клинкера — 0,5%, добавок и гипса — 1,0%.
8.2.1. Расчет мощности завода по клинкеру и цементу
Мощность (производительность) завода устанавливается по количеству технологических линий (печей), исходя из гарантированной часовой производительности печей и нормативного коэффициента их использования в течение года.
Проектная производительность завода по клинкеру рассчитывается по формуле:
Qкл  n  q  8760  KИ (т/год), (8.16)
где n — число технологических линий (печей) для обжига клинкера; q — гарантированная часовая производительность одной печи в тоннах (табл. 8.2); 8760 — годовое календарное время в часах; Ки — коэффициент использования
годового календарного времени (табл. 8.2).
Коэффициент использования годового календарного времени работы печей определяют по формуле:
К
8760  П
,
8760
где П — количество часов простоя печи при ремонте за один год (в среднем).
Таблица 8.2
Производительность и коэффициент использования вращающихся печей*
Способ роизводства
Мокрый
Сухой,печи с цклонными еплообменниками
Сухой, печи с циклонными теплообмнниками
и декарбонатором
Типоразмер печи
5,6х185 м
5,0х185 м
4,5х170 м
4,0х150 м
3,6х150 м
7,0х6,4х95 м
5,0х75 м
4,0х60 м
3,6х56 м
4,5х80 м
Кн
0,89
0,89
0,90
0,91
0,92
0,80
0,875
0,90
0,91
0,85
Произвдтельность,т/ч
76
72
50
35
25
132
70
42
31
125
5,0х100 м
4,0х60 м
3,6х56 м
0,82
0,90
0,91
210
87
67
•Примечание: Производительность печей, приведенная в таблице 8.2, дается для «типовых» сырьевых матери111
алов — известняка и глины при потере при прокаливании сырьевой смеси 36—37%. В случае использования
нетрадиционного сырья и, в частности, промышленных отходов (шлаков, шламов, зол) производительность печей уточняется по фактическим данным. При отсутствии экспериментальных данных производительность печи, работающей на нетрадиционном сырье, может быть откорректирована! исходя из условий обжига одинакового количества сухой сырьевой смеси, обжигаемой в единицу временя. В этом случае снижение величины потери при прокаливании смеси пересчитывается на соответствующее увеличение выхода клинкера.
При мокром способе производства клинкера производительность печей должна корректироваться также при
влажности шлама, отличающейся от расчетной (38%), а печей 5,6X185 м — 42%.
При расчете производительности завода по цементу содержание в нем гипса принимается равным 5% масс.
Производительность по цементу (Qu.su, т в год) рассчитывается по формуле:
Qцкм 
Qкл  100
, (8.18)
М ср  0,95
где Qvi — производительность завода по клинкеру, т/год; 0,95 — коэффициент, учитывающий содержание гипса; Мср
— средневзвешенное содержание клинкера, масс.%, в цементах всех видов и марок на проектируемом предприятии.
«Мср» рассчитывается по формуле:
М ср 
N1100  D1   N 2 100  D2   ...  Ni 100  Di 
, (8.19)
100
где D1 — содержание добавок в цементе первого вида (марки), масс.%; D2 — содержание добавок в цементе второго
вида (марки), масс.%; DJ — содержание добавок в цементе i — того вида (марки), масс.%; NI, N2,...Nj — доля в общем
выпуске цемента каждого вида, масс.%, при условии что N! + N2...Ni= 100%.
Так, например, если на проектируемом заводе предполагается выпуск:
шлакопортландцемента с 60% шлака
— 40%,
портландцемента с минеральными добавками Д-20 —15%,
портландцемента Д-5 —45%,
то средневзвешенное содержание клинкера
M ср 
100100  60  15100  20  45100  5
 70,75%
100
Проектная производительность завода по цементу определяется ассортиментом продукции, предусмотренным в задании на проектирование. Для расчета необходимы следующие данные:
1. Доля цемента каждого вида от общего выпуска цемента на проектируемом предприятии в масс.%.
2. Максимальное содержание добавок в цементе каждого виде-;
8.2.2 Определение удельного расхода сырьевых материалов, топлива и вспомогательных материалов
Исходные данные для расчета удельного расхода сырьевых материалов на 1 т клинкера должны быть получены из
расчета соответствующей сырьевой смеси.
Удельный расход сырьевой смеси (1, т/т кл.) рассчитывается по формуле:
l
100  q
,
100  п.п.п.
где q — присадка золы топлива (при использовании твердого топлива), масс.%; п.п.п.— потери при прокаливании
сырьевой смеси (получены из расчета сырьевой смеси), масс.%.
Удельный расход каждого сырьевого компонента рассчитывается как
с
l  Ci
,
100
где l — удельный расход сырьевой смеси; Ci — содержание, масс.%, каждого компонента сырьевой смеси (по результатам расчета сырьевой смеси).
Удельный расход топлива определяется из расчета тепловых балансов печных, сушильных и сушильно-помольных
агрегатов. Ориентировочные (средние по промышленности) удельные расходы сырья, топлива и вспомогательных материалов составляют:
карбонатный компонент—1100—1350 кг/т клинкера;
глинистый компонент — 200—350 кг/т клинкера;
корректирующие добавки—10—100 кг/т клинкера;
топливо условное на обжиг клинкера:
по сухому способу — НО—135 кг/т клинкера;
по полусухому способу — 150—180 кг/т клинкера;
по мокрому способу — 200—235 кг/т клинкера.
сжатый воздух — 60—80 нм3/т цемента; добавки в цемент — 0—250 кг/т цемента; гипс — 30—80 кг/т цемента; мелющие тела — до 1,05 кг/т цемента; огнеупоры — 1,5 кг/т клинкера.
8.2.3 Режим работы производственных отделений и годовой фонд рабочего времени
Режимы работы производственных отделений выбираются в соответствии с режимом работы машин и оборудования
(таблица 8.3).
Режим работы карьеров принимается в две смены при непрерывной рабочей неделе.
Режим отделений предварительного измельчения сырьевых материалов (дробилки, болтушки, дробильно-сушильные
агрегаты, мельницы «Аэрофол» и «Гидрофол») взаимосвязан с режимом работы соответствующих карьеров.
Отгрузка цемента из силосов и режим работы упаковочного отделения определяются периодичностью поступления
железнодорожного или автомобильного транспорта.
Номинальный годовой фонд рабочего времени по подразделениям, работающим на непрерывном режиме, принимает112
ся 365 суток или 8760 часов. При прерывном режиме работы подразделений номинальный годовой фонд рабочего времени определяется как разность между календарным временем (365 суток) и выходными и праздничными днями.
Режим работы машин и оборудования по основным производствам (переделам)
Режим работы машин и оборудования по основным переделам следует принимать в соответствии с табл. 8.3.
Таблица 8.3
№№
п/п
1.
2.
3.
Наименование производства (переделов)
Отделение предварительного измельчения сырьевых
материалов, добавок и топлива (дробилки, мельницы
грубого измельчения и т.п.)
Дробилки-сушилки
Склады сырьевых материалов, добавок, топлива, сырьевой смеси, клинкера, цемента, интенсификаторов, минерализаторов, пластификаторов
Количество
смен в сутках
2
3
2-3
4.
Отделение помола цемента, компрессорная, мокрый
помол сырья
2-3
5.
Цех обжига клинкера, сухой помол сырья, сушильные и
топливоподготовительные отделения
Установки для отгрузки готовой продукции (цемент,
клинкер, мука, щебень и т.п.) и для приема поступающих на промплощадку грузов (топливо, добавки, вспомогательные материалы и т.п.)
3
6.
1-3
Примечание
Исключая дробилкисушилки
В зависимости от режима
работы производств,
обеспечивающих подачу
и потребление складируемых материалов
С учетом пиковых нагрузок в региональных
(местных) энергосистемах
Уточняется в зависимости от режима подачи
железнодорожных вагонов и автотранспорта
8.2.4 Основные условия расчета материального баланса завода
1. Расходы и потребности сырья, материалов, полупродуктов производства и готовой продукции в статьях материального баланса рассчитываются в год, сутки и час.
2. Расходы материалов, связанные с обеспечением непрерывной работы печей: сырья, корректирующих добавок, разжижителей шлама, топлива, рассчитываются исходя из потребности печей при работе их 24 часа в сутки. При этом расчет ведется исходя из производительности печи по клинкеру на основе установленных ранее удельных расходов сырья,
материалов и топлива в тоннах на 1 тонну клинкера. Годовая потребность в сырье и топливе рассчитывается по годовой
потребности печей с учетов коэффициента их использования (Ки).
3. Статьи материального баланса по материалам и продукции, не связанным с непрерывным питанием печи (цемент,
гидравлические добавки, гипс, интенсификаторы помола), определяются исходя из годовой производительности завода
по цементу на основе принятого режима работы соответствующих отделений (помол цемента, сушка добавок).
8.2.5 Примеры расчета некоторых статей материального баланса
Исходные данные:
часовая производительность печи — 125 т;
количество технологических линий — 1;
коэффициент использования печи — 0,90.
Расход известняка:
Удельный расход — 1,45 т/на 1 т клинкера.
Влажность — 10%.
Удельный расход с учетом 0,5% производственных потерь — 1,46 т/на 1 т клинкера.
Расход в час: 1,46-125-100= 182,2 сухого.
202,4 влажного.
Расход в сутки: 182,2-24 = 437 сухого.
485 влажного.
Расход в год при Ки = 0,9 • 437 • 365 = 1436530 сухого.
1596144 влажного.
Аналогично рассчитываются другие статьи баланса по материалам, обеспечивающим непрерывное питание печей:
глины, корректирующих добавок: разжижителей шлама, воды, сухой сырьевой смеси, шлама с заданной влажностью, а
также топлива на обжиг клинкера.
Расход гидравлических добавок:
Производительность по клинкеру:
Qкл  125  24  365  0,9  985500 т в год.
МСР — средневзвешенное содержание клинкера в цементе — 70,75%-Расход добавки (например, шлака) в год: 407433
сухого, 462992ч с влажностью 12%.
Производительность по цементу:
Qцем 
985500
985500

 1466300 т в год.
М ср  0,95 0,7075  0,95
Расход шлака в сутки:
407433 : 300 = 1358 т сухого
1543 т влажного (12%),
где 300 — число рабочих дней в году отделения сушки шлака. Расход шлака в час:
113
1358 : 24 = 56,6 т сухого.
64,3 т влажного (12%).
Аналогично рассчитываются статьи баланса по таким материалам как цемент, гипс, добавки-интенсификаторы помола (исходя из режима работы цементных мельниц — 307 дней в году, 23 часа в сутки), а также сжатый воздух (на перемешивание сырьевой смеси или шлама, транспортирование и аэрацию цемента и др.). Пример формы записи материального баланса цементного завода исходя из вышеприведенных исходных данных (1 технологическая линия с печью
125 т клинкера в час) предТаблица 8.4
Материальный баланс завода
Наименование
Известняк, т:
сухой
с влажностью 28%
Глина, т:
сухая
с влажностью 28%
Огарки, т
Сухой сырьевой смеси,
т
Шлама с влажностью
38%, м3
Разжижителя шлама, т
(ЛСТ, 50% концентрации)
Вода на приготовление
шлама, м3
Клинкер, т
Топливо – уголь, т:
на обжиг
на сушку
Цемент, т
Удельный расход
на 1 т клинкера
Потребность
в сутки
в год
1,46
182
202
4373
4859
1436530
1596144
0,13
0,02
1,61
16
23
2,5
20
390
542
60
4830
128115
177942
19710
1586655
1,63
204
4890
1606365
0,0032
0,4
9,6
3154
0,99
124
2970
975645
0,23
125
29
3000
690
985500
226665
-
208
4776
1466300
10
239
73315
Гипс, т
Шлак, т:
сухой
с влажностью 12%
Интенсификатор помола ТЭА, т
в час
-
57
64
0,10
1358
1543
2,4
Примечание
Объемная масса
шлама принята 1,6
т/м3
Расход ЛСТ – 0,1%
от массы сухой сырьевой смеси.
Принято 230 кг на 1
т клинкера
При режиме работы
отделения цементных мельниц 307
дней в году и 23 ч в
сутки
то же
При режиме работы
300 дней в году и 24
ч в сутки
407433
462992
733
Принято 0,05% от
массы цемента
8.2.6 Определение количества и производительности основного технологического оборудования
Расчет количества технологического оборудования производится исходя из необходимости переработки суточной потребности материалов по статьям материального баланса. Для выбранного типа технологического оборудования рассчитывается годовой коэффициент использования (Ки), который должен соответствовать средним значениям по промышленности для этого типа оборудования (табл. 8.5). Коэффициент использования оборудования рассчитывается по
формуле:
Кн 
Ф
, (8.22)
Р  8760
где Ф — количество перерабатываемого материала по статье материального баланса, тонн в год; Р — часовая производительность агрегата, т/ч; 8760 — номинальный годовой фонд рабочего времени.
При несоответствии Ки средним значениям необходимо выбрать другой тип оборудования с большей или меньшей
производительностью.
Таблица 8.5
Коэффициент использования технологического оборудования
Наименование агрегата
Агрегаты для дробления карбонатного сырья
Агрегаты для дробления и подсушки гипса
Штабелеукладчики карбонатного сырья
Штабелеразборщик усреднительного склада
Агрегат для помола и сушки сырья с вертикальной тарельчато-роликовой мельницей
Агрегат для помола и сушки с трубной (шаровой) мельницей
Мельница мокрого самоизмельчения «Гидрофол»
Ки
0,47-0,56
0,75
0,47-0,56
0,77
0,77
0,77
0,80
114
Трубная (шаровая) стержневая мельница мокрого помола сырья
Агрегаты для размола цемента:
по открытому циклу
по замкнутому циклу
Сушильный барабан
Установки для сушки в кипящем слое
0,82
0,82
0,80
0,85
0,80
Пример: Для первичного дробления 4859 тонн известняка в сутки (табл. 8.4), по соответствующим справочным данным, могут быть установлены щековые дробилки с производительностью 250 т/ч, 500 т/ч, 1000 т/ч. Для всех трех типов
щековых дробилок может быть установлена одна дробилка, только при производительности 250 т/ч она будет в сутки
непрерывно работать 4859:250 = 19,5 ч, при 500 т/ч — 9,7 ч, при 1000 т/ч — 4,8 ч.
КИ 
1596144
1596144
 0,73 К И 500 
 0,37.
250  8760
500  8760
Коэффициент использования дробилки (при годовой переработке 1596144 т известняка (табл. 8.5)) составит в этих
случаях:
К И 100 
1596144
 0,18.
1000  8760
Наиболее близок к рекомендованному коэффициент использования дробилки с производительностью 500 т/ч, ее и
выбираем для установки на проектируемом участке дробления.
8.3 ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ
Выбор оборудования и расчет его производительности осуществляются исходя из проектной мощности завода и материального баланса, которыми определяется количество материалов, применяемых в технологическом процессе производства цемента от добычи сырья до отгрузки цемента в транспортные средства.
Для комплектации технологических заданий производства цемента осуществляют поверочные расчеты оборудования,
по результатам которых выбирают типоразмер оборудования, обеспечивающий надежную работу того или другого передела производства.
При расчетах за основу принимается проектная мощность завода по клинкеру и цементу, исходя из которой по расходным коэффициентам сырьевых материалов и топлива на тонну клинкера определяется часовая потребность в материалах, на основании которой осуществляется выбор оборудования по каталогам заводов-изготовителей.
При выборе оборудования учитываются физические свойства материалов, способы их последующей переработки, а
также экономические факторы, влияющие в последующем на технико-экономические показатели проекта (удельные
капиталовложения, энергозатраты и др.)
Главные переделы цементного производства, по которым осуществляются поверочные расчеты оборудования, следующие:
1. Карьеры — оборудование для добычи и транспорта сырьевых материалов.
2. Дробление сырьевых материалов — дробильные установки для дробления сырьевых материалов.
3. Усреднение сырьевых материалов — штабелеукладчики и штабелеразборщики.
4. Приготовление сырьевой шихты — помольные установки для сырьевых материалов.
5. Гомогенизация и хранение сырьевой шихты — силосы для усреднения и хранения сырьевой муки, шламбассейны
при мокром способе производства.
6. Обжиг сырьевой шихты и охлаждение клинкера — печные агрегаты для обжига клинкера.
7. Помол цемента — агрегаты для помола цемента.
8. Сушка добавок — сушильные установки для сушки минеральных добавок.
9. Хранение и отгрузка цемента — силосы для цемента, устройства для отгрузки цемента, упаковочные.
10. Приемные устройства — оборудование приемных устройств для сыпучих материалов.
Карьеры. В кратком описании месторождений сырьевых ма-тералов и карьеров приводятся данные о расположении
месторождений относительно завода, условиях залегания и запасах сырья по категориям, качестве сырья и пригодности
его для производства цемента, системе разработки сырья и его транспорта.
При выполнении расчетов, исходя из мощности цементного завода по клинкеру, определяется потребная производительность карьера, необходимое 'количество экскаваторов или скреперов при выбранной емкости ковша, и потребность
в подвижном составе в зависимости от выбранного вида транспорта.
Дробление сырьевых материалов
Для дробления сырьевых материалов и технологических добавок в цементной промышленности применяются щековые, щечно-валковые, валковые, конусные, ударно-отражательные и молотковые дробилки.
Выбор типа и мощности дробилки зависит от физических свойств материала, требуемой производительности и принятой степени дробления.
Для выбора дробилок по результатам материального баланса определяется потребная часовая производительность
дробильного отделения с учетом числа смен работы дробилок в сутки, неравномерности поступления материала и др.
Ориентировочная часовая производительность дробильного отделения определяется по формуле:
nGb  nG0BH K , (8.23)
где nGb — потребность в сырье естественной влажности для обеспечения часовой производительности дробильного
отделения, т/час; nG0 — проектная часовая производительность цеха обжига, т/час; В н — норма расхода сырья естественной влажности с учетом производственных потерь, на 1 т клинкера, т; К — коэффициент сменности, выражаемый
дробью, числитель которой равен числу смен работы печей, т. е. трем, а знаменатель числу смен работы дробилок.
На основании расчета осуществляется выбор дробилок по каталогам заводов-изготовителей.
Усреднение сырьевых материалов
Выбор характеристик машин для укладки материалов в усреднительные склады (штабелеукладчиков) осуществляет115
ся, исходя из способов усреднения и мощности дробильного отделения, а машин для разборки штабелей (штабелезаборщиков) — из ycловий потребности отделения помола сырья.
Приготовление сырьевой шихты. Приготовление сырьевой шихты осуществляется в агрегатах различных конструкций (шаровые мельницы, вертикальные роликовые мельницы, мельницы самоизмельчения (типа «Аэрофол») с мельницами домола и др., выбор которых связан с физическими свойствами материалов и необходимой производительностью
передела приготовления сырьевой шихты, а также принимаемыми компоновочными решениями.
Потребная часовая производительность цеха помола сырья (по сухому веществу) определяется по формуле:
nGc  nG0 AH , (8.24)
где nGc — потребная часовая производительность цеха помола сырья (по сухому веществу), т/час; nG0 — проектная
часовая производительность цеха обжига, т/час; AH — норма удельного расхода сырья на 1 т клинкера, т, с учетом потерь сырья в производстве.
Потребная часовая производительность цеха помола сырья определяется по формуле:
 qy  nG0 AH K M
 qy , (8.25)
nGэ  nGc K M
где Gg — потребная часовая производительность цеха помола сырья, т/час; КM — коэффициент размолоспособности
сырьевой шихты; qy — поправочный коэффициент на тонкость помола сырьевой шихты.
Суточная и годовая производительности цеха помола сырья должны иметь резерв, учитывающий простои помольного
оборудования и цеха обжига, возможное увеличение часовой производительности агрегатов обжига клинкера до расчетной производительности.
Выбор помольных агрегатов сырья осуществляется из условий принятой технологической схемы.
8.4 РАСЧЕТ СКЛАДОВ КУСКОВЫХ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
8.4.1 Расчет складов кусковых материалов
При проектировании и расчете складов необходимо определить:
1. Назначение склада (базисный, расходный) и вид хранимого материала.
2. Нормативное время хранения материала на складе.
3. Тип склада и вид механизации.
4. Рассчитать требуемую емкость склада и выбрать его размеры (длина, ширина, высота штабеля).
5. Тип приемных устройств и вспомогательных механизмов, обеспечивающих их бесперебойную работу.
Расчет хребтовых и полубункерных складов. Размеры склада зависят от типа и формы штабеля, в значительной степени определяемых выбранной схемой механизации. Расчет ориентировочной емкости (м3) и площади (м2) склада производится по формулам:
Vn 
Ak PyCH
365K H  H
F
; (8.26)
VH
K1. (8.27)
K2H M
где Vn — потребная для данного материала емкость склада, м 3; Ак — производительность завода по клинкеру, т/год;
Ру — удельный расход материала на 1 т клинкера; Сн — нормативный запас материала в сутках (табл. 8.6); КH — коэффициент использования агрегатов, для питания которых используется данный материал; ςH — объемная масса материала, т/м3 (табл. 8.8); KI — коэффициент, учитывающий разрывы и проезды на складе, разгрузочные канавы, ремонтные
площадки и т. п.; Ki~l,2-=-l,5; K^ —коэффициент использования теоретического объема штабеля, зависящий от формы
и размеров штабеля (табл. 8.7); Нм — максимальная высота штабеля при использовании грейфера Нм = Нгр — 1; где Нгр
— максимальная высота подъема грейфера, м.
Таблица 8.6
Нормы запасов и складирования сырья, основных и вспомогательных материалов, полуфабрикатов и готовой
продукции
Наименование материала
Карбонатный компонент
Глинистый компонент
Запас в сутках
Годовая производительность завода
по цементу
до 1 млн
1,0-2,0
Свыше 2,0
т в год
млн т в
млн т в
год
год
10
3-5
3-4
3
2-3
2-3
Сырьевой шлам
Глиняный шлам
промежуточный шлам
Сырьевая мука
Корректирующая сырьевая мука
Клинкер
3
2
2
4
2
10
3
1-2
1-2
4
1-2
4-5
2,5-3,0
1
1
4
1-2
4
Добавки гидравлические, корректирующие, гипс
Поверхностно-активные вещества,
интенсификаторы, минерализаторы
Цемент
Твердое топливо
30
30
30
30
30
30
20
30
10-15
30
10
20
Примечание
При неслипающемся
материале
Резервный склад объемом
3-5% от годовой производительности завода
Запас на расходном скла-
116
де 10 суток
Мазут как основное топливо (при доставке по ж.д.)
Мазут как резервное топливо (при
доставке по ж.д.)
Мазут как основное и резервное топливо (при доставке по трубопроводу)
Мешки для упаковки цемента
Мелющие тела
Горючесмазочные материалы
Огнеупоры
15
15
15
15
10-15
10
5
2-5
2
30
30
30
Не менее 24 м3 каждого типоразмера
Не более 6000 м3
Полуторный запас для каждого типоразмера вращающихся печей
и дополнительный комплекс для футеровки горячей зоны
Таблица 8.7
Значение клэффициента использования теоретического объема штабеля
Вид и форма штабеля
Склад с грейферным краном и подпорными стенками (при наличии разделительных стенок)
Штабели трапецеидального сечения
Штабели треугольного сечения
К2
0,85-0,90
0,75-0,80
0,45-0,50
* Примечание. При определении объемов складов следует брать наименьшие значений, а при расчете нагрузок
строительных конструкций — наибольшие.
Таблица 8.8
Насыпная масса и угол естественного откоса материалов
Материал
Известняки крупнодробленые
Известняки с мажущими включениями
Мел кусковой (влажностью 20-25%)
Глина:
дробленая влажная
дробленая сухая
недробленая влажная
Глинистые сланцы
Клинкер вращающихся печей
Огарки пиритные
Песок:
сухой
влажный
Уголь:
антрацит
орешек
бурый
Шлак доменный сухой
Гипс:
размер куска 100 мм
мелкокусковой
Насыпная масса,
т/м3
1,5-1,8
1,3-1,4
1,2-1,4
угол естественного откоса и
подкос, град.
35-40
35-45
40-45
в зависимости от физических
свойств материала
1,6-1,8
1,4-1,6
1,6-2,0
1,4-1,5
1,50-1,65
1,6
33
-
1,6
1,8
35
40
0,9
0,8
0,7
0,5-0,8
30
40
45
35
1,45
1,35
30
40
Определение размеров эстакадно-гравитационных складов (хребтового типа) осуществляется по формулам (8.28,
8.29).
Ширина основания штабеля (В) треугольного сечения, образованного при отсыпке ленточным транспортером, рис.
8.1 связана с высотой отвала (Н0) соотношением:
B  2H0ctg , (8.28)
где а — угол естественного откоса. Погонная емкость склада (м 3/м) составит:
V   H 02ctg  (8.29)
117
В случае хранения материала в полубункерном складе (рис. 8.2) его поперечное сечение представляется состоящим из
2-х или 3-х треугольников с высотами HI, Нг и Нз, которые связаны с шириной следующими соотношениями:
B  4 H1ctg 1
B  2 H 2ctg 1 (8.30)
B  2 H 3ctg 1
где a1 — угол наклона днища полубункера, причем сц » UQ + + 5,где ао _ угол трения в покое для данного материала и
днища бункера
Погонная емкость полубункерного склада (в м3/м) составляет: при одном полубункере
V   2 H 22ctg  (8.31)
а в случае, если а Ф ai:
V   H 22ctg   H32ctg 1 (8.32)
При двух полубункерах (рис. 8.2):
V   H 22ctg   H12ctg 1.
Расяет силосных складов кусковых материалов. Силосные склады представляют из себя вертикальные цилиндрические емкости с отношением высоты к диаметру 1,5:1 и более.
Силосные емкости могут служить не только для хранения, одновременно они являются и расходными резервуарами,
т. е. заменяют бункера, необходимые для организации питания помольных агрегатов.
Загрузка силосных емкостей осуществляется обычно ленточными транспортерами, элеваторами и скребковыми
транспортерами. Нижняя часть силоса должна иметь форму усеченного конуса, угол наклона которого должен на 10—
15 ° превышать угол естественного откоса находящегося в силосе материала. На выходе из конуса устанавливается питатель, чаще всего тарельчатый (дисковый), скомбинированный с ленточными весами. Преимуществом складов такого
типа является отсутствие пылеобразования при загрузке, хранении и дозировании материала.
Размер выходного отверстия силоса принимается по размерам питателя, устанавливаемого под ним. В практике проектирования максимальный размер принимается равным 800 мм. Нижняя часть силоса может иметь два разгрузочных
отверстия.
Определение размеров силосного склада кусковых материалов выполняется в следующем порядке:
1. По формуле (8.26) рассчитывается потребная емкость склада (Vn).
2. Количество силосов определяется из выражения
V
n n,
Vc
где Vc — полезный объем одного силоса, (см. таблицу 8.9)
Таблица 8.9
Диаметр силоса, м
6,0
6,0
12,0
12,0
Высота цилиндрической части
силоса, м
21,6
31,2
19,8
33,0
Полезная емкость
силоса Vc, м3
500,0
750,0
1700,0
3000,0
8.4.2 Расчет и проектирование бункерных складов g
При сравнительно небольших расходах материалов и на заводах небольшой мощности кусковые и порошкообразные
материалы хранят в бункерах (железобетонных или стальных). Форму и размеры бункеров, угол наклона стенок и размер выходного отверстия выбирают в соответствии со свойствами материалов, подлежащих хранению (рис. 8.3).
Наименьший размер выпускного отверстия бункера должен превышать максимальный размер кусков материала в 4—6
раз. Отношение полезной емкости бункера Уб к геометрической V0 называется коэффициентом заполнения бункера
(Кз). Коэффициент заполнения бункеров принимается равным 0,85-^0,90. На выходе бункера оборудуются затворами
или механическими питателями (вибрационными, дисковыми, пластинчатыми, ленточными, скребковыми или лотковыми).
Наибольшее применение имеют бункера прямоугольного поперечного сечения. Верхняя часть бункеров имеет верти118
кальные стенки, высота которых не должна превышать более чем в 1,5 раза размеры бункера в плане, нижняя часть
бункера выполняется в виде усеченной пирамиды с симметричными или лучше несимметричными стенками. Угол
наклона воронкообразной части бункера должен на 10—15 ° превышать угол естественного откоса материала в покое.
Требуемый геометрический объем бункера V0 определяют по формуле
V
V0   (8.35)
Kз
где Кз — коэффициент заполнения
Полезная емкость (Уб) рассчитывается
по формуле:
Q
(8.36)
V6 
H
где Q — производительность питаемого из бункера агрегата, т/ч; 1 — нормативное время запаса материала, ч; ςH —
насыпная масса материала, т/м3
При проектировании бункеров для питания помольных установок с сушкой необходимо учесть количество испаряемой влаги (в случае, если производительность агрегата подсчитывается по сухому материалу).
Для помола Q т/ч материала с конечной влажностью W2 требуется исходного продукта QHn с влажностью wi:
Qип  Q
1  w2
, т / ч (8.37)
1  w1
8.4.3 Расчет смесительных силосов сырьевой муки
Смесительные коррекционные силосы служат для приготовления и хранения сырьевой смеси постоянного и заданного состава. При проектировании руководствуются следующими положениями:
1. Общий полезный объем силосов должен соответствовать четырехсуточному запасу сырьевой муки (таблица 8.6).
2. Диаметр смесительных силосов рекомендуется принимать в пределах от 6 до 12 м.
3. Соотношение диаметра и высоты при использовании систем пневмоперемешивания должно быть в пределах от
1:0,8 до 1:1,5.
4. Рекомендуемое количество смесительных силосов должно быть не менее двух.
5. Днище смесительного силоса должно быть оборудовано разрыхлительной системой с площадью активной поверхности около 70% от общей площади поперечного сечения. Расход сжатого воздуха принимается порядка 0,4 нм 3/мин на
1 м2 активной поверхности системы аэрации.
В случае использования в технологии приготовления сырьевой муки принципа порционного корректирования обычно
проектируется установка на заводе силосов двух типов — гомогенизационных (коррекционных) и запасных. Коррекционные силосы принимаются диаметром 5—6 м и высотой порядка 11 м, а запасные диаметром до 18 м высотой до 42 м.
Над коррекционными силосами устанавливаются вторым ярусом две емкости диаметром 5,5 м для корректирующих
смесей. Может применяться одноярусное и двухъярусное расположение гомогенизационных и запасных силосов порционного или непрерывного действия. Подача сырьевой муки при двухъярусном хранении должна предусматриваться
только в гомогенизационные силосы, из которых сырьевая мука подается в запасные емкости.
Количество коррекционных силосов определяется по формуле
VM  0
n
 0,8 (8.38)
 H 0,8Vc
где Vc — полезная емкость силоса, м3; VM — суммарная производительность сырьевых мельниц; τ0 — время, необходимое для перемешивания сырьевой муки, отбора проб, корректирования и перекачки в запасной силос; ςH — насыпная
масса сырьевой муки, т/м3 (зависит от величины давления, создаваемого находящимися в силосе материалами, см. табл.
8.10).
Необходимо учитывать среднее давление материала.
Таблица 8.10
Насыпная масса сырьевой муки (т/м3) и ее изменение в зависимости от величины давления, действующего на
материал
Материал
Объемн. масса в аэрированном сост, т/м3
Обычная сырьевая мука
Сырьевая мука, содержащая
шлак в качестве глинистого компонента
770
-
Удельное давление, кг/см2
0
850
940
1,0
1220
1435
2,0
1305
1560
4,0
1360
1565
10,0
1470
1570
Количество запасных силосов определяется по следующей формуле:
 Ak Py C H

n1  
 0,8nV H  / Vз н  (8.39)
 365 Kип

где Кип — коэффициент использования вращающихся печей (см. табл. 8.2); VЗ — полезная емкость одного запасного
силоса; остальные обозначения совпадают с ранее использованными в формулах (8.36 и 8.38).
Количество запасных силосов рекомендуется принимать от 2 до 4—6 штук.
119
8.4.4 Расчет силосных складов цемента
Определение гранулометрического объема силосов (в м3) для хранения запаса цемента ведется по формуле:
Vц 
АцСн
365 ц К з
, (8.40)
где Ац — производительность завода по цементу, т/год; Сн — нормативный запас (табл. 8.6); £>ц — насыпная масса
цемента, загружаемого в силосы, т/м3. Для шлакопортландцемента (в зависимости от количества шлака)— 1,15—1,30;
для пуццоланового цемента — 1,20; для портландцемента — 1,45; Кз — коэффициент заполнения силосов из расчета
наличия незаполняемого пространства высотой в 2 м до верхнего обреза силоса. Кз обычно принимается равным 0,9.
Емкость силосов, используемых для хранения цемента, в среднем соответствует данным табл. 8.11.
Таблица 8.11
Диаметр силоса, м
6
10
12
15
18
Емкость силоса, т
600
2400
4500
6000
9000
8.4.5 Расчет отделения приготовления и хранения сырьевого шлама
Для приготовления и хранения сырьевых шламов используются два типа бассейнов — вертикальные и горизонтальные.
В случае применения поточной схемы приготовления сырьевого шлама используется один тип бассейнов — горизонтальные, при порционном корректировании (применяемом на старых действующих предприятиях и на проектируемых
заводах небольшой мощности, и в специальных случаях) корректирование шлама осуществляется в вертикальных
шламбассейнах, а хранение — в горизонтальных.
Для усреднения и хранения готового шлама (при поточной схеме корректирования) следует проектировать горизонтальные круглые бассейны емкостью не менее 8000 м 3, оборудованные крановыми мешалками с пневмомеханическим и
гидравлическим перемешиванием. При использовании специальных шламов (нефелинового, грубомолотого, известково-огарочного и др.) допускается применение вертикальных шламбассейнов емкостью 800—1200 м3 с коническим дном,
углом наклона днища не менее 60 ° и пневмоперемешиванием. Количество бассейнов во всех случаях должно быть не
менее двух. Диаметр горизонтальных шламбассейнов составляет 25—60 м, а высота 6—8 м. Рекомендуемые диаметры
вертикальных бассейнов от 6 до 10 м, а отношение высоты к диаметру порядка 2:1.
Количество горизонтальных бассейнов (пг) определяется по формуле:
nr 
Aкл РшСн
, (8.41)
365КипVгш
где VГШ, — емкость одного горизонтального бассейна заполненного на 0,5—0,6 м ниже обреза; Рш — удельный расход
сырьевого шлама, м3/т клинкера; АКЛ — производительность завода по клинкеру, т/год.
При установке вертикальных шламбассейнов количество горизонтальных определяется по формуле:
A Р С

nr   кл ш н  nBVB  / Vгш, (8.42)
 365К гш

где nв — количество вертикальных бассейнов; VB — емкость одного вертикального бассейна, м3.
Расчет потребного количества вертикальных шламбассейнов производится по формуле:
nB  n1  n2  n3,
где n1 – число бассейнов, необходимое для бесперебойного приема шлама от сырьевых мельниц;
VM  0
n1 
VB
 0,85 ,
где VB — полезная емкость одного бассейна, м3; VM — суммарная производительность сырьевых мельниц, м3/ч; τ0 —
время, необходимое для перемешивания, отбора проб, их анализа, корректирования и слива шлама в горизонтальный
бассейн (составляет в среднем 6 ч); П2 — количество вертикальных шламбассейнов для корректирующих шламов с известным КН и одним из модулей, принимается равным двум-трем; пз — количество вертикальных бассейнов для глиняного шлама;
n3 
0,1Aкл Рш К мСн
,
365Vн Кип
где Км — коэффициент, зависящий от мощности завода, равный 0,7—1,0 (при большой мощности уменьшается).
Таблица 8.12
Плотность сырьевых материалов, используемых в цементном производстве
Наименование
Мраморы
Известняки плотные
Известняки ракушечники
Глины
Глинистые сланцы
Песчаники (90-99% SiO2)
Доменные шлаки
Огарки
Плотность, т/м3
2,65-2,85
2,65-2,75
2,20-2,30
2,20-2,65
2,62-2,75
2,60-2,76
2,90-3,10
4,60-5,10
120
Значение удельного расхода шлама на 1 т клинкера может быть рассчитано исходя из средних значений расхода (раздел 8.2.2) и плотности (табл. 8.12) твердых компонентов на приготовление сырьевой смеси с учетом влажности шлама.
Так, например, при проектной влажности сырьевого шлама 40% и расходе карбонатного компонента в количестве 1,25
т/т клинкера, глинистого компонента — 0,40 т/т клинкера, огарков — 0,05 т/т клинкера имеем — суммарный расход
сырьевой шихты на получение 1 т клинкера
1,25 + 0,40 + 0,05 = 1,70 т/т клинкера
Процентное содержание компонентов в сырьевой шихте составит:
известняка 
1,25
100  73,53%, (8.43)
1,70
0,40
100  23,53%, (8.44)
1,70
0,05
огарков 
100  2,94%. (8.45)
1,70
глины 
В соответствии с данными табл. 8.12 принимаем значения плотности для известняка — 2,65 т/м3, для глины — 2,20
т/м3, для огарков — 4,90 т/м3, что дает для сырьевой смеси этих компонентов расчетное значение плотности:
 с  2,65  0,7353  2,20  0,2353  4,90  0,0294  1,95  0,52  0,14  2,61.
Содержание твердого вещества в 1 т шлама при его влажности 40% составит 0,60:2,61 = 0,230 м 3, а плотность сырьевого шлама (Qm) будет равна
ш 
0,6  0,4
 1,59 т / м3,
0,230  0,4
где 0,6 — масса твердых частиц в шламе; 0,4 — масса воды в шламе.
Масса твердого вещества в 1 м шлама составит 1,59-0,60 = = 0,954 т, а расход шлама на получение клинкера
Рш  1,7 / 0,954  1,78 м3 / т кл.
8.5. ВЫБОР И РАСЧЕТ ТРАНСПОРТА, ПИТАТЕЛЕЙ И ДОЗАТОРОВ КУСКОВЫХ И
ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
8.5.1. Расчет ленточных конвейеров
Для транспортирования сыпучих и кусковых материалов в s горизонтальной и наклонной плоскостях в цементной
промышленности широко используют ленточные конвейеры с плоской и желобчатой лентой. Ширина ленточных конвейеров, выпускаемых промышленностью нормализована: 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2500 и 3000
мм (ГОСТ 22644—77). Ленточные конвейеры позволяют обеспечить высокую производительность (до 30000 т/час) и
транспортировать материалы на расстояние нескольких десятков километров.
Исходные данные для расчета: расчетная величина производительности V, м3/час; Q т/час; характер перемещаемого
материала, его объемная масса QH, т/м, размер кусков и т. д.; расстояние перемещения L, м; угол наклона вверх или вниз
±Р или разность уровней ±Н, м.
Определение этих параметров ведут по расчетной производительности, принимаемой с учетом коэффициента неравномерности поступления материала. При горизонтальном транспортировании ширина ленты определяется из следующих уравнений:
— для желобчатой ленты
Q  310 B 2 v  н (8.46)
— для плоской ленты
Q  155 B 2 v  н
При наклонном транспортировании:
— для желобчатой ленты
Q  160 B 2 v  н 3,6tg    1;
— для плоской ленты
Q  576 B 2 v  нtg  ;
где Q — производительность, т/час; В — ширина ленты, м; v — скорость ленты, м/сек; а — угол естественного откоса
материала в состоянии покоя; λ — коэффициент, учитывающий угол наклона ленты (табл. 8.13).
Таблица 8.13
, град

0,35
0,510
0,33
10-15
0,315
15-20
0,30
>20
Предельный угол Ртах наклона конвейера с лентой, имеющей гладкую поверхность, зависит от характеристик материала (табл. 8.14)
Таблица 8.14
Вид материала
, град
Уголь каменный
18
Дробленый известняк
18
Глина влажная
18-20
121
Цемент
влажный грунт, земля
10-20
20-24
Для материалов, содержащих крупные куски, ширина ленты должна приниматься с учетом крупности этих кусков.
При содержании до 15% частиц с размером dmax
B  2,7  3,2dmax. (8.50)
Если фракция с размером dmax преобладает, то
B  3,3  4,0dmax. (8.51)
Определенная по производительности и кусковатости ширина ленты округляется до значений, определяемых нормализованным рядом.
Таблица 8.15
Материал
Скорость ленты (м/сек) при ширине, мм
400
500-650
800-1000
1200-2000
1÷1,25
1,0÷1,6
1,6÷2,0
2,0÷3,0
Абразивный мелко- и среднекусковой d<150 мм
(шлак, щебень)
Абразивный крупнкусковой d<150 мм (горные
породы, камень, руда)
Сильно пылящие (цемент, апатит, известь)
Неабразивные и малоабразивные (уголь, мел)
-
1,0÷1,16
1,0÷1,6
1,6÷2,0
1,0÷1,6
0,8÷1,25
1,25÷2,0
1,6÷3,0
2,0÷4,0
Предельная скорость движения ленты зависит как от вида транспортируемого материала, так и от ширины ленты и
выбирается в соответствии с данными таблицы 8.15
При транспортировании под уклон скорость транспортера не должна превышать 1,5 м/с.
Потребная мощность на валу приводного барабана конвейера (в кВт):
16QL 26QH 

N   K1V L 

 K 2 K3  0,1Z  N n ,
1000 10000 

где К1 – коэффициент, зависящий от ширины ленты.
Ширина ленты, мм
500
650
800
1000
К1
0,011 0,021 0,024 0024
1200
0,035
К2 — коэффициент, зависящий от длины конвейера
Длина конвейера, м
до 10
10÷15
15÷25
25÷35
К2
2,00
1,75
1,50
1,25
1400
0,040
35÷45
1,12
1600 2000
0,045 0,055
более 45
1,00
КЗ — коэффициент, зависящий от типа перегружателя
Тип разгруРазгрузка чеСтационарная Передвижная
Плужковый
зочного
рез головной
страсывающая сбасывающая
сбрасыватель
устройства
барабан
тележка
тележка
К3
1,00
1,22
1,28
1,00
l, м — длина направляющих бортов загрузочного лотка; Nn = = 0,4 • а, кВт — мощность на работу плужкового сбрасывателя (а — количество одновременно работающих сбрасывателей).
8.5.2. Расчет пластинчатых конвейеров
Пластинчатые конвейеры применяются для транспортирования клинкера от холодильников печей на склад, а также
для перемещения крупнокусковых и абразивных материалов. Тяговым органом такого конвейера обычно является одна
или две цепи, грузонесущим — жесткий металлический настил (полотно), состоящий из отдельных пластин. Преимуществом пластинчатых конвейеров является возможность транспортирования тяжелых крупнокусковых и горячих грузов
по горизонтальным и крутонаклонным (до 354-60 °) трассам с большой (до 2000 м /час) производительностью.
Производительность Q (т/час) пластинчатого конвейера может быть определена по формуле:
Q = 3600 F-V-QH,
(8.53)
где F —площадь поперечного сечения материала на ленте, м2
Для полотна без бортов
F  0,25 B 2 K 2tg 0,6 . (8.54)
Для полотна с бортами
F  BhK1  0,25B 2tg 0,6 , (8.55)
где В — ширина полотна, м; h — высота бортов, м; К=0,85 — отношение ширины слоя материала к ширине полотна;
φ — угол естественного откоса материала в движении; K1 = 0,65 — коэффициент заполнения по высоте бортов. (При
равномерной загрузке конвейера с бортами по всей ширине полотна второе слагаемое в формуле определения F не учитывается, а величина коэффициента K! принимается равной 0,80-=-0,85); v —скорость движения полотна конвейера,
принимается в пределах 0,05-f-0,75 м/сек и уточняется по формуле
V 
tbn
(8.56)
60
где t —шаг тяговой цепи, м; b —число зубьев приводной (b = 5, 6, 7, 8).
Ширина полотна пластинчатых конвейеров соответствует значениям нормализованного ряда для ленточных конвейеров.
n, об/мин - число оборотов головного вала конвейера.
122
Установочная мощность электродвигателя пластинчатого конвейера N (кВт):
 24 q V L 30Q0,11L1  H  
N  K2 

 (8.57)
10000
 10000

где К2= 1,10-1,25 — коэффициент запаса мощности; q —масса 1 погонного метра движущихся частей конвейера, кг/м;
L — длина конвейера, м; L1 — длина проекции конвейера на горизонтальную плоскость, м; Н — высота подъема материала, м.
8.5.3. Расчет ковшовых элеваторов
Ковшовые элеваторы применяют для транспортирования различных насыпных грузов: пылевидных, зернистых и кусковых (цемента, угля, пемзы и т. Д.)- Ковшовые элеваторы применяются
в качестве основного технологического транспорта цементного производства для подъема материала под углом до
60—85 ° от начального до конечного пункта без промежуточной загрузки и разгрузки. Материал перемещается с помощью ковшей, укрепленных через равные промежутки (или сомкнутых между собой) на бесконечном тяговом гибком
органе — цепи или ленте (табл. 8.16.).
Таблица 8.16
Основные параметры ковшей
Шаг ковшей,
мм
Полезная емкость i0, л
Шаг открытых
ковшей, мм
Ковши глубо- Ковши мелкие
кие
200
320
320
400
400
500
500
630
630
800
800
0,2
0,4
0,6
1,3
2,0
4,0
6,3
12
18
32
45
0,1
0,2
0,35
0,75
1,4
2,7
4,2
-
160
200
200
250
320
400
500
630
630
Полезная емкость i0, л
Ковши с бортовыми направляющими
остроугольные скругленные
0,65
1,3
2
4
6,4
8
14
7,8
28
60
118
148
Тип элеватора и форму ковшей выбирают в зависимости от характеристики транспортируемого материала по таблице
(табл. 8.17).
Таблица 8.17
Материал
Пылевидный сухой,
тонкодсперсный
Пылевидный
влажнй, зернистый
Мелкозернистый,
абразивный
Среднекусковой,
абразивный
Тип элеватора
Тип ковша
υ
Угольная пыль
Цемент
Песок
Тихоходный
быстроходный
быстроходный
Г
Г
М
0,85
0,8
0,6
Шлак, зола,
порода
Камень, руда
шлаки
Тихоходный,
быстроходный
тихоходный
О, С
Г
О, С
0,8
0,8
0,6÷
0,8
Скорость, м/сек
ленточный
цепной
0,6÷0,8
1,28÷1,8
1÷2
0,8÷2,0
0,4÷0,8
1÷2
-
0,4÷0,6
0,4÷0,6
3
Примечание: Типы ковшей: Г — глубокий, М — мелкий, О — остроугольный с бортовыми направляющими, С
— с скругленным дном и бортовыми направляющими.
Производительность ковшового элеватора определяют по уравнению
i
Q  3,6 0 V  н , т / ч (8.58)
ak
ще i0 — геометрическая полезная емкость ковша, л; ак — шаг ковшей, м. Для глубоких и мелких ковшей, располагаемых с интервалом, ак = 2,5-=-3,0 h; для непрерывно расположенных ковшей с бортовыми направляющими ак»п; где h —
высота ковша, м; v — скорость движения ленты или цепи, м/сек; ψ — коэффициент заполнения ковша (см. табл. 8.17).
8.5.4. Расчет скребковых конвейеров
Скребковые конвейеры применяют для транспортирования пылевидных и мелкокусковых сыпучих и горячих материалов (золы, клинкера, сырьевой муки, крупки, цемента и т. п.) как горизонтально, так и под углом до 45 ° к горизонту.
Производительность скребкового конвейера Q (т/час)
Q  B h v  н К (8.59)
Таблица 8.18
Значения коэффициента К
Угол наклона конвейера, град.
0
10
20
30
35
40
45
К- материал легкосыпучий
1,00
0,85
0,65
0,50
К – материал плохосыпучий
1,00
1,00
1,00
0,75 0,60 0,50 0,40
где В — ширина скребка конвейера, м; h — высота скребка, м; ψ — 0,8 — коэффициент заполнения желоба; v — скорость движения тягового органа, м/сек; К — коэффициент, зависящий от свойств материала и угла наклона конвейера
123
(таблица 8.18).
Мощность электродвигателя конвейера (кВт) определяется по формуле:
N
Q
L1K1K 2  H  (8.60)
330
где L1 — длина проекции конвейера на горизонтальную плоскость, м; Н — высота подъема материала, м; K1 = 0,77 —
коэффициент груза и цепи; К2 = 1,154-1,20 коэффициент резерва производительности.
8.5.5. Расчет винтовых конвейеров
Конвейеры винтовые (шнеки) применяются для транспортирования пылевидных, порошкообразных и мелкокусковых
(реже) материалов на расстояние до 100 метров как по горизонтали, так и под углом до 15°. Шнеками нецелесообразно
транспортировать липкие, уплотняющиеся, а также высокоабразивные материалы.
Производительность шнекового конвейера Q (т/час):
Q  60
D 2
4
Sn н К , (8.61)
где D — наружный диаметр шнека, м; φ = 0,25-0,40 — коэффициент заполнения желоба; S — шаг шнека, м; n — число
оборотов вала, мин—1; К — коэффициент, зависящий от угла наклона конвейера (табл. 8.19).
Таблица 8.19
Угол наклона,
0
5
10
15
град.
К
1,0
0,9
0,8
0,7
Наружный диаметр шнека (винтовых лопастей) равен 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 650 и 800 мм и должен не
менее чем в 4 раза превышать максимальные размеры куска транспортируемого материала. Шаг винтовых лопастей выбирается в зависимости от характеристики дисперсности материалов:
для сыпучих и мелкосыпучих неабразивных материалов
S  0,7  1,0D.
Винтовые конвейеры применяют для подачи материала на расстояние до 40 м.
Мощность на валу винта конвейера NB (кВт)
Q
L  h0 , (8.62)
Nb 
367
где L — дальность транспортирования, м; φ = 1,24-4 — коэффициент сопротивления движению материала по желобу;
ho — средняя высота заполнения шнека материалом, м. Мощность электродвигателя N (кВт)
N  1,1  N B . (8.63)
8.5.6. Расчет аэрожелобов
Аэрожелоба (пневмотранспортные желоба) применяются для транспортирования сухих, порошкообразных, хорошо
аэрирующихся материалов с небольшим уклоном в направлении транспортирования, путем придания транспортируемому материалу хорошей текучести путем насыщения его воздухом (аэрации) при помощи вентиляторов.
Уклон аэрожелобов для транспортирования тонкодисперсных материалов (цемент, сырьевая мука и др.) должен быть
не менее 6-8%, а для сырьевой и клинкерной крупки — не менее 20-22%.
Аэрожелоба представляют собой металлические короба, разделенные внутри по высоте (по всей длине) специальными
пористыми перегородками на две камеры (два канала). Верхняя камера является транспортирующей, нижняя — воздушной, из нее воздух проходит через пористую перегородку в верхнюю камеру и аэрирует материал.
Производительность аэрожелоба Q (т/час):
Q  3240 Bh0 v H , (8.64)
где В — ширина желоба, м; h0 = 0,054-0,10 — высота потока аэросмеси в желобе, м; ςH — насыпная масса материала,
т/м3; v = 0,704-2,00 — скорость движения материала в желобе, м/сек.
Сопротивление пористой перегородки с находящимся на ней слоем материала — не менее 2000 Па (200 кг/м2), удельный расход воздуха (независимо от уклона аэрожелоба) при транспортировке тонкодисперсных материалов 120-150,
при транспортировке крупки — 1804-240 м3/ч на 1 м2 активной поверхности пористой перегородки.
8.5.7. Питатели и дозаторы
Питатель должен:
— соответствовать производительности агрегата;
— обеспечивать равномерную и непрерывную подачу материала;
— иметь устройство для изменения количества материала.
Выбор питателя определяется главным образом наибольшим размером кусков материала (таблица 8.20).
Дозирование твердых, непластичных сырьевых материалов, клинкера, гипса, добавок осуществляется объемным (питатели), весовым (дозаторы) или комбинированным способами.
Пластинчатые питатели предназначаются для транспортирования крупнокусковых насыпных грузов из загрузочных
воронок и бункеров. Расчет производительности пластинчатых питателей ведется по формуле (8.53). Различают пластинчатые питатели тяжелого типа, предназначенные для подачи материала в кусках размером до 1300 мм, среднего
типа — для подачи кусков до 400—500 мм и легкого типа для транспортирования материала с крупностью кусков 50—
100 мм.
Таблица 8.20
Наибольший размер кусков матеТип питателя
риала, мм
500-1000
Тяжелый пластинчатый
124
Пластинчатый
Пластинчатый, лопастной
Барабанный, пластинчатый, ленточный, трельчатый
Вибрационный, тарельчатый, ленточный, скребковый
Барабанный, шнековый, ленточный, тарельчтый, скребковый
300-350
150-200
40-50
15-20
3-5 и мельче
Питатели устанавливаются наклонно (с подъемом в направлении транспортировки материала), при этом стандартный
угол подъема равен 15 °.
Рабочая скорость питателей тяжелого типа принимается в пределах 0,02—0,08 м/с, а питателей среднего — 0,08—0,30
м/с, легкого типа 0,13—0,34 м/с.
Технические характеристики пластинчатых питателей приведены в таблице 8.21.
При выборе ширины полотна необходимо учитывать максимальный размер кусков материала. Если количество крупных кусков не превышает 10% от общей массы, то рекомендуется принимать ширину полотна равной (l,8-2,5)dmax.
Для подачи сухих сыпучих материалов (сырьевой муки, пыли из бункеров электро- и рукавных фильтров и т. д.) из
емкостей, находящихся под разрежением, применяются ячейковые (лопастные) питатели. Рабочим органом таких питателей является крыльчатка, вращающаяся в картере с частотой 15—25 мин. Производительность таких питателей от 5
до 150 м3/ч, а мощность, потребляемая электродвигателем, от 1 до 7 кВт.
Таблица 8.21
Техническая характеристика пластинчатых питателей
Типоразмеры*
Скорость
движения
полотна,
м/с
1500х6000
1800х6000
0,026-0,08
0,02-0,06
1200х6000
1500х6000
2400х6000
0,30-0,10
0,25-0,08
0,16-0,08
1200х3000
1200х4000
0,13
0,34
Призводительность
при макс. скорости,
м3/ч
Длина,
мм
Питатели тяжелого типа
275
8405
350
8511
Питатели среднего типа
650
774
800
7850
1500
8585
Питатели легкого типа
450
5500
1175
6400
Габаритные размеры
Ширина,
Высота,
мм
мм
Масса, т
5700
6610
1581
2077
46,7
55,7
4545
4845
6730
1600
1600
2085
24,7
30,7
51,9
3800
3400
1600
1200
9,1
9,0
* — типоразмер характеризует ширину полотна и расстояние между осями барабанов; нормализованный ряд
соответствует следующим значениям расстояний между осями барабанов: 3000, 4500, 6000, 9000, 12000, 15000 и
18000 мм.
Скребковые питатели предназначаются для подачи сырьевой муки в циклоны при сухом способе производства. Производительность их рассчитывается аналогично производительности скребковых транспортеров (см. формулу 8.59). При
скорости перемещения цепи со скребками 0,125—0,380 м/с и шаге скребков 320 мм производительность скребковых
питателей составляет от 33 до 100 м3/ч, а потребляемая мощность от 5,6 до 12,5 кВт.
Винтовые (шнековые) питатели предназначаются для питания агрегатов пылевидными и мелкокусковыми сухими материалами (сырьевой мукой, угольной пылью и т. п.). Производительность шнекового питателя рассчитывается аналогично производительности винтовых конвейеров (по формуле 8.61), с той лишь разницей, что принимается во внимание
количество шнеков, участвующих в подаче материала. Количество шнеков в питателе от одного до четырех. Коэффициент заполнения корпуса •ф для мелкокусковых материалов 0,20—0,33, для сыпучих материалов при подаче с подпором
(сырьевой муки, цемента, угля и т. д.) 1(з = 1.
Техническая характеристика шнековых питателей приведена в таблице 8.22
Таблица 8.22
Показатели
Производительность
Диаметр шнека
Рабочая длина транспортирования
Мощность эл. двигателя
Масса питателя
Единицы
измерения
м3/ч
мм
мм
двухшнекове
3,6-8,5
150-200
1700-2000
кВт
т
1,7-2,8
1,57-2,22
Тип питателя
трехшнековые четырехшнековые
до 90
до 18
300
200
2500
2500
3,2
4,37
1,7
4,78
Тарельчатые (дисковые) питатели просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяются они для питания
агрегатов мелкокусковым и пылевидным материалом. Могут быть открытого и закрытого исполнения. Тарельчатый
питатель проверяется по производительности и числу оборотов:
h 2

Q
R  r 2  Rr  r 2 h   H n60, (8.65)
3

где R — внешний радиус основания кольца материала, срезаемого ножом, м; r — радиус верхней кромки срезаемого
кольца материала, м; h — высота ножа, м; n — число оборотов тарелки (диска), мин—1; ςH — объемная масса материала,
т/м3.
Схема тарельчатого питателя приведена на рис. 8.4.


125
Число оборотов диска (тарелки) выбирается из условия п^23,5, где D — диаметр диска, м. Техническая характеристика дисковых питателей приведена в таблице 8.23.
Для подачи мелкокускового, среднекускового и порошкообразного материала широко применяются ленточные питатели и ленточные весовые дозаторы. Основным параметром при выборе питателя или дозатора является ширина ленты
и производительность, которые могут быть определены по формулам (8.49) и (8.50). Ленточные питатели и дозаторы
отличаются от ленточных конвейеров более медленной скоростью перемещения ленты (0,14-0,3 м/с).
Таблица 8.23
Техническе характеристики дисковых питателей
Покзатели
Диаметр диска, мм
Частота вращения диска, мин-1
Производительность при максимальной частоте вращения, м3/ч
Максмальный размер кусков, мм
Габаритные размеры, мм
Высота
длина
ширина
Мощность электродвигателя, кВт
Масса питателя, т
ДЛ-6А
650
7÷11
6
ДЛ-8А
800
7÷11
13
ДЛ-10А
1000
7÷11
28
ДЛ-12А
1250
7÷11
48
ДЛ-16А
1600
7÷11
112
ДЛ-20
2000
7÷11
220
ДТ-31
3150
4÷7
370
ДЛ-25
2500
7÷11
470
30
40
50
80
90
125
150
150
1050
900
900
1,1
0,46
1150
1050
1000
1,5
0,60
1300
1250
1150
2,2
1,30
1600
1500
1400
4,0
1,30
2000
1850
1550
5,5
1,85
2000
2200
2300
10,0
3,60
4500
3150
1500
30,0
7,00
3500
2700
2650
17,0
5,42
Выпускаемые промышленностью ленточные питатели типа ПЛ-1...ПЛ-6 характеризуются шириной ленты 400 мм и
предназначены для подачи материалов с максимальным размером куска 50 мм при скорости движения ленты от 0,018 до
0,262 м/с. Промышленность выпускает также питатели типа ПТ-4, ПТ-5, ПТ-6, с шириной ленты 400, 500, 800 мм и, соответственно, производительностью 46,5; 60 и 176 м3/час.
Весовое дозирование осуществляется с помощью ленточных автоматических дозаторов с постоянной и переменной
скоростями движения ленты. Весовые дозаторы могут быть одноагрегатными и двухагрегатными. Двухагрегатный весовой дозатор состоит из электровибрационного питателя и ленточного весоизмерителя. Весовые дозаторы позволяют
осуществлять подачу материала с высокой точностью (0,254-0,5%).
Дозаторы ленточные автоматические применяются для дозирования сыпучих материалов (известняк, гипс, добавки и
др.) с влажностью не более 9%. Их производительность составляет 12, 25, 32, 60, 100 и 130 т/час. Дозатор ЛДА является
двухагрегатным — с целью снижения давления материала на ленту подача его из бункера или силоса осуществляется
вибропитателем.
Для весового дозирования материалов с максимальной крупностью кусков до 130 мм (известняка, мергеля, подсушенной глины, клинкера) применяются ленточные весовые дозаторы типа СБ. Ширина ленты конвейера 1200 мм, производительность 6,3, 10, 16, 25, 32, 40, 63, 100 и 200 т/час. Потребляемая мощность 1,6—3,2 кВт. Температура материала для
сырья — до 60 °С, для клинкера — до 130°С.
В отечественной цементной промышленности получили достаточное распространение ленточные весовые дозаторы
зарубежной фирмы «Шенк» (Германия). Дозаторы «Шенк» используются для дозирования как кусковых, так и мелкодисперсных сыпучих материалов. В качестве массоизмерителей материала, поступающего на ленточный конвейер, используются тензодатчики. Производительность дозатора определяется скоростью перемещения ленты и количеством
материала на ней. Ширина ленты дозаторов от 650 до 1800 мм. Производительность от 1 до 1000 т/час. Дозаторы
«Шенк» могут использоваться для дозирования сыпучих материалов с высокой температурой (до 500 °С).
8.6. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ГИДРОТРАНСПОРТА СЫРЬЯ
При проектировании системы гидротранспорта шлама требуется определить следующие характеристики: состав и
скорость транспортирования шалама, диаметр трубопровода, удельные гидравлические потери и параметры внешней
среды, в условиях которой осуществляется транспорт (профиль трассы, влияние изменений температуры воздуха и т.
п.).
Для расчета необходимо иметь следующие исходные данные:
— общий расход шлама, в м3/ч;
126
— плотность шлама, в кг/м3;
— характеристику гранулометрического состава твердой фазы;
— массовую или объемную концентрацию твердой фазы в шламе;
— температуру шлама и ее колебания.
Целью расчета является определение потерь напора при транспортировании шлама (Δh), диаметра трубопровода (D),
мощности привода насоса (N), выбор типоразмера насоса и необходимого количества перекачивающих станций, обуславливающих возможность перекачки шлама на заданное расстояние.
Расход шлама определяется из материального баланса с учетом коэффициентов использования оборудования и нормативных запасов.
Плотность шлама рассчитывается по формуле:
TЖ

, (8.66)
Т
Ж

з
0
где Т — масса твердого вещества в 1 т шлама; Ж — масса жидкости в 1 т шлама; ςS — плотность твердого вещества,
кг/м3; ς0 — плотность жидкости, кг/м3; ς — плотность шлама, кг/м3.
Объемная концентрация твердой фазы (S) в шламе — отношение объема твердой фазы к объему шлама — рассчитывается по формуле:
T
S
. (8.67).
з
TЖ
0
Полные потери напора при транспортировании Δh включают линейные потери напора Ahi, местные гидравлические
потери ΔhM и потери напора на преодоление разности высот между началом и концом трубопровода (геометрические
потери) Δhh.
Таким образом,
h  h1  hm  hh . (8.68).
Линейные потери напора определяются вязко-пластическими свойствами транспортируемых суспензий. Тонкодисперсные высокопластичные глиняные, глино-меловые, глино-мергелистые, глино-известковые смеси с высокой объемной концентрацией (S = 0,3 — 0,5) твердой фазы относятся к классу псевдовязкопластичных суспензий (ПВПС). Одними из основных расчетных параметров, определяющих линейные потери напора, являются удельные потери давления
при движении гидросмесей, определяемые в зависимости от режима движения и реологических свойств транспортируемых суспензий. Основными константами при этом являются динамическое напряжение сдвига т0 и пластическая вязкость т).
Динамическое напряжение сдвига т0 характеризует такое состояние гидросмеси, когда под воздействием внешних сил
нарушаются структурные связи и суспензия начинает течь, при этом каждому градиенту скорости соответствует определенная степень разрушения структуры. В области малых скоростей структурированная система перемещается с практически неразрушенной структурой (так называемый шведовский режим течения). С увеличением скорости движения
перемещение суспензии происходит в режиме с непрерывно разрушающейся структурой; этот режим называют структурным режимом движения.
В отличие от обычных жидких сред (ньютоновские жидкости), вязкость которых не зависит от режима движения,
структурированные суспензии, к которым относятся и цементные сырьевые шламы (глинистые, глино-меловые и др.),
обладают аномальной вязкостью, меняющейся в зависимости от скорости движения. Различают вязкость неразрушенной структуры т]0 и вязкость полностью разрушенной структуры г\т. Вязкость шлама, соответствующая определенной
скорости, называется эффективной вязкостью т)Эф. Величина вязкости т)эф. должна приниматься при расчете потерь
напора для данной скорости движения шлама, иначе найденные значения потерь напора будут завышенными. Величина
вязкости т)Эф. при скорости (v) в пределах 0,5—3,0 м/с будет равна Н0• К.
Значение поправочного коэффициента — К, полученное путем обработки результатов эксплуатации систем гидротранспорта на ряде цементных заводов, может быть рассчитано по формуле:
0,087
K
. (8.69).
V  1,42
Помимо структурного, различают также переходный структурно-ламинарный и турбулентный режимы.
В качестве критерия подобия, определяющего динамическое состояние потока структурированных систем, предложено использовать обобщенный критерий Рейнольдса Re06.:
6V 2d
Re об 
, (8.70),
6V эф   0 d g


где V — скорость движения шлама, м/с; ς — плотность шлама, кг/м3; d — диаметр трубопровода, м; ηэф — эффективная вязкость, = т10-К, кг-с/см2.
По экспериментальным данным, вязкость различных шламов т) о, соответствующая их текучести 60 мм (по текучестемеру ТН-2), может изменяться в диапазоне 8—25 н-с/м, а предельное напряжение сдвига г|0 в пределах 12—50 н/м2.
(табл. 8.24).
По данным Бернштейна Л. А. с сотрудниками (институт Гип-роцемент), полученным на белгородских меловых шламах (табл. 8.25), при Re06-<2000 наблюдается структурно-ламинарный режим течения, при котором зависимость Я, (коэффициента гидравлического сопротивления) от Re06 линейная и выражается формулой
64

Re об
127
Линейные потери напора при структурно-ламинарном режиме (в диапазоне скоростей 1—3 м/с) можно определить по
формуле Дарси — Вейсбаха:
V 2l
hl  
. (8.71).
2 gd
При Re06- от 2000 до 4000 режим движения переходный, при этом К — зависит от Re06. и плотности шлама, а при
Re06. более 4000 наступает турбулентный режим и К перестает зависеть от величины Re06.Таблица 8.24
Свойство сырьевых шламов
Шлам
Влажность,
%
Условная текучесть, мм
Вязкость,
нс/м2
Здолбуновский (гино-меловой)
Балаклейский (низкотитровый, Т=70)
Балаклейский (высокотитровый Т=85)
Амвросиевский (мергельный)
Белгородский (меловой)
Белгородский (меловой с ЛСТ)
Белгородский (глино-меловой)
Завод «Гигант» (известково-мергельный)
37
46
44
50
53
41
41
37
60
60
60
60
60
60
60
60
8,0
5,0
8,0
25,0
28,0
14,0
17,0
12,0
Предельное
напряжение сдвига, н/м2
12,0
13,0
16,0
18,0
29,5
33,0
42,0
64,0
Таблица 8.25
Потери напора по опыту гидротранспорта мелового шлама (Белгородский цементный завод)
Диаметр шламопровода, мм
Температура
шлама, 0С
200
16-23
300
16-23
Плотность
шлама,
г/см3
1,45
1,50
1,53
1,45
1,50
1,53
Потери напора в % при различной скорости транспортирования в м/с
0,6
1
2
3
10,5
11,0
12,2
13,2
24,0
25,5
27,5
28,5
34,5
36,0
38,5
42,0
6,0
6,2
6,5
14,5
14,8
15,2
20,5
21,2
23,5
-
Для структурированных систем методика определения критических скоростей перехода из структурного в структурноламинарный режим наименее изучена и для их расчета нет четких рекомендаций.
При определении потерь напора за счет местных сопротивлений (поворотов, задвижек, фланцевых соединений и т. п.)
на основании опытных данных устанавливают зависимость коэффициента местных сопротивлений ξм = f (Re06.)- Установлено, что в диапазоне значений Re06. до 1500 изменение коэффициента ξм в зависимости от числа Re06. записывается
в виде:
B
M 
, (8.72),
Re об n
где В и n — эмпирические коэффициенты, зависящие от конструкций, обуславливающих местные сопротивления
(степень открытия задвижки, угол поворота шламопровода и т. д.). Коэффициент В изменяется в пределах от 32 до 1350,
п — от 0,23 до 1.
Зависимость ξш от Re06. характерна для структурного и переходного режимов, тогда как при турбулентном режиме течения и больших значениях Re06. коэффициент местных сопротивлений почти не зависит от Re06. Потери напора за счет
местных сопротивлений рассчитываются по формуле:
V 2  
 . (8.73).
h   M 
 2g   0
Данные о величине коэффициента местных сопротивлений шламопровода в зависимости от угла поворота оси
R
приведены в табл. 8.26 в зависимости от отношения
, где R — радиус закругления, a D — диаметр трубопровода.
D
Таблица 8.26
Значение коэффициента местных сопротивлений для шламопровода
Плавное закругление оси
Резкий поворот оси
α=900
α=600
α=300
при R/D
1,0
1,5
3,0
1,0
1,5
3,0
1,0
1,5
3,0
α=600 α=300
0,45
0,40
0,24
0,30
0,20
0,16
0,10
0,07
0,05
0,05
0,16
В случае, если длина трубопровода превышает 500 м, потери за счет местных сопротивлений могут быть оценены с
помощью коэффициентов Ki и Кз:
hM  h1 K1 K 2 , (8.74),
где K1 = 1,10 — коэффициент, учитывающий местные потери напора (на стадии проекта); KI = 1,15 — коэффициент
запаса. Геометрические потери напора можно определить по формуле:
128
hh  h

, (8.75),
0
где h — высота подъема шлама, м; Σ — плотность шлама, кг/м3; ς0 — плотность жидкости (воды), кг/м3.
Произведение суммарных потерь напора Δh (8.75) на плотность шлама определяет рабочее давление в системе транспортной установки Рр:
Pp  h g (8.76).
Это значение не должно превышать характеристик, принятых для технологического оборудования. Для магистральных трубопроводов рекомендуется применять трубы из низколегированной стали. Трасса шламопровода в плане не
должна иметь резких изгибов. Радиус закруглений на поворотах по трассе сварного трубопровода целесообразно принимать R^3D, где D — диаметр трубопровода. Радиус закруглений трубопровода из звеньев труб следует принимать не
менее 100 D. Трасса напорных шламопроводов должна обеспечивать их полное самоопорожнение, т. е. не содержать Vобразных участков. Наличие V-образных участков допускается только при переходе трубопроводов через долины рек,
ручьев и больших оврагов с обязательным выполнением системы их опорожнения. Трассу следует выбирать таким образом, чтобы промежуточные перекачивающие станции находились в точках излома профиля.
При выборе трассы шламопроводов следует учитывать возможность сокращения числа перекачивающих станций за
счет последовательного соединения в одной из них пары шламовых насосов.
Для наблюдения, ремонта и замены трубопроводов по трассе следует предусматривать подъездные пути и проезды.
ПЕРЕСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСОВ
В каталогах обычно приводятся характеристики насосов при их работе на воде, вследствие чего при выборе оборудования следует произвести пересчет этих характеристик применительно к транспортировке гидросмесей. Следует учитывать, что при транспортировке высококонцентрированных и тонкодисперсных гидросмесей потребление мощности может повыситься в 1,5 раза, а КПД насоса уменьшится на 20%. Пересчет напора ведется исходя из уравнения:
H  H0
n
 K      0  /  0  , (8.77),
H0
где Н — напор, создаваемый насосом при работе на гидросмеси, мм. вод. ст.; Н 0 — напор, создаваемый насосом при
работе на воде, мм. вод. ст.; ς — плотность гидросмеси, кг/м3; ςO — плотность воды, кг/м3; К' — коэффициент, учитывающий особенности конструкции; n — показатель, отражающий неоднородность транспортируемой жидкости.
С достаточной для практики точностью, на основании стендовых испытаний различного типа насосов, можно принимать пжО,85. В то же время коэффициент К' имеет различные значения для насосов разного вида. Так, например, для
насосов типа «ГР» К'= 0,5.
Для расчета мощности насоса при его работе на гидросмеси можно пользоваться приближенной формулой:
N  N 0 /  0 , (8.78),
где N0 — мощность, потребляемая насосом при работе на воде, кВт; N — мощность, потребляемая насосом при работе
на гидросмеси, кВт.
Пересчет характеристик предполагает также проверку соответствия заданной подачи гидросмеси исходя из подачи на
воде:
Q  Qmax1,1 /  0 , (8.79),
где Qmax — максимальная подача насоса, работающего на воде.
Для псевдо-вязко-пластичных смесей могут резко возрастать параметры т) и т0. Для того, чтобы пересчетные характеристики не изменялись, необходимо повышать частоту вращения.
Для гидротранспортирования цементных сырьевых шламов используются центробежные насосы различных типов,
предназначенные для транспортирования угольных, песчаных, грунтовых гидросмесей с объемной концентрацией твердой фазы до 25%. Практика показала их пригодность для транспортирования цементных сырьевых шламов (глиняных,
глиняно-меловых и др.) с объемной концентрацией по твердому веществу до 35-40%. Основные характеристики некоторых центробежных насосов приведены в табл. 8.27.
Таблица 8.27
Характеристика насосного оборудования
Насос
Подача, м3/ч
Напор, м
ВШН150-1
6ФШ-7А
6Ш8
8ШЩ-6А
ШН500-40
8ШНВ
10У-5
10ГР-8
10УТВХ2
12УВ-6
12ГР-8Т
14У-7
12Р-7
150
200
250
300
500
540
600
740
900
90
1330
1400
1600
50
60
54
65
40
84
175
38
250
320
58
170
53
Частота вращения, мин-1
1450
1450
1450
1470
1450
1485
1485
760
1485
1485
740
1485
590
Мощность электродвигателя, кВт
28
132
100
160
100
300
630
160
1050
1500
500
1000
480
Масса, кг
652
1468
1130
1462
2360
7200
3900
6030
8000
2750
4500
Институтом ВНИИГидромаш разработан ряд новых цeнтрoбежных насосов типа ГрА, предназначенных для перекачки
низкоабразивных гидросмесей (грунтов) с объемным содержанием твердых включений до 30% и плотностью смеси до
129
2200 кг/м3 (в отдельных случаях до 3200 кг/м3). Параметрический ряд насосов ГрА включает десять типоразмеров на
подачу от 56 до 2500 м3/ч и напором от 14 до 67 м. Для обеспечения работоспособности центробежных насосов необходимо подводить напорную (отжимную) техническую воду для отгона твердых частиц суспензии от сальниковых уплотнений (гидроуплотнение). Давление, создаваемое насосом, подающим отжимную воду, должно на 100 кПа превышать
давление, развиваемое центробежным насосом. Техническая вода подводится из расчета 2—3% от подачи насоса, что
приводит к повышению влажности транспортируемого шлама. Запуск электродвигателя шламового насоса должен производиться только после подачи технической воды на гидроуплотнение насоса. Для обеспечения надежности системы
гидротранспорта на один рабочий насос устанавливают один резервный, а в случае высокоабразивных гидросмесей —
два резервных насоса. Каждый насос в насосной станции оборудуется своим зумпфом, при этом насос должен быть под
заливом. Рабочий объем зумпфа назначается из расчета 30—60 с объема перекачиваемого шлама.
8.7. РАСЧЕТЫ ДРОБИЛЬНОГО И ПОМОЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
8.7.1 Щековые дробилки
а) Производительность.
Производительность щековых дробилок зависит от следующих основных факторов: состава дробимого сырья, размеров разгрузочной щели дробилки и крупности загружаемых кусков, конструктивных особенностей дробилки (угла захвата, числа качаний щеки, профиля плит и т. п.).
Для упрощенного определения производительности щековых дробилок может быть рекомендована формула Левенсона Л. Б.:
Q  0,150 nLSd H , (8.80)
Q — производительность дробилки, т/ч; n — число оборотов эксцентрикового вала, мин; L — ширина подвижной щеки, м; S — амплитуда колебаний подвижной щеки (ход щеки), м; d — средний размер кусков исходного материала, м; μ
— коэффициент разрыхления породы (0,3—0,6); ςH — объемная масса дробимого материала, кг/м.
Таггарт А. Ф. предложил следующую формулу для практического определения производительности щековых дробилок:
Q  930 L d ,
где Q — производительность дробилки, т/ч; L — ширина щеки, м; d — размер кусков дробленого материала, м.
Известна еще одна формула для определения производительности щековых дробилок
 S cp b L n B  b 
Q
, (8.81)
2 B tg
где Q — производительность дробилки, м3/с; μ — коэффициент разрыхления; Scp — средний ход щеки, м; b — ширина
выходной щели, м; L — ширина подвижной щеки, м; n — частота вращения эксцентрикового вала, об/с; В — ширина
приемного отверстия дробилки, м; α — угол захвата, град.
В ряде случаев эта формула дает более точные результаты, если вместо В (ширины приемного отверстия) использовать средневзвешенный размер входных кусков DCp. Это существенно, потому что крупные щековые дробилки редко
загружаются горной массой с кусками максимальных размеров и обычно для этих дробилок
Dcp  0,3  0,4 B.
б) Мощность привода.
Мощность привода щековых дробилок можно определить: а) по формуле Виарда:
N  155 ,0 L D, л.с.
(8.82) (8.83)
N  115 ,6 L D, кВт,
где N — мощность двигателя; L — ширина подвижной щеки, м; D — максимальный размер кусков загружаемого материала, м. или б) по формуле Левенсона Л. Б.
2
2
nL Dcp
 d cp
N
, л.с.
0,34
(8.84) (8.85)




2
2
N  2,19 nL Dcp
 d cp
, кВт,
где N — мощность двигателя; L — ширина подвижной щеки, м; Dcp — средний размер кусков загружаемого материала, м; dср, — средний размер кусков дробленого материала, м.
8.7.2 Конусные дробилки
Производительность конусных дробилок для крупного дробления можно определить по формуле:
Q  c  H L S d   H , (8.86)
где Q — производительность, т/ч; с — коэффициент, зависящий от фракционного состава загружаемого материала и
поверхности щек дробилки (табл. 8.28); ςH — объемная масса материала, кг/м3; L — периметр выпускного отверстия, м;
S — ширина выпускного отверстия, м; г — эксцентриситет, м; n — частота колебаний внутреннего конуса, мин—1; b —
поправочный коэффициент: для угла между образующими конусов 26° а = 1, при уменьшении угла на 1 ° коэффициент
b возрастает на 3%; μ — отношение теоретической производительности к фактической, принимается равным 0,8—0,9.
Таблица 8.28
Значение коэффициента с
Материал
Гладкие щеки
Рифленые щеки
Естественная смесь
1,40*10-4
1,0*10-4
Просеянная смесь
1,25*10-4
8,5*10-4
Крупные куски
1,00*10-4
7,0*10-4
130
Используется также следующая формула:
Q  0,755   H n r DH d k ,
где Q – производительность, т/ч; μ – коэффициент разрыхления (0,25-0,50); - объемная масса материала, кг/м3; n –
число колебаний дробящего конуса, мин-1; r – эксцентриситет, м; Dн – диаметр основания дробящего конуса, м; dк –
размер конечного продукта, м.
Для среднего и мелкого дробления:
Q  K  H D 2,5b,
где Q — производительность, т/ч; К — опытный коэффициент (0.98); ςH — объемная масса материала, т/м3; D — диаметр дробящего конуса, м; b — наименьшая ширина разгрузочной щели, м.
Мощность привода. Мощность двигателя рассчитывают по эмпирическим формулам:
— для дробилок крупного дробления:
(8.89)
N дв  85 D 2 ,
— для дробилок среднего и мелкого дробления:
N дв  50 D 2 , кВт (8.90)
где D — диаметр нижнего основания внутреннего конуса, м.
8.7.3. Валковые дробилки
Производительность валковых дробилок определяют по формуле:
Q  60  D n L b   H  3600 V L b   H , т / ч (8.91)
или
Q  50 L D n b  H , т / ч (8.92)
где D — диаметр валков, м; n — скорость вращения валков, об/мин; L — длина валка, м; b — ширина выпускной щели, м; V — окружная скорость валков, м/с; μ — коэффициент разрыхления: для известняка μ = 0,3 — 0,35, для глины μ =
0,4 — 0,6; ςH — объемная масса материала, т/м3.
Мощность привода. Мощность двигателя зубчатой валковой дробилки можно определить по следующей формуле:
N дв  0,85 L D n, кВт, (8.93)
где L — длина валка, м; D — диаметр валка, м; n — скорость вращения валка, об/мин.
Предлагается также другая формула для определения установочной мощности электродвигателя валковой дробилки:
N дв  0,35  сж nL D , кВт, (8.94)
где ςсж — прочность материала при сжатии, МПа; n — скорость вращения валка, об/с; L — длина валка, м; D — диаметр валка, м.
8.7.4 Молотковые дробилки
Производительность молотковых дробилок определяют по эмпирической формуле:
Q  100D 2 Ln H , т / ч, если
Q  100DL2 n H , т / ч, если
где D — диаметр ротора, м; L — длина ротора, м; п — скорость вращения ротора, тыс. об/мин; ςH — насыпная объемная масса материала, т/м3.
Мощность привода. Мощность двигателя молотковой дробилки рассчитывают по эмпирическим формулам:
N дв  0,15 L D 2 n, кВт, (8.97)
или
 n 
N дв  75 L D  , кВт, (8.98)
 60 
где D — диаметр ротора, м; L — длина ротора, м; n — скорость вращения ротора, об/мин.
Дуда В. предлагает следующую формулу для определения мощности двигателя:
N дв  0,10  0,15 i Q, кВт, (8.99)
где i — степень измельчения; Q — производительность дробилки, т/ч.
8.7.5 Шаровые мельницы
Производительность. Для определения производительности шаровых мельниц часто применяют формулу Товарова
В. В.:
abc
G
Qq
6,7V D
, (8.100)
1000
V
где Q — производительность мельницы, т/ч; q — удельная производительность мельницы при 10% остатке на сите
008; а — коэффициент размалываемости (табл. 8.30, 8.31); b — поправочный коэффициент для учета тонкости помола
(табл. 8.32); с — коэффициент, учитывающий тип мельницы (табл. 8.33); V — объем помольной камеры, м3; D — внутренний диаметр мельницы, м; G — масса мелющих тел, т.
Удельная производительность мельницы зависит от физических свойств размалываемых материалов, а также от способа помола. Значения удельной производительности в зависимости от вида размалываемых материалов и способа помола приведены в табл. 8.29.
Таблица 8.32
Коэффициент тонкости помола b
Остаток на сите 008, %
Коэффициент b
Остаток на сите 008,
Коэффициент b
%
131
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0,59
0,65
0,71
0,77
0,82
0,86
0,91
0,95
1,00
1,04
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1,09
1,13
1,17
1,21
1,26
1,30
1,34
1,38
1,42
Коэффициент размалываемости «а» показывает, во сколько раз повышается или понижается производительность
мельницы по отношению к помолу клинкера вращающихся печей, размалываемость которого принята за единицу. Коэффициент размалываемости самого клинкера зависит от его минералогического состава и прежде всего — от содержания в клинкере двухкальциевого силиката: чем выше содержание C2S, тем труднее размалывается клинкер. В табл. 8.31
приведены значения коэффициента размалываемости клинкера вращающихся печей в зависимости от содержания С2§.
На размалываемость клинкера также влияет продолжительность его хранения. Свежий клинкер труднее размалывается,
чем клинкер, хранившийся около 2—3 недель.
Таблица 8.33
Значение корректирующего коэффициента с
Режим работы
Тип мельницы
Коэффициент
Открытый цикл
Многомерные мельницы (3-4 камеры)
1,0
Двухкамерные мельницы
0,9
Замкнутый цикл
Мельницы с воздушным сепаратором
1,3-1,5
Для учета влияния тонкости помола служит коэффициент Ь, значение которого зависит от остатка размалываемого
материала на сите 008 и при 10% остатка принимается равным единице (табл. 8.32).
Мощность привода. Мощность, потребляемая шаровой мельницей, определяется по формуле:
0,8
G
N  6,45V D   , кВт
V 
Мощность привода определяется с учетом механического КПД (г\). Для мельниц с центральным приводом КПД принимается равным 0,90—0,94,
N
N пр  , кВт (8.102)

где V – полезный объем мельницы, м3; D – диаметр мельницы в свету, м; G – вес мелющих тел, т.
Для мельниц с центральным приводом КПД принимается равным 0,90—0,94, для мельниц с периферийным приводом
0,85—0,88.
8.8. РАСЧЕТЫ СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8.8.1 Расчет сушильных барабанов
Определение основных размеров сушильного барабана приближенно рассчитывается исходя из величины удельного
паронапряжения gw (напряжения объема барабана по влаге), кг/м -ч. Величина влагосъема зависит от вида материала,
размера кусков, начальной и конечной влажности, а также температуры сушильного агента.
Экспериментальные данные об удельном паронапряжении при размере частиц материала 30 мм и конечной влажности 1% приведены на номограмме рис. 8.5.
Выбор значений конечной влажности
сырьевых материалов зависит от технологии их дальнейшей переработки. В случае,
если предполагается их последующий
помол в сырьевых мельницах, использующих тепло отходящих печных газов, то
конечную влажность принимают 7—9%.
Если после сушки в барабане материал в
мельнице подвергается только помолу, то
конечная влажность должна быть не более
1—2%.
Для определения объема барабана Уб
вначале находят количество испаряемой
при сушке влаги Gw, кг/ч:
QW1  W2 
Gw 
, (8.103)
100  W1 
где Q — производительность барабана
по высушенному материалу, кг/ч; Wi — влажность материала, поступающего в барабан, %; W2 — влажность высушенного материала, %.
Диаметр барабана (м) определяют из соотношений 8.104 и 8.105.
132
Gw
. (8.104)
gw
Принимая ориентировочное значение диаметра проектируемого барабана D6 (руководствуясь данными табл. 7.13),
определяют длину барабана 1б, (м):
Dб2 l б
Vб 
, м3.
4
Длительность пребывания материала в сушильном барабане составляет
 H W1  W2 
  120
, мин (8.106)
g w 200  W1  W2 
где QH — насыпная масса материала, кг/м3; <р — коэффициент заполнения сушильного барабана материалом, (ср = =
0,104-0,25).
Насыпная масса некоторых материалов цементного производства составляет, кг/м3: песка — 1200—1300; глины дробленой влажной — 1600—1800; глины дробленой сухой — 1400—1600; глинистого сланца — 1400—1500; известняка
после вторичного дробления — 1400—1600; угля антрацита — 900; орешка — 800; бурого угля — 700; шлака доменного гранулированного (с влажностью до 30%) — 700—1000; шлака доменного гранулированного сухого — 500—800;
боксита дробленого — 1200—1350; золы влажной — 500—900; золы сухой — 400—700.
Частоту вращения барабана п, об/мин, подсчитывают по приближенной формуле
mklб
n
. (8.107)
Dб tg
Соотношение между диаметром и длиной барабана обычно составляет
Dб 1 1
  .
lб
6 9
Определив расчетом De и 1б, выбирают близкий по размерам сушильный барабан и затем уточняют его производительность путем перерасчета. Для получения более точных данных следует пользоваться номограммами (Нормы технологического проектирования цементных заводов. С-П.: Концерн «Цемент», 1991), позволяющими учесть влияние на
величину удельного паросьема различных факторов:
1) размера кусков материала (с уменьшением размера кусков паросъем с 1 м 3 объема барабана увеличивается);
2) системы внутренних теплообменных устройств;
3) начальной и конечной влажности материала;
4) температуры, влагосодержания и скорости сушильного агента.
При расчете объема газов, направляющихся в аспирационную систему, учитывают подсос воздуха (до 25%) на участке
от сушильного барабана до дымососа.
Vб 
Таблица 8.34
Значение экспериментальных коэффициентов m, k и σ
Теплообменник
m
K
Прямоток
Противоток
Лопастной или цепной
0,5
0,2-0,7
0,5-0,7
Ячейково-секторный
1,0
0,7-1,2
1,2-2,0
σ
0,04-0,07
0,01-0,02
Мощность привода (кВт) ориентировочно рассчитывается по формуле
N б  0,0013Dб2 l б  н n , (8.108)
где a — экспериментальный коэффициент (табл. 8.34)
Расчетные параметры сравниваются со справочными данными и в случае значительных отклонений подлежат проверке и корректированию. Расход топлива на сушку
может быть определен ориентировочно по номограмме рис. 8.6.
8.8.2 Расчет сушилmy-размольных агрегатов
В этих агрегатах одновременно измельчают и сушат сырьевые материалы: известняк, доменный
шлак и др., а также уголь. Совмещение в одном агрегате процессов сушки и размола позволяет повысить
производительность
труда,
экономить
капиталовложения, снизить стоимость оборудования за
счет сокращения количества единиц оборудования.
Сушильно-размольные агрегаты, применяемые в
цементном производстве, можно разделить на две
основные группы: тихоходные размольные машины
типа шаровых мельниц и быстроходные размольные
мельницы — молотковые, сепараторные, роликовые
133
(валковые), шаровые кольцевые и др.
Так как измельченный материал выносится из агрегатов сушильным агентом, они работают только по прямоточной
схеме.
Расчет сводится к определению размольной и сушильной производительности, а также удельных расходов электроэнергии и топлива. Размольная производительность прямо пропорциональна размолоспособности материала и обратно
пропорциональна заданной тонкости помола.
Размольная производительность Gp, т/ч, может быть определена по эмпирическим формулам, найденным при исследовании размола каменноугольного топлива:
для шаровых сепараторных мельниц
C 0 , 6 K
(8.109)
Gp 
100
ln
R008
для молотковых сепараторных мельниц
CK
(8.110)
Gp 
100
ln
R008
где С — параметр, значение которого зависит от конструкционных особенностей мельницы и определяется из выражений: для шаровых сепараторных мельниц
C  0,1DM2,4 l M n 0,8
где DM и 1М — внутренний диаметр и длина мельницы, м; п — частота вращения, об/мин.; для шаровой мельницы
32
n
(8.112)
DM
для молотковых сепараторных мельниц
C  0,3  10 9 D p2,65 l M n 3,3
Dpl p I N
 1, (8.113)
Nx
где Dp и L — диаметр и длина ротора молотковой мельницы; IN — максимальная удельная нагрузка на ротор мельницы: для мельниц ММА IN»50 кВт/м2; для мельниц ММТ IN»45 кВт/м2; Nx — мощность, потребляемая молотковой мельницей при холостом ходе, кВт.


z
N x  a  10 9 DM3, 4 l M n 2, 4  0,52
 0,48 , (8.114)
z
0


где а — коэффициент, равный 1,28 для мельниц типа ММА и 1,1 для мельниц типа ММТ;
Zo и Z — число бил в молотковой мельнице по паспортным данным и в фактическом исполнении.
В уравнении (8.115) <р — доля объема барабана шаровой мельницы, занятого шарами
mш
m

 0,26 2ш , (8.115)
 2
Dб l б
Dб l б 4,9
4
ROOS — остаток при просеивании готового продукта через сито № 008, %; т ш — масса шаровой загрузки, т;
k — коэффициент размолоспособности материала, который может быть найден из уравнения:
П П
К  К ло w1 w2 , (8.116)
ПD
где Кло — лабораторный коэффициент относительной размолоспособности материала; По — поправочный коэффициент на крупность дробления; nWl — коэффициент, учитывающий влияние влажности материала на его размолоспособность; ITW — коэффициент пересчета со средней влажности материала в процессе размола и сушки на начальную влажность:
100  W
П w2 
,
100  Wc
где W – средняя влажность материала в процессе размола и сушки, %:
для шаровых сепараторных мельниц
W  3W л
W c
4
для молотковых сепараторных мельниц
W  6W П
W c
,
4
где Wc, Wn и W0 — соответственно, начальная, конечная и гигроскопическая влажность материала, %.
ПW 1 
4  Wc  W 2
.
4  Wc  W02
Значение коэффициента размалываемое™ Кло определяется путем размола пробы топлива в лабораторной барабанной мельнице (методика ВТИ). В качестве эталона принят донецкий антрацит АШ (антрацитовый штыб), для которого
Кло = 1 и Roos = 69,2%. Для других видов топлива 0,8<Кло<2,5. Удельный расход электроэнергии при размоле эталон134
ного материала (уголь АШ) сравнительно мало зависит от производительности и для шаровых сепараторных мельниц
может быть принят для расчета ж 25 кВт-ч/т, а для молотковых сепараторных мельниц равным «9—10 кВт-ч/т.
Значение коэффициента размалываемое™ Кло ориентировочно может быть принято: для плотных известняков
Кло»0,8—1,2, для рыхлых легкоизмельчаемых материалов (мел, известняк-ракушечник, глина и т. п.) Кло» 1,5—2,0.
Сушильная производительность является параметром, зависимым от размольной производительности Gp, и прямо
пропорциональна необходимому удельному расходу сушильного агента Vc.a, найденному исходя из теплового баланса;
q p  q 2p  q 2П  q шП
Vca  1
,
1   С са t ca  C ог t ог
где qf — теплота испарения (расход тепла) физической влаги:
q1p  Wb 2500  1,97t ог , (8.117)
где AWb — масса физической влаги, удаляемой при сушке; tor — температура отходящих газов.
Wc
WП
Wb 

,
100  Wc 100  Wп
где Wc и Wn — содержание физической влаги в сырье и в полученном продукте. Яр — конечное теплосодержание
(расход тепла) полученного продукта, включая пылеунос:
q pГ  lC П t п ,
где Сп — массовая теплоемкость продукта, кДж/кг-с; t,, — температура продукта, °С; (J — коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду через стенки установки, выраженные в долях единицы от начального теплосодержания сушильного агента (р = 0,2—0,3); q£ — начальное теплосодержание (приход тепла) рабочей массы исходного
сырья:


Wc
, (8.125)
q 2П   С с  С b

100

W
c 

где Сс — массовая теплоемкость сухого сырья, кДж/кг-°С; С„ —массовая теплоемкость влажного сырья, кДж/кг-°С;
Сса — объемная теплоемкость сушильного агента, кДж/м3 • °С; Сог — объемная теплоемкость отходящих газов, кДж/м3°°С; tca — температура сушильного агента, °С; tor — температура отходящих газов, °С.
При составлении теплового баланса шаровых сепараторных мельниц учитывается дополнительно поступающее тепло,
выделившееся в результате работы трения шаровой загрузки — qSi (кДж на 1 кг сухого материала):
N
q шП  3,1 M , (8.126)
Gp
где г] — механический кпд мельницы, г\ = 0,85-=-0,88 для мельниц с периферийным приводом; NM — мощность привода мельницы, кВт; Gp — размольная производительность, т/ч.
Сушильную производительность оценивают по расходу сушильного агента (м3/ч):
Vca  G pVca . (8.127)
При определении необходимой производительности мельничного вентилятора Уцент., м3/ч, при tor следует учитывать
расходы сушильного агента и выделившихся из материала водяных паров AWBH принимать запас около 50%. Производительность мельничного вентилятора рассчитывают по уравнению:
W  TОГ

Vвент  1,5Vca  G p
, (8.128)

0,804  Т 0

где Тог — температура отходящих газов в К; Т ог = 273 -+- Тог, где tor — температура отходящих газов в °С; Т 0 — абсолютная температура, соответствующая О °С, Т 0 = 273 °С.
Оценка эффективности работы сушильной установки оценивается путем расчета ее коэффициента полезного действия
т)Су:
q p  q 2p
hcy  1П
, (8.129)
q1  q 2П
где q^ — расход тепла на испарение физической влаги (см. выше); q§ — расход тепла, уносимого из установки вместе
с материалом и отходящими газами:
q2p  lCП t П  VcaCОГ t ОГ , (8.130)
q" — начальное теплосодержание сушильного агента:
q1Г  VcaCcat ca , (8.131)
q5 — начальное содержание рабочей массы исходного сырья:


Wc
, (8.132)
q 2П   С с  С b
100  Wc 

где Сс — массовая теплоемкость сухого сырья, кДж/кг-°С; Св — массовая теплоемкость влаги сырья, кДж/кг °С; wc —
начальная влажность сырья, %; tc — начальная температура сырья.
Тепловой к.п.д. сушильной установки, как это следует из вышеприведенного уравнения (8.129), представляет собой
отношение необходимого для проведения сушки тепла к общему расходу тепла.
Сушильно-размольные установки выбирают по их паспортным данным на основе параметров, характеризующих свойства перерабатываемого материала и полученных расчетом значений размольной и сушильной производительности —
Gp, Vca и VBeHT.
135
При необходимости расчета дробилок с одновременной подсушкой можно руководствоваться вышеизложенными
принципами расчета.
8.9 РАСЧЕТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ МОКРОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО
КЛИНКЕРА
8.9.1 Методика расчета
При проектировании цехов с печами для обжига сырьевого шлама производится уточнение их производительности в
зависимости от влажности шлама, состава сырьевой шихты и применяемых способов интенсификации процесса обжига
(теплообменные устройства, минерализаторы и т. д.).
При использовании сырьевого шлама с начальной влажностью, отличной от значения W0(36 или 38%), указанной в
паспорте, производительность печи может быть ориентировочно оценена по формуле:
Gw  GW 0 K w , (8.133)
где Gw — производительность печи при фактической влажности сырьевого шлама; Gw — производительность печи по
паспорту при влажности сырьевого шлама W0(36 или 38%); Kw — коэффициент, учитывающий влияние изменения
влажности шлама на производительность печи — приближенно определяется по графику (см. рис. 6.36).
При применении твердого топлива после корректировки производительности печи производится расчет системы пылеуглеприготовления: определяют состав шихты топлива (по маркам) и характеристики форсуночного топлива: влажность, зольность, тонкость помола и теплота сгорания.
После этого производится выбор схемы пылеприготовления и расчет размольной производительности выбранной
предварительно мельницы.
В случае несоответствия расчетной производительности заданным параметрам производится пересчет производительности мельницы при новых исходных данных (загрузка мельницы мелющими телами, степень вентиляции мельницы,
тонкость помола форсуночного топлива, состав шихты топлива по маркам).
После получения данных, удовлетворяющих условиям нормальной работы печей, производится поверочный расчет
потребной мощности электродвигателя привода мельницы, а также тепловой и аэродинамический расчеты мельничной
установки. Конечной целью теплового расчета является определение температуры, количества сушильного агента, а
также количества воздуха, подсасываемого в мельничную установку.
Определение указанных параметров производится из тепловых балансов подсушивающего устройства и мельницы.
Расчет пылегазопроводов и выбор вспомогательного оборудования (сепараторы, циклоны и т. п.) производится в соответствии с правилами взрывобезопасности, изложенными в «Правилах взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива в пылевидном состоянии» и в «Нормах расчета и проектирования пылеуглеприготовительных
установок».
После уточнения производительности печи и расчета системы пылеприготовления производится тепловой расчет печи, который имеет целью определение удельного и часового расходов тепла и топлива на обжиг клинкера.
Тепловой расчет печи, запроектированной для работы на жидком и газообразном топливе, производится по аналогичной схеме.
Расход воздуха на сжигание топлива и объем отходящих газов определяются расчетом по элементарному составу топлива и сырья. Количество избыточного воздуха, сбрасываемого от колосникового холодильника, определяется из теплового баланса холодильника.
Выбор вспомогательного оборудования — циклонов, фильтров для очистки запыленных газов, тягодутьевых машин
(вентиляторов и дымососов), а также определение размеров газоходов производится на основании аэродинамического
расчета.
Ниже приводятся примеры тепловых расчетов вращающихся печей 05,0x185 м, оборудованных колосниковыми холодильниками.
В первом примере приведен тепловой расчет печи и системы пылеуглеприготовления (по индивидуальной схеме), во
втором тепловой расчет печи, в которой в качестве технологического топлива используется природный газ.
8.9.2 Пример теплового расчета установки пылеуглеприготовления для вращающейся печи 05,0x185 м
Определить основные параметры работы мельничной установки: тип, размер и производительность мельницы, а также
тепловой режим мельничной установки.
Исходные данные:
1) форсуночное топливо вращающихся печей — смесь подмосковного и донецкого тощего углей.
Характеристика углей
Наименование
Содержание в топливе, %
угля
Ср Нр Sp Op Np Ap Wp Wa Wpmax Kло Vr QpнкДж/кг
(ккал/кг)
Подмосковный 29,1 2,2 2,9 8,7 0,6 23,5 33 8,0
37
1,75 45 10509(2510)
Донецкий
70,6 3,4 2,7 1,9 1,2 15,2 5,0 1,0
9,0
1,9 13 27424(6550)
2) Производительность печи Скл = 72 т клинкера/час при влажности шлама=38% (паспортные данные).
3) Температура отходящих газов tor = 220 °С.
4) Содержание СаО в сырье=45%.
5) П. п. п. шлама=35%.
6) Коэффициент избытка воздуха в печи ап = 1,1.
7) Содержание летучих в форсуночном топливе V* = 18— 20%.
8) Тонкость помола угольного порошка ROOS = 8,0%.
9) Температура газов после мельницы t™ = 80 °С.
10) Состав отходящих от печи газов Содержание:
136
COz — 16%
Н20 — 40,4%
02—1,03%
N2 - 42%
11} Температура наружного воздуха tB = 15 °С. 12) Теплоемкость форсуночного топлива Ст = 1,130 кДж/кг-•град.
13) Температура форсуночного топлива tT = 60 °С.
14) Рекомендуемая концентрация пыли за сепаратором Цсе«0,4
РАСЧЕТ
I. Определение состава и характеристик топлива
Для обеспечения нормального по количеству летучих состава форсуночного топлива необходимо принять шихтовку
натуральных углей — подмосковного: донецкого тощего П : ДТ = 60% • : 40% =3:2.
Параметры смеси натуральных углей и форсуночного топлива.
1) Средняя влажность смеси натуральных углей:
р
Wсрсм
 WПр 0,6  Wдтр 0,4  33  0,6  5  0,4  21,8%
2) Максимальная влажность смеси натуральных углей:
р
р
р
Wмах
 Wмах
0,6  Wмахдт
0,4  37  0,6  9  0,4  25,8%
3) Влажность аналитическая смеси углей:
р
а
р
 П 100  W р W а
 .  П 100  W Пр
ДТ 100  W ДТ
W ДТ
ДТ 100  W ДТ
а
П
П
Wсрсм  


.
100  100
100  100
100
100

 







 60 100  33 8 40 100  51,0  .  60 100  33  40 100  5 

 100  100  100  100  . 
100  4,6%
100
100

 

4) Зольность смеси натуральных углей:
р
р
Асрсм
 АПр 0,6  А ДТ
0,4  23,5  0,6  15,2  0,4  20,18 %
  100  




5) Содержание летучих в смеси натуральных углей:
р
р
р
V р 100  А р  W р П V ДТ
100  А ДТ
 W ДТ
ДТ  
а
П
П
П
Vсрсм  

 
100  100
100  100
 

 45 100  23,5  33 0,6 13100  15,2  50,4 


  15,9%
100
100


6) Теплота сгорания смеси натуральных углей (средняя):
р
р
Qнсм
 Qнпр 0,6  Qндт
0,4  10509 0,6  27424 0,4  17275кДж / кг
7) Коэффициент размолоспособности для смеси углей:
0,6 100  Wпр
0,4 100  Wдтр
К ло  К лоп
 К лодт

р
р
0,6 100  Wп  0,4 100  Wдт
0,6 100  Wдтр  0,4 100  Wпр















0,6100  33 
0,4100  5
 1,75
 1,9
 1,81
0,6100  33   0,4100  5
0,6100  5  0,4100  33 
8) Содержание летучих в форсуночном топливе при W* = — 5°/ — J /ор
Vсрсм
100  W Ф 15,9100  5
VФ 

 19,3%
р
100  21,8
100  Wсрсм



9) Теплота сгорания форсуночного топлива (средняя)

100  W
 100
W
ф
р
Qнф  Qнсм
 25,12Wсрсм

ф
р
срсм
 25,12W ф  17275  25,12  21,8 
100  5
 20198 кДж / кг , где 25,12 — удельная теплота
100  21,8
парообразования, МДж/кг.
10) Зольность форсуночного топлива:
100  W ф
100  5
ф
Аф  Асрсм
 20,18 
 24,5%.
р
100  21,8
100  Wсрсм
11) Характеристика форсуночного топлива:
Наименоваие
С
Н
S
1. Смесь натуральных 45,65
2,68
2,82
топлив
2. Форсуночное топ55,5
3,26
3,43
ливо
O
5,97
N
A
W
0,84 20,18 21,8
7,26
1,02
24,5
5
Qpн, кДж/кг
17375
20198
II. Определение производительности мельницы для размола угля
Удельный расход тепла или топлива на обжиг сырьевой шихты определяется на основании теплового расчета или на
основании испытаний печной установки. С достаточной для проектирования точностью удельный расход тепла на обжиг может быть определен по номограмме 11 («Справочник по проектированию цементных заводов», Стройиздат, Л.,
137
1969, стр. 50).
q уд  6196 ,5 кДж / кг
q уд
6196 ,5
 0,3068
20198
Q
Часовой расход форсуночного топлива
q удGкл К зап  0,3068  72000  1,2  26507 ,5 кг / ч
удельный расход топлива 
p
H

Типоразмер ближайшей по производительности мельницы — (табл. 6.11) ШБМ 287/470 с подсушивающим устройством.
Характеристика мельницы:
Диаметр по средней линии выступов
брони Вб, мм
— 2870
Длина Ьб, мм
—4700
Число оборотов барабана N6, об./мин. — 18,7
Потребная мощность двигателя N& кВт не более
— 500
Рекомендуемый вес загружаемых шат ров Ош
Диаметр патрубков — Опатр., мм
— 800—1000
Производительность по антрацитовому штыбу Ва.ш., т/ч — 16
Насыпная масса шаровой загрузки ош. нас-, кг/м
— 4900
Объем барабана V& м
— 30,4
Коэффициент заполнения мельницы шарами:
GM
35000
б 

 0,235 .
 шнасVб 4900  30,4
Производительность мельницы по сырому углю определяется по формуле (8.134):
0,1D
B
2, 4
б
  

 П ВЛ
 К экс К бр 
Lб n  К ло П ВЛ
 D 
б 

100
П др ln
R008
0 ,8
б
n
0, 6
б
где Пвд — поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности угля на размолоспособность.
 
П ВЛ
 
wm2 ax  w ф
2
(8.135)
wm2 ax 
здесь Wmax — максимальная влажность топлива — 25,8%. Средняя влажность угля в барабане Wcp:
W   3W ф
Wcp  M
, (8.136)
4
где W^ — влажность топлива перед мельницей после подсушивающего устройства, определяемая по формуле:
р
р
Wсрсм
100  W ф  100 Wсрсм
 W ф a  b  a  b 
WM 
, (8.137)
р
100  W ф  Wсрсм
 W ф a  b  a  b 



 



где а — количество влаги, удаленной в первой ступени подсушки в трубе-сушилке или при подсушке в нисходящем
потоке (в долях от общего влагосьема в установке).
В случае применения трубы-сушилки а = 0,6; b = 0; при подсушке в нисходящем потоке со вставками а = 0,5; b = 0;
при сушке в нисходящем газопроводе а = 0,4; b = 0; b — количество влаги, удаленное во второй ступени, при двухступенчатой подсушке и сбросе отработанного сушильного агента после первой ступени сушки в атмосферу. При трубесушилке и устройстве с нисходящей сушкой со вставками а = 0,6; b = 0,5; то же без вставок а = 0,6; b = 0,4. При отсутствии подсушки а = 0 и b = О и WM = W§P.CM; W* — влажность пыли=5%.
21  8100  5  100 21,8  5,00,5
WM 
 14,3%
100  5  21,8  50,5
Влажность топлива перед мельницей при Wmax = 25,8%,
Wxmax = 17 /0.
Средняя влажность Wcp:
14,3  3,5
Wcp 
 7,33%, подставляя в (8.135), находим:
4
25,8 2  7,33 2
 0,974 ,
25,8 2  4,6 2
где Пм — поправочный коэффициент перевода массы угля со средней влажностью Wc_ в массу сырого угля с влажностью WJL.
ср-см
100  Wcp
100  7,33
 
П ВЛ

 1,185 ,
р
100  Wсрсм 100  21,8
 
П ВЛ
138
Пдр — поправочный коэффициент, учитывающий степень предварительного дробления угля, характеризуемую остатком на сите с ячейками 5X5 мм (R5),
при R5  50 %; П ДР  1,12 .
Kgp — коэффициент, учитывающий форму и износ брони, принимаем
К бр  1,0.
Кэкс — коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия (степень износа шаров, равномерность загрузки);
принимаем Кэкс = 0,9. По опытным данным для данной смеси углей с содержанием летучих V* =19%; R^g = 8% ,
m
  

 — коэффициент, учитывающий влияние степени вентиляции на производительность мельницы:
 D 
б 

VВЛСМ

.
Fб 1  б 3600
Скорость со ориентировочно может быть принята 2,5-f-3 м/сек (уточняется после теплового расчета) где Vgj, см —
объем влажного газа или воздуха, просасываемого через мельницу, м 3/ч; F6 — площадь поперечного сечения барабана
мельницы (в свету), м2; m — показатель степени при -i=r- — V А зависит от коэффициента заполнения барабана шарами; ЧГ5 может быть определен по приведенным ниже данным:
Ψ6
M
0,25
0,4
0,20
0,3
0,15
0,2
0,1
0,1
При Уб = 0,235, т«0,365.
  

Принимая ориентировочно ю = 3,0 м/с, находим 
 D 
б 

0, 365
 1,23 .
0 , 365
  

Подставляя значение 
в формулу (8.134), определяем производительность мельницы по сырому углю. Про D 
б 

изводительность мельницы при начальной влажности Wcp.CM. = 21,8%.
0,1  2,87 2, 4  4,7  19 0,8  0,235 0,6  1,81  0,965  1,187  1,0  0,9  1,23
B
 26,21  0,965  1,187  30,0 т / час
100
1,12  ln
8,0
Производительность при влажности угля 25,8%:
Bmax  26,21  0,967  1,24  31,43 т / ч.
Производительность по форсуночному топливу:
24 ,7


 0,2879  72  1  100  19 %.


Для обеспечения нормального режима работы печи при использовании углей с начальной влажностью около
25% необходимо применять схемы пылеприготовления, разомкнутые после помола. В качестве сушильного агента используются отходящие газы от печи и горячий воздух от холодильника. Предварительная подсушка угля предусматривается в нисходящем потоке.
III. Определение температуры и количества сушильного агента на 1 кг угольной пыли перед мельничной установкой
1. Выход воды из угля:
р
1,0 wсрсм
 w ф 1,021,8  5
g wуу 

 0,215 кг / кг  т
р
100  21,8
100  wсрсм


ИЛИ
0,215
 0,267 нм 3 / кг  т.
0,805
2. Объем сушильного агента при температуре 80 °С за сепаратором в нм при концентрации пыли (ic.a. = 0,40 кг/кг
Vwуу 
 1

 1

Vc.a.  
 g wуу  .. с.а.  
 0,215  ..1,3  2,285 ..1,3  1,76 нм 3 / кг  т.
 0,4

  c.a.

3. Количество сушильного агента перед подсушивающим устройством Vc.a.ny
при присосе воздуха 30%(КПрис. = 1,3).
V 
1,76
  c .a . 
Vcaпa
 1,35 нм 3 / кг.
1,3
1,3
4. Количество воздуха, присасываемого в мельничной установке:
1,76  1,35  0,41нм3 / кг.
139
5. Тепловой баланс помольной установки с подсушивающим устройством на 1 кг угольного порошка.
А. Расход тепла а) Расход тепла на испарение влаги
2491 g wуу  2491  0,215  535 ,6 кДж / кг.
б) Тепло, уносимое топливом, при температуре выходящих из мельницы газов «80 ° С:
100  5
5 

ф
g уг С уг
t уг  1,130
 4,19
80  69,1 кДж / кг.
100
100


в) Тепло, уносимое сушильным агентом: Vc.a. • Сс.а. • fc.a. = (1,76 • 1,410 + 0,267 • 1,503) • 90 = 230,6 кДж/кг.
г) Потери тепла в окружающую среду принимаем ориентировочно равными 20,0 кДж/кп
g расх  535 ,6  69,1  230 ,6  20,0  855 ,3 кДж / кг.
Б: Приход тепла
а) Тепло, внесенное присасываемым воздухом при температуре — 15 °С:
Vпр С В t B  0,41  1,297  15  8,0 кДж / кг.
б) Тепло работы шаров:
q m  3,60  K мех N разм  3,60  0,70  22,0  55,4 кДж / кг.
где Кмех для мельницы ШБМ = 0,70, а 3,60 — коэффициент перехода кВт • ч — кДж.
Удельный расход энергии на помол:
N ДВ
500
N разм 

 22,0 кВт  ч / т.форс.топл.
ф
0,92  24,7
 эл В
в) Тепло, внесенное топливом:
1  С уг t уг  1  1,7554  10  17 ,54 кДж / кг ,
где t™ — 10 °С — температура поступающего в мельницу угля, Cyj, — теплоемкость топлива, которая может быть
рассчитана по формуле:
р
р
4,19  Wсрсм
100  Wсрсм
4,19  21,8 100  21,8
C уг 

 СТ 

 1,090  1,765 кДж / кг  рад,
100
100
100
100
Ст — теплоемкость сухого топлива = 1,090 кДж/кг-град.
г) Тепло, внесенное в подсушивающее устройство сушильным агентом, определяем из уравнения теплового баланса:
 q расх  Qприх
Пренебрегая количеством тепла, вносимого влагой топлива, имеем:
855 ,3  8,0  55,4  17 ,54  q c.a.пу ,
  855 ,3  80,94  774 ,36  774 кДж / кг  топл.
q caпa
д) Температура сушильного агента перед подсушивающим устройством определяется по уравнению:
  Vca C ca t сапу
 , (8.139)
q сапу
где Сса — теплоемкость сушильного агента перед подсушивающим устройством, которую при 400 °С принимаем равной 1,465 кДж/кг. град, откуда:
q
774
  сапу 
t сапу
 391 0 С
Ссапу 1,465  1,35
е) Расход воздуха из холодильника при 600 °С перед подсушивающим устройством из уравнения теплового баланса
перед подсушивающим устройством:
  V B  1,507  210  Vсапу
  1,465  391,
V B  1,340  600  Vсапу


где 1,465 — теплоемкость смеси воздуха и газов перед подсушивающим устройством.
VB  1,340  600  1,35  VB   1,507  1,35  1,465  391,
346 ,1
VB 
 0,71 нм 3 / кг  т,
487 ,5
VГ  1,35  0,71  0,64 нм3 / кг  т.
ж) Плотность вентилирующего агента за мельницей (перед сепаратором):
V    g wуу
273
  cace ca
 сам

, (8.140)
  Vwуу

Vcace
273  t ca
где
0,16  1,977  0,4  0,805  0,01  1,429  0,42  1,251  0,68  1,293  0,67
 1,3 кг / нм 3
1,35
1,76  1,3  0,215
273
 
 cam

 0,95 кг / м 3 .
1,76  0,267
273  80
6. Определение температуры сушильного агента перед мельницей при средней влажности угля:
а) Выход воды, испаренной в подсушивающем устройстве, на 1 кг угольной пыли
р
1,0 100  W ф Wсрсм
 WM
100  521,8  14,3  0,106 кг / кг
 
g wпп

р
100  14,3100  21,8
100  WM  100  Wсрсм
 
 cam





140
или
0,106
 0,132 нм 3 / кг.
0,805
Температуру вентилирующего агента перед мельницей определим из теплового баланса подсушивающего устройства.
А. Приход тепла на 1 кг топлива
а) Тепло, внесенное сушильным агентом: 774,0 кДж/кг.
б) Тепло, внесенное топливом: 17,54 кДж/кг.
Б. Расход тепла на 1 кг топлива
а) Испарение влаги из топлива:
gw.ny 2491 = 0,106-2491 = 264 кДж/ кг.
б) Потери тепла в окружающую среду принимаем около 20% от общей потери тепла установкой 20,0X0,2 = 4,0
кДж/кг.
в) Теплосодержание топлива при средней температуре топлива 50 °С (после подсушивающего устройства) по формуле:
100  W ф
100  5
 C уг t уг 
 1,528  50  84,6 кДж / кг ,
100  WM
100  14,3
где
4,19  WM 100  WM
4,19  14,3 85,7
кДж
с
С уг 

 C уг


 1,090  1,533
.
100
100
100
100
кг  град
г) Тепло, уносимое вентилирующим агентом:
774 + 17,54 — 264,0 — 4,0 — 84,6 = 439 кДж/кг.
Температуру сушильного агента перед мельницей определяем по формуле:

g ca
439
 
t сам

 196 0 С ,
 С w 1,35  1,507  0,132  1,520
Vca C ca  Vwпп
Vwпп 
где Сс а — теплоемкость сушильного агента, принимается при температуре 200 °С; Cw — теплоемкость водяных паров
при 200 °С —1, 520 кДж/нм3трад.
IV. Определение часовых расходов топлива и воздуха и выхода отходящих газов
1. Расход форсуночного топлива номинальный:
G q 72000  1480
GТф  клф 
 20730 кг / ч
5140
Qн
2. Количество вентилирующего агента перед мельничным вентилятором в режиме работы с коэффициентом запаса =
1,2.
273  t Г
273  60
м3
  V Bce
  V wуу GTф
V Ba
 К з  1,76  0,267   20730  1,2
 61500
.
273
273
ч
3. Количество сушильного агента перед подсушивающим устройством:
273  t Г
273  393
м3
  Vca GTф
Vсапу
 К з  1,35  20730  1,2
 81900
.
273
273
ч
4. Количество сушильного агента после подсушивающего устройства:

273  t сапу
273  215
м3
  Vса  V wсс GTф
Vсапу
 К з  1,35  0,132   20730  1,2
 65900
.
273
273
ч
5. Максимальное количество отходящих газов от печи, подаваемое в подсушивающее устройство:
273  215
м3
Vгп  0,68  1,2  20730
 30550
.
273
ч
6. Максимальное количество воздуха при температуре 600 ° С от холодильника, подаваемое в подсушивающее
устройство:
273  600
м3
Vвх  0,67  1,2  20730
 53300
.
273
ч
7. Содержание кислорода в газах в трактах установки и в мельнице:
Vо 2 п  0,68  Vо 2 х  0,67  Vо 2 пр  0,41 1,03  0,68  14  0,67  8  0,41

 7,6%,

Vсапе
1,76
что исключает возможность создания взрывоопасной ситуации.
8. Скорость сушильного агента в мельнице:
Vca .пу  Vв.п.
1
WM 

 3,5 м / с.
2
0,785  2,87 2 1  0,235 3600
Таким образом, производительность мельницы будет несколько больше принятой в расчете.
V. Определение основных размеров подсушивающего устройства
По опытным данным паросьем в подсушивающем устройстве принимаем равным 360 кг/м3.
Объем подсушивающего устройства:
g w. уг G Гф К 3 0,215  20730  1,2
Vпу 

 18,5 м 3 .
0,805 Р
0,805  360
141


При средней скорости сушильного агента, отнесенной к полному сечению подсушивающего устройства — 7 м/сек.,
сечение подсушивающего устройства:
Vc.a.пу  Vс.а.пу 81900  65000

 2,93 м 2 .
2,3600  7
2,3600  7
Диаметр подсушивающего устройства:
2,93
 1,93 м, принимаем d = 1,9 м.
0,785
Высота цилиндрической части подсушивающего устройства:
Vпу
18,5
h

 6,5 м.
2
0,785 d
0,785  1,9 2
8.93 Пример теплового расчета вращающейся печи 0 5,0X185 м с колосниковым холодильником типа «Волга75» при использовании в качестве технологического топлива природного газа
Определить: основные параметры работы печи (удельный и часовой расходы тепла и топлива на обжиг клинкера, расход воздуха и объем отходящих газов) и подобрать вспомогательное оборудование к печи и к колосниковому холодильнику" «Волга-75» (э/фильтры, вентилятор отсоса избыточного воздуха, а также вентиляторы общего и острого дутья).
d
Исходные данные:
1) Сырье: известняк, глина. Влажность сырьевой шихты 38%.
2) Топливо: газ Дашавского месторождения.
3) Температура газов на выходе из печи trn = 250 °С.
4) П.п.п. шлама = 35%.
5) Удельный расход сухого сырья gc = 1,56 кг/кг.
6) Коэффициент избытка воздуха в печи ап = 1,1.
7) Температура клинкера на выходе из холодильника 1к.х = = 100 °С.
8) Расход воздуха на охлаждение клинкера VRX. = 2,6 нм^кг-кл.
9) Температура вторичного воздуха tB.BT = 430 °С.
10) Температура клинкера из печи перед холодильником 1к.х =1200 0С кДж
11) Теплота сгорания сухого газа QH = 35684 ^=т-.
им
12) Состав газа:
СН 4  97,9%; С2 Н 6  0,5%; С3 Н 8  0,2%; С4 Н10  0,1%; N 2  1,2%; CO2  0,1%;   100 %
13) Присос воздуха через неплотности головки печи в % от общего количества воздуха, потребного для горения топлива у = = 3%.
14) Температура окружающего воздуха te = 15 °С.
15) Теплоемкость воздуха Св = 1,298 кДж/нм3 • град.
16) Температура поступающего в печь шлама tffl = Ю °С.
17) Теплоемкость шлама Сш = 0,879 кДж/кг-град.
18) Влагосодержание воздуха do = 0,0161 нм3/нм .
19) Коэффициент избытка воздуха перед дымососом ад = = 1,6.
20) Унос пыли из печи — 10% или 0,156 кг/кг-кл.
21) В том числе возвращаемый в печь — 9,1%.
22) Концентрация пыли во вторичном воздухе — 100 г/нм .
23) Содержание СаО в сырье «45%.
Расход воздуха и выход отходящих газов
1) Теоретический расход сухого воздуха на горение топлива цо формуле



n

VB0  0,0476 0,5CO  0,5H 2 O  1,5H 2 S   m  C m H n  0,2  0,0476 1 
4





4

97 ,9   2 
4

6
0,5 
4

8
10 


  3  0,2   4  0,1  0,2  9,48 нм 3 ;
4
4



2) Выход отходящих газов: а) количество N2
N
1,2
VN 2  0,79VB0  2  0,79  9,48 
 7,5 нм 3 ;
100
100
б) количество CO2
VCO 2  0,01CO2  mCm H n   0,010,1  97,9  2,05  3  0,2  4  0,1  1,0 нм3 ;
в) количество H2О
n
6
8
10 


4
VHГ2O  0,01 H 2 S  H 2   C m H n   0,0161VB0  0,01 97 ,9  0,5  0,2  0,1 
2
2
2
2 


2
 0,0161  9,48  2,14 нм 3 ;
г) Общее количество газов из топлива
VГ .О.  7,5  1,0  2,14  10,64 нм3 .
Продукты обжига на 1 кг клинкера 1) Количество COi
142
g cc п.п.п 1,56  35

 0,546 кг ;
100
100
0,546
V Hc 2O 
 0,276 нм 3 .
1,977
2) Количество водяных паров
g ccW
1,56  38
g Hc 2O 

 0,956 кг ;
100  W 100  38
0,956
VHc 2O 
 1,19 нм 3 .
0,805
3) Количество безвозвратного уноса пыли
c
g ун  g cc  g CO
2  1,0  1,56  0,546  1,0  0,014 кг.
c
g CO
2 
Тепловой баланс печи на 1 кг клинкера.
Приход тепла
1) Теплосодержание топлива химическое
Q1  Qнс х  35684кДж,
где х — удельный расход газа на обжиг 1 кг клинкера в нм3.
2) Теплосодержание шлама
Q2  g cc Ccc  g Hc 2O  4,19 t ш  1,56  0,879  0,956  4,19 10  53,8 кДж.
3) Тепло, внесенное присосанным воздухом,
Q3  VB0 п уСВ t B x  9,48 11 0,03 1,298 15x  6,1x кДж.
4) Теплосодержание вторичного воздуха при температуре 430 °С
Q4  VB0 п 1  у СВ t В.ВТ х  9,48 1,11  0,031,335  430х  5807х кДж.
5) Тепло экзотермических реакций клинкера принимаем (ориентировочно)
Q5  440кДж.
6) Общий приход тепла:
Q  35684x  53,8  6,1x  5807x  440  41497x  494 кДж.
Расход тепла
7) Расход тепла на диссоциацию СаСОз
1,36  45
c
q1  g CO
1658  2078 ,4 кДж.
3  1658 
56
8) Расход тепла на испарение влаги:
q2  2491g Hc 2O  2419  0,956  2381,5 кДж.
9) Теплосодержание отходящих газов:
T
T
0
c
c

q3  VCO
2 C CO 2  V N 2 C N 2  V H 2 O C H 2 O  V B  п  1С В х  VCO 2 C CO 2  V H 2 O C H 2 O t m 





 3872 ,8 x  584 ,5 кДж ,
где ССОг, CN2 и т. п.— средние объемные теплоемкости газов при температуре 250 °С.
CCO 2  1,8246 кДж / нм 3 град; С N 2  1,3033 кДж / нм 3 град; С Н 2О  1,5324 кДж / нм 3 град;
С В  1,3062 кДж / нм 3 град.
10) Теплосодержание клинкера, выходящего из печи:
  1236 кДж.
q4  1,0Cклt кл
11) Теплосодержание уноса:
  40 ,8 кДж .
q5  Q унС унt гп
12) Потери тепла в окружающую среду:
Fп q
q6 
 778 ,7 кДж .
1000 Gкл
Откуда:
7310  494
6816
x

 0,1811 нм 3 .
41497  3873 37624
где Fn — поверхность корпуса печи, м2:
Fп  Д п Lп  2910 м 2 ,
Aq — потери тепла в окружающую среду 1м2 корпуса печи; при принятых условиях составляют около 19260 кДж/м2ч.
13) По опытным данным, расход тепла на образование жидкой фазы:
g 7  50 ккал / кг  210 кДж / кг.
14) Общий расход тепла:
q  2078,4  2381,5  3872,8x  584,5  40,8  778,7  210  1236  7310  3873x, кДж.
Определение удельных показателей работы печной установки
143
1) Удельный расход топлива определяем из уравнения теплового баланса:
41497 х  494  7310  3873 х.
2) Удельный расход тепла:
q  QHc X  35684 0,1811  6462кДж.
3) Общий расход воздуха, потребного для горещя топлива:
VГТ  VB0 x п  9,48  0,1811  6462кДж.
4) Количество вторичного воздуха:
VВ.ВТ  1,881  0,03  1,82 нм3 .
5) Количество газов на выходе из печи:
c
3
Vг.п.  VГТ  VB0   1,0  VB0 п d 0 x  VCO
2  VH 2O  3,59 нм .
Определение температуры избыточного воздуха из холодильника
Тепловой баланс холодильника на 1 кг клинкера
Приход тепла
1) Теплосодержание клинкера, поступающего в холодильник:
  q4  1236 кДж.
Qкл
2) Теплосодержание воздуха, поступающего под решетку:
QB  VB. X .C B t B  2,6  1,298  15  50,6 кДж.
3) Общий приход тепла:
Qхол  1236  50,6  1287 кДж.
Расход тепла
1) Теплосодержание клинкера после холодильника:
  0,787  1,0  100  78,7 кДж.
qкл
2) Теплосодержание вторичного воздуха:
g B.BT  Q4  5807 X  5807  0,1806  1048 ,7 кДж.
3) Потери тепла в окружающую среду согласно опытным данным:
qп. х.  30,0 кДж.
4) Тепло, уносимое избыточным воздухом. Оцениваем предварительно температуру воздуха 100 °С
q B.изб .  VВ.изб .С В t В.изб .  0,78  1,302  t В.изб .  1,016 t В.изб . , кДж,


VВ.изб.  2,6  1,82  0,78 нм3 .
5) Общий расход тепла:
q хол  787  1048 ,7  30,0  1,016 t B.изб .  1157 ,4  16016 t В.изб. , кДж.
Температура избыточного воздуха определяется из уравнения теплового баланса холодильника:
Qхол  q хол. ,
откуда имеем:
1287  1157 ,4
t В.изб . 
 128 0 С.
1,016
Определение часовых расходов газа и воздуха и выхода отходящих газов
1) Часовой расход природного газа:
VГ .  Gкл х  72000 0,1806  13000нм3 .
2) Количество газов на выходе из печи по объему при температуре 250 °С:
273  t г.п.
273  250
Vг.п.  Vг.п.
 3,95  72000
 495000 м 3 .
273
273
3) Количество влажного вторичного воздуха, поступающего в печь при температуре 430 °С:
273  430
Vв.вт  Vв.вт 1  d 0 Gкл
 3428000 м 3 .
273
4) Количество влажного воздуха, поступающего под решетку холодильника, при температуре 15 °С:
273  15
Vвх  Vвх 1  d 0 Gкл
 232000 м 3 .
273
5) Количество избыточного воздуха от холодильника при температуре 136 °С:
273  136
Vв.изб  Vв.изб 1  d 0 Gкл
 85492 м 3 .
273
Выбор вспомогательного оборудования
Выбор электрофильтров. Для очистки избыточного (сбросного) воздуха от холодильников и очистки газов от вращающихся печей рекомендуется принимать к установке электрофильтры. Типоразмеры электрофильтров выбираются в
зависимости от расхода газов (воздуха) по площади активного сечения электрофильтра.
Для очистки избыточного воздуха от холодильника с температурой 100—170 °С, с целью улучшения работы электрофильтра (повышения коэффициента очистки), необходимо предусматривать впрыск в холодильник распыленной воды в
количестве 20— 50 г/кг кл. Температура газов при вводе воды должна быть на 20—25 °С выше температуры точки росы.
Принимаем величину удельного расхода воды — 25 г/кг кл.
144
Температура водовоздушной смеси может быть определена из условия:
0,78  1,306  128  0,025  2491  Vг.элt г.эл ,
0,025
Vг .эл  0,78 
 0,811 нм 3 / кг кл,
0,805
68,12
кДж
t г.эл 
 64 0 С; Сср  1,306
,
1,306  0,811
нм 3  град
tr эл = 64 °С, что допустимо по условиям конденсации воды в электрофильтре.
Объем газов в электрофильтре:
нм 3
м3
Vг .эл  0,811 К э К зап Gкл  77220
или 95320
при t  64 0 C ,
ч
ч
где Кэ — нормативный подсос воздуха в электрофильтре = 1,15, принимаемый по нормативным документам; К зап —
нормативный коэффициент запаса 1,15, учитывающий возможные режимные изменения температуры клинкера.
Секундный расход воздуха:
95320
 26 м 3 / с.
3600
То же при временном отключении воды:
0,78  1,15  1,15Gкл 273  136
 31 м 3 / с.
3600
273
К установке принимается трехпольный электрофильтр УГ-2— 3—26 с площадью активного сечения — 26 м2. Скорость в электрофильтре при нормальном режиме:
26
 1,00 м / с.
26
То же при временном отключении воды:
31
 1,19 м / с.
26
что допустимо в обоих режимах работы.
Аналогично производится выбор электрофильтра для очистки отходящих газов от вращающейся печи.
Определяется количество газов в электрофильтре:
273  t г .эл
м3
м3
Vг .эл  Vг.п. К1 К э Gкл
 602340
или167
,
273
ч
с
где Kj и Kg — коэффициенты подсоса воздуха, принимаемые по нормативным документам; Kt — коэффициент подсоса воздуха в камере холодного конца и через уплотнение печи «1,2; К э — коэффициент подсоса воздуха в электрофильтре „1Д5.
Температуру газов после электрофильтра — 1г.эл находим из теплового баланса участка камера — электрофильтр:
нм 3
Vг .эл  Vг.п. К1 К э  3,59  1,2  1,15  4,95
.
ч
Подсос воздуха в электрофильтре — 4,95 — 3,59 = 1,36 нм^/кг- кл.
Vг.п.Сг t г.п.  1,36С В t в  4,95Сг.эл ,
принимаем ориентировочно Сг= 1,423 при температуре ^,.эл = 200 °С
3,59  1,444  250  1,36  1,298  15
t г .эл 
 188 0 С.
4,95  1,423
Принимаем трехпольный электрофильтр УГЗ-3-177 с площадью активного сечения 177 м2 (табл. 7.43.). Скорость
газов в электрофильтре:
167
 0,943 м / с.
177
Параметры тягодутьевых машин *.
* Тягодутьевые машины поставляются в комплекте с печным агрегатом.
Количество воздуха, подаваемого вентилятором острого дутья, составляет около 8% от общего количества воздуха,
поступающего под решетку холодильника. Необходимая производительность вентилятора острого дутья с запасом 15%
составит:
Qв.о.д.  232000 0,08 1,15  21340 м3 / час,
где 1,15 — нормативный коэффициент запаса по производительности .
Сопротивление воздуховодов, решетки и слоя клинкера на этом участке составит, по опытным данным, около 5,0 кПа.
Необходимый общий напор вентилятора с запасом 15% составит:
Н в.о.д.  5,0 1,152  6,6 кПа;
Мощность, потребляемая вентилятором:
QB H B
21340  6,6
NB 

 48 кВт.
36  75  1,36 B 35  75  1,36  0,8
Вентилятор общего дутья Производительность вентилятора с запасом 15% составит:
145
Qв.о.д.  232000 213401,15  242700м3 / час.
Сопротивление слоя клинкера на решетке для холодильников «Волга» может быть по опытным данным принято равным «2,0 кПа.
Потребный напор вентилятора общего дутья Нвод = 2,0-1,152 = 2,65 кПа.
Мощность, потребляемая вентилятором:
242700  2,65
NB 
 220 кВт.
36  75  1,36  0,8
Потребная производительность дымососа (вентилятора) для избыточного воздуха от холодильника с температурой
72—136 °С:
Qв.изб.в.  Vг.эл К г К д  775001,05  1,05  85100нм3 / ч,
или 106000 м3/ч при температуре 67 °С.
где Кг — коэффициент подсоса воздуха в газоходе электрофильтр — дымосос = 1,05; К — то же в дымососе (вентиляторе) = = 1,05.
Гидравлическое сопротивление газоходов в зависимости от их протяженности может быть оценено — 0,50-f-0,80 кПа.
Гидравлическое сопротивление электрофильтра — 0,30 кПа. Потребный напор дымососа
Н д.изб.в  1,10  1,152  1,45 кПа.
Печной дымосос
Потребная производительность:
273  t г .д
м3
Vг .д  Vг .эл К 3 К 4 К зап Gкл
 705000
,
273
ч
где К3 — коэффициент подсоса воздуха в газоходах электрофильтр — дымосос — 1,05| К4 — в дымососе — 1,05;
Кзап — коэффициент запаса — 1,15; 1Г.Д — из теплового баланса тракта электрофильтр — дымосос — 153 °С. Потребный напор дымососа Нд:
Н д 1,15 2  Н п  Н газ  Н эл.ф.  Н д  Н тр 1,15 2  2,77 кПа ,
где Нп — гидравлическое сопротивление печи и теплообменных устройств »1,70 кПа; Н газ — гидравлическое сопротивление газоходов дымовая камера — труба«0,40 кПа; Нэл.ф.— гидравлическое сопротивление электрофильтра«0,25
кПа; Нд — гидравлическое сопротивление дымососа и входа в трубу = 0,20 кПа; Н тр — самотяга трубы высотой 100—
120 м при температуре газов 150 °С»0,45 кПа
8.10 РАСЧЕТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧЕЙ СУХОГО СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА
8.10.1 Методика расчета
При проектировании печей для обжига сухой сырьевой шихты производительность печи принимается в соответствии
с паспортными данными завода-изготовителя. Уточнение (изменение) производительности печи производится при
условии использования сырьевой шихты отличного, от принятого в расчете завода-изготовителя, состава.
Удельные расходы тепла и топлива определяются из теплового баланса печи с холодильником и циклонными теплообменниками.
Удельный расход воздуха на горение и выход отходящих газов определяются расчетом на основании элементарного
состава сырья и топлива.
При расчете колосникового холодильника из теплового баланса холодильника с печью и декарбонизатором определяются количество и температура избыточного воздуха, сбрасываемого в атмосферу, и условная температура клинкера.
Последняя представляет собой такую температуру, при которой теплосодержание клинкера равно сумме теплосодержаний сбрасываемого в атмосферу воздуха и клинкера при фактической температуре.
После определения часовых количеств первичного и вторичного воздуха, необходимого для сжигания топлива, избыточного воздуха, сбрасываемого от холодильника, и т. д. производится расчет и выбор вспомогательного оборудования:
установки электрофильтров для очистки воздуха после холодильника, вентиляторов общего и острого дутья, дымососов
и пр.
Типоразмеры электрофильтров и газоходов определяются по количеству проходящего через них воздуха с учетом
аэродинамического сопротивления трактов, температуры газов и концентрации пыли до и после них с учетом принятого
коэффициента пылеосаждения.
Температура газов на выходе из циклона IV ступени при расчете принимается в пределах 340—360 °С.
При использовании тепла отходящих газов для сушки сырьевых компонентов при их помоле, в качестве размольного
агрегата выбираются, как правило, мельницы с воздушной сепарацией.
Перед началом проектирования отделения помола производится предварительный выбор мельницы, исходя из потребности печного агрегата в сухой сырьевой шихте. Производительность выбранного типоразмера мельницы пересчитывается на конкретные условия работы: начальную влажность, размолоспособность, степень предварительного измельчения исходных сырьевых компонентов, а также конечную влажность и тонкость помола сырьевой шихты.
В случае, если в результате произведенного расчета производительность мельницы окажется меньшей, чем это требуется по заданию, расчет повторяется при измененных исходных данных: увеличивается шаровая загрузка, степень вентиляции, степень предварительного дробления и т. д.
По принятым в расчетах значениям размолоспособности сырьевой шихты, коэффициента заполнения и тонкости помола, из условия необходимой размольной производительности мельницы, определяется производительность мельничного вентилятора.
Необходимая температура и удельный расход сушильного агента перед мельницей, а также количество присасываемого по тракту воздуха и количество вентилирующего агента после мельницы определяются из теплового расчета мельницы.
146
Температура вентилирующего агента после мельницы принимается в пределах 70—100 °С с таким расчетом, чтобы
она была на 30—50 °С выше температуры точки росы.
В случае, если тепла отходящих из печи газов, поступающих в мельницу, будет недостаточно, предусматривается
предварительная подсушка глинистого компонента в специальной установке с пересчетом теплового баланса мельницы.
Если размольная производительность значительно больше сушильной, предусматривается рециркуляция сушильного
агента после мельницы.
Выбор сепаратора производится, исходя из объема проходящих через него газов. Выбор циклонов и электрофильтров
производится по объему обеспыливаемых газов в соответствии с допустимыми скоростями газов. Выбор трубы производится на основании действующих санитарных норм.
Определение сопротивления пылевоздушного тракта при выборе тягодутьевых машин производится на основании
аэродинамического расчета. Перед аэродинамическим расчетом следует подобрать сечения отдельных элементов установки по количеству проходящего через них газа (воздуха) в соответствии с рекомендуемыми скоростями; наметить
конфигурацию всего тракта по принятой схеме установки; подсчитать концентрацию пыли в газах (г-нм3/газа) и плотность газов на отдельных участках. Полученные данные для удобства расчета целесообразно вместе со схемой каждого
участка оформить в виде таблицы.
Далее производится расчет аэродинамического сопротивления системы.
Сопротивление тракта (воздухогазопровода или пылепровода) складывается из:
1. Сопротивления входа газов (воздуха) в систему.
2. Сопротивления движению газового потока, которое в свою очередь складывается из местных сопротивлений, сопротивления трения и потерь на подъем пыли (на разгон ее в месте ввода в газовый (воздушный) поток.
Местные сопротивления отдельных участков установки: трубопроводы, вход газа (воздуха) в газозаборное окно (патрубок), повороты, изменения сечения, смесители, шиберы, циклоны, сепараторы и мельницы рассчитываются по формуле:
Н М   М
 2 г
мм вод. ст., (8.141)
2g
где со — скорость газа, м/с; |м — коэффициент местного сопротивления для запыленного потока с концентрацией ; Qr
— плотность газа при соответствующей температуре потока, кг/м 3.
 М   ом 1  0,8 ; (8.142)
* Значения расхода газа (воздуха) через газовоздухопроводы берутся из теплового расчета.
где | — коэффициент местного сопротивления при движении чистого воздуха берется из таблиц и соответствующих
номограмм, приведенных в «Нормах расчета и проектирования пылеприготовительных установок»:
273
 Г   ог
кг / м 3 , (8.143)
273  t г
V 
 VN 2 N 2  VO 2 O 2  VH 2O H 2O  VB B
 ог  CO 2 CO 2
нм 3 / кг кл, (8.144)
Vог
где Vco2 >Vo2 ,VNZ и т. д.— количество составляющих газов; 2УдГ— общий удельный объем газов, нм3/кг кл.
Концентрация материала (пыли) в газах определяется на входе и выходе из циклонов и других участков установки.
Значения концентрации принимаются по данным расчета из материального баланса каждого участка.
Сопротивление трения рассчитывается по формуле:
1  2 г
мм.вод.ст. (8.145)
Н тр  
d 2g
где 1 и d — соответственно длина и диаметр трубопровода в м; Я, — коэффициент сопротивления трения, который
для запыленного потока определяется по формуле:
0 1   м ,
где К0 — коэффициент трения при движении чистого воздуха.
1
0
, (8.146)
2
dэ


 1,14 
 2 lg
К


4f
где d3KB — эквивалентный диаметр трубопровода. Для круглого газохода а э = а, для некруглого сечения d э 
; для
V
2ab
прямоугольного d э 
м;
ab
где f — площадь трубопровода м2, V — полный периметр трубопровода, омываемый газом, м; а и b — стороны прямоугольного газохода, м; К — абсолютная шероховатость стенки; К = (0,4 — — 0,8) 10 м — для цельнотянутых и стальных труб; К = = 2,5-10~3 — для кирпичных и футерованных труб.
Значения коэффициентов трения при движении чистого воздуха по стальному трубопроводу:
" - ,H">S
d<400 мм,
Ко = 0,021
d>400 мм,
А,0 = 0,018—0,020
d<200 мм,
Ко = 0,025—0,028
d>800 мм,
Ко = 0,015—0,017
По кирпичному или футерованному пылепроводу:
d>900 мм,
Я0 = 0,03 d<900 мм,
А,0 = 0,04
147
Если система состоит из нескольких участков, то сопротивление трения АНтр подсчитывается для каждого участка.
Сумма сопротивлений всех участков системы даст величину ЕН Тр. Местные сопротивления подсчитываются для каждого участка отдельно.
Общее сопротивление установки
Н у  Н тр  Н м . (8.147)
Сопротивление циклонов рассчитывается по ф-ле:
 вх
 г 1   п , (8.148)
2g
где |ц — коэффициент сопротивления входа в циклон; мвх — скорость газов во входном патрубке м/с; цп — концентрация материала, приходящего в циклон кг/кг-кл. Потери на подъем пыли на высоту h
Н под.  h мм вод.ст. (8.149)
Потери на разгон пыли в месте ввода в пылепровод (газопровод)
 2
Н разг 
мм вод.ст. (8.150)
2g
После определения общего сопротивления системы
Н  Н м  Н тр  Н под  Н разг (8.151)
производится выбор вентилятора (дымососа).
Ниже приводится пример теплового и аэродинамического расчета печной установки с циклонным теплообменником.
8.10.2 Пример теплового расчета печной установки с циклонным теплообменником, декарбонизатором и холодильником клинкера
Разработанные отдельными исследователями методики расчета печей, основанные на определении размеров (длина,
объем) тепловых зон, искусственно разделенных в соответствии с происходящими в них термохимическими процессами, как правило, требуют больших затрат времени и высокой квалификации расчетчика. Учитывая значительную идеализацию происходящих в этих зонах процессов, эти методики дают весьма значительные погрешности (особенно при
расчете печей для обжига сухой сырьевой шихты). При проектировании печного агрегата сухого способа следует признать наиболее целесообразным использование тех или иных эмпирических зависимостей, полученных на основании
эксплуатации печей. В табл. 8.35 приведены основные данные показателей работы печей с циклонными теплообменниками.
При расчете печей с циклонными теплообменниками следует учитывать, что сырьевая шихта поступает в печную
установку
Таблица 8.35
Печи с циклонными теплообменниками
Размеры печей, м
Удельный расход
Производительность печи, т
Страна
тепла, кДж/кг кл
расчетная
фактическая
2981
54
56
ФРГ
4,0х56
3433
59
61
Япония
4,2х64
3182
76,6
70,8
Япония
4,4х70
3307
87,5
87,5
-//4,6х76
3265
125
125
-//5,2х84
3182
157
146
-//5,4х95
3559
75
83
ВНР
5,0х75
3768
35
33-36
Россия
4,0х60
Н ц   ц
Таблица 8.36
Размеры печей, м
3,75х70
4,5х70
5,4х96
5,6х94
4,5х80
Печи с циклонными теплообменникми и декарбонизаторами
Удельный расход
Производительность печи, т
Страна
тепла, кДж/кг кл
расчетная
фактическая
1336
95,5
91,5
Япония
-//138
166
-//-//269
290
-//-//286
300
-//-//146
146
Россия
* Расход тепла только на завершение процесса декарбонизации и клинкерообразования в печи. Расход тепла
в циклонном теплообменнике и декарбонизаторе не учитывается. Суммарный расход тепла печной установкой
ориентировочно составляет 3475—3560 - (830—850 ккал/кг кл).
Запас на неучтенные отклонения от
нормальных
Таблица 8.37
Показатели работы вращающихся печей с декарбонизаторами RSP
Произ-води- Диаметр Длина Vсв, м3 Удель-ный
Dкор, м Vкор, м Удель-ный
L
L
тель-ность
в свету
печи
съем клинсъем клинDкор
Dсв
печи Gкл,
Dсм, м
L, м
ке-ра (по
кера (по
т/ч
футе-ровке),
корпу-су),
148
условий, %
10
20
83
125
166
208
250
290
83
125
166
208
250
290
3,2
3,6
3,9
4,2
4,5
4,7
3,3
3,7
4,0
4,3
4,6
4,8
59
70
79,5
87,4
94,4
100,8
60,6
73
82,4
91,0
98,6
105,5
475
715
949
1211
1501
1749
518
780
1035
1321
1688
1908
кг/м3 ч
176
175
176
172
167
167
161
160
161
158
153
153
18,5
19,5
20,4
20,8
21,0
21,4
18,4
19,8
20,6
21,2
21,4
22,0
3,5
3,9
4,2
4,6
4,9
5,1
3,6
4,0
4,4
4,7
5,0
5,2
568
839
1101
1452
1779
2058
617
917
1252
1578
1935
2239
кг/м3 ч
147
149
151
144
141
142
135
136
133
132
129
130
15,2
18,0
18,9
19,0
19,3
19,8
16,8
18,3
18,7
19,4
19,7
20,3
практически сухой (0,5—1%) и процессы нагревания, сушки, дегидратации и частично декарбонизации происходят в
циклонном теплообменнике и декарбонизаторе. В таблице 8.36 приведены технические характеристики некоторых вращающихся печей с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами.
Фирма «Онода Цемент» на основании исследований и опыта работы рекомендует принимать следующие соотношения
между размерами печи и ее показателями при применении циклонных теплообменников с декарбонизаторами RSP при
работе их на мазуте (табл. 8.37).
На основании приведенных данных по заданной производительности принимается типоразмер печи в соответствии с
типо-размерным рядом освоенных и выпускаемых промышленностью СССР печей.
Методика и пример теплового и аэродинамического расчета печного агрегата с циклонным теплообменником и декарбонизатором.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ФИРМОЙ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ УСТАНОВКИ
1. Удельный расход тепла в печном агрегате 3140— 3475 кДж/(кг/кл) (750—830 ккал/кг кл) (при работе на мазуте).
2. Соотношение расхода топлива RSP : печь = 60: 40 или 554-45%.
3. Степень декарбонизации во вращающейся печи 10—20%.
4. Степень декарбонизации в декарбонизаторе 30—40%.
5. Температура материала, поступающего в печь 800—900 °С.
6. Температура клинкера на выходе из печи 1350—1400 °С.
7. Температура газового потока на выходе из печи 1000— 1100°С.
8. Температура газового потока и материала на выходе из декарбонизатора — 950 °С.
9. Температура газового потока на выходе из системы 300— 350 °С.
10. Температура вторичного воздуха, поступающего во вращающуюся печь из холодильника, 800—1000 °С.
11. Температура воздуха, поступающего в декарбонизатор из холодильника, 600—650 °С.
12. Скорости газовых и воздушных потоков, м/с:
12.1. В загрузочной головке печи 9—12
12.2. В циклонах 16—25
12.3. В газоходах 16—20
12.4. В смесительной камере 12—15
12.5. В воздуховоде к декарбонизатору 18—22.
13. Концентрации пыли, г/нм :
13.1. В отходящих газах из печи— 100
13.2. В отходящих газах из циклона IV ст. 60
13.3. В сбросном воздухе из холодильника — 25
13.4. Во вторичном воздухе из холодильника — 200
13.5. В воздухе, поступающем в декарбонизатор — 30
13.6. В воздухе, поступающем из холодильника в пыльную камеру — 100
14. Ориентировочные значения коэффициентов пылеосаждения циклонов:
т)
I ст. = 0,80
т]
II ст. = 0,85
т]
III ст. = 0,90
т)
IV ст. = 0,95
15. Содержание кислорода в газах на выходе из системы циклонных теплообменников не более 4%.
16. Температура клинкера на выходе из холодильника — 60— 120 °С.
17. Расход первичного воздуха при сжигании твердого и жидкого топлива — 12%.
Сжигание топлива в декарбонизаторе производится без подачи первичного воздуха.
18. Испарение влаги, дегидратация, декарбонизация М§СОз происходят в газоходах между циклонами.
Исходные данные, принятые для примера расчета систем печного агрегата с печью 04,5X80 м, циклонным теплообменником, декарбонизатором и холодильником клинкера
1. Химический и минералогический состав сырья и клинкера:
8Юг — 15,08% СаО — 42,4%
C3S = 45%
С3А = 10%
А12Оз-4,89%
MgO-1,14%
C2S = 30%
C4AF=15%
Ре2Оз — 2,65% п.п.п.с = 33,84%
2. Топливо-природный газ химического состава:
СО — 0,4 %
СзН8 — 0,04 %
СН4 — 98,69%
N2 — 0,64%
149
С2Н6 - 0,5%
QH _ 33,49 МДж/нм3
3
(8000 ккал/нм )
3. Влажность сырья Wc— 1%.
4. Степень декарбонизации материала во вращающейся печи
Р - 15%.
5. То же в декарбонизаторе — 45%.
6. Температура сырья, поступающего в систему циклонного теплообменника tc — 50 °С.
7. Температура материала, поступающего в печь tnx = 840 °С.
8. Температура клинкера на выходе из печи tlLi = 1350 "С.
9. То же на выходе из холодильника tL = 120 °С.
10. Температура окружающего воздуха О °С.
11. Температура газов на выходе из циклона IV ст. (принимается предварительно) tor = 350 °С.
12. Коэффициент избытка воздуха при сжигании природного газа в печи а п = 1,05.
13. Удельный расход тепла в печном агрегате qy 3559 кДж/кг кл. (850 ккал/кг кл.)
14. Удельный расход топлива в печном агрегате — 0,106 нм3/кг кл.
15. Соотношение расхода топлива RSP : печь = 60: 40.
16. Удельный расход топлива во вращающейся печи — 0,0424 нмЗ/кг кл.
17. Коэффициент избытка воздуха за циклоном IV ст.— ttiv — 1»3.
18. Содержание пыли в газах и воздуха, г/нм3:
18.1. На выходе из печи — 100
18.2. На выходе из системы циклонного теплообменника — 60
18.3. В сбросном воздухе из холодильника — 25
18.4. Во вторичном воздухе — 200
18.5. В воздухе из холодильника в декарбонизатор — 30
18.6. То же в камере осаждения — 100
19. КПД циклонов I, II, III и IV ст. соответственно 0,8; 0,85; 0,9 и 0,95.
20. Расход воздуха для охлаждения клинкера Vi = 3 нм3/кг кл.
21. Температура вторичного воздуха t?T = 800 °С.
22. Температура воздуха из холодильника в декарб. tg = 620 °С.
23. Коэффициент избытка воздуха: за печью ai = 1,1; за циклоном I ст.—1,15; за циклоном II ст.—1,2; за циклоном III
ст.— 1,25.
24. Гарантированная производительность печи размером 04,5Х Х80 м, 125 т/час или 3000 т/сутки.
8.10.3. Пример теплового расчета печной установки с циклонными теплообменниками и декарбонизатором
1. Расход воздуха для горения газа и охлаждения клинкера. Теоретический расход воздуха на горение:


n

V0  0,0476 2CH 4  0,5 H 2  0,5CO   m  C m H n  1,5H 2 S  O2   0,0476 2  98,69  0,5  0,36 
4



 3,5  0,5  5  0,04   9,5 нм 3 / нм 3 .
Практический расход:
VB  V0  1,05  9,5  9,98 нм3 / нм3  10 нм3 / нм3 .
Воздух присоса — 5%:
Vпр  0,05  10  0,5 нм 3 / нм 3 .
Воздух избыточный:
VB  VB  V0  10  9,5  0,5 нм3 / нм3 .
Расход вторичного воздуха:
VBBT  VB xT 0,4  10  0,0424  0,424 нм3 / кг кл.,
в том числе присос 0,021 нм3/кг кл.
Удельный расход воздуха на горение топлива на 1 кг кл.:
3559
10 
 1,06 нм 3 .
33490
Расход воздуха, подаваемого в декарбонизатор:
V  VB  Vпр X T 0,6  10  0,50,6  0,106  0,604 нм 3 / кг кл.


Расход избыточного воздуха от холодильника:
Vсх.в.  3  0,424  0,604  1,972 нм3 / кг кл.
2. Выход отходящих газов из топлива нм3/нм3 газа:
T
VRO
2  0,01CO  CO2  CH 4  mCm H n  H 2 S ;
подставляя VRQZ = 1.0:
VNT2  0,79  VB  0,01N 2p  7,9;
VOT2  0,21  1V0  0,099;
Н2 + 2СН4 + 2$ C^Hn + H2S + H2ol =
Всего V5r= 10,99» 11.
3. Удельный расход сухой сырьевой шихты.
150
100
100

 1,534 кг / кг кл.
100  п.п.п. 100  34 ,84
4. Выход газов из сырьевой шихты. Содержание CCh в сырьевой шихте:
44CaO c 44 MgO c 44  42,4 44  1,14
g CO 2 



 33,3  1,24  4,54 %.
56
40,305
56
40,305
Выход СО2 из СаСОз сырья:
1,534  33,3
 0,51 кг / кг кл.
100
ИЛИ
0,51  1,24
 0,258 нм 3 / кг кл.
1,977
Выход СО2 из MgCOs сырья:
1,534  1,24
 0,019 кг / кг кл. или0,0096 нм 3 / кг кл.
100
Всего СО2 в сырье — 0,528 кг/кг кл. или 0,267 нм3/кг кл.
Расход MgCOs из сырья:
1,534  1,14  84  32
 0,036 кг / кг кл.
40 ,32  100
Расход CaCO3 из сырья:
1,534  42,4
 1,16 кг / кг кл.
56
Выход гидратной влаги:
Gw2  1,534  0,529  1  0,005кг / кг кл.,или 0,0062нм3 / кг кл.
Выход физической воды из сырья:
1,534  1,0
G wф 
 0,0155 кг / кг кл., или Vwф  0,019 нм 3 / кг кл.
100  1,0
Выход СОг из СаСОз во вращающейся печи:
п
п
3
GCO
2  0,15  0,51  0,0765кг / кг кл., илиVCO 2  0,0387 нм / кг кл.
Выход СО2 в декарбонизаторе:
д
3
д
3
GCO
2  0,45  0,51  0,229 нм / кг кл., илиVCO 2  0,110 нм / кг кл.
То же в смесительной камере:
см
см
3
GCO
2  0,4  0,51  0,204 кг / кг кл., илиVCO 2  0,103нм / кг кл.
То же в циклоне II ст.:
II
II
3
GCO
2  0,019 кг / кг кл, илиVCO 2  0,0096нм / кг кл.
5. Распределение и расходы топлива по системе. Удельный расход топлива в печи:
0,4  3559
X Гп 
 0,106  0,4  0,0425 нм 3 / кг кл.
33490
То же в декарбонизаторе:
G с .ш . 
0,6  3559
 0,106  0,6  0,0637 нм 3 / кг кл.,
33490
в том числе в вихревой горелке — 7%:
0,07  0,0637  0,00445нм3 / кг кл.
в кальцинаторе 0,0637—0,00445 = 0,0592 нм3/кг кл.
Удельный расход топлива в печной установке:
Х Ту  0,0425  0,0637  0,106 нм3 / кг кл.
6. Потоки газов в циклонном теплообменнике и декарбонизаторе в нм3/кг кл.
6.1. Количество газов на выходе из печи:
п
п
Vогп  VогТ Х Тп  VCO
2  1   2 V0 X T  11 0,0425  0,0387  1,1  1,05  9,5  0,0425  0,525.
На выходе из декарбонизатора:
д
Vогд  VогТ Х ТдVCO
2  11 0,0637  0,116  0,814.
На выходе из смесительной камеры:
см
Vогд  Vогп  Vогд  VСО
2  0,525  0,814  0,103  1,44.
На выходе из циклона I ст.:
VогI  Vогсм  V0 X Ty   2  1   1,44  9,5  0,1061,15  1,1  1,49.
На выходе из циклона II ст.:
II
y
VогII  VогI  VCO
2  V0 X T  3   2   1,49  0,0096  9,5  0,1061,2  1,15  1,55.
На выходе из циклона III ст.:
X ГД 
151
VогIII  VогII  0,5Vwг  V0 X Ty  4   3   1,55  0,5  0,0063  9,5  0,106  0,05  1,605.
На выходе из циклона IV ст.:
VогIV  VогIII  0,5Vwг  Vwф  V0 X Ty  IV   4   1,605  0,00537  1,676.
Таблица 8.38
Наименование объекта
единицы измерения
Количество газов в
нм3/кг кл.
Углекислоты CO2
Азота N2
Кислорода O2
Водяных паров H2O*
Подсос воздуха
Всего:
Вращающаяся печь
0,0811
0,335
0,0042
0,0843
0,021
0,525
Декарбонизатор
0,1796
0,502
0,0063
0,126
0,814
Смесительная камера
0,3637
0,837
0,0105
0,21
0,21
1,44
Циклоны, ст.
I
II
III
IV
0,3637
0,837
0,0105
0,21
0,0713
1,49
0,373
0,837
0,0105
0,21
0,12
1,55
0,373
0,837
0,0105
0,216
0,17
1,605
0,373
0,837
0,0105
0,235
0,22
1,676
Полученные данные сведем в таблицу 8.38
* Количество водяных паров принято без учета водяных паров в воздухе.
7. Запыленность газовых и воздушных потоков по трактам циклонного теплообменника в кг/кл кл.
Согласно п. 18 «Исходных данных» находим концентрацию пыли в трактах циклонного теплообменника. Выход пыли
с отходящими газами из циклона IV ст.:
g пIV.в.  0,06  1,676  0,1005.
С отходящими газами из печи:
g пп.в.  0,1 0,525  0,0525.
С воздухом из холодильника.
В печь со вторичным воздухом:
g пвт.п.  0,2  0,424  0,0848.
В декарбонизатор:
g пд.в.  0,03  0,604  0,018.
В осадительную камеру:
g пок.в.  0,1 0,604  0,0604.
Сбросной воздух:
g пх.сб.  0,025  1,972  0,049.
Количество материала, поступающего в печь:
п
g мп .п.  1  GпВТ
.п.  g п.в.  1  0,076  0,0525  1,128.
На выходе из печи (в холодильник):
g мп .п.  1  g пвт.п.  1  0,0848  1,0848.
Количество материала, поступающего в циклон I ст.:
gп
1,128
g мI .п.  м.п. 
 1,41 .
1
0,8
Количество пыли, выходящей из циклона I ст. с газами:
g пI.в.  g мI .п.  g мп .п.  1,41  1,128  0,282.
Количество материала, поступающего в декарбонизатор из циклона II ст.:
д
см
п
д
g пд.в.  g мI .п.  GCO
2  GCO 2  g п.в.  g п. х  1,41  0,229  0,204  0,0525  0,018  1,773.
Количество материала, поступающее в циклон II ст.:
1,773
g мII.п. 
 2,085 .
0,85
Количество пыли на выходе из циклона II ст.:
g мII.п.  2,085  1,773  0,312.
Количество материала, осевшее в циклоне III ст.:
II
I
g мIII.о.  g мII.п.  GCO
2  g п.в.  2,085  0,019  0,282  1,822.
Количество материала, поступившее в циклон III ст.:
1,822
g мIII.п. 
 2,02 .
0,9
Количество пыли, выходящей из циклона III ст. с газами:
g пIII.в.  2,02  1,822  0,198.
Количество материала, осевшее в циклоне IV ст.:
152
g мIV.о.  g мIII.п.  0,5Gw2  g пII.в.  2,02  0,5  0,005  0,312  1,71.
Количество материала, поступившее в циклон IV ст.:
1,71
g мIV.п. 
 1,8.
0,95
Вынос пыли из циклона IV ст.:
1,8  1,71  0,09 .
Таблица 8.39
Наименование
Количество пыли, поступающей (уходящей) с газами (воздухом)
Количество материала,
поступающего по течкам и
из бункера
Общее количество материала, поступающего (выходящее) в агрегат (из агрегата)
Количество осажденного
материала
Количество пыли, материала, уходящих с газами
(воздухом)
Холодильник
+0,0848
Вращающаяся печь
-0,0848
Декарбонизотор
+0,018
Смесительная камера
+0,0525
Цик-лон
I ст.
+1,41
Цик-лон
II ст.
+2,085
Цик-лон
III ст.
+2,02
Цик-лон
IV ст.
+1,8
+1,128
+1,0848
+1,773
+1,79
-
-
-
-
1,128+
0,0848
0,9876
+0,018
+1,773
-
+1,41
-1,773
1,822
-1,71
-
+0,0485
-
-
+1,128
+1,773
+1,822
+1,71
-0,0525
-0,0490
-0,0604
-1,357
-1,41
-0,282
-0,312
0,198
-0,09
Расход материала из бункера сырьевой шихты:
g мIV.п.  0,5GwГ  Gwф  g пIII.в.  1,8  0,0025  0,0155  0,198  1,62 кг / кг кл.
Полученные результаты сводим в таблицу 8.39.
8. Материальный баланс холодильника (таблица 8.40).
Таблица 8.40
Приход параметр,
обозначение
Клинкер из печи gпм.в.
Кг/кг кл.
%
Расход параметр, обозначение Кг/кг кл.
1. Пыль вторичного
воздуха gвтп.в.
2. Пыль сбросного воздуха gк.сб.п.в.
3. пыль в воздухе из
холодильника в камеру
осаждения gокп.в.
4. Клинкер на выходе из
холодильника gхкл.в.
1,0848
%
0,0848
0,0490
0,0604
g клх .в  1,0848  0,0848  0,049  0,0604  0,8908кг / кг кл.
Пыль, уловленная электрофильтром из сбросного воздуха 0,049-0,99 = 0,0485 кг/кг кл.
Пыль, собранная в камере осаждения 0,0604-0,8 = 0,0483 кг/кл кг. Всего количество клинкера 0,9876 кг/кг кл.
9. Тепловой расчет печной установки.
Таблица 8.41
Приход тепла
%
Расход
тепла
%
кДж
кДж
кг  кл
кг  кл
1. Теплота сгорания топлива
3550,4
2. Физическое тепло топлива
0
3. Сырьевая шихта
gIVм.п.=1,61х0,199х251,2
4. Охлаждающий воздух холодильника при 273 К (0С)
5. Дополнительный воздух
81,0
0
0
84,32
1,92
1. Декарбонизация CaCO3 и
MgCO3 qдв=GCaCO3x
x1779,4+GMgCO3x1398,4
2. Дегидратация каолина
qдг=G2wx6866,3=0,005x6866,3
3. Образование жидкой фазы
2114,3
50,21
34,3
0,81
209,3
4,97
4. Испарение воды из сырья
Gфwx2491,1=0,0155х2491,1
5. Потери тепла в окружающую
среду (по опытным данным):
печью
Циклонный теплообменник
Холодильник
38,6
0,92
251,2
83,7
58,6
5,96
1,99
1,39
393,5
9,34
Всего:
153
6. Экзотермические реакции
образования клинкера
QC2S=0,01xC3Sx527,5=
=0,01x45x527,5
QC2S=0,01xC2Sx716,0=0,01x
x30x716,0
QC3A=0,01xC3Ax61,1=0,01x
x10x61,1
QC4AF=0,01xC4AFx108,85=
=0,01x15x108,85
Qэкз
7. Теплота кристаллизации
жидкой фазы
237,4
5,64
214,8
5,10
6,1
0,14
16,3
0,39
474
104,7
11,27
2,49
4210,7
100
6. Потери с выходящим из холодильника клинкером
7. Со сбросным воздухом холодильника 1,972x1,310xtxв.с.
8. Спылью в сбросном воздухе
0,049х0,820 txв.с.
9. Теплосодержание запыленных
отходящих из IV ст. циклона
газов 3791,1+2,621х txв.с.
85,0
2,02
2,580
txв.с.
9,82
0,0410
txв.с.
916,0
0,15
21,76
100
Температура сбросного воздуха холодильника:
4210 ,7  3791 ,1
t Bx .C . 
 160 0 C
2,621
10. Тепловой баланс холодильника.
Таблица 8.42
Приход тепла
Теплосодержание клинкера, поступающего в холодильник gпмохСклхtкл=1,0848х1,1095х
х1350
Теплосодержание воздуха
кДж
кг  кл
1624,8
%
100
0
Расход тепла
кДж
кг  кл
84,98
%
кДж
кг  кл
309,63
%
9,16
1. Теплосодержание клин5,23
кера из холодильника
0,8908х0,795х120
2. Сбросного воздуха из
387,49 23,85
холодильника
1,972х1,310х
х150,0
3. Теплосодержание пыли
6,03
0,37
сбросного воздуха
0,049х0,820х150
4. Воздух из холодильника 511,16 31,47
в декарбонизатор
0,604х1,365х620
5. Теплосодержание пыли
35,28
2,17
воздуха, поступающего в
декарбонизатор
0,0604х0,942х620
6. Вторичного воздуха
0,594хtвтв 29,28
вт
0,424х1,402хt в
7. Пыли вторичного воз- 0,0824tвтв 4,06
духа 0,0848х0,976хtвтв
8. Потери в окружающую
58,07
3,57
среду
100
Температура вторичного воздуха:
1624 ,8  1083 ,0
t BBT 
 801 0 C
0,676
11. Тепловой баланс вращающейся печи.
Таблица 8.43
Приход тепла
1. Теплота сгорания топлива
2. Физическое теплосодержание топлива
3. Теплосодержание сырьевой муки, поступающей в
печь 1,128х0,988х840
4. С клинкерной пылью из
холодильника
0,0848х1,402х800
5. С вторичным воздухом
кДж
кг  кл
1419,3
%
Расход тепла
41,97
1. Декарбонизация CaCO3 0,15x4,857x425
2. Теплосодержание
клинкера (10.1.п.1)
3. Образование жидкой
среды
1624,80
48,03
209,34
6,19
251,20
7,42
0
936,2
27,7
66,1
1,96
4. Потери тепла в окружающую среду
452,2
13,38
5. Теплосодержание га-
0,850хtпот 27,48
154
0,4028х1,402х800
6. С подсосами 0,021х0,129
7. Теплота экзотермических
реакций, предполагая, что в
печи происходит 70% экзотермических реакций
0,7х(QC2S+QC3A+QC4AF)+QC3S=
=0,7х(214,8+6,1+16,3)=237,4
8. Теплота кристаллизации
жидкой фазы
Итого:
0
403,4
11,93
104,6
3,09
3381,0
100
зов на выходе из печи
0,524х1,620хtпот
6. Теплосодержание пыли на выходе из печи
0,525х1,013хtпот
0,531хtпот
1,72
кДж
кг  кл
1804,4
%
47,24
34,3
0,90
Температура отходящих из печи газов:
3381 ,0  2393 ,7
t огТ 
 1093 0 С
0,9031
12. Тепловой баланс циклонного теплообменника и декарбонизатора.
Таблица 8.44
Приход тепла
1. Теплота сгорания топлива в декарбонизаторе
0,0637х33494,4
2. Теплосодержание топлива
3. Теплосодержание газа из
печи 0,850х
кДж
кг  кл
2133,6
0
%
Расход тепла
55,86
1. Декарбонизация CaCO3 и MgCO3 2114,0309,6
2. Дегидратация каолина
Температура отходящих газов на выходе из циклонов IV ступени:
3819 ,0  2872 ,0
Т
t ог

 360 0 С.
2,632
13. Тепловой баланс циклона I ступени и декарбонизатора
155
Температура материала, поступающего из циклона II ступени в декарбонизатор:
5078 ,5  738 ,2
t МII 
 717 0 С
1,870
Для определения температуры материала на выходе из циклона III ст. составляется тепловой баланс циклонов II ст.
14. Тепловой баланс циклона II ст.
Подставляя значения в тепловой баланс, находим температуру материала в циклоне II ст.
Аналогично составляя уравнения теплового баланса III и IV ступеней, находим соответственно температуру материала
в циклоне IV ст. и проверяем заданную в исходных данных температуру отходящих газов из циклона IV ст.
При сходимости данных, полученных в результате теплового баланса с заданными величинами (расхождение не
должно превышать 5%), можно приступать к определению конструктивных размеров циклонного теплообменника.
15. Конструктивные размеры элементов циклонного теплообменника определяются на основании зависимостей, полученных на основании опытных данных.
Диаметр цилиндрической части циклона в свету определяется по формуле
4Vоц.г.
, (8.152)
К вх  вх
D
Vоц.г .Gкл 273 t огц
— секундный расход газов в циклонах в ма/с; Квх — коэффициент, характеризующий условие
3600 273
ввода газа в циклон. Значение его рекомендуется принимать Рвх/Рц = = КВХ = 0,2054-0,159.
Входная скорость газа в циклон швх = 16—25 м/с.
Высота цилиндрической части циклона:
Н ц  0,5  0,6 Dц , м. (8.153)
где Vогц 
Сечение входного патрубка циклона
Vц
Fвхц  ог .. м 2 а  b   0,6 Fвхц .
 вх
ц
Fвых
,м
 вых
0,785
Юных — скорость газа на выходе из циклонов принимается в пределах 18—22 м/с; dn — диаметр выходного патрубка,
м.
По данным опыта эксплуатации и конструирования, принимается двухветвевой теплообменник. Циклоны в I, II и III
ступенях — по одному на ветвь. Циклоны IV ст.—по 2 на ветвь.
принимаем аХЬ = 3,3X1,6 м.
16. Циклоны I ст. (пример расчета)
1
1 Vог1 Gкл 273  t ог
1 1,49  125  10 3 273  850
VогI 

 106 ,4 м 3 / с,
2 3600
273
2
3600
2730
ц
Fвых

Vогц
, м2
dп 
156
4  106 ,4
 5,82 м,
3,14  0,19  21,0
H ц  0,55  5,82  3,2 м.
Диаметр газохода II ст. принимаем 2,6 м.
При расчете циклона II ст. Квх можно принимать в пределах 0,18—0,185; в циклоне III ст. = 0,17 — 0,175; в циклоне
IV ст.— 0,16—0,165.
Скорости в газоходах принимаются в пределах от 19 до 21 м/с, а во входных патрубках от 20 до 22 м/с. Толщину футеровки принимать: в газоходе и циклоне I ст., а также в декарбонизаторе, загрузочной головке и смесительной камере
300—315 мм;
в газоходе и циклоне II ст. 300—240 мм;
в газоходе и циклоне III ст. 220—300 мм.
Циклон и газоход IV ст. футеруются бетоном или штучным огнеупором толщиной 120—290 мм.
17. Декарбонизатор и вихревая горелка. Определение габаритных размеров.
Тепловая мощность, развиваемая сжигаемым топливом в декарбонизаторе, составит:
Qдек  X Tp Gкл  0,0637  33494,4 125  103  63,7 106 кДж/ ч.
Расход топлива в вихревой горелке^ 0,00445 нм3/кг кл.
Qвг  0,00445 33494,4 125 103  18,63 106 кДж/ ч
или
Объем топочной камеры вихревой горелки:
Q
Vвг  вгвг м 3 ,
Qv
где Q*r — тепловое напряжение объема вихревой горелки рекомендуется: 6,7-И2,5-106 кДж/м3ч.
Принимая Qvr = 8,37 кДж/м3ч-106, находим
18,63  10 6
Vvвг 
 2,225 м 3
8,37  10 6
Принимая диаметр топочной камеры горелки = 1300 мм, находим высоту камеры Н т.к. = 1680 мм Объем топочной
камеры декарбонизатора:
63,7  4,45   10 6  65,8 м 3 ,
Vдек 
Vvдек
V$eK принимается = 2,514-4,19-106 кДж/м3, по конструктивным соображениям диаметр декарбонизатора по корпусу
согласно рекомендации, принимаем = 3600 мм. Необходимая высота декарбонизатора при номинальной его нагрузке
может быть принята равной — 6,2 м.
18. Прочие конструктивные размеры газоходов и воздухопроводов определяются по расходам воздуха и газа и исходным данным, регламентирующим их скорости.
19. Аэродинамический расчет. Для определения аэродинамического сопротивления системы, необходимо, в зависимости от состава и температуры газов на участках, определить плотность газа (воздуха) и концентрацию пыли в них. До
проведения расчета необходимо выполнить схему расчета установки. Следует иметь в виду, что при выборе схемы и
конструкции элементов установки нужно стремиться к получению минимального сопротивления тракта (главным образом за счет сокращения местных сопротивлений).
После определения плотности газа и концентрации пыли по участкам установки выполняется расчет сопротивления
трактов установки.
Сопротивление циклонов определяется по формуле:
DцI 
 вх2
 г 1   вх  мм.вод.ст. (8.157)
2g
где швх — скорость газа на входе в циклон м/с; Qr — плотность газа кг/м3.
Сопротивление газоходов:
H г  H тр  H M , (8.158)
H ц   ц
где H M   M
 г2
2g
 г 1   М  мм.вод.ст. (8.159)
 г2
 г 1   М  мм.вод.ст. (8.160)
2g
Пример определения плотности газа <эг и концентрации материала в газах, поступающих в циклон 1 ст — ц,п и выходящих из него ц,в...:
gц
0,282
 В  цп.в. 
 0,1386 кг / кг кл.
Vог  ог 1,49  1,365
0,3637  1,977  0,837  1,251  0,0105  1,429  0,21  0,805  0,0713  1,293
 1,365 кг / нм 3
1,49
273
 г  1,365
 0,322 кг / м 3 ,
273  850
H M   M
157
g пц.п
0,41

 0,693 кг / кг кл.
ц
Vог  ог 1,49  1,365
После определения общего сопротивления системы и часовых выходов газов производится выбор тягодутьевых машин, фильтров, аспирационных устройств установки для охлаждения и увлажнения газов, а также выбор горелочных
устройств для печи и декарбонизатора.
8.11. ВЕНТИЛЯТОРЫ И ДЫМОСОСЫ
Вентиляторы предназначены для эвакуации из дробильных агрегатов, мельниц, загружаемых емкостей, мест перегрузки и т. п., запыленного воздуха. Вентиляторы используются также для пневмотранспорта порошкообразных материалов
при низком (не более 15 кПа) давлении в псевдосжиженном состоянии (с помощью аэрожелобов). Вентиляторы для отсоса запыл§цных дымовых газов называют дымососами. Для сжигания газообразного и пылевидного топлива используют дутьевые вентиляторы. Крупные мельничные вентиляторы могут использоваться в качестве дымососов. По принципу действия различают вентиляторы осевые и радиальные (центробежные). Осевые применяют для перемещения относительно больших количеств воздуха при небольшом давлении (разрежении) — до 500—700 Па, а радиальные используются при значительных давлениях (разрежениях) — до 3 кПа.
В зависимости от направления перемещения газов или воздуха вентиляторы подразделяют на всасывающие и нагнетающие.
Количество дымовых газов вращающихся печей, в зависимости от их размера, расхода топлива и режима обжига составляет от 80 до 800 тыс. м /ч, а объем аспирационного воздуха, отсасываемого из помольных агрегатов, от 15 до 90
тыс. м3/ч.
Техническая характеристика мельничных вентиляторов приведена в табл. 8.47, а техническая характеристика дымососов для вращающихся печей дана в табл. 8.48.
Заводские характеристики дымососов и вентиляторов могут даваться не для каждого размера, а для определенной
серии машин. Такие характеристики называются безразмерными и их пересчет на действительные производится по
формулам: расход газа (воздуха), м3/с
 D 2 
 2 ; (8.161)
V  V 
 4 
полный напор, Па
 
P  P   22 (8.16 2)
g
мощность на валу, кВт
 D 2     3


 4    g    2

  
NN
; (8.163)
102
КПД  V  P / N  VP / 102 N ; (8.164)
Dn
2 
, (8.165)
60
где V — коэффициент расхода (по безразмерной характеристике); Р — коэффициент полного напора; N— коэффициент потребляемой мощности; D — наружный диаметр ротора, м; о>2 — окружная скорость на диаметре D, м/с; п — частота вращения ротора, об/мин; g = 9,81 — ускорение свободного падения, м/с2.
При заданных (паспортных) величинах Vi, PI, NI, HI, DI и QI пересчет характеристик вентиляторов на другие условия работы может быть произведен по формулам, приведенным в табл. 8.46.
п 
где V — производительность (расход воздуха (газа)); Р — напор; п — число оборотов; D — наружный диаметр ротора; Q — плотность воздуха (газа).
Как можно видеть из формул табл. 8.46, при увеличении, например, числа оборотов ротора, производительность вентилятора увеличивается пропорционально изменению скорости вращения ротора, а создаваемый вентилятором напор
возрастает пропорционально квадрату отношений скоростей вращения. В связи с этим вентиляторы низкого давления
могут быть использованы как вентиляторы среднего давления, и наоборот.
158
Встречаются ситуации, когда для обеспечения необходимого эксплуатационного режима требуется установка двух (и
более) последовательно или параллельно работающих вентиляторов. Параллельное подключение вентиляторов дает
повышение суммарной производительности, а последовательное — увеличение суммарного напора.
Правильность выбора тягодутьевых машин проверяется сопоставлением
их характеристик (производительности и напора) с характеристикой газовоздушного тракта технологического агрегата (зависимостью гидравлического сопротивления тракта от скорости (производительности) газовоздушного потока).
На рис. 8.7 приведены характерные ситуации. Так, например, кривая I (P
— V), являющаяся напорной характеристикой дымососа и проходящая через точку А на кривой характеристики газового тракта, свидетельствует о
полном совпадении характеристик газового тракта и дымососа, однако выбор такого дымососа нельзя считать оправданным, т. к. отсутствует резерв
регулирования, который должен быть около 15—20 %. Кривая III, пересекающая кривую характеристики газового тракта в точке В, показывает, что
развиваемое дымососом давление (APi) недостаточно для обеспечения оптимального эксплуатационного режима работы. В рассмотренной ситуации
требуется либо реконструировать газовый тракт, обеспечив снижение его
сопротивления, либо заменить дымосос на другой, характеризующийся
более высоким напором. Кривая II, пересекающая характеристику газового
тракта (Н — V) в точке Б, показывает наличие у вентилятора избытка напора (APi) и производительности (AV). При
избытке (резерве) этих характеристик на уровне 15—20% подбор дымососа следует считать правильным. Избыток давления и расхода уменьшается регулированием. На практике применяют три способа регулирования дымососов (вентиляторов): дроссельный (шиберный), направляющими аппаратами и изменением числа оборотов. В первом случае регулирование осуществляется с помощью дросселей (шиберов), устанавливаемых на всасывающей или на нагнетающей
стороне вентилятора. Этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии на дросселирование. Установка шибера
на всасывающей стороне дает меньшие потери, чем на напорной. При регулировании направляющими аппаратами изменение характеристик осуществляется без введения в тракт дополнительного сопротивления. Поворотом лопаток
направляющего аппарата изменяется степень закручивания потока газа в сторону вращения ротора и, соответственно,
развиваемое им давление и потребляемая мощность. Потери энергии в этом случае меньше, чем в первом случае.
Наиболее эффективно регулирование работы дымососов (вентиляторов) изменением частоты вращения ротора, которое
достигается уста-норкой двигателя постоянного тока или вентильно-машинного электрического каскада, позволяющего
плавно регулировать частоту вращения ротора за счет изменения частоты питающего тока с возвратом энергии скольжения в питающую сеть, что снижает расход электроэнергии.
При установке спаренных (параллельно или последовательно) дымососов (вентиляторов) их суммарная характеристика должна соответствовать характеристике газового тракта установки. КПД дымососов должен быть не ниже 0,45.
Мощность, потребляемая электродвигателем дымососа (вентилятора) — N9, кВт, определяется с учетом температуры
газов и запыленности по формуле:
VP  293  1   
Nэ 
. (8.166)
3600  102   Bп  9,81  t  273 
Установочная мощность:
N уст  N э К , (8.167)
где V — производительность, м3/ч; Р — полный напор, Па; т]„ — КПД вентилятора при заданных значениях V и Р; %
— КПД передачи (с помощью муфты — 0,95; при клиноременной передаче — 0,90; при плоскоременной — 0,85); ц, —
концентрация пыли в газах, кг/кг; К — коэффициент запаса мощности (для центробежных вентиляторов — 1,15—1,20).
Таблица 8.48
Техническая характеристика дымососов для оснащения вращающихся печей
8.12. РАСЧЕТ СИСТЕМ ПНЕВМОТРАНСПОРТА
159
Пневматический транспорт является одним из прогрессивных способов внутри — и межцеховых перемещений сухих
порошкообразных материалов и поэтому широко применяется на отечественных цементных заводах. Его преимущества
— герметичность, гибкость трасс, независимость от погодных условий, возможность полной автоматизации процесса,
небольшие капитальные затраты на строительство, лучшие, по сравнению с конвейерным транспортом, санитарногигиенические условия труда и др. На цементных заводах пневматическим способом перемещается миллион тонн в год
различных порошкообразных материалов: сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС, цементов различных марок и др.
8.12.1. Классификация пневмотранспортных установок
технике пневмотранспорта существуют множество различный типов пневмотранспортных установок (ПТУ), классификация которых приводится на рис. 8.8
Любая пневмотранспортная установка включает в себя следующие элементы: загрузочное устройство (питатель),
транспортный трубопровод с отводами (коленами) и переключателями, воздуходувную машину, разгрузочное устройство с системой обеспыливания. На цементных заводах в основном применяются пневмотранспортные установки
нагнетательного действия, способные перемещать десятки и сотни тонн груза в час на расстояние от десятков метров до
1500 м, в т. ч. на высоту от нескольких метров до 100 м. В качестве загрузочных устройств в них наибольшее распространение получили пневмовинтовые и пневмокамерные насосы. Ниже приведены основные технические данные пневмовинтовых насосов, (табл. 8.49)
Таблица 8.49
Наименование показателей
Единица измерения
Типы насосов
Призводительность по
цементу
Приведенная дальность
подачи, не более
в т.ч. по вертикали
Внутренний диметр
транспортного трубопрвода
т/ч
ТА-39А
36
м
430
230
430
230
230
450
450
м
мм
30
175
30
175
30
250
30
250
30
140
35
300
35
250
ТА-39А ТА-41А ТА-42А ТА-14А
63
63
110
36
ТА-54 ТА-54-1
70-110 40-70
160
Потребное давление
перед смесительной
камерой, не более
Устанвочная мощность
электрдвигателя
Габаритные размеры:
длина
ширина
высота
Масса
МПа
кгсм 2
0,4(4,0)
0,3(3,0)
0,4(4,0
)
0,3
(3,0)
кВт
75
55
132
110
30
132
75
мм
мм
мм
кг
4510
970
1030
2430
4295
970
1030
2170
4550
970
1030
2750
4500
970
1030
2520
3450
640
870
940
4215
1515
1810
-
3750
1420
1705
-
Преимущества пневмовинтовых насосов: непрерывность процесса транспортирования; небольшие габариты, несложность конструкции и системы управления. Недостатки: сравнительно высокий добавочный расход электроэнергии на
привод напорного шнека — 1,0—2,0 кВт-ч/т и сравнительно быстрый абразивный износ шнека, броневых втулок, обратного клапана, форсунок.
Пневматические камерные насосы также широко применяются в цементной промышленности, основные технические
данные их приводятся (табл. 8.50)
Таблица 8.50
Основные технические данные пневмокамерных насосов Красногорского ПО «Стройоборудование»
Наименование показателей
Производительность по цементу
Приведенная дальность подачи, не
более
в т.ч. по вериткали
Внутренний диаметр транспортирования трубопровода
Расход сжатого воздуха
Потребное давление сжатого воздуха,
не более
Полный объем камеры (сосуда)
Внутренний диаметр камеры
Габаритные размеры:
длина
ширина
высота
Масса
Единица
измерения
т/ч
м
Двухкамерные с верхней
выгрузкой
ТА-28А
ТА-29А
100
60
1000
1000
м
мм
Однокамерные с
нижней выгузкой
ТА-23А
2040
400200
50
250
50
35
150
1005%
58
23
0,6/6,0
0,6/6,0
0,6/6,0
м3
мм
18,65
2800
6,3
1800
1,5
1200
мм
мм
мм
кг
5808
4155
5500
14500
3770
3000
4340
7760
2342
1372
2635
1535
нм 3
мин
МПа
кг / см 2


Преимущества камерных насосов: возможность работы при повышенных давлениях — до 0,6 МПа, а значит, и на
больших дальностях подачи — до 1500 м; отсутствие затрат энергии на ввод материала в транспортный трубопровод,
небольшое количество деталей, подверженных абразивному износу, загрузочный и выхлопной клапаны, резиновые
уплотнения. Недостатки: цикличность работы, большие габариты, особенно по высоте, что вынуждает сооружать глубокие приямки с гидроизоляцией; сложность и недостаточная надежность автоматической системы управления.
В цементной промышленности, в связи с развитием в последние годы сухого способа производства цемента, стали
применяться камерные пневмоподъемники непрерывного действия. Основные технические данные их приводятся (табл.
8.51)
Таблица 8.51
Основные технические данные камерных пневмоподъемников
Наименование показателей
Проихводительность по сырьевой муке
Высота подъема
Внутренний диаметр транспортирования трубопровода
Потребный расход сжатого воздуха
Единица
измерения
т/ч
м
мм
Данные по турбовоздуходувкам:
тип
Установочная мощность эл/двигателей
Рабочее давление, не более
нм3/ч
3900х2=7800
10000х2=200
00
кВт
ТВ 80-1,6
125х3=375
ТВ 175-1,6
250(320)х3=7
50(960)
0,06/0,6
МПа
кгс / см 2

Тип пневмоподъемника
СМЦ-146
СМЦ-145
70х2=140
160х2=320
60
90
257
400

0,06/0,6
В последние годы на цементных заводах в качестве пневмотранспорта стали широко применяться гравитационнопневматические устройства конструкции института «Гипроцемент».
161
Таблица 8.52
Основные технические данные гравитацинно-пневматических устройств конструкций «Гипроцемента»
Наименование показателей
Производительность
Приведенная дальность подачи, не
более
в т.ч. по вертикали
Внутренний диаметр материалопровода
Расход сжатого воздуха
Потребное давление сжатого воздуха, не более
Внутренний диаметр вертикальной
напорной шахты
Потребная высота напорной шахты,
не менее
Габаритные размеры:
длина
ширина
высота
Масса
Единица
измерения
т/ч
ДСМ-1
0-100
м
200
200
200
ГПУ
переменная
от 30 до 100
200
м
мм
50
250
50
250
70
300
50
200
нм3/ч
Мпа
(кгс/см2)
мм
3600
0,2 (2,0)
3600
0,2 (2,0)
2000
0,2 (2,0)
300
300
5000
0,2
(2,0)
400
м
5
5
5
5
1100
1010
1532
627
1400
1465
1750
1000
950
600
1000
300
мм
мм
мм
кг
Тип устройств
ДСМ-2
ПДУ
0-100
0-200
300
Преимущества гравитационно-пневматических устройств конструкции «Гипроцемента»: непрерывность процесса
транспортирования; отсутствие затрат дополнительной энергии на ввод материала в транспортный трубопровод; простота конструкции и обслуживания; небольшие габариты и металлоемкость. Недостаток — необходимость наличия
напорной шахты и слоя материала в силосе (бункере). Гравитационно-пневматические устройства ДСМ-1, ДСМ-2 и
ПДУ находят применение на цементных заводах для регулируемой подачи сырьевой муки из силосов (бункеров) к печным агрегатам, а также цемента — из силосов к упаковочным машинам. Нерегулируемые устройства ГПУ — для
транспортирования сырьевой муки, золы ТЭС, цемента из силосов к потребителям.
8.12.2. Транспортные трубопроводы, отводы (колена) и переключатели
В системах пневмотранспорта на цементных заводах транспортные трубопроводы монтируются из горячекатаных
стальных труб по ГОСТ 8732—78 внутренним диаметром от 100 до 400 мм, имеющих толщину стенки от 5 до 13 мм.
Проектирование трассы материалопровода начинается с уточнения расположения точек приема и выдачи материала.
Необходимо прокладывать ее по кратчайшему расстоянию. Желательно укладывать трубы возле стен и колонн, чтобы
не мешать передвижению людей и транспорта. Необходимо избегать ненужных искривлений трассы и укладки труб в
труднодоступных местах. Если установка монтируется для подачи материала как
по горизонтали, так и по вертикали, желательно вертикальный участок расположить как можно ближе к питателю или
вести непосредственно от него, а затем уже прокладывать трубы по горизонтали или же под углом 10—15 ° в сторону
выдачи материала. Если нельзя использовать стены зданий и колонны для закрепления труб, то применяют специальные
опоры: ж/бетонные или металлические, расстояние между которыми обычно принимают порядка 10 м, а высоту их —
не менее 6 м. Трубы соединяются между собой с помощью сварки, фланцевые соединения обычно не применяются.
В связи с повышенным износом стенок труб в местах искривлений трассы применяются износостойкие отводы (колена), обычно из каменного литья.
8.12.3. Воздуходувные машины
Для ПТУ нагнетательного действия используются турбовоздуходувки и турбокомпрессоры.
Выпускается несколько типоразмеров турбовоздуходувок производительностью от 2500 до 36000 н.м3/ч с рабочим
давлением от 0,006 до 0,1 МПа.
Положительные качества этих машин — высокая надежность и малый расход эл/энергии.
Турбокомпрессоры выпускаются производительностью 100, 250 и 500 н. м 3/мин с повышенным рабочим давлением до
0.9 МПа, а также низконапорные — производительностью 200 н. м /мин с рабочим давлением до 0,2 МПа. Последние
являются экономичными машинами, потребляющими в 2 раза меньше эл/энергии. Для систем пневмотранспорта с
пневмовинтовыми насосами требуются турбокомпрессоры с избыточным давлением 0,4—0,5 МПа, а с пневмокамерными насосами — 0,5—0,6 МПа.
8.12.4. Предварительный выбор типа установки и загрузочного устройства (питателя)
Тип установки (нагнетательного или всасывающего действия) и типоразмер питателя определяют заранее в зависимости от конкретных условий предприятия, часовой производительности, дальности и высоты подачи, условий приема и
отпуска материала.
Как правило, пневмотранспорт цементных материалов (цемента, сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС и
других сухих порошкообразных материалов) осуществляется установками нагнетательного действия. Установки всасывающего действия имеют небольшую производительность и их применяют там, где по условиям производства необходимо обеспечить забор материала из ряда точек и подавать его на расстояние не более 100 м. Установки нагнетательного действия работают при перепаде давления до 0,5 МПа и перемещают материал на расстояние до 1,5 км. После определения рационального по заданным параметрам типа установки выбирается загрузочное устройство (питатель) с учетом производительности, дальности и высоты подачи материала, характера расположения трассы, а также конкретных
условий предприятия.
Пневмовинтовые насосы согласно паспортным данным (таблица 8.49) имеют дальность подачи до 430 м, в том числе
162
по вертикали 35 м. Однако в некоторых случаях они работают при дальности транспортирования до 600-=-800 м, что
значительно превышает паспортные данные.
Пневмокамерные насосы (таблица 8.50) применяются при дальности подачи от 300 до 1500 м, т. к. они могут работать
на повышенных перепадах давления — до 0,5—0,6 МПа. При выборе камерных насосов следует принимать во внимание
как их положительные, так и отрицательные качества. В тех случаях, когда транспортирование материала должно осуществляться в основном по вертикали, применяются пневмокамерные подъемники непрерывного действия (таблица
8.51), работающие на сравнительно малых перепадах давления до 0,08 МПа с турбовоздуходувками. Достоинство их —
высокая надежность.
Гравитационно-пневматические устройства конструкции «Гип-роцемента» (таблица 8.52) рационально применять во
всех случаях, где имеется возможность создать гидростатический подпор материала, т. е. там, где имеется достаточная
строительная высота (не менее 4—5 м) для сооружения шахты и где требуется сравнительно небольшая дальность
транспортирования — до 200 м.
8.12.5. Расчет основных параметров установки
1. Часовая производительность установки определяется в зависимости от того, выполняет ли установка законченную
транспортную операцию или входит в общую технологическую линию и ее производительность зависит от других машин.
В первом случае среднесуточная или среднесменная производительность цеха известна, и заданную часовую производительность установки можно определить по формуле
Qc K з К рез
Q м. з . 
, т / ч, (8.168)
t
где Qc — среднесуточная (среднесменная) потребность цеха, т/сутки (т/смену); К 3 — коэффициент запаса, учитывающий особенности технологического процесса в течение суток (смены), который принимают в зависимости от
конкретных условий в широких пределах: К3 = 1,1 Ч-1,5. Меньшие значения К3 принимают в тех случаях, когда материал поступает к установке из бункеров или силосов с регулируемым питанием; К рез — коэффициент резерва, учитывающий перспективу производительности. Обычно этот коэффициент принимают в пределах: К рез = 1,1-т-1,2. К выбору коэффициентов К3 и Крез. следует подходить осторожно во избежание неоправданного завышения производительности; t
— время работы установки в сутки (смену), ч.
Это время выбирают, исходя из условий работы предприятия. При 3-сменной работе предприятия выгодно, чтобы оно
было по возможности продолжительнее, чтобы не завышать часовую производительность установки. В других случаях,
в особенности при наличии приемных емкостей достаточно больших объемов, выгоднее принимать меньшее число часов работы установки, но с производительностью большей, чем средняя часовая потребность цеха. От этого зависит
значение коэффициента К3.
Для большинства практических случаев заданную часовую производительность установки, выполняющей самостоятельную транспортную операцию, принимают равной
Qм. з.  1,3  1,5Qc . (8.169)
Заданную часовую производительность установки, работающей в технологической линии с питанием от другой машины, определяют по максимально возможной производительности Qmax этой машины с учетом гарантийного запаса в
пределах
Q p  1,1  1,3Qmax , т / ч. (8.170)
В некоторых случаях, чтобы не завышать производительность транспортной установки, между питающим агрегатом и
проектируемой установкой предусматривают промежуточную емкость, объем которой зависит в основном от величины
и частоты колебания производительности питающего агрегата. Однако, несмотря на это, заданную производительность
и в этом случае следует брать на 10—20% больше максимальной производительности питающей машины. Примером
может служить установка, работающая в технологической линии помольного агрегата на цементном заводе.
После уточнения заданной производительности установки определяют ее расчетную часовую производительность в
зависимости от выбранного типа питателя:
а) для пневмовинтовых насосов, пневмокамерных" подъемников и гравитационно-пневматических устройств конструкции «Гипроцемента», осуществляющих непрерывный ввод материала в трубопровод, расчетную производительность принимают равной или на 10% больше заданной, т. е.
Q м. р.  1,0  1,1Q м. з. , т / ч, (8.171)
б) для пневмокамерных насосов, работающих циклично, принимают следующую расчетную производительность,
Для однокамерных насосов — QM.p. = (1,54-2,0) • QM.S. Для двухкамерных насосов — QM.p. = (1.2ч-1,3)-QM.3., т/ч.
2. Приведенная длина транспортирования ЬПр определяется по пространственной схеме установки, которую предварительно следует выполнить, по следующей формуле:
Lпр  l гвн  l эк  l эп , м, (8.172)
где 21ГВН — сумма геометрических длин прямых: горизонтальных, вертикальных и наклонных, м; 21 ЭК — сумма эквивалентных длин прямых участков для отводов (колен), м; 21ЭП — сумма эквивалентных длин прямых участков для переключателей, м;
Эквивалентную длину для колен под углом 90 °, расположенных в горизонтальной плоскости, и отношении радиуса
закругления к диаметру R/dTp^3 следует принимать равной 5 м прямого участка трубы. Для колен под углом 90 ° и
R/dTp^3 в вертикальной плоскости — равной 8 м прямого участка. Эквивалентную длину для двухходового переключателя следует принимать равной 8 м прямого участка согласно рекомендациям ВНИИПТМаша.
3. При проектировании ПТУ следует учитывать основные физико-механические свойства транспортируемых материалов: гранулометрический и фракционный состав, влажность, плотность и объемную массу, коэффициент внутреннего
трения, угол естественного откоса, сыпучесть, способность к аэрированию, абразив-ность и др.
163
Гранулометрический состав и эквивалентный (средневзвешенный) диаметр частиц, плотность и объемная масса материала оказывают определяющее влияние на потребные (оптимальные) скорости воздуха и концентрацию материальновоздушной смеси.
Гранулометрический состав, эквивалентный диаметр частиц, коэффициент внутреннего и внешнего трения, абразивность влияют на потери давления в материалопроводе. Абразивность материала, связанная с прочностью, формой и
размером частиц, значительное влияние оказывает на износ стенок материалопро-вода. Поэтому перед проектированием
и расчетом ПТУ необходимо заранее определить основные физико-механические свойства транспортируемых материалов по известным в технике методикам.
4. Потребную (оптимальную) скорость воздуха VK на выходе из материалопровода определяют по формуле:
Vk  a lg d э 3 Lпр , м / с, (8.173)
где а — опытный коэффициент, принимаемый для порошкообразных материалов (цемента, сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС и др.) равным а = 0,8; Q — плотность материала, т/м3; d3 — эквивалентный (средневзвешенный) диаметр частиц материала, мкм, который определяется по формуле:
 d 0  d1 
 d  dn 
 d  d2 

a1   1
a n
a 2  ...   n 1
2
2
2





 , мкм , (8.174)
dэ 
100
где do; di; d2; ...dn _ i; dn — граничные значения размеров фракций; EI; аг; ...an — весовая доля фракции в %.
Для определения VK можно пользоваться графической зависимостью VK = f (Lnp) на рис. 8.9.
5. Оптимальную концентрацию материально-воздушной смеси }х для пневмокамерных и пневмовинтовых насосов
при транспортировании цемента, сырьевой муки, золы ТЭС и др. определяют по графическим зависимостям ц, = f (Lnp,
тип питателя) на рис. 8.9., а для гравитационно-пневматических устройств конструкции «Гип-роцемента» по зависимостям ц = f (Lnp) на рис. 8.10.
6. Потребный расход сжатого воздуха QB определяют по формуле
100 Q м. р.
QB 
, нм 3 / мин, (8.175)
6 В 
где QM-p.— расчетная производительность в
т/ч; QB — 1,2 кг/м3 — плотность атмосферного
воздуха при нормальных условиях.
7. Внутренний диаметр материалопровода dTp
определяют по формуле:
4QB
d тр 
, м, (8.176)
60Vk
где QB — в нм3/мин, VK — в м/с.
По ГОСТ 8732—78 выбирают трубы с внутренним диаметром, равным или большим ближайшим к рассчитанному.
После этого уточняют расход сжатого воздуха
при той же скорости по формуле:
2
60Vk d тр
QB1 
, нм 3 / мин, (8.177)
4
и фактическую концентрацию смеси по формуле:
100 Q м. р. кг материла
ф 
,
. (8.178)
6 В Q B
кг воздуха
При больших дальностях подачи (Ьпр^ЗОО м) для всех порошкообразных цементных материалов целесообразно при164
нимать ступенчатый материалопровод, т. е. переменного диаметра, причем начальный участок, где имеют место
наименьшие скорости, следует брать меньшего диаметра, чем рассчитанный по формуле 8.176., а конечный участок с
большими скоростями воздуха — увеличенного диаметра, чем дает расчет по формуле .8.176.
Ступенчатый трубопровод выбирается из следующего условия: эквивалентный его диаметр должен быть равен или
несколько больше рассчитанного, т. е.
d тр.э  d тр 
  d 22 Lпр
  d 32 Lпр

d12 Lпр
Lпр
, м, (8.179)
где di — внутренний диаметр трубопровода нг начальном участке, принимаемый из условия, чтобы площадь его поперечного сечения была бы примерно на 20 % меньше площади поперечного сечения трубопровода с расчетным диаметром, т. е.
2
d1  0,8d тр
. (8.180)
Обычно по ГОСТ 8732—78 принимают ближайший меньший по сортаменту труб; cb — внутренний диаметр среднего
участка трубопровода, который принимается равным расчетному; ds — внутренний диаметр конечного участка трубопровода, принимаемый из следующего условия: площадь поперечного сечения его должна быть больше на 20—30%,
чем площадь поперечного сечения трубопровода с расчетным диаметром, т. е.
d3 
1,2  1,3d тр2 , м. (8.181)
Обычно по ГОСТ 8732—78 принимают ближайший больший к расчетному диаметр трубы.
Длину начального участка ЬПр выбирают из такого расчета, чтобы она составляла не более 20 % от общей длины Lnp:
  0,2 Lпр . (8.182)
Lпр
Длину среднего участка обычно принимают равной:
  0,3Lпр . (8.183)
Lпр
Конечный участок, таким образом, будет длиной
  0,5Lпр , м. (8.184)
Lпр
Более трех участков практически принимать не следует даже при большой общей длине 1000—1500 м, т. к. это
усложнит замену труб при их износе и др.
Ступенчатый материалопровод позволяет повысить скорость смеси в начальном участке, что сводит до минимума
случаи забивки труб материалом, а на конечном участке за счет снижения скорости уменьшает износ, который обычно
имеет место при материалопроводе постоянного по всей длине диаметра. Эти важные стороны свидетельствуют о целесообразности применения ступенчатых трубопроводов, в особенности при значительных (>300 м) дальностях транспортирования. Материалопровод переменного диаметра целесообразно применять даже при дальностях транспортирования
Lnp^200 м в случае перемещения абразивных материалов, например, золы ТЭС, глинозема, белитовых крупнодисперсных порошков и др.
8. Потери давления АРТр в материалопроводе определяются по формуле:
 kVk2 Lпр
Pтр  1  К пр  к
  В h; кг / м 2 , (8.185)
2 gd тр

где K пр 

Аd тр
(8.186)
Vk1, 25
— опытный приведенный аэродинамический коэффициент сопротивления трубопровода при перемещении материально-воздушной смеси.
Для большинства цементных материалов (цемента, сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС и др.) опытный
коэффициент А = 250. Для сильно абразивных материалов (глинозема, апатитового концентрата и др.), а также для
крупнодисперсных материалов (белитовых порошков и пр.) коэффициент А = 300;
0,246
к  0, 22 (8.187)
Re
Я,к— коэффициент трения «нормального» воздуха о стенки трубы. Эта формула принята для труб с шероховатой поверхностью, что обычно имеет место при пневмотранспорте, в особенности в начальный период эксплуатации:
Vk d тр
Re 
- число Рейнольдса; (8.188)

  14 ,9  10 6 м2/с — коэффициент кинематической вязкости «нормального» воздуха; QK = 1,2 кг/м3 — плотность
«нормального воздуха»; VK — скорость воздуха на выходе из материалопровода, м/с; ЬПр — приведенная дальность
транспортирования, м; g = 9,81 м/с — ускорение силы тяжести; dTp — внутренний диаметр материалопровода (расчетный или эквивалентный при ступенчатом трубопроводе), м; QB = 1,8 кг/м3 — средняя плотность сжатого воздуха на
участке подъема. Она принята такой, потому что для большинства практических случаев участок подъема обычно находится в конце трассы; ц — концентрация материально-воздушной кг материала, смеси, п — высота подъема материала,
м. кг воздуха
9. Потребляемую мощность привода пневмовинтовых насосов находят по формуле:
N k  Pс.к. Dшн n, кВт (8.189)
где а — опытный коэффициент, зависящий от вида транспортируемого материала; для цемента, сырьевой муки и пр. а
= 0,7; РС.К.— избыточное давление внутри смесительной камеры насоса, кгс/см 2; п — частота вращения шнека, об/мин;
Вшн.— диаметр напорного шнека, м.
165
10. Расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха определяют по следующей формуле:
P
23030 P0 lg k Qk
P0
Nk 
, кВт (8.190)
60  102
где Р0 — атмосферное давление воздуха, атм; Рк — рабочее давление компрессора, которое принимается следующим:
Pk  1,2  1,3Pтр  Рс  1, ата (8.191)
АРТр — потери давления в материалопроводе, определенные по формуле (8.185); АР С — потери давления в воздухопроводе от компрессора до питателя. Обычно принимают АР С = 0,3— 0,5 кгс/см ; т] — общий КПД компрессора, принимаемый в пределах 0,55—0,70; QK = 1,1-Qu — производительность компрессора или потребный расход сжатого воздуха с учетом потерь в подводящей сети, нм3/мин.
11. Удельный расход сжатого воздуха на транспортирование 1 т материала определяют по формуле:
60QH нм 3
(8.192)
qB 
,
Qp
т
На рис. 8.11 приведены графические зависимости удельного расхода сжатого воздуха qB от приведенной дальности
транспортирования ЬПр для пневмокамерных и пневмовинтовых насосов двух разновидностей: способных работать при
давлении внутри смесительной камеры до 0,2 и 0,3 МПа. По этим зависимостям можно быстро оценить экономичность
работы ПТУ и сравнить с рассчитанным удельным расходом воздуха по формуле (8.192)
12. Удельный расход электроэнергии на транспортирование 1 тонны материала находим по
формуле:
для пневмовинтовых насосов
N  N k квт  ч
N уд  шн
,
(8.193)
Qp
т
для пневмокамерных насосов и гравитационно-пневматических устройств «Гипроцемента»
N квт  ч
N уд  k ,
(8.194)
Qp
т
8.12.6. Окончательный выбор оборудования
Типоразмеры питателя, воздуходувной машины и др. определяются окончательно после того, как станут известны основные параметры ПТУ.
Типоразмер пневмовинтового насоса, исходя из потребной производительности и дальности подачи, определяется согласно паспортным данным заводов-изготовителей из таблицы 8.49. Однако при этом необходимо учитывать следующие положения: фактическая производительность насоса рассчитывается по формуле
3
Qф.н.  20 Dшн
 н n0,5  0,1Pс.к. , т / ч (8.195)
где Вшн.— диаметр шнека, м; QH — насыпная объемная масса материала. Для цемента QH = 1,2—1,3 т/м3; п — частота
вращения шнека, об/мин; Рс.к.— избыточное давление внутри смесительной камеры, кгс/см2.
По формуле (8.195) можно определить производительность насоса с нормальными конструктивными параметрами и
допустимыми пределами износа при условиях бесперебойного питания его материалом и наличия материалопровода с
достаточной пропускной способностью. При несоблюдении какого-либо из этих условий фактически производительность пневмовинтового насоса будет меньше рассчитанной по формуле (8.195). Как правило, эксплуатационная производительность пневмовинтового насоса на 10—30% меньше паспортной вследствие ряда причин, в том числе недостаточно равномерной и бесперебойной подачи к нему материала из-за отсутствия надлежащих устройств. Обычно винтовые насосы, управляемые вручную с помощью шиберного затвора, обеспечивают лишь грубую регулировку, при которой электродвигатель привода шнека часто оказывается перегруженным, а насос работает с пониженной производительностью. Это следует иметь в виду при определении типоразмера питателя по заданной производительности ПТУ и
подсчитанному по формуле (8.195) полному сопротивлению материалопровода при известной частоте вращения шнека;
— пневмовинтовые насосы, способные работать при давлении в смесительной камере до 0,2 МПа, рекомендуется
применять при приведенной дальности транспортирования до 300 м. Но это не значит, что они не могут применяться и
при большей дальности подачи, вплоть до 500—600 м, хотя это экономически невыгодно. Пневмовинтовые насосы,
способные работать при давлении в смесительной камере до 0,3 МПа, целесообразно применять при приведенных дальностях подачи в пределах 300— 800 м (по паспортным данным, только до 430 м);
Для устойчивой работы пневмовинтовых насосов необходимо соблюдать следующее условие — максимальная производительность насоса должна быть меньше или равна пропускной способности материалопровода, т. е. Q<}>.H^QM.P. в
противном случае будут происходить частые перегрузки электродвигателя насоса.
Внутренний диаметр материалопровода для насосов, способных работать при избыточном давлении внутри смесительной камеры до 0,2 МПа, можно определить по следующей формуле:
dT 
Qф.н. Lпр
;м
3  10 5 Vk0,12
а для насосов, способных работать при Рс.к.— 0,3 МПа по формуле:
166
dT 
Qф.н. Lпр
; м (8.197)
45  10 4 Vk0,12
Максимально возможная производительность насоса определяется по формуле 8.195;
— при транспортировании сильно абразивных материалов (глинозема и др.) наблюдается быстрый износ витков шнека и поэтому применять пневмовинтовые насосы в этом случае нецелесообразно;
— при транспортировании сырьевой муки и технологической пыли производительность пневмовинтовых насосов
обычно ниже, соответственно на 10—20% и на 20—30%, чем при перемещении цемента. Это явление можно объяснить
меньшей объемной массой сырьевой муки и печной пыли, чем цемента, и повышенным их проскальзыванием относительно витков шнека;
— опытом эксплуатации также установлено, что производительность пневмовинтовых насосов снижается на 10—30%
при работе на аэрированных материалах, а также на материалах с поверхностно-активными добавками. Это положение
следует учитывать при проектировании ПТУ.
Несмотря на указанные недостатки и ограничения, пневмовинтовые насосы широко применяются на цементных заводах благодаря ряду положительных качеств: непрерывности ввода материала в транспортный трубопровод, потребный
диаметр которого и расход сжатого воздуха поэтому сравнительно меньше, а также из-за небольших габаритов в особенности по высоте.
Типоразмер пневмокамерного насоса выбирают по паспортным данным завода-изготовителя в таблице 8.50. Однако,
при этом необходимо учитывать следующие положения:
— пневмокамерные насосы в сравнении с пневмовинтовыми могут работать на больших перепадах давления (вплоть
до 0,6 МПа), поэтому их целесообразно применять на дальностях подачи от 300 до 1500 м;
— несмотря на то, что в пневмокамерных насосах не затрачивается энергия на ввод материала в транспортный трубопровод, как в случае с пневмовинтовыми насосами, однако из-за цикличности их работы, наличия материалопроводов
увеличенного диаметра, а значит и повышенного расхода сжатого воздуха в единицу времени, а также из-за необходимости монтировать свой материалопровод от каждой камеры насоса, что ведет к увеличению металлоемкости, необходимости сооружать глубокие приямки обычно с гидроизоляцией и др., положительные качества пневмокамерных насосов значительно снижаются. Поэтому в каждом конкретном случае к выбору того или иного типа устройства следует
подходить, произведя тщательный анализ всех возможных ситуаций;
— опытом эксплуатации установлено, что легкосыпучие крупнодисперсные материалы (циклонная сланцевая зола,
известняковая мука, белитовые порошки и пр.) практически не могут транспортироваться камерными насосами из-за
быстрой забивки материалом транспортных трубопроводов. При наличии камерных насосов с так называемыми форкамерами (конструкция НИ-ИУфа) транспортирование указанных материалов возможно, но со значительными удельными
расходами сжатого воздуха;
— усложняется применение пневмокамерных насосов при подаче материалов из силосов потребителям из-за трудности регулирования подачи материала, необходимости мощной системы аспирации и др.
Типоразмер гравитационно-пневматических устройств конструкции Гипроцемента выбирается по таблице 8.52., при
этом необходимо учитывать следующие положения:
— непрерывность процесса транспортирования, простоты конструкции и обслуживания, отсутствие затрат энергии на
ввод материала в трубопровод (подача материала происходит самотеком под действием гидростатических сил) доказывают целесообразность их применения вместо пневмовинтовых или пневмокамерных насосов при дальности подачи до
200 м;
— регулируемые гравитационно-пневматические питатели целесообразно применять в тех случаях, где требуется равномерная регулируемая подача материала потребителям, например, при питании из силосов сырьевой мукой печных
агрегатов, при подаче цемента из силосов к упаковочным машинам:
— при расчете ПТУ с гравитационно-пневматическими питателями рекомендуется пользоваться следующей дополнительной методикой;
1. Нормальная работа этих питателей может быть достигнута при следующем условии:
Ргд.ст  Ртр (8.198)
где Ргд.ст   аэ. м Н сл , кг / м 2 (8.199)
гидростатическое давление столба аэрированного материала в силосе и в напорной шахте, кг/м 2; Qag.M — насыпная
масса аэрированного материала, кг/м . Для сырьевой муки принимается в пределах 800—1000 кг/м3
Н сл  Н с  Н ш (8.200)
— общая высота слоя аэрированного материала, м; Нс — высота слоя аэрированного материала в силосе (бункере), м;
Нш — полезная высота слоя аэрированного материала в напорной шахте, соединяющей питатель с силосом (бункером),
м: Ртр — потери давления в материалопроводе, определяемые по формуле (8.185)
Это условие состоит в том, что для обеспечения устойчивой работы питателей конструкции Гипроцемента гидростатическое давление столба аэрированного материала в силосе (бункере) и в напорной шахте должно быть больше или
равно потерям давления в материалопроводе.
2. Внутренний диаметр напорной шахты должен быть достаточным для обеспечения действия закона гидравлики.
Практикой установлено, что для производительностей от 30 до 100 т/ч внутренний диаметр шахты должен быть равным
или больше Дн.ш 300 мм, а для производительностей от 100 до 200 т/ч — Дн.ш 400 мм.
3. Первоначально, исходя из имеющейся высоты напорной шахты Н ш и допустимого по условиям предприятия нижнего уровня материала в силосе (бункере) Нс, по формулам (8.200) и (8.197) находят гидростатическое давление столба
аэрированного материала, которое является критерием работы гравитационно-пневматических питателей, влияющем на
их производительность.
4. При определенных условиях (постоянство расхода сжатого воздуха, постоянных длине и диаметре материалопрово167
да, для определенного транспортируемого материала) достигается прямолинейная зависимость производительности Qp
и потерь давления в материалопроводе ДРтр или избыточного давления внутри смесительной камеры питателя Рс.к. На
этом законе основана работа регулируемых питателей (пневмодозаторов) ДСМ-1, ДСМ-2 и ПДУ конструкции Гипроцемента. В этом случае по давлению Рс.к. можно судить о производительности питателя и наоборот. С помощью электрических датчиков давления, например, типа МЭД соответствующий импульс подается в систему автоматического управления регулирующего органа, с помощью которого изменяется величина щели для прохождения аэрированного материала под действием перепада давления из напорной шахты в смесительную камеру питателя. Таким образом осуществляется регулируемая подача материала к потребителю.
Для снижения энергопотребления ПТУ (пневмокамерных, пневмовинтовых и гравитационно-пневматических питателей) рекомендуется оснащать их регуляторами расхода воздуха конструкции Гипроцемента. Эти устройства обеспечивают оптимальный расход сжатого воздуха при любых режимах работы ПТУ. В среднем при оснащении ПТУ такими
регуляторами экономится 15—20% сжатого воздуха.
8.13. РАСЧЕТ СИСТЕМ АЭРАЦИИ И ПНЕВМОПЕРЕМЕШИВАНИЯ
8.13.1. Системы аэрации силосов для хранения порошкообразных материалов
Порошкообразные материалы (цемент, сырьевая и известняковая мука, технологическая пыль, золы ТЭС и др.) хранятся на цементных заводах в закрытых металлических или железобетонных сил осах диаметром от 6 до 18 м и высотой
до 40 м, а также в бункерах различной вместимости. Порошкообразные материалы, как известно, склонны к слеживанию, что ухудшает их текучесть и выгрузку из емкостей. Безусловно, слеживаемость от времени их хранения увеличивается. Кроме того, из физики сыпучих тел известно, что в массе столба материала, находящегося в силосе, возникают
боковые распорные силы, прижимающие материал к стенке силоса. Эти силы увеличиваются по мере возрастания давления столба материала. Поэтому образуются так называемые «мертвые» остатки, иногда достигающие 30—40% полезной вместимости силосов, а также резко уменьшается производительность разгрузочных устройств.
Чтобы избежать образования значительных «мертвых» остатков и повысить производительность разгрузочных
устройств, днища силосов и бункеров оборудуются системами аэрации, обычно состоящими из ряда воздухораспределительных коробок (аэрокоробок), уложенных и закрепленных к днищу силоса (бункера). Степень заполнения днища
емкостей аэрокоробками, т.е. площадь аэрации, в силосах, предназначенных для хранения и разгрузки, обычно составляет от 20 до 40% от площади поперечного сечения силоса. Она зависит от физико-механических свойств материала и
конфигурации днища силоса. Для материалов, сильно склонных к слеживанию, площадь аэрации принимается как можно большей, но в вышеуказанных пределах.
В связи с тем, что у стенок силоса сыпучие материалы наиболее уплотняются и слеживаются, рекомендуется аэрокоробки располагать также по периферии днища силоса, исходя также из того положения, что основная масса уплотненного материала находится именно у стенок.
Железобетонные сил осы диаметром 12 и 18 м с конусными днищами, оснащенными системой аэрации, с
ж/дорожными путями под ними, предназначенные для хранения и отгрузки цемента, известняковой муки и др. материалов, является наиболее прогрессивной конструкцией, принятой в последнее время в цементной промышленности.
В конструкции воздухораспределительных коробок используется х/бумажная транспортерная лента толщиной 8—10
мм артикула 2348, или ткань «бельтинг» артикула 2301 в 3—4 слоя, а в последнее время пористая металлокерамика
толщиной 2— 3 мм марки ПНС-10.
Пористая перегородка плотно закрепляется болтами между корпусом и рамкой. Чтобы перегородка не прогибалась
предусмотрены поперечные связи из полосовой стали.
Аэрокоробки имеют несколько типоразмеров: длину от 500 до 2500 мм и ширину от 300 до 600 мм.
Аэрокоробки на днище силоса группируются в несколько отдельных секций, обычно по числу донных разгрузочных
отверстий. Однако, в силосах с конусным днищем с целью уменьшения потребного расхода сжатого воздуха в единицу
времени также предусматривается несколько групп аэрокоробок (обычно две или четыре).
Потребный расход сжатого воздуха на аэрацию материала в силосе (бункере) определяется по формуле:
Qаэ  qаэ Fаэ , нм3 / мин (8.201)
где qаэ = 1—2 нм3/мин на 1 м2 площади аэрации группы аэрокоробок, в которую сжатый воздух подается поочередно с
интервалами 5—10 минут; Fаэ — полезная площадь аэрации группы аэрокоробок, обычно она равняется 70—80% от
площади аэрокоробок, м2.
Удельный расход сжатого воздуха на аэрацию 1 тонны выгружаемого материала для силоса внутренним диаметром
Дсил. = 11,2 м с конусным днищем и четырьмя группами аэрокоробок составит
2
0,2  0,4  0,785 Dскл
0,2  0,4  0,785  11,2 2
60 q аэ
60 1  2
60Qаэ 60 q аэ Fаэ
4
4
q уд 




Qвыг
Qвыг
Qвыг
400
нм 3
т
где Qвыг = 400 т/ч — паспортная производительность установки С-926 для загрузки ж/дорожных вагонов.
Из приведенного расчета видно, что удельный расход сжатого воздуха при выгрузке из силосов с конусным днищем,
оснащенным четырьмя группами аэрокоробок и автоматическим воздухораспределителем конструкции Гипроцемента
составляет небольшую величину, не превышающую 3 н.м3/т даже для сильно ел сживаемых материалов. Обычно надо
принимать Qya. в пределах от 1 до 2 нм3/т.
Производительность выгрузки и погрузки цемента в транспортные средства (ж.д. вагоны, автоцементовозы) можно
определить по следующей формуле:
 0,75  3,00 
Qпог  3600 Fтр 2 gH сл ; т / ч (8.202)
где FTp — площадь поперечного сечения загрузочного цементопровода, м 2; dTp — внутренний диаметр цементопрово168
да, м; ς = 3,2 т/м3 — плотность цемента; λ = 0,04—0,09 — опытный коэффициент расхода материала.
Потребное давление сжатого воздуха на аэрацию материала в силосе определяется по следующей формуле:
Раэ  а срн Н сл , кг / м 2 (8.203)
где а = 1,1—1,2 — опытный коэффициент, зависящий от вида порошкообразного материала; ςсрн — средняя насыпная
масса материала, кг/м3; для цемента обычно принимают ςср = 1300 кг/м3, а в аэрированном состоянии Qcp = 1000 кг/м^;
Нсл. — высота слоя материала, м.
Для аэрации материалов в силосах обычно применяют сжатый воздух от центральной компрессорной станции. Такой
воздух, как известно, влажный и при охлаждении водяные пары, содержащиеся в нем, конденсируются. Влажный воздух отрицательно действует на эффективность и надежность систем аэрации. Поэтому воздух перед подачей в систему
аэрации должен быть очищен хотя бы от капельной влаги, например, механическими вихревыми влагоотделителями
типа СМЦ-5, разработанными в Гипроцементе.
Такая очистка сжатого воздуха в некоторых случаях оказывается недостаточной для систем аэрации силосов, в которых хранится цемент, способный при увлажнении схватываться. Поэтому рекомендуется сжатый воздух в этих случаях
осушать в силикагелевых установках типа УОВ производительностью 10, 30, 60 и 100 нм3/мин.
Также рекомендуется применять для систем аэрации низконапорные компрессоры давлением до 0,2 МПа, сжатый воздух от которых практически не требует очистки и осушки. Использование таких компрессоров позволяет в 2 раза снизить расход электроэнергии в сравнении с высоконапорным давлением до 0,6— 0,9 МПа.
8.13.2 Системы пневмоперемешивания цементной сырьевой муки
В последние годы в связи с широким внедрением в цементную промышленность сухого способа производства цементного клинкера,- как наиболее прогрессивного и топливосберегающего, пристальное внимание уделяется гомогенизации сырьевой шихты, т. е. обеспечению заданного однородного химического состава сырьевой шихты с допустимыми
пределами колебания по КН = ±0,02.
Обычная цементная сырьевая мука (шихта) — это тонкомолотая смесь (с остатком на сите 008 до 15%) сырьевых компонентов: известняка 75—80%, глины — 17—20% и железистых огарков 2—4% при их совместном помоле в мельничных агрегатах.
Влажность шихты по технологическим нормам не должна превышать 1%, температура ее после мельниц обычно не
превышает 100 °С. Сырьевые компоненты перед вводом их в мельницы обычно дозируются весовыми устройствами. В
последние годы на цементных заводах стали широко внедряться автоматизированные системы управления процессом
приготовления сырьевой шихты (АСУТП), включающие в себя весовые дозаторы для сырьевых компонентов; автоматические пробоотборники с механизированной системой доставки представительных проб муки, отобранных после
мельниц; быстродействующие анализаторы (квантометры) и управляющие вычислительные машины. Несмотря на применение АСУТП, в связи с колебаниями химического состава сырьевых компонентов, обычно имеющими место в практике, а также нарушениями в работе дозаторов, бункеров и пр., сырьевая мука, поступающая из мельниц в так называемые смесительные силосы, имеет существенные колебания химического состава, доходящие до КН = ±0,2 и выше. В
связи с этим вытекает необходимость иметь гомогенизационные установки, состоящие из смесительных и запасных
(расходных) силосов. На отечественных заводах сухого способа производства клинкера имеются смесительные силосы
диаметром 6, 8, 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 250, 500, 800, 1400 и 2000 т и запасные силосы диаметром 10, 12 и 18 м вместимостью соответственно до 2000, 2500 и 6000 т муки. Чем больше производительность технологической линии, тем больше требуемая суммарная емкость гомо-генизационных силосов. По технологическим
нормам они должны вмещать 3-суточный запас муки. В последние годы строятся и вводятся в эксплуатацию гомогенизационные силосы диаметром 18 м обычно в двухъярусном исполнении: в верхнем ярусе расположены смесительные
силосы вместимостью до 2000 т с высотой слоя муки до 10 м, а в нижнем — запасные силосы вместимостью до 6000 т с
высотой слоя муки до 25 м.
Смесительные и запасные силосы оборудуются системой аэрации, отличающейся величиной аэрируемой поверхности.
Днища смесительных силосов оборудуются аэрокоробками с максимальной степенью заполнения. Обычно площадь
аэрации в смесительном силосе находится в пределах 70—80%. Днища запасных силосов имеют площадь аэрации в
пределах 20—30% от площади поперечного сечения силоса. Отличие их состоит также в разном количестве сжатого
воздуха, поступающего в систему аэрации.
Аэрокоробки на днище смесительного силоса укладываются по определенным схемам: полосовой (обычно из пяти полос, собранных в две группы у смесительных силосов 6 м) и квадрантной для остальных силосов, состоящей из 4-х
групп аэрокоробок. К каждой группе аэрокоробок имеется индивидуальный подвод сжатого воздуха. Подача его в каждый из квадрантов изменяется в количественном отношении периодически с интервалом 5— 10 минут. Когда подается
малое количество сжатого воздуха, соответствующий квадрант работает в пассивном режиме, а когда подается
наибольшее количество — в активном режиме.
В результате исследований установлено следующее:
— пневматическая гомогенизация, т. е. пневмоперемешивание сырьевой шихты, протекает интенсивно только при
определенном аэродинамическом режиме;
— оптимальный расход сжатого воздуха зависит от основных физико-механических свойств перемешиваемой шихты:
гранулометрического фракционного состава, плотности и объемной массы, влажности и др.;
— аэродинамический режим процесса перемешивания, характеризуемый обычно критерием Рейнольдса Йе0пт., зависит от физико-механических свойств перемешиваемого материала, характеризуемых критерием Архимеда, которые связаны между собой математической зависимостью:
Re опт  0,22Ar0,52 (8.204)
где
169
Vопт d э
 критерий Рейнольдса (8.205);
v
Vonт — оптимальная скорость воздуха или скорость фильтрации, м/с;
1
dэ 
i

di
— эквивалентный диаметр частиц материала, м; Δi — весовая доля отдельной фракции; d{ = д/ёТ-сГ^ — среднегеометрический размер частиц из предельных значений отдельных фракций, м; di и d2 — ie размеры отдельных фракций,
м; v =1,485-10~"5 м2/с—предельные кинематический коэффициент вязкости воздуха;
d 2    В g
Ar  э
, (8.207) — критерий Архимеда;
v B
d3 — эквивалентный диаметр частиц, определяемый по формуле (8.174); ς — плотность материала, кг/м3. Для цементной сырьевой муки Q находится в пределах 2800—2900 кг/м3; ςB — плотность «нормального» воздуха ~1,2 кг/м3; g = 9,81
м/с2 — ускорение силы тяжести;
VQHT — оптимальная скорость воздуха, определяемая по формулам (8.204) — (8.207); достоверность которых подтверждена многочисленными экспериментами на модели смесительного силоса диаметром 0,8 и высотой 1,5 м. У0пт
находится в следующих пределах:
— для активных участков аэроднища — от 0,07 до 0,1 м/с или выраженная в удельном расходе д0пт на 1 м2 пористой
перегородки аэроднища — от 4 до 6 н.м /мин на 1 м2;
— для пассивных участков аэроднища от 0,008 до 0,017 м/с или от 0,5 до 1,0 н.м 3/мин на 1 м2 пористой перегородки.
Общий расход сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки определяется по формуле:
нм 3
Qпер  g акт.опт. Fакт  q пасс.опт Fпасс ,
, (8.208)
мин
где gактопт = 4—6 н.м3/мин на 1 м2 для активного квадранта; Ракт — полезная площадь аэрации активного квадранта, составляющая 1/4 всей полезной площади аэрации Р пол., которая в свою очередь составляет (0,7—0,8) от площади поперечного сечения смесительного силоса, м2; qnассопт = 0,5—1,0 нм3/мин на 1 м2 для остальных трех пассивных квадрантов;
Fnacc. — полезная площадь трех пассивных квадрантов, м2 — потребное давление сжатого воздуха на пневмоперемешивание сырьевой муки определяется по формуле:
Pпер   аэм Н сл  Рпер  Рота  Р расп  Рс , кг / м 2 , (8.209)
где Раэ.м. = 9004-1000 кг/м3 — средняя насыпная масса аэрированной муки; Нсл — толщина слоя муки в силосе, м; ΔР2
2
пер.= 200—300 кг/м — сопротивление пористой перегородки в аэрокоробке; ΔРота =300—500 кг/м — сопротивление
2
отверстий прохода воздуха в перфорированной трубке аэрокоробки; ΔРрасп. = 300—500 кг/м — сопротивление воздухораспределителя; ΔРС = 200—300 кг/м — сопротивление воздухоподводящей сети; — после определения Qnep по формуле 8.208 и Рпер. по формуле 8.209 выбирают типоразмер воздуходувной машины.
С целью снижения энергозатрат на гомогенизацию сырьевой муки рекомендуется применять турбовоздуходувки с рабочим давлением до 0,1 МПа или низконапорные компрессоры до 0,2 МПа. При использовании этих машин очистка и
осушка сжатого воздуха не требуется;
— продолжительность пневмоперемешивания сырьевой муки зависит от первоначальной и конечной неоднородности
химического состава муки, содержащейся в силосе, и вместимости силоса.
Г. Клейн предлагает для количественной оценки процесса перемешивания пользоваться зависимостью:
S нач
 e  At , (8.210)
S кон
где Sнач — стандартное отклонение колебаний титра сырьевой муки перед началом перемешивания; SKOH — стандартное отклонение колебания титра сырьевой муки после перемешивания; е — основание натурального логарифма; А —
постоянная величина, характеризующая работоспособность данного смесительного силоса при неизменных свойствах
сырьевой муки и постоянном расходе воздуха; t — продолжительность перемешивания, мин.
Опытом эксплуатации установлено, что при степени усреднения 8н/8к химсостава муки до 10 единиц и вместимости
смесительных силосов от 250 до 1500 т продолжительность перемешивания находится в пределах от 1 до 2 часов, а при
вместимости силосов до 2000 т — от 2 до 3 часов;
— удельный расход сжатого воздуха на перемешивание 1 т сырьевой муки при степени усреднения до 10 находится в
пределах от 10 до 15 нм3/т с.м., с учетом корректирования и повторного перемешивания до 30% замолотых силосов
(взято из опыта эксплуатации цемзаводов) — от 13 до 20 нм3/т с.м.;
— удельный расход электроэнергии на гомогенизацию сырьевой муки при использовании турбовоздуходувок и низконапорных компрессоров составляет от 0,4 до 0,7 кВт ч/т с. м., а при использовании сжатого воздуха от высоконапорных компрессоров (это экономически невыгодно) — от 1,0 до 2,0 кВт ч/т с.м.;
— эффективность работы гомогенизационной установки характеризуется степенью усреднения (гомогенизации) химического состава сырьевой муки.
Неоднородность химсостава сырьевой муки, замолотой в силос, можно оценить стандартным начальным отклонением
по формуле:
Re опт 
x  xi 
(8.211)
n 1
Конечная неоднородность химсостава сырьевой муки после завершения пневмоперемешивания оценивается конечным
стандартным отклонением, определяется по формуле:
170
2
SH 
x  xi 
(8.212)
n 1
Отношение SH/SK и является степенью гомогенизации, где х — среднеарифметическое всех значений титра или КН; xi
- отдельные значения титра или КН; n — количество отобранных проб.
Для автоматического переключения подачи сжатого воздуха по определенной программе в активные и пассивные
участки аэроднища смесительного силоса служат воздухораспределители.
В этих устройствах основным рабочим элементом является полый цилиндр, в котором имеется одно большое отверстие для пропуска сжатого воздуха в активный квадрант и три малых отверстия для подачи воздуха в пассивные квадранты.
Рассмотренная система пневмоперемешивания является гомогенизационной установкой периодического действия. В
ней последовательно протекают следующие процессы: замол муки в силос, перемешивание, корректирование, анализ
отобранных контрольных проб и выгрузка готовой муки. Как видно, цикл оборачиваемости силоса длительный, и поэтому на цементных заводах для одной технологической линии сооружается не менее двух смесительных силосов.
Разработаны также гомогенизационные установки непрерывного действия.
Отличительной особенностью систем непрерывной гомогенизации сырьевой муки является прием дополнительной
интенсификации процесса перемешивания за счет нагнетания потока материально-воздушной смеси под слой гомогенизируемого материала.
9.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Создание автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) является качественно новым этапом автоматизации цементного производства. До появления АСУ ТП и цифровых управляющих вычислительных машин в промышленности решались задачи контроля и управления, относящиеся главным образом к отдельным
параметрам и контурам автоматизации. Управление технологическими объектами осуществлялось на основе аналоговых электрических устройств с использованием так называемых локальных средств автоматизации.
В последние годы, ввиду появления сложных высокопроизводительных агрегатов, управление которыми требует контроля и учета взаимосвязи большого числа переменных параметров, традиционные способы автоматизации стали недостаточно эффективными. Использование управляющей вычислительной техники в составе АСУ ТП благодаря быстрой
переработке больших объемов текущей информации и реализации сложных логических и расчетных процедур при выработке управляющих воздействий резко расширяет возможности автоматизации в направлении рационального выбора
и поддержания режимов технологических процессов (ТП).
В отличие от полностью автоматических систем, АСУ ТП представляет собой человеко-машинную систему. Она не
отстраняет человека от управления процессом, но помогает в максимальной степени использовать его опыт. Перерабатывая и представляя информацию о процессе в форме, наиболее удобной для принятия оптимальных решений и беря на
себя в ряде случаев выработку таких решений и реализацию управляющих воздействий, современные АСУ ТП предусматривают гибкую структуру взаимодействия с технологом-оператором. Он может выбрать режим работы системы,
изменить параметры алгоритмов управления, откорректировать уставки контуров регулирования.
Разработка АСУ ТП — сложный комплекс организационно-технических мероприятий, включающий подготовку и
изучение объекта управления, проектирование, опробование, корректировку, монтаж, наладку и ввод системы в промышленную эксплуатацию. В современных условиях АСУ ТП должна создаваться совместными усилиями специалистов по автоматизации и технологии цементного производства.
2
Sk 
9.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ АСУ ТП и АТК
9.1.1. Основные определения
Технологический объект управления (ТОУ) — это совокупность технологического оборудования и реализованного на
нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства.
Автоматизированная система управления технологическим процессом — человеко-машинная система управления,
обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.
Система управления может быть отнесена к классу АСУ ТП, если она соответствует следующим признакам:
осуществляет сбор, обработку и представление информации о технологическом объекте;
принимает решения по управлению и реализует управляющие воздействия согласно заданному технологическому или
технико-экономическому критерию;
допускает участие оперативного персонала;
использует современные средства вычислительной техники.
Совместно функционирующие ТОУ и управляющая ими АСУ ТП образуют автоматизированный технологический
комплекс (АТК).
9.1.2. Типовые функции АСУ ТП и режимы ее функционирования
На АСУ ТП возлагаются как информационные, так и управляющие функции. Целью информационной функции является получение информации о состоянии технологического объекта и ее представление оперативному персоналу. Информационные функции АСУ ТП включают в себя централизованный контроль за состоянием объекта управления и
вычислительные и логические операции информационного характера.
Управляющие функции АСУ ТП позволяют выработать решение и организовать реализацию управляющих воздействий на объекте.
В зависимости от перечисленных факторов и с учетом роли оперативного персонала в работе АСУ ТП различают следующие режимы управления:
информационно-советующий, когда средства вычислительной техники (ВТ) вырабатывают лишь рекомендации по ра171
циональному управлению объектом, а непосредственное управление возлагается на оператора, который и управляет
объектом дистанционно или изменяя уставки локальным регуляторам;
комбинированный, при котором средства ВТ автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных систем регулирования;
режим прямого цифрового управления, при котором средства ВТ воздействуют непосредственно на исполнительные
механизмы регулирующих органов.
Во всех режимах управления оператор осуществляет контроль за работой АСУ ТП.
9.1.3. Состав АСУ ТП
АСУ ТП выполняет свои функции путем взаимодействия ее основных звеньев, к которым относятся техническое, программное, информационное и организационное обеспечение, а также оперативный персонал.
Техническое обеспечение представляет комплекс технических средств (КТС):
получения информации о значениях технологических параметров процесса, состоянии технологического оборудования и технических средств, входящих в систему;
локального регулирования и управления;
вычислительной техники;
представления информации оперативному персоналу;
исполнительных устройств.
Программное обеспечение (ПО) представляет совокупность программ для ЭВМ, реализующих функции АСУ ТП и
обеспечивающих заданное функционирование КТС. Оно включает общее и специальное ПО.
Общее ПО поставляется заказчику одновременно со средствами ВТ. К нему относятся программы компоновки ПО,
организации функционирования вычислительного комплекса, транслирующие программы, библиотеки стандартных
программ. Неотъемлемой частью общего ПО является тестовая система — совокупность программ для проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации КТС ВТ. Общее ПО не имеет отношения к решению конкретных
задач контроля и управления.
Специальное ПО представляет совокупность программ, разрабатываемых при создании конкретной АСУ ТП.
Информационное обеспечение включает в себя:
сигналы, характеризующие состояние АТК;
системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации;
массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУ ТП.
Организационное обеспечение состоит из набора описаний функциональной, технической и организационной структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала АСУ ТП, участвующего в функционировании АТК.
Оперативный персонал состоит из технологов-операторов, осуществляющих контроль за состоянием технологического объекта и качеством управления им; он использует для этого имеющуюся в его распоряжении информацию (в том
числе от КТС АСУ ТП). Если АСУ ТП работает в режиме «советчика», технолог-оператор, получив необходимые рекомендации, сам управляет процессом; если АСУ ТП действует в автоматическом режиме управления, технолог-оператор
следит за ее функционированием, оценивает ее работу и принимает решения по выбору режима работы АТК или изменению уставок.
9.2. ТИПОВАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА АСУ ТП
Рассмотрим типичную функциональную структурную схему АСУ ТП, приведенную на рис. 9.1.
172
9.2.1. Централизованный контроль
Основная информация, характеризующая состояние объектов контроля, поступает автоматически с помощью
устройств ввода аналоговых и дискретных сигналов. Дополнительная информация (данные «ручных» анализов, различные уставки, задания режимов и т. п.) вводится оператором процесса с клавиатуры устройств ввода-вывода.
Информация, считываемая с устройств связи с объектом, проходит операции первичной обработки, подготавливающие ее для использования в основных задачах АСУ ТП. Первичная обработка аналоговых сигналов включает масштабирование, сглаживание, контроль на достоверность, проверку на граничные значения.
Результатом работы программ сбора и первичной обработки информации являются текущие данные о ходе технологического процесса и состоянии оборудования. Подготовленные в таком виде данные используются в различных задачах управления технологическим процессом и представления информации оператору.
Вычисление технико-экономических показателей (ТЭП) работы производства предусматривает:
интегрирование расходов сырья, энергетических ресурсов и выработанной продукции за смену, сутки, с начала месяца;
определение среднечасовой производительности агрегатов и технологических линий;
расчет удельных затрат сырья и энергетических ресурсов на единицу выработанной продукции;
вычисление времени работы оборудования в различных режимах.
Некоторые важные характеристики ТП не подлежат непосредственному измерению, но могут быть рассчитаны с использованием соответствующих математических моделей по данным нескольких датчиков контролируемых переменных — такие вычисления производятся в блоке расчета агрегированных величин. В качестве примеров можно привести:
расчет минералогического состава клинкера по данным о хим. составе сырьевой смеси, поступающей на обжиг,
расчет среднего диаметра гранул клинкера по силе тока приводного двигателя 1-й решетки холодильника и скорости
движения решетки.
9.2.2. Диагностика
Цель диагностики состоит в определении технологической ситуации, состояния технологического оборудования и
КТС АСУ ТП.
Анализ технологических ситуаций, как правило, не выделяется в отдельные программы, но элементы этой задачи всегда содержатся во многих программах контроля и управления отдельными агрегатами и технологическими линиями.
Анализ сводится к определению предаварийных состояний ТП: замазывание решетки мельницы, отсутствие материала
на входе агрегата (там, где это нельзя определить путем непосредственного измерения), резкое изменение характеристик сырья и т. п.
Поскольку нарушения могут наблюдаться в работе КТС АСУ ТП или оборудования, а также в ходе ТП, то выделяются
три соответствующих блока диагностики.
Диагностика осуществляется путем проверки показаний датчиков на попадение в допуски по величине или скорости
изменения или более сложным путем логического анализа данных проверок нескольких датчиков.
В блоке диагностики осуществляется также проверка готовности ТОУ к автоматизированному управлению. Она сводится к проверке ряда условий, при которых АСУ ТП может взять на себя управление ТП.
Данные диагностики используются в различных блоках управления и передаются в блок представления информации
оператору.
9.2.3. Управление технологическим процессом в номинальном режиме
Если в блоке диагностики не выявлено тех или иных нарушений в работе КТС, оборудования или функционирования
ТП, а также установлена готовность АТК к автоматизированному управлению, то управление передается в блоки статической оптимизации и динамической стабилизации.
В блоке оптимизации осуществляется поиск наиболее выгодного режима функционирования ТП, удовлетворяющего
всем технологическим ограничениям. В блоке стабилизации вырабатываются управляющие воздействия на материальные и энергетические потоки, направленные на поддержание характеристик ТП на уровне оптимальных режимных значений.
В двух указанных блоках осуществляются наиболее сложные математические расчеты, основанные на использовании
заранее построенных математических моделей ТП. Такие модели позволяют спрогнозировать поведение ТП при реализации различных управляющих воздействий. Благодаря этому при обнаружении в блоке контроля отклонений характеристик ТП от номинала такие модели позволяют рассчитать управляющие воздействия, которые должны вернуть ТП в
требуемое состояние (эти воздействия передаются в блоки НЦУ).
Технолог-оператор имеет возможность вводить в блоки оптимизации и стабилизации уставки и данные для расчетов,
которые нельзя получить с помощью датчиков аналоговой или дискретной информации (напр., химический состав сырьевых компонентов или теплотворная способность топлива).
9.2.4. Ситуационное управление
Функционирование АСУ ТП в случае тех или иных нарушений определяется блоком ситуационного управления. В зависимости от типа ситуации, который должен быть выявлен в блоке диагностики, производятся:
корректировка структуры управления в режимах оптимизации и (или) стабилизации (например, может быть снят с
управления блок оптимизации; отключены некоторые контуры стабилизации; изменены настройки соответствующих
алгоритмов управления);
переход к алгоритмам управления, имитирующим логику управления опытных операторов в сходных ситуациях;
отказ от НЦУ и переход к управлению в режиме совета оператору.
9.2.5. Представление информации оператору
Информация о состоянии ТП может представляться оператору системы в виде текстов, таблиц, графиков, рисунков. В
состав ПО ОСУ ТП могут включаться программы:
вывода экстренных сообщений на печать, экран дисплея, табло, мнемосхему;
периодического вывода текущей информации на печать или экран дисплея;
173
печати сменных и суточных рапортов, сводок, таблиц основных показателей;
вывода отдельных показателей по запросу оператора.
9.3. КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АСУ ТП
Для реализации функций АСУ ТП требуются весьма разнообразные устройства, обеспечивающие текущий контроль
за ходом технологического процесса, переработку получаемой информации, формирование и выполнение управляющих
воздействий. В основу используемых технических средств заложены принципы стандартизации и унификации входных
и выходных сигналов, позволяющие просто согласовывать между собой различные приборы и устройства.
По своему назначению устройства, образующие комплекс технических средств (КТС) АСУ ТП, могут быть разделены
на три основные группы: первичные измерительные преобразователи, устройства контроля и регулирования и исполнительные устройства. Взаимодействие названных групп устройств в составе АСУ ТП схематично показано на рис. 9.2.
Рассмотрим далее каждую из групп устройств КТС в отдельности.
1. Первичные измерительные преобразователи
необходимы для получения информации о состоянии ТП. К этой группе относятся первичные
измерительные преобразователи (датчики), нормирующие преобразователи, формирующие
унифицированные электрические или пневматические сигналы, и другие средства измерения,
дающие текущую информацию о контролируемых физических величинах.
Наряду с унифицированными электрическими
сигналами, из которых наиболее распространены
сигналы постоянного тока 0— 5, 0—20 и 4—20
мА, постоянного напряжения 0—10 В, частоты 4—8 и 2—4 кГц, и пневматическими сигналами величиной 0,02— 0,1
МПа, иногда используются непосредственно сигналы первичных преобразователей: термометров сопротивления, термопар, дифференциально-трансформаторных датчиков.
2. Устройства контроля и управления осуществляют прием, обработку, хранение, выдачу информации и формирование команд управления. К этой группе относятся функциональные преобразователи, логические устройства, вторичные
приборы, регулирующие комплексы, управляющие вычислительные устройства.
По сложности решаемых задач устройства данной группы можно условно подразделить на три уровня.
а) Нижний уровень предназначен для реализации простых схем контроля и регулирования, т. е. для создания систем
автоматического регулирования простых технологических объектов или для автономного контроля и регулирования
отдельных параметров сложных объектов. К функциям, выполняемым устройствами нижнего уровня, относятся индикация и регистрация контролируемых параметров, сигнализация о достижении переменными заданного уровня, позиционное и одноконтурное регулирование. В состав устройств данного уровня входят нормирующие преобразователи и
вторичные приборы — вольтметры, логометры, потенциометры, автоматические мосты.
Нормирующие усилители или преобразователи, принимая слабые электрические сигналы с выходных устройств первичных измерительных преобразователей, трансформируют их в унифицированный сигнал постоянного тока или
напряжения. Использование нормирующих преобразователей в схемах управления с большим числом контролируемых
параметров требует значительных затрат на их приобретение и обслуживание, поэтому наблюдается тенденция к применению первичных измерительных преобразователей с унифицированным входом.
Вторичные приборы служат для измерения и регистрации сигналов первичных преобразователей. Автоматические потенциометры и мосты выпускаются в различных конструктивных вариантах: с прямолинейной или круговой шкалой, с
ленточной или дисковой диаграммой. Иногда в них встраиваются функциональные преобразователи выходных унифицированных сигналов или устройства для позиционного регулирования. Применяются также приборы с регулирующими устройствами для программного управления, а также с устройствами сигнализации.
б) Средний уровень служит для осуществления функций централизованного контроля ряда переменных и построения
на этой основе систем автономного или многосвязного автоматического регулирования ТП на основе стандартных линейных законов управления, нелинейных статических преобразований и логических процедур. Для реализации указанных функций разработаны различные регулирующие комплексы. Они, как правило, включают измерительные блоки,
осуществляющие прием сигналов первичных преобразователей, усилительные блоки, блоки нелинейных алгебраических и логических преобразований, блоки, реализующие стандартные линейные законы регулирования (П — пропорциональный, ПИ — пропорционально-интегральный, ПИД — пропорционально-интегрально-дифференциальный), а
также схемы двух- или трехпозиционного регулирования, блоки сигнализации и индикации показаний приборов. Основной элементной базой регулирующих комплексов служат интегральные микросхемы, что позволяет использовать
при их конструировании модульный принцип.
в) Верхний уровень реализует сложные алгоритмы управления ТП, включая централизованный контроль и обработку
информации, диагностику, ситуационное управление, стабилизацию и оптимизацию режимов технологических процессов, оперативное управление участками производства. Указанные функции осуществляются на основе применения разнообразных средств вычислительной техники, рассмотрению которых будет посвящен специальный раздел книги.
3. Исполнительные устройства реализуют управляющие воздействия на ТП при помощи пусковых устройств и исполнительных механизмов. Они предназначены для изменения регулирующих воздействий в соответствии с величиной
сигналов, подаваемых на их вход от устройств регулирования.
Наибольшее распространение имеют электрические исполнительные устройства постоянной скорости.
Пусковые устройства усиливают по мощности управляющие сигналы, поступающие с регулирующего прибора или от
оператора при ручном управлении. При использовании электрических исполнительных механизмов постоянной скорости подаваемые на них сигналы представляют собой импульсы с одинаковой амплитудой и скважностью, определяемой
174
величиной управляющего воздействия. Пусковые устройства обеспечивают пуски, реверсы и остановы исполнительных
механизмов. Каждый тип пускового устройства сопрягается с определенными исполнительными механизмами и регулирующими устройствами.
Исполнительные механизмы (ИМ) осуществляют управляющие воздействия в соответствии с усиленными сигналами
регулирующих устройств. Электрические ИМ состоят из смонтированных в одном корпусе электродвигателей, редукторов, тормозных устройств, преобразователей и указателей положения. В ИМ постоянной скорости используются
асинхронные двигатели переменного тока. При больших мощностях применяются трехфазные двигатели с питанием от
трехфазной сети. Редукторы необходимы для согласования частоты вращения выходного вала с частотой вращения
приводного электродвигателя. Датчики положения служат для организации управления с обратной связью — их сигналы подаются на вход регулирующих устройств и дистанционных показателей положения регулирующих органов.
При выборе ИМ основными критериями являются пусковой и номинальный моменты, а также конструктивные и эксплуатационные параметры. Если ИМ используется в системе автоматического регулирования, то необходимо учитывать
его статические и динамические свойства, т. к. они влияют на качество регулирования.
9.4. СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Отличительной особенностью современного этапа автоматизации цементного производства является широкое применение вычислительной техники в составе устройств контроля и управления, поэтому имеет смысл рассмотреть данную
составляющую КТС АСУ ТП более детально.
9.4.1. Мини-ЭВМ
С середины шестидесятых годов, когда появились первые отечественные АСУ ТП цементного производства, и до середины восьмидесятых годов техническую базу АСУ ТП составляли управляющие вычислительные комплексы (УВК)
на основе Мини-ЭВМ. В цементной промышленности наибольшее распространение получили комплексы М-6000, которые подразделяются на типовые (более 10 модификаций) и специфицированные (компонуемые проектировщиками)
комплексы, состав которых зависит от объема решаемых задач. Комплексы М-6000 включают:
устройства вычислительного комплекса,
устройства ввода-вывода,
устройства связи с объектом,
согласующие устройства.
Основу вычислительного комплекса составляет процессор, осуществляющий обмен информацией между разными
устройствами, а также арифметическую и логическую обработку информации и выдающий результаты вычислений.
Устройства ввода-вывода включают устройства ввода с перфоленты, вывода на перфоленту, печати с клавиатурой, печати технологической информации, станции индикации данных (дисплей) и таймер.
УСО представляет собой развитую систему различных блоков, с помощью которых принимается информация о состоянии ТОУ, сведения от технолога-оператора, а также формируются управляющие сигналы на исполнительные механизмы.
Сводная программа, реализующая функции АСУ ТП, вводится в память машины посредством перфоносителей. Основная информация, характеризующая ТОУ, поступает автоматически с помощью устройств ввода аналоговых и дискретных сигналов. Дополнительная информация (данные лабораторных анализов, различные уставки, задания режимов)
вводится технологом-оператором с клавиатуры устройств ввода-вывода.
Реализацию управляющих воздействий выполняют специальные программы, учитывающие специфику регулирующих
органов.
В состав ПО включаются программы вывода экстренных сообщений на печать, экран дисплея, табло, мнемосхему;
программы периодического вывода текущей информации; программы печати сменных и суточных рапортов, сводок,
таблиц основных показателей, программы вывода показателей по запросу оператора.
Управление последовательностью выполнения всех задач осуществляется т. н. супервизором реального времени (диспетчером), входящим в состав ПО АСУ ТП.
9.4.2. Микропроцессоры и микро-ЭВМ
Развитие и совершенствование управляющей ВТ связаны с созданием и быстрым распространением микропроцессоров. Их высокая надежность, относительная дешевизна, менее жесткие, чем для мини-ЭВМ, требования к характеристикам внешней среды, незначительная потребляемая мощность, малые габариты, снижение до минимума персонала по
обслуживанию средств ВТ — все эти достоинства позволяют перейти на преимущественное использование микропроцессоров как в АСУТП, так и при разработке сложных специализированных приборов.
Микропроцессорные интегральные схемы и микро-ЭВМ, построенные на их основе, позволяют в одном кристалле полупроводника размещать сложные вычислительные структуры, содержащие десятки тысяч транзисторов. В микро-ЭВМ
содержатся те же блоки, что и в мини-ЭВМ. Однако БИС дают возможность проводить сложные преобразования информации при минимальном количестве внешних проводников. Различные микро-ЭВМ, а к ним относятся микро-ЭВМ
CM-1300, CM-1800, CM 50/60, а также комплексы типов «Микро-ДАТ» и «Электроника», отличаются разрядностью,
быстродействием, объемами и принципами организации памяти и интерфейса. В состав современных микропроцессорных управляющих комплексов входят модули ввода — вывода, УСО, а также устройства внешней памяти
на магнитных дисках, видеотерминалы, устройства печати, пульт контроля и управления.
В настоящее время в составе КТС АСУ ТП все более широко применяются персональные электронно-вычислительные
машины (ПЭВМ). Комплекс аппаратных средств ПЭВМ обычно включает наряду с собственно процессором цветной
или черно-белый дисплей, печатающее устройство (принтер), клавиатуру, дисковод для гибкого диска и «винчестер»диск. Тенденция распространения ПЭВМ обусловлена тем, что, обладая значительным быстродействием и памятью, а
значит большими функциональными возможностями по переработке информации, они имеют малые габариты и не
предъявляют особых требований к помещениям, где размещены. Развитое и непрерывно совершенствующееся общее
программное обеспечение ПЭВМ обеспечивает проектировщикам АСУ ТП все более широкие возможности представления информации технологу-оператору в текстовой и графической формах. Определенные сложности использования
175
ПЭВМ в составе АСУ ТП были обусловлены необходимостью разработки устройств связи персональных компьютеров
с объектом управления, однако в настоящее время такие устройства уже разработаны и имеется положительный опыт
их применения.
9.4.3. Микропроцессорные контроллеры
Важным направлением развития средств ВТ является создание микропроцессорных контроллеров.
Согласно Малой Советской Энциклопедии, контроллер — это электрический многопозиционный переключающий аппарат низкого напряжения, с помощью которого изменяют режим работы электрических двигателей. Использование
микропроцессорных контроллеров (например, Б9601) для управления пуском и остановом отдельных механизмов и целых технологических узлов позволяет заменить громоздкие и дорогостоящие релейно-контактные схемы управления
электродвигателями, расширить функциональные возможности, отказаться от специальных помещений, сократить время аварийного простоя оборудования из-за неисправностей релейно-контактных схем.
При использовании таких контроллеров последовательность выполнения операций пуска — останова соответствует
заложенной в контроллер программе.
Регулирующие микропроцессорные контроллеры — ремиконты — представляют собой новый класс устройств управления, выполненных на микропроцессорной элементной базе и специализированных для решения задач автоматического регулирования. Один из первых ремиконтов Р-100 располагает библиотекой из 25 наиболее употребляемых алгоритмов автоматического регулирования. Сюда входят алгоритмы аналогового и импульсного регулирования, динамического, статического и нелинейного преобразования, а также управляющей логики. Эти алгоритмы «зашиваются» в блок
постоянной памяти устройства при его изготовлении. Программирование ведется непосредственно на объекте управления, для чего не нужны программисты — с этой работой могут справиться заводские специалисты, занимающиеся
настройкой и эксплуатацией обычных аналоговых устройств. В настоящее время создано ПО, позволяющее конфигурировать и настраивать алгоблоки Р-100 (а также последующих модификаций Р-110, Р-130) с использованием ПЭВМ, что
сильно ускоряет и упрощает процесс создания и настройки системы управления. В Р-110 встроены средства самодиагностики, позволяющие относительно быстро обнаружить неисправность. Автоматическое переключение с рабочего на
резервный контур значительно повышает надежность систем регулирования. На вход Р-100 можно подключать сигналы
до 64 аналоговых и 126 дискретных сигналов. Выходные устройства формируют на выходе контроллера до 64 импульсных, 64 аналоговых и 126 дискретных сигналов.
9.4.4. Техническая структура АСУ ТП
В период использования мини-ЭВМ преобладала централизованная структура управления, когда контроль и управление технологическим процессом были сосредоточены в одной или нескольких мини-ЭВМ, расположенных в специально оборудованном помещении, достаточно удаленном от технологических агрегатов. Недостатками централизованной
структуры являются низкая надежность и высокая стоимость АСУ ТП. Ненадежность обусловлена тем обстоятельством,
что при выходе из строя центральной ЭВМ выходит из строя вся АСУ ТП. Высокая стоимость обусловлена сложностью
коммуникаций между объектом, ЭВМ и технологом-оператором (многочисленные кабельные трассы от датчиков и исполнительных механизмов к ЭВМ).
Микро-ЭВМ и микропроцессорные контроллеры позволяют реализовать децентрализованные структуры управления.
В варианте использования микро-ЭВМ структуру управления современного цементного завода можно представить следующим образом. Каждая параллельно работающая группа агрегатов оснащается одной микро-ЭВМ, выполняющей
функции контроля и управления данным технологическим процессом. Она производит вычислительную обработку и
контроль измеряемых величин, многоканальное регулирование процесса, оптимизацию (если требуется) по заданному
критерию. Взаимосвязь технолога-оператора с ЭВМ осуществляется через пульт контроля и управления, оснащенный
дисплеями, ключами управления и клавиатурой. Щитовые вторичные показывающие и записывающие приборы не проектируются, либо проектируются в ограниченном числе для самых главных параметров. На дисплеях высвечивается
мнемосхема контролируемого процесса (или ее часть) и представляются текущие цифровые значения всех контролируемых параметров. На экране дисплея могут быть представлены графики изменения во времени основных параметров
процесса. В такой системе большое внимание уделяется диагностике различных нарушений.
Параметры контроля состояния объекта управления в агрегированном виде передаются со всех микро-ЭВМ на верхний уровень в мини-ЭВМ. Применительно к цементному заводу на ЦПУ* располагается одна мини-ЭВМ, информационно связанная со всеми микро-ЭВМ. На дисплее и печатающих устройствах этой машины приводятся сводки работы
технологической линии или завода в целом за текущие интервалы времени (час, смену, сутки) и осуществляется связь с
операторами местных постов.
При использовании микропроцессорных контроллеров они, располагаясь в непосредственной близости от соответствующих технологических участков, выполняют функции интеллектуального УСО. Контроллеры осуществляют прием
и первичную обработку информации от ТОУ и передачу ее в микро-ЭВМ для представления оператору на экранах дисплея и выработки управляющих воздействий. Кроме того, контроллеры могут осуществлять программное управление
пуском и остановом исполнительных механизмов и относительно простые функции автоматического регулирования
технологических процессов.
В последние годы в качестве микропроцессорных комплексов стали применяться автоматизированные рабочие места
(АРМ) на базе персональных компьютеров (ПЭВМ), связанные с помощью специальных аппаратных средств с микропроцессорными контроллерами.
За рубежом применяется сходная контроллерно-микропроцес-сорная структура, объединенная в единую информационную сеть. В качестве примера можно привести схему управляющего вычислительного комплекса фирмы F. L. Smidth
(Дания), приведенную на рис. 9.3. В соответствии с этой схемой всем технологическим процессом управляет с ЦПУ
один технолог-оператор. Благодаря сетевому принципу, когда на общей шине «сидят» многочисленные общающиеся
между собой абоненты, достигается большая надежность системы (за счет децентрализации и резервирования) и высокая скорость обмена информацией.
176
Значительная степень унификации сетевых устройств и ПО к ним позволяет быстро конфигурировать системы управления на стадии проектирования и адаптировать ПО прямо на объекте, для чего предусмотрен специальный программирующий терминал.
В отечественном цементном производстве АСУ ТП, базирующиеся на т. н. локальных микропроцессорных вычислительных сетях (ЛМВС), находятся в стадии разработки.
* ЦПУ — центральный пульт управления.
9.5. АСУ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Работы в отрасли по проектированию и вводу в эксплуатацию АСУТП начались около 30 лет назад с момента серийного выпуска первых отечественных управляющих вычислительных машин типа УМ-1, УМ-1-НХ, ДНЕПР-1. Силы разработчиков АСУТП концентрировались на нескольких базовых цементных предприятиях, таких как Себряковский,
Чимкентский, Кантский, Балаклейский, «Пролетарий», Липецкий. С появлением более совершенных средств вычислительной техники, УВК М-6000, практически все АСУТП семидесятых и начала восьмидесятых годов создавались с
использованием этой техники и распространялись на многие предприятия.
В середине и во 2-й половине 80-х годов с появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ начался новый период в развитии АСУТП. Он характеризуется созданием более дешевых и надежных систем, причем проектирование занимает
меньше времени, а для обслуживания таких АСУТП требуется незначительный персонал.
Первоначально разработки АСУТП осуществлялись на заводах мокрого способа производства. Затем с появлением
первых отечественных современных заводов сухого способа производства работы были сосредоточены и на этих объектах. В настоящее время все новые высокопроизводительные технологические линии сухого способа производства оснащаются АСУТП.
Работы по созданию АСУТП охватывают все основные переделы цементного производства. К ним можно отнести
процессы измельчения сырьевой шихты в шаровых мельницах разомкнутого и замкнутого циклов, приготовления сырьевой смеси при порционной, полупоточной и поточной технологии, обжига и охлаждения клинкера в печах мокрого и
сухого способов производства, измельчения цементной шихты в мельницах разомкнутого и замкнутого циклов.
Ниже остановимся на некоторых функциях, которые выполняют перечисленные системы. К общим функциям всех систем относятся следующие:
сбор и обработка аналоговой и дискретной информации о ходе технологического процесса и состоянии агрегатов;
расчет основных показателей технологического процесса, работы оборудования и системы;
расчет управляющих воздействий в соответствии с выбранным алгоритмом управления и непосредственное цифровое
177
управление исполнительными механизмами регулирующих органов;
представление технологу-оператору информации о ходе технологического процесса, состоянии агрегатов и комплекса
технических средств АСУТП;
формирование и печать сменного протокола сводных показателей.
Далее приводятся перечни специализированных, т. е. характеризующих непосредственно каждую конкретную систему, основных функций.
АСУТП измельчения сырья в мельницах разомкнутого цикла реализует контур управления загрузкой мельниц сырьем
и подачей воды по косвенным сигналам акустических устройств контроля загрузки, размещенных вдоль корпусов мельниц. В контурах учитываются сигналы расходов сырья и воды, а также показания индикаторов вязкости на выходе
мельниц. Подсистемы управления загрузкой сырьем и расходом воды по косвенным сигналам обеспечивают удовлетворительную компенсацию значительной части высокочастотных возмущений. Подсистема управления с использованием
показаний индикатора вязкости шлама обеспечивает компенсацию низкочастотных возмущений.
Особенностью АСУТП является наличие алгоритма управления процессом в переходных режимах, необходимого для
ввода технологического процесса в режим после пуска мельницы и подачи в нее сырья, а также при длительных перебоях в поступлении сырья.
АСУТП измельчения сырья в мельницах замкнутого цикла с сепараторами воздушно-проходного типа и сушкой отходящими газами печи выполняет:
стабилизацию загрузки мельницы путем поддержания на заданном уровне соотношения между значениями расхода
шихты в мельницу и сигналом контроля загрузки мельницы;
управление аэродинамическим режимом путем поддержания на заданном уровне расхода сушильнотранспортирующего агента, оцениваемого по величине тока привода мельничного дымососа, с воздействием на направляющий аппарат мельничного дымососа;
стабилизацию влажности сырьевой муки, измеряемой лабораторным путем или косвенно (по температуре газовоздушной смеси на выходе мельницы), путем регулирования подачи в мельницу отходящих газов печи;
стабилизацию тонкости помола сырьевой муки путем коррекции заданного уровня расхода сушильнотранспортирующего агента (по лабораторным данным о тонкости помола сырьевой муки).
АСУТП приготовления шлама при порционной и полупоточной технологии используется в информационносоветующем режиме. Аппаратурно-программное обеспечение системы осуществляет:
автоматическую обработку результатов экспресс-анализа химического состава материалов на рентгеновском анализаторе;
контроль объемов и характеристик шламов в вертикальных шламбассейнах;
расчет дозировок компонентов приготавливаемой смеси с целью их последующего дозирования в определенных количествах в усреднительную емкость; система рассчитывает оптимальные дозировки компонентов таким образом, чтобы
стабилизировать характеристики химического состава готовой смеси на уровне заданий технологической карты;
предоставление оператору рекомендаций по управлению процессом с прогнозом характеристик приготавливаемой
смеси в виде концентраций оксидов, значений коэффициента насыщения, глиноземного и силикатного модулей, а также
расчетного минералогического состава.
АСУТП приготовления сырьевой смеси в потоке разработана для различных вариантов технологических схем. Одна
из них приведена на рис. 9.4. Сырьевая смесь составляется из нескольких доставляемых на завод сырьевых материалов
путем их совместного дозирования в измельчительные агрегаты с последующей гомогенизацией в усреднительнонакопительных емкостях. В общем случае каждый из сырьевых материалов может проходить предварительную гомогенизацию на усреднительном складе. Готовая сырьевая смесь должна удовлетворять оеределенным требованиям, которые сводятся к поддержанию в рамках заданных допусков значений основных модульных характеристик. Стабилизация
качества приготавляемой смеси осуществляется путем изменения соотношения смешиваемых компонентов. Расчет необходимого соотношения компонентов смеси и его реализация осуществляются на ЭВМ.
В ЭВМ поступает необходимая для управления процессом информация о химическом составе готовой смеси, о количестве смеси, поступающей в усреднительные емкости, и количестве каждого подаваемого в мельницу компонента. Такие измерения производятся датчиками весовых дозаторов твердых сырьевых компонентов на входе в мельницу и расходомером готовой смеси на выходе из мельницы. Автоматический пробоотборник на выходе мельницы отбирает пробу, которая затем транспортируется в лабораторию, где подвергается анализу на химсостав на специальном анализаторе.
ЭВМ обрабатывает сигналы контролируемых параметров, производит расчет дозировок и выдачу
соответствующих управляющих воздействий на
дозаторы мельниц. Соотношения компонентов
устанавливаются такими, чтобы их суммарный
объем, смешанный с объемом, находящимся в
усреднительной емкости, составил сырьевую
смесь, максимально приближенную по своему химическому составу к технологическим нормам.
Ввиду наличия в объекте значительного транспортного запаздывания система осуществляет прогноз возмущающих воздействий на время запаздывания. Для этого строятся и постоянно корректируются расчетные модели содержимого выходных и промежуточных емкостей объекта.
Расчет, формирование и выдача на задатчики дозаторов (или исполнительные механизмы других расходных
178
устройств) управляющих воздействий осуществляется в режиме непосредственного цифрового управления. Взаимодействие всех частей системы реализуется программным обеспечением, включающим, как обычно, общее и специальное
программное обеспечение.
АСУ ТП обжига и охлаждения клинкера разработаны для технологических схем мокрого и сухого способа производства цемента. Рассмотрим особенности этих систем применительно к обжиговым агрегатам перспективного сухого способа. Такие агрегаты представляют собой последовательное соединение системы циклонных теплообменников со
встроенным в них реакто-ром-декарбонизатором, вращающейся печи и колосникового холодильника.
АСУ ТП обжига сырьевой смеси в агрегатах сухого способа осуществляют следующие основные функции, относящиеся главным образом к стабилизации ТП.
1. На участке «Циклонные теплообменники — декарбониза-тор»:
стабилизацию температуры в смесительной камере реактора-декарбонизатора с воздействием на расход топлива, подаваемого в реактор;
стабилизацию соотношения топливо/воздух в зависимости от состава отходящих газов (О2, СО);
стабилизацию разрежения отходящих газов перед запечным | дымососом с воздействием на частоту вращения ротора
дымососа;
стабилизацию расхода сырьевой муки, обычно подаваемой в третью ступень циклонов, с воздействием на регулирующие органы дозаторов.
2. На участке обжига во вращающейся печи: стабилизацию мощности привода печи и температуры отходящих газов
путем связанного регулирования расхода топлива в печь и скорости вращения печи;
стабилизацию косвенных показателей качества клинкера (средний расчетный диаметр гранул клинкера, концентрация
свободного оксида кальция, вес литра клинкера) с воздействием на уставку регулятора мощности главного привода печи.
3. На участке охлаждения клинкера:
стабилизация давления воздуха под решеткой холодильника с воздействием на скорость решетки;
стабилизация разрежения в горячей головке печи с воздействием на направляющий аппарат дымососа аспирации.
В перспективе предполагается реализация функций оптимизации основных режимных параметров обжига в зависимости от данных текущего контроля физико-химических характеристик поступающей в обжиговый агрегат сырьевой смеси.
АСУТП помола цементной шихты в мельницах разомкнутого цикла управляет загрузкой мельниц путем поддержания
на заданном уровне соотношения между суммарным расходом шихты, подаваемой в мельницы, и суммарным сигналом
устройства контроля загрузки мельницы материалом. В системе используется также параметр текущей производительности мельниц, определяемый по сигналам дискретных датчиков подключения камерных насосов. В случае отсутствия
дозирующих устройств управляющие воздействия реализуются путем изменения положения ножей тарельчатых питателей с помощью исполнительных механизмов, сигналы которых используются в качестве обратной связи в АСУТП. В
случае кратковременного прекращения подачи шихты в мельницы система не отключается, а после подачи шихты автоматически вводит мельницы в режим и затем переходит на управление в стационарном режиме.
9.6. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАБОЧИЕ МЕСТА (АРМ) ПЕРСОНАЛА ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
Ввиду больших возможностей, предоставляемых современной вычислительной техникой, ее постепенным удешевлением, совершенствованием средств общения между ЭВМ и пользователем целесообразно оснастить АРМ на основе вычислительной техники весь заводской персонал, участвующий в ведении технологического процесса.
АРМ на основе ПЭВМ представляет собой единую систему аппаратных и программных средств, предназначенных для
заводского персонала.
АРМ является удобным и эффективным инструментом для сбора, обработки, анализа и хранения информации, а также
принятия объективно обоснованных решений по оперативному управлению соответствующим участком производства.
Режим работы — диалоговый, ориентированный на пользователя, не знакомого с программированием. Диалог оснащен средствами защиты пользователя от неправильных действий при обработке и интерпретации информации.
Комплекс аппаратных средств современных АРМ включает ПЭВМ, дисплей, принтер, клавиатуру, дисковод для гибкого диска и «винчестер»-диск.
Внедрение АРМ позволяет улучшить технологический порядок на производстве, повысить качество продукции, снизить энергопотребление, избавить работников заводских служб от многочисленных рутинных операций.
Рассмотрим далее три типа АРМ, получивших в последнее время распространение на отечественных цементных заводах.
Автоматизированное рабочее место геолога-маркшейдера обеспечивает:
создание и ведение базы данных геологического фонда предприятия и выдачу по нему справок в установленной форме;
получение различных моделей месторождения и построение с их помощью структур карт в изолиниях значений характеристик сырья (мощности пластов, содержания оксидов, физических параметров пород, сортов пород и карты рельефа) в виде планов и разрезов;
определение запасов сырья и его сортности в заданных контурах месторождения;
расчеты по оптимизации шихтовки сырьевых материалов, добываемых на различных участках карьера, исходя из совокупности задаваемых пользователем критериев (соответствие химического состава сырьевой смеси и шихт требуемым значениям, равномерность разработки карьеров, минимизация стоимости добычных работ).
АРМ может быть использован как инструмент информационной подготовки и обоснования решений при оперативнокалендарном планировании добычных и вскрышных работ, при маркшейдерской нарезке добычных и вскрышных уступов и внутрикарьерном усреднении, при перспективном планировании горных работ и рекультивации, при обосновании
отвода новых земель под карьер, при оперативном управлении распределением автотранспорта по участкам добычи на
179
карьерах, при оформлении отчетной документации.
Таблица 9.1
Стадии, этапы и основное содержание работ по проектированию и вводу в действие АСУТП
Стадии
Техникоэкономическое обоснование (ТЭО)
Этапы
Выполнение
техникоэкономических исследований целесообразности создания АСУТП.
Подготовка ТЭО и исходных технических требований к АСУТП
Техническое
задание (ТЗ)
Выполнение
преддипломных
научно-исследовательских работ
(при необходимости). Эскизная
разработка АСУТП (при необходимости). Разработка и утверждение ТЗ на АСУТП.
Общесистемная документация.
Технический
проект (ТП)
Документация технического обеспечения.
Основное содержание работ
Перечень основных разделов ТЭО. Характеристика
объекта и существующей системы управления.
Цели, критерии и ограничения создания АСУТП.
Функции и задачи создаваемой АСУТП. Ожидаемые
технико-экономические результаты создания АСУ.
Рекомендации по созданию АСУТП.
Перечень основных разделов ТЗ. Характеристика объекта управления. Назначение АСУТП. Основные требования к АСУТП. Технико-экономические показатели
АСУТП. Состав, содержание и организация работ по
созданию АСУТП.
Пояснительная записка к проекту. Расчет экономической эффективности. Патентный обзор. План мероприятий по подготовке объекта к вводу АСУТП в эксплуатацию.
Структурная схема комплекса технических средств.
Схема автоматизации. Обоснование оценки надежности
комплекса технических средств. Перечень заданий генпроектировщику на проектирование смежных частей
проекта. Смета затрат. Ведомость оборудования и материалов.
Схема функциональной структуры.
Документация
функциональной
части.
Документация информационного Описание организации информационной базы. Описаобеспечения.
ние массива (видеограммы). Перечень входных сигналов и данных. Перечень выходных сигналов и документов.
Документация организационного Схема организационной структуры.
обеспечения.
Рабочий про- Общесистемная документация.
Общее описание АСУТП. Формуляр системы. Ведоект (РП)
мость эксплуатационных документов.
Документация технического обес- Принципиальная схема. Схема соединений внешних
печения.
проводок. Чертежи общего вида комплекса технических
средств. Смета затрат. Таблица соединений и подключений. Заказная спецификация.
Документация организационного Инструкция обслуживающему персоналу по эксплуатаобеспечения.
ции.
Документация
программного Описание программы. Руководство программиста.
обеспечения.
Описание контрольного примера.
Ввод в дей- Подготовка объекта к внедрению. Комплектация АСУТП. Проведение работ по модерниствие.
зации технологического оборудования. Проведение
комплекса строительно-монтажных работ. Создание и
обучение группы обслуживания АСУТП.
Наладка и опытная эксплуатация.
Наладка комплекса средств АСУТП. Наладка программных средств АСУТП. Комплексная наладка, испытания и опытная эксплуатация АСУТП.
Приемно-сдаточные испытания и Разработка программы испытаний. Производственные
ввод в промышленную эксплуата- испытания. Оформление и анализ результатов испытацию.
ний. Уточнение затрат на создание АСУТП и показателей ее эффективности.
Промышлен- Освоение
Освоение проектных возможностей и режимов эксплуаная эксплуатации АСУТП. Доработка документации.
тация
Первый и второй годы эксплуата- Определение фактической экономической эффективноции
сти. Анализ функционирования АСУТП.
Автоматизированное рабочее место начальника лаборатории предназначено для:
ведения архива данных об изменениях разнообразных технологических переменных;
статистической обработки информации, включая расчет средних и среднеквадратичных значений переменных, числа
выходов переменных за границы технологических допусков, авто- и взаимнокорреляционных функций, регрессионных
зависимостей между различными технологическими показателями;
представления информации в форме, удобной для восприятия и принятия оперативных решений, с выводом на экран
дисплея или печать текста, таблиц и графиков;
формирования и печати отчетов по итогам работы завода за различные промежутки времени (от сменных сводок до
годовых отчетов).
К специальным функциям АРМ относятся:
расчеты по приготовлению многокомпонентных смесей;
расчеты по прогнозированию активности клинкера и цемента;
расчеты по определению статистических характеристик, необходимых для подтверждения гарантированной марки
180
цемента;
выработка рекомендаций по управлению вещественным составом и заданием на тонкость помола цементной шихты.
Автоматизированное рабочее место главного технолога цементного завода обеспечивает:
создание и ведение базы данных, характеризующих ход технологических процессов основных участков производства;
статистическую обработку технологической информации, включая расчет средних и среднеквадратичных значений
переменных, построение полигонов частот, подсчет числа выходов переменных за границы технологических допусков;
архивирование информации и выдачу сводок по различным признакам;
прогнозирование изменения технологических переменных с оценкой доверительных интервалов;
определение зависимостей между различными технологическими показателями на основе построения математических
моделей с оценкой их точности;
выполнение расчетов, связанных с оптимизацией и стабилизацией режимов технологических процессов на основе построенных математических моделей;
представление информации и результатов расчетов в форме, удобной для восприятия и принятия оперативных решений с выводом на экран дисплея или печать текста, графиков, диаграмм, таблиц, чертежей, планов и разрезов.
На предприятиях, где функционируют АРМ персонала отдельных технологических участков, информационная база
АРМ главного технолога формируется путем межмашинного обмена или путем перенесения данных на гибких магнитных дисках.
9.7 СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ АСУТП
Процесс проектирования и ввода в действие АСУТП слагается из нескольких стадий, каждая из которых подразделяется на этапы, которые в свою очередь состоят из набора работ. В таблице 9.1 приводится перечень всех стадий и этапов, а также основных работ по созданию АСУТП. Состав работ понятен из перечня. Документация на конкретную
АСУТП включает в себя технико-экономическое обоснование (ТЭО), техническое задание (ТЗ), технический и рабочий
проекты (ТП) и (РП). Проектирование может осуществляться также в одну стадию — техно-рабочий проект. Документация на техническое и рабочее проектирование в свою очередь включает техническое, информационное, программное,
организационное обеспечение и общесистемную документацию. После рассмотрения, согласования и утверждения технического (техно-рабочего) проекта АСУТП проводятся работы по его реализации. Основанием для начала проектирования являются утвержденные ТЭО, ТЗ, а также исходные технические требования на проектирование, которые представляет проектировщику заказчик. Для вновь строящихся предприятий или технологических линий заказчиком
АСУТП является генпроектировщик, а для действующих объектов — промышленное предприятие.
За прошедшие годы накоплен достаточно большой опыт создания АСУТП как на действующих, так и на строящихся
предприятиях. Он свидетельствует о возможности и целесообразности проектирования АСУТП одновременно с проектированием технологических процессов и оборудования современных высокоэффективных технологических линий.
Таким образом, речь идет о разработке автоматизированного технологического комплекса (АТК), который затем вводится одновременно с пуском оборудования или технологической линии. Одновременное проектирование технологического комплекса и АСУТП (будь то новая линия или действующее реконструируемое производство) позволяет осуществлять более тесную взаимосвязь частей АТК, что обеспечивает единство функциональной, технологической, технической и организационной структур, подчинение единому критерию. Кроме того, совместная работа всех специалистов, занятых разработкой АТК, взаимно обогащает друг друга, позволяет подобрать более рациональный вариант АТК,
в более сжатые сроки выполнить проектные работы.
Совместная работа специалистов по технологии и автоматизации должна начинаться уже на начальной стадии — с
разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ) на создание АСУТП производства
цемента в составе АТК новой или реконструируемой технологической линии.
Одновременное проектирование позволяет централизовать управление технологическим процессом, сократить до минимума число вторичных приборов, устанавливаемых на щитах и пультах, благодаря применению средств вычислительной техники — видеотерминальных и печатающих устройств представления информации оператору. Подготовка
кадров для АТК также должна вестись целенаправленно и в плановом порядке с учетом срока ввода объекта. Выбор
средств АТК, структурной и функциональной схемы АСУТП является одним из самых ответственных этапов проектирования. Поэтому в обсуждении касающихся этого вопросов должны участвовать специалисты по технологии, оборудованию, атвоматизации, а также компетентные представители заказчика, способные оценить результаты, которые
могут быть получены при реализации того или иного варианта АТК.
9.8. Интегрированное автоматизированное управление цементным производством
Имеющийся опыт разработки и внедрения АСУ ТП в отечественной цементной промышленности позволяет определить истекший этап автоматизации как этап первого поколения автоматизированных систем управления. Характерной
особенностью этого этапа являлось независимое рассмотрение наиболее важных технологических участков и построение соответствующих одно-функциональных (в технологическом смысле) систем управления.
В то же время известно, что для эффективного управления сложными системами, к которым относятся все крупные
производственные комплексы, необходим переход к многофункциональным иерархическим системам управления с обязательным согласованием целей управления между уровнями иерархии. Указанное согласование целесообразно осуществлять путем интеграции информационного, математического, организационного и технического обеспечении отдельных подсистем в рамках единой системы, исходя из целостного представления о производственной, финансовой,
организационной и т. д. деятельности предприятия. Такие системы принято называть интегрированными автоматизированными системами управления (ИАСУ). В общем случае целью функционирования ИАСУ является организация согласованного многоуровневого и многофункционального управления производственными и организационноэкономическими процессами предприятия, направленного на выполнение установленной производственной программы
и достижение наилучших технико-экономических показателей производства в целом.
Современное промышленное предприятие как объект управления представляет собой сложную систему с большим
числом переменных и ограничений, для которой построение единого алгоритма оптимального поведения практически
181
неосуществимо. Отсюда следует необходимость разделения такого объекта управления на ряд менее сложных объектов,
имеющих свои системы управления более локального характера как по автоматизируемым функциям, так и по критерию оптимизации поведения. В каждой такой подсистеме при выработке управляющих воздействий должны приниматься в расчет не только параметры состояния объекта, но и взаимодействие с другими подсистемами и влияние внешних возмущений. При этом за счет согласования локальных целей и критериев эффективности отдельных подсистем
можно добиться совокупного (интегрального) эффекта функционирования ИАСУ, превышающего сумму эффектов автономных систем.
Децентрализованное управление с помощью локальных систем управления первого (нижнего) уровня иерархии должно координироваться управляющими системами второго уровня, определяющими целевые установки, задания, ограничения и любые другие способы влияния на управление первым уровнем.
Такая двухуровневая иерархия может быть расширена до любого числа уровней, где каждый уровень управления
должен поддерживать значения агрегированных переменных, задаваемые вышестоящим уровнем, и, в свою очередь,
устанавливать критерии и ограничения для подчиненных уровней управления.
Рассмотрим представленную на рис. 9.5. укрупненную функциональную структуру ИАСУ основным производством
цементного завода. Данная схема является обобщением ряда перспективных разработок, предназначенных для вновь
строящихся или реконструируемых отечественных цементных заводов. В большой степени она соответствует также
техническим решениям, положенным в основу действующих автоматизированных систем, разработанных в последние
годы передовыми зарубежными фирмами.
В соответствии с представленной схемой ИАСУ современного цементного завода имеет трехуровневую функциональную структуру, причем нижний уровень образуют системы автоматизации (СА) отдельных технологических процессов, средний уровень — автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) и верхний
уровень — автоматизированная система управления производством (АСУП).
К общим функциям СА нижнего уровня, реализуемых на основе программируемых контроллеров и (или) микропроцессорных комплексов, относятся:
автоматический контроль состояния оборудования и хода технологического процесса (сбор и первичная обработка
информации);
автоматическое программно-логическое управление группами взаимосвязанных механизмов агрегатов (сблокирован182
ный программный пуск и останов);
автоматическое регулирование (стабилизация) режимных параметров технологического процесса как в установившихся, так и в переходных режимах;
автоматическая диагностика состояния технологического процесса и оборудования по данным автоматического контроля.
Система среднего уровня, АСОДУ, представляет собой совокупность АРМ персонала основных технологических
служб цементного завода. Автоматизированные рабочие места создаются на основе персональных компьютеров общего
назначения или предназначенных специально для АСУ ТП вычислительных комплексов, оснащенных, как и ПЭВМ,
дисплеем, клавиатурой и принтером.
АРМ технологов-операторов участков подготовки сырья, обжига и помола цементной шихты функционируют в тесном взаимодействии с СА соответствующих технологических процессов, реализуя функции выработки заданий и уставок контурам регулирования систем автоматизации. Кроме того, они осуществляют расчеты и логические процедуры,
связанные с:
оптимизацией режимов работы и выработкой рекомендаций технологам-операторам;
длительным хранением информации (смена, сутки, декада), необходимой для работы оператора и ее представления на
видеотерминалах и устройствах печати в виде динамических мнемосхем, диаграмм, графиков, таблиц, отчетных сводок;
организацией диалога оператора с техническими средствами АСУ ТП с помощью универсальной или функциональной
клавиатуры и видеотерминала.
АРМ начальника смены (диспетчера производства) предназначено для:
контроля и учета работы основного оборудования, расходов и запасов материальных и энергетических ресурсов по
цехам и агрегатам;
общей сменной отчетности по производству;
оперативного управления производством в виде согласования нагрузок и режимов работы отдельных цехов и агрегатов.
АРМ персонала заводской лаборатории реализует функции архивирования и статистического анализа качества исходного сырья полуфабрикатов и цемента; ведения документации о характеристиках материалов, производимых отдельными цехами и агрегатами, и в целом способствует принятию рациональных оперативных решений по стабилизации и
улучшению качества продукции.
АРМ персонала горного цеха предназначено для ведения баз данных геолого-маркшейдерской информации; построения моделей месторождения и проведения расчетов, связанных с определением качества и запасов материалов; планирования разработки карьеров и оперативного управления добычными работами.
АРМ персонала отделения отгрузки цемента осуществляет:
регистрацию данных, полученных при взвешивании отгружаемого цемента;
заполнение и печать сопроводительных документов (накладные на отгрузку и доставку, накладные возврата, грузовые
счета);
статистическую обработку данных; промежуточное накопление сопроводительных документов.
Система верхнего уровня, АСУП, предназначена для организационно-экономического управления производством в
целом. Она должна быть реализована в виде отдельных взаимосвязанных информационными потоками АРМ, установленных непосредственно в отделах и подразделениях заводоуправления. В состав АСУТП входят автоматизированные
рабочие места технического директора (главного инженера); персонала производственно-технического отдела (ПТО) и,
в частности, главного технолога предприятия; персонала отдела главного механика (ОГМ); персонала отдела главного
энергетика (ОГЭ); персонала планового отдела (ПО); персонала отделов снабжения (ОСИ) и сбыта (ОСБ); персонала
бухгалтерии.
Создание каждого из перечисленных АРМ преследует цели автоматизации рутинных работ, облегчения и ускорения
выполнения стандартных функций конкретного пользователя, реализации новых функций с использованием широких
возможностей компьютерной техники.
В целом, АСУП, как головной компонент ИАСУ, обеспечивает решение комплекса задач:
планирования производственной программы на год, квартал, месяц;
формирования нормативных и плановых показателей по расходу материальных и энергетических ресурсов, по производительности труда, по заработной плате, по себестоимости продукции;
управления материально-техническим обеспечением производственного процесса;
сбыта и финансов, включая расчет плановых, фактических и прогнозных показателей по поставкам готовой продукции
и расчетам с потребителями;
бухгалтерского учета производственно-хозяйственной деятельности предприятия.
В рамках концепции интегрированной АСУ все подсистемы АСУ и ТП АСУП должны быть реализованы на базе распределенных локальных сетей, связывающих между собой отдельные контроллеры, ЭВМ, АРМ, пульты контроля и
управления. Все сети должны быть, в свою очередь, связаны между собой информационными потоками. Подобная техническая структура является основой централизованной системы обмена информацией, обеспечивающей каждого пользователя необходимыми данными работы смежных подсистем. Специальная обработка данных при их обмене обеспечивает требуемый уровень агрегирования информации, отвечающий конкретному иерархическому уровню.
Так, например, технолог-оператор постоянно получает текущую информацию о состоянии управляемого им технологического процесса, а при необходимости — данные о характеристиках предшествующих и последующих процессов
технологической цепочки. Диспетчер предприятия получает данные о среднесменных показателях со всех участков
производства. Техническому директору по запросу предоставляются сводки показателей за сутки, неделю, месяц. Вместе с тем централизованная информационная система должна обладать достаточной гибкостью, чтобы при необходимости предоставить руководителю предприятия или диспетчеру текущие данные о работе любого производственного
участка или агрегата.
183
Необходимо заметить, что в ближайшей перспективе интеграция управления производственным процессом будет
обеспечиваться, главным образом, за счет широких возможностей обмена информацией и представления ее различным
службам в форме, удобной для принятия рациональных решений по планированию и оперативному управлению. Можно, однако, ожидать, что в дальнейшем будет неуклонно повышаться доля участия вычислительной техники в выработке и реализации таких решений. Речь может идти, в частности, о решении задач комплексной оптимизации режимов
всей последовательности технологических процессов от добычи сырья до отгрузки цемента; оперативного управления
пуском-остановом агрегатов с учетом запасов в буферных емкостях и состояния всего парка технологического оборудования; составления графиков ремонта оборудования с учетом индивидуальных показателей работы каждого агрегата; оптимального перспективного планирования производства с учетом состояния сырьевой базы, возможностей технологического оборудования, региональных потребностей в продукции и рыночной конъюнктуры и т. д.
Завершая раздел, относящийся к разработке ИАСУ, следует обратить внимание на несколько технических проблем, от
решения которых существенным образом зависят реальные успехи в деле комплексной автоматизации современного
цементного производства на основе средств вычислительной техники.
Во-первых, необходимо оснастить отрасль достаточно полным набором требуемых датчиков, имеющих соответствующие характеристики достоверности, оперативности, точности, надежности. Кроме распространенных стандартных
датчиков температуры, давления (разрежения), расхода газовых потоков и т. д., необходимо уделить особое внимание
таким специфическим приборам, как анализаторы химического состава, газоанализаторы, анализаторы влажности, качества клинкера, тонкости помола, расходомеры жидких и сыпучих веществ. Только наличие названных средств автоматического контроля, несмотря на их относительно высокую стоимость и существенные затраты на эксплуатацию,
позволит получить значительный экономический эффект от АСУ ТП.
Во-вторых, важно разработать для всех подсистем АСУ ТП базовый комплекс однотипных микропроцессорных
средств вычислительной техники, обладающих полным набором программных модулей контроля и регулирования;
наличием языка логического управления для реализации блокировочных зависимостей, используемых при управлениипуском-остановом механизмов; наличием развитых типовых средств проектирования диалога пользователя с ЭВМ, позволяющих формировать на экране дисплея мнемосхемы, графики, таблицы, аварийные сигналы и сообщения.
В-третьих, целесообразно разработать базовые структуры АСУП с использованием однотипных (например, IBMсовместимых) персональных ПЭВМ и стандартных программных продуктов (электронные таблицы, стандартные средства организации диалога, формирования отчетов, построения графических изображений).
В-четвертых, необходимо разработать типовые технические и программные средства межмашинного обмена, позволяющие стандартным путем объединять различные компоненты подсистем АСУ ТП и АСУП в единую информационную сеть.
Учитывая, что все перечисленные проблемы в основном решены передовыми зарубежными фирмами и находятся в
той или иной стадии решения отечественными специализированными организациями, можно рассчитывать на быстрый
прогресс в области ИАСУ цементного производства в нашей стране.
10. ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ
Развитие производства неизбежно связано с вредным воздействием на природу, приводящим к загрязнению атмосферы и воды, а также ухудшению условий жизни людей. В 1991 году введен в действие новый Закон РФ «Об охране
окружающей природной среды».
Принятый закон практически является комплексным нормативным актом. В нем отражены «экологические требования
при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию предприятий», а также вопросы
нормирования природопользования, экологической экспертизы и экономического механизма охраны окружающей природной среды.
Нормативными и методическими документами Госстроя, Минздрава и Минэкологии определяются требования к проектной документации и рекомендации при разработке материалов по охране природы.
В соответствии с СНиП 1.02.01—85 в состав проектной документации входит раздел «Охрана окружающей природной
среды». Раздел состоит из следующих подразделов: «Охрана атмосферного воздуха от загрязнения»; «Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения»; «Восстановление (рекультивация) земельного участка, охрана
недр». В разделе также необходимо отразить решения по снижению шума.
Состав и содержание раздела изложены в Пособии по составлению раздела к СНиП 1.02.01—85.
Раздел по охране окружающей среды должен выполняться на всех стадиях разработки проектной и предпроектной документации: выбор площади для строительства нового предприятия, ТЭО (ТЭР), проект (рабочий проект).
На каждой стадии материалы проходят согласование в органах системы Минздрава РФ и экологическую экспертизу в
органах Минэкологии.
Верховный Совет 27 ноября 1989 г. принял постановление «О неотложных мерах экологического оздоровления страны», в котором определил, что, начиная с 1990 г., финансирование работ по всем проектам и программам открывается
только при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.
Первоначально вопросы охраны окружающей среды рассматриваются на первой предпроектной стадии — выбора
площадки для строительства нового предприятия (или расширения).
При выборе места размещения объекта необходимо всесторонне проработать вопросы воздействия предприятия на
окружающую территорию и средства защиты вод, земель, воздуха, населения, животного и растительного мира. При
этом учитывается существующее фоновое загрязнение атмосферы и водоемов от соседних предприятий.
При разработке раздела необходимо привести характеристики состояния природной среды до строительства проектируемого предприятия и после. Перечень рассматриваемых вопросов практически одинаков для каждой стадии проектирования, разница лишь в степени проработки исходных данных. На предпроектной стадии исходные данные принимаются на основе заводов — аналогов по мощности, способу производства цемента и другим параметрам.
Основная предпроектная стадия, на которой производится разработка и согласование материалов по охране окружающей среды,— технико-экономическое обоснование строительства (реконструкции) предприятия (ТЭО). Только в слу184
чае положительного заключения экологической экспертизы можно приступать к разработке проекта.
Проекты, не удовлетворяющие экологическим требованиям, не подлежат утверждению, а работы по их реализации не
финансируются учреждениями соответствующих банков.
Рассмотрим состав подразделов. 1. Охрана атмосферного воздуха от загрязнения.
В этом подразделе кратко освещаются следующие вопросы:
— характеристика физико-географических и климатических условий района;
— уровень существующего загрязнения атмосферы;
— характеристика источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (в случае реконструкции приводятся
также данные по действующему производству);
— оценка ожидаемых приземных концентраций путем проведения расчета рассеивания, сравнение их с существующими и нормативными (ПДК);
— комплекс атмосфероохранных мероприятий;
— мероприятия на периоды особо неблагоприятных метеорологических условий (НМУ);
— размер санитарно-защитной зоны, с учетом результатов расчета рассеивания;
— предложения по нормативам предельно допустимых выбросов (ПДВ);
— экономическая оценка воздухоохранных мероприятий.
Подраздел разрабатывается, как правило, генпроектировщиком на основе природоохранительных стандартов и методик по нормированию выбросов (ГОСТ 17.2.3.02—78, ОНД 1—84, ОНД —86).
Исходные данные по климатическим характеристикам, существующему уровню загрязнения, ситуационный план
местности (при реконструкции — генплан действующего производства) запрашиваются через заказчика.
Исходные данные по перечню источников выделения вредных веществ, параметрам и составу выбросов в атмосферу,
выбору систем обеспыливания и очистки отходящих газов и запыленного воздуха выдают технологи — разработчики
проекта (предпроектной документации).
В расчетах учитываются организованные и неорганизованные выбросы, твердые и газообразные. Кроме непосредственно цемзавода, в качестве загрязнителей атмосферы, рассматриваются: карьеры, котельные, авто- и железнодорожный транспорт. Расчеты производятся по отраслевым методикам, согласованным с Госкомприроды РФ.
Основными вредными веществами, учитываемыми в выбросах цемзавода, являются: пыль неорганическая, окислы
азота, серы, углерода. При работе автотранспорта кроме этих компонентов отмечаются еще углеводороды, формальдегид, бензпирен, сажа.
Количество загрязняющих веществ (г/с), содержащихся в выбросах в атмосферу, рассчитывается по формуле:
M  Vq1    (10.1)
где М — количество загрязняющего вещества, г/сек); V — объем отходящих газов, м3/с; q — концентрация веществ в
газе до очистки, г/м; т] — степень очистки пылеулавливающей установки, (в долях).
Валовые (годовые) вибросы (т/год) определяются по формуле:
G  3,6M 10 3 (10.2)
где G — валовый выброс за год, т/год; т — период времени в течение года, за который производится выброс в атмосферу, час/год.
Продолжительность валовых выбросов за год определяется по времени работы источника выделения загрязняющих
веществ, т. е. технологического оборудования. В случае нового строительства — по нормативному коэффициенту использования оборудования.
Объем отходящих газов (аспирационного воздуха) задается технологами, исходя из технологических расчетов и параметров устанавливаемого технологического оборудования.
Расчет выбросов пыли в атмосферу производится на основании рекомендаций в ведомственных нормах по проектированию — ВНТП 06—91, по концентрациям выделяющейся пыли от различного технологического оборудования и по
способам очистки. На предпроектной стадии также можно принимать отдельные параметры по аналогам ранее выпущенной проектной документации или с учетом работы аналогичных переделов на действующих заводах.
В расчетах необходимо принимать среднеэксплуатационные степени очистки газов, а не паспортные. Например, для
рукавных фильтров и электрофильтров — 99,0, в то время как паспортные данные —99,5—99,9 %.
При выборе системы очистки газов необходимо учитывать концентрацию пыли, дисперсность, удельное электрическое сопротивление, абразивность.
При большой начальной концентрации пыли (более 15— 20 г/м3) применяется двух- и трехступенчатая очистка. На
первой ступени обычно предусматриваются шахты, циклоны, а далее тканевые или электрические фильтры. Критерием
эффективности очистки является расчетная концентрация газов на выходе в атмосферу, которая не должна превышать
величины 50^-100 мг/м3.
Неорганизованные выбросы пыли, образуемые, в основном, в узлах перегрузки и хранения материалов в незакрытых
складах, а также в карьерах при добыче и переработке пород, рассчитываются по методике НИПИОТстрома.
Расчет газообразных выбросов от тепловых агрегатов цементного производства (вращающиеся печи, сушильные барабаны, сырьевые мельницы с подсушкой) выполняется в соответствии с методическими указаниями НИПИОТстрома.
Наибольшее значение среди этих компонентов имеют оксиды азота. На основе проведенных натурных исследований
выяснилось, что при сжигании топлива образуются и далее выходят из труб с отходящими газами соединения азота в
виде монооксида азота (NO). При этом в атмосферном воздухе монооксид азота окисляется до диоксида азота (NOi),
который является более токсичным веществом. Коэффициент трансформации монооксида азота в диоксид для технологических установок цементной промышленности принимается равным 0,8. Коэффициент этот сильно зависит от природных условий и поэтому в дальнейшем будет уточняться отдельно для каждого региона России.
Суммарное содержание NOX в отходящих газах вращающихся печей в значительной степени зависит от содержания
азота в топливе, температуры сжигания топлива, коэффициента избытка воздуха, способа утилизации отходящих газов.
185
Обследование большой группы заводов, с разными типами печей, показало, что наибольшие концентрации оксидов
азота (NOX) в отходящих газах наблюдаются у вращающихся печей мокрого способа производства — 0,5—0,7 г/нм3.
Наименьшее содержание оксидов азота отмечается у печей сухого способа производства, оборудованных декарбонизаторами — 0,1—0,2 г/нм .
Вопросы снижения концентрации оксидов азота в выбросах вращающихся печей являются наиважнейшими на сегодняшний день. Учитывая, что большое влияние имеет режим сгорания топлива, основными первичными мероприятиями будут работы по стабилизации режима печи, уменьшению величины сжигаемого топлива, оснащению приборами
контроля параметров отходящих газов.
Оксиды серы в отходящих газах имеются в очень незначительных количествах или полностью отсутствуют, т. е. связываются карбонатом кальция, содержащимся в сырьевой смеси и продуктах пылевыноса.
Монооксид углерода также практически отсутствует при нормальном режиме работы печи при жидком и газообразном топливе; при твердом топливе (уголь, сланцы) концентрация монооксида углерода в выбросах вращающихся печей
обычно не превышает 1 г/нм3.
Для оценки распространения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы (на уровне дыхания) необходимо
выполнение расчета рассеивания на ЭВМ по одной из согласованных в Минэкологии программ. Результаты расчетов,
представляющие собой поле приземных концентраций определенного вещества в окрестностях предприятия, сравниваются с санитарными нормативами — ПДК (предельно допустимые концентрации).
Под ПДК понимают такую концентрацию вредных веществ, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений или заболеваний. Регламентированы ПДК для большинства применяемых в промышленности веществ. Имеются различные виды ПДК: в воздухе рабочей зоны— ПДКр.з., в воздухе населенного пункта — максимально-разовая концентрация ПДКм.р. и среднесуточная концентрация ПДКС.С.При расчетах рассеивания, в соответствии с ОНД — 86, в качестве нормативной рассматривается максимальноразовая концентрация — ПДКм.р.
Перечень ПДК загрязняющих веществ определяется списком, утвержденными Минздравом РФ и Минэкологии РФ,
который периодически корректируется и дополняется.
Код
Наименование веществ
Класс опасности
0110
0194
Ванадия пятиоксид
Угольная зола теплоэлектростанций (с содержанием оксида
кальция 35-40%, дисперсностью
до 3 мкм и ниже не менее 97%)
Хром шестивалентный (в пересчете на триоксид хрома)
Азота диоксид
Азота монооксид
Сажа
Сернистый ангидрид
Углерода монооксид
Бенапирея
Взвешенные вещества
Зола сланцевая
Мазутная зола (теплоэлектростанций в пересчете на ванадий)
Пыль неорганическая, содержащая диоксид кремния в %:
выше 70 (динас и др.)
70-20 (шамот, цемент и др.)
Ниже 20 (доломит и др.)
Пыль цементного производства
(с содержанием оксида кальция
более 60% и диоксида кремния
более 20%)
1
2
ПДК, кг/м3
максимальная
среднесуточная
0,0020
0,050
0,020
1
0,015
0,0015
2
3
3
3
4
1
3
3
2
0,085
0,400
0,150
0,500
5,000
0,500
0,300
-
0,040
0,060
0,050
0,050
3,000
0,1 мкг/100 м3
0,1500
0,100
0,0020
3
0,150
0,050
3
3
3
0,300
0,500
-
0,100
0,150
0,020
0203
0301
0304
0328
0330
0337
0703
2902
2903
2904
2907
2908
2909
2918
В таблице 10.1 приведены величины максимально-разовых и среднесуточных ПДК для наиболее распространенных в
выбросах цементного производства веществ.
Анализ расчетных концентраций проводится по точкам, характеризуемым границы нормативной санитарнозащитной зоны, границы селитебной территории и особо охраняемых объектов (заповедники, санатории, больницы,
школы и т. д.). В этих точках концентрации всех веществ, присутствующих в выбросах, не должны превышать ПДК, а
для особо значимых объектов — 0,8 ПДК.
В расчетах при этом учитываются фоновые концентрации для этой местности, исходные данные по которым получают в органах Гидрометслужбы.
Если расчетные концентрации в вышеуказанных точках не превысили санитарных нормативов, то принятые в проекте выбросы в атмосферу удовлетворяют понятию предельно допустимых выбросов (ПДВ).
ПДВ — это норматив выбросов в атмосферу, отдельно по источникам выбросов (а также в сумме от всего предприятия), при рассеивании которых приземные концентрации не превышают ПДК.
Величины ПДВ согласовываются с органами Комэкологии и утверждаются в качестве нормативов. На основе установленных нормативов выбросов назначается оплата за загрязнение атмосферы и осуществляется контроль за всеми
186
источниками выбросов в атмосферу.
В случае, если расчет рассеивания по каким-нибудь веществам покажет превышение ПДК, необходимо определить,
какие источники вносят основной вклад в приземные концентрации и предусмотреть комплекс мероприятий по снижению выбросов от этих источников. Расчет рассеивания выполняется повторно.
Если на данном этапе развития науки и техники невозможно достижение ПДК на границе нормативной санитарнозащитной зоны (1000 м), то перед местной СЭС ставится вопрос увеличения размера СЗЗ, но не более, чем в 2—3 раза.
В таком случае выбросы, не достигшие санитарных нормативов по приземным концентрациям, будут устанавливаться
как временно-согласованные (ВСВ). Оплата этого вида нормативов производится по повышенным тарифам.
В случае обнаружения нарушения установленных для каждого источника нормативов выбросов (ПДВ или ВСВ)
предприятие платит штраф.
Каждое предприятие обязано осуществлять ведомственный контроль за выбросами в атмосферу и уровнем загрязнения воздуха в жилой зоне, а также на рабочих местах. Для этого на заводе организуется санитарно-промышленная
лаборатория, в составе 3—5 человек, оборудованная всеми приборами контроля. Ответственность за соблюдение нормативов выбросов возлагается на главного инженера завода. 2. Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения.
В этом подразделе освещаются следующие вопросы:
— характеристика современного состояния водного объекта;
— баланс водопотребления и водоотведения рассматриваемого предприятия и соседних предприятий;
— мероприятия по охране и рациональному использованию водных ресурсов:
— контроль водопотребления и водоотведения;
— затраты на осуществление мероприятий.
Исходные данные через заказчика получают в местных СЭС, органах водного надзора, гидрологических справочниках, местной администрации и др. В перечень исходных данных входят:
— характеристика современного состояния водоемов (характеристика гидрологического режима, фоновые значения качества воды, рыбохозяйственная характеристика, категория использования);
— ситуационный план района, с указанием промпредприятий, мест водозаборов и выпусков сточных вод.
Качественные и количественные показатели состояния поверхностных вод приводятся в створе водозабора и выше
выпуска сточных вод.
При разработке подраздела обязательным является составление баланса водопотребления и водоотведения предприятия. Схемы водопотребления разделяются по требованиям к качеству воды. Указываются также источники водоснабжения (водные объекты, система оборотного водоснабжения, городской водопровод и т. д.), общая потребность
предприятия в воде, в том числе расход свежей воды, забираемой из водного объекта, расход оборотной и повторнопоследовательно используемой.
Применение свежей воды из источника питьевого водоснабжения для технических нужд разрешается только в исключительных случаях при подтверждении технико-экономическими расчетами невозможности использования для
этих целей очищенных производственных, атмосферных, бытовых и поверхностных сточных вод.
Водоотведение необходимо рассматривать по отдельным потокам с указанием состава, концентрации загрязнений
и наличия
предусмотренных проектом очистных сооружений. При этом дается подробное описание очистных сооружений и
установок, основные расчетные параметры, ожидаемая техническая эффективность очистки (в процентах, абсолютных
концентрациях).
Следует показать категорию сточных вод, образующихся на данном предприятии (производственные, бытовые),
качественные и количественные показатели состава сточных вод.
Технико-экономическое сравнение и оценку проектных решений различных систем водоснабжения необходимо
производить с учетом платы за потребление свежей воды в соответствии с Инструкцией о порядке исчисления и сроках
внесения в бюджет платы за воду, забираемую промышленными предприятиями из водохозяйственных систем.
При отведении сточных вод в водный объект производится расчет предельно допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ.
ПДС — это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению, с установленным режимом в
данном пункте водного объекта в единицу времени, с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.
Расчет ПДС производится с целью обеспечения норм качества воды водного объекта в контрольном створе при
сбросе загрязняющих веществ со сточными водами. Расчет выполняется на основе уравнения водного баланса с учетом
фоновой концентрации загрязняющих веществ, гидрологических и гидрохимических особенностей водного объекта, а
также возможной степени разбавления сточных вод и самоочищающей особенности водоема. При расчетах ПДС в расчетном створе должна быть обеспечена определенная концентрация контролируемых веществ, не превышающая нормативных требований к составу и свойствам вод данного водного объекта.
Требования по условиям сброса сточных вод определены в «Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнения» (Сан Пи Н 4630—88). В этом документе приводится список предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
Отведение сточных вод в водные объекты осуществляется на основании разрешений на специальное водопользование, выдаваемых в установленном порядке после согласования условий отведения с органами государственного санитарного надзора.
В проекте необходимо предусмотреть систематический лабораторный контроль за работой очистных сооружений,
за качеством воды водоема или водотока ниже спуска сточных вод и у ближайшего пункта водопользования населения. Порядок контроля (выбор пунктов контроля, перечень анализируемых показателей, частота исследований) согласовывается с органами и учреждениями санэпидемслужбы.
187
В проекте также рассматриваются вопросы охраны подземных вод. Материалы по использованию подземных вод
и возможному загрязнению согласовываются с территориальными органами Мингео СССР.
Также проектные решения согласовываются с органами рыбоохраны, в случае если водный объект имеет рыбохозяйственное значение. 3. Охрана недр, рекультивация.
В этом подразделе должны быть рассмотрены следующие вопросы:
— геологическая, гидрогеологическая и гидрологическая характеристики нарушенных земель;
— почвенно-грунтовая характеристика;
— форма и параметры нарушений;
— характеристика рекультивационных работ.
Плодородный почвенный слой является ценным, медленно возобновляющимся природным ресурсом, поэтому при
ведении строительных и геологоразведочных работ, при добыче полезных ископаемых открытым способом, приводящих к нарушению или снижению свойств почвенного слоя, последний подлежит снятию, перемещению в резерв и последующему использованию в народном хозяйстве. Охрана плодородного почвенного слоя производится в соответствии с действующими ГОСТами: 17.4.3.02—85 и 17.4.2.02—83.
Технология работ по рекультивации зависит от вида нарушений принятого направления рекультивации и используемой на восстановительных работах техники. В соответствии с характером дальнейшего использования восстановленной территории различают следующие основные направления рекультивации нарушенных земель: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, рыбохозяйственное, водохозяйственное, рекреационное, строительное.
Технический этап рекультивации является составной частью общего технологического процесса вскрышных и отвальных работ. Ряд работ технического этапа (селективное снятие почвы и потенциально плодородных пород, формирование отвалов, строительство водоемов, подъездных путей и мелиоративных сооружений) должен выполняться в
процессе ведения горных работ основным технологическим оборудованием по добыче полезных ископаемых.
Для предупреждения затопления промплощадки ливневыми и талыми водами должна быть предусмотрена проектом система ливневой канализации и водоотвода.
Для предотвращения или снижения негативных последствий нарушения гидрогеологического режима при рекультивации земель, затопления или подтопления в результате повышения уровня грунтовых вод необходимо предусматривать выполнение следующих мероприятий:
— инженерную защиту территории и народнохозяйственных объектов от затопления и подтопления;
— строительство водоотводящих сооружений и дамб обвалования;
— устройство дренажей для понижения уровня грунтовых вод;
— создание водоемов для аккумуляции поверхностных вод;
— засыпку отрицательных форм рельефа с покрытием поверхности потенциально плодородными породами и плодородным почвенным слоем.
Мероприятия по охране недр должны разрабатываться с учетом требований Единых правил охраны недр при разработке месторождений твердых полезных ископаемых.
Таким образом следует отметить, что современное состояние природной среды и возрастающие требования к контролю за деятельностью предприятий требуют комплексного решения вопросов по нейтрализации воздействия промышленности на окружающую среду.
Все предпроектные и проектные материалы подлежат рассмотрению в государственной экологической экспертизе.
На экспертизу представляются: общая пояснительная записка, раздел по охране окружающей природной среды, записка по оценке воздействия на окружающую среду (комплексный анализ последствий).
В настоящее время раздел по охране окружающей среды требует подключения специалистов разных специальностей и проведения специальных научных работ по выявлению воздействия промышленности на природу (растительность, животный мир, почву и т. д.).
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по проектированию цементных заводов. 'Под ред. С. И. Даню-шевского.— Л.: Изд-во литературы
по строительству, 1969.—237 с.
2. Крашенинников М. Н. и др. Проектирование цементных и асбесто-цементных заводов.— М.: Стройиздат, 1966.с.
3. Ведомственные нормы технологического проектирования цементных заводов. ВНТП-06-91.-СПб.:Концерн «Цемент», 1991.—178 с.
4. Б у т т Ю. М., Сычев М. М., Т и м а ш е в В. В. Химическая технология вяжущих веществ.— М.: Высшая школа,
1980.—471 с.
5. ВолженскийА. В. Минеральные вяжущие вещества.—М.: 1986.—с.
6. Пащенко А. А., Сербии В. П., Старчевская Е. А. Вяжущие материалы.-Киев: Высша школа, 1985.—с.
г 7. Алексеев Б.В., БарбашевГ. К. Производство цемента.— М.: 1985.— 250 с.
188
8. Labahn Otto. Ratgeber fur Zementingenieure, Berlin, VEB Verlag fur Bauwesen, 1982, 756 c.
9. Дуда В. Цемент.—М.: Стройиздат, 1981.—463 с.
10. Контроль цементного производства. Т. И. Технологический контроль. Под ред. А. Ф. Семендяева.—Л.: Стройиздат, 1974.—303 с.
11. Таранухин Н. А., Алексеев Б. В. Справочник молодого рабочего цементного производства. М.: Высшая школа,
1990.—175 с.
12. Дуда В. Цемент, электрооборудование, автоматизация, хранение, транспортирование. Справочное пособие.—
М.: Стройиздат, 1987.—373 с.
13. Д р е в и ц к и и Е. Г., Д о б р о в о л ь с к и и А. Г., К о р о б ок А. А. Повышение эффективности работы вращающихся печей. М.: Стройиздат, 225 с.
14. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы.— М.: Недра, 1982.—278 с.
15. Лоскутов Ю. А., Максимове. И., Веселовский В. В. Механическое оборудование предприятий по производству
вяжущих строительных материалов.— М.: Стройиздат, 1986.—278 с.
16. Смолдырев А. Е. Гидро- и пневмотранспорт в металлургии.— М.: Ме-таллургиздат, 1985.—384 с.
17. Золотарев А. Н., СамойловичД. А. Насосы для перекачки абразивных гидросмесей.— М.: 1988.—55 с.
18. Каганович Ю. Я., Злобинский А. Г. Промышленные установки для сушки в кипящем слое,—Л.: Химия, 1970.—
174 с.
19. Мазуров Д. Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов.— М.: Стройиздат, 1975.—287 с.
20. Во р о б ь е в А. А. и др. Пневмотранспортные установки. Справочник.— Л.: Машиностроение, 1969.—200 с.
21. Смолдырев А. Е. Трубопроводный транспорт (элементы теории и основы расчета).— М.: Наука, 1980.—271 с.
22. Руководство по проектированию систем гидротранспорта предприятий обогащения цветной металлургии. ВНИ
и Проектный институт Механобр.— Л.: 1986.—111 с.
23. Гинзбург И. Б., С м о л я н с к и и А. Б. Автоматизация цементного производства.— Л.: Стройиздат, 1986.—191
с.
24. СНиП 1.02.01—85. «Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной
документации на строительство предприятий, зданий и сооружений».— М.: Госстрой СССР, 1988.
25. ОНД — 86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий».— Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
26. Перечень и коды веществ загрязняющих атмосферный воздух.— Л.: Экотрон, 1992.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
1. Развитие и состояние цементной промышленности России (Никифоров Ю. В.) ......................................
4
2. Проектирование в системе подготовки инженера по химической технологии вяжущих материалов (Корнеев В. И.)
..................
9
2.1. Общие положения- ............................
2.2. Курсовой проект .............................
2.2.1. Состав и содержание курсового проекта ............
2.2.2. Оформление и защита курсового проекта ..........
2.3. Дипломное проектирование .......................
2.4. Основные требования к оформлению чертежей ...........
9
9
12
16
17
28
3. Этапы проектирования цементных заводов (Радуда П. М., Резябкин А. И.)
31
3.1. Схема развития и размещения отрасли ................
31
3.2. Технико-экономическое обоснование строительства (ТЭО). Технико-экономические расчеты (ТЭР)
33
3.3. Проект и рабочий проект. Основные разделы ............
36
4. Проектные решения цементных заводов (Радуда П. М., Резябкин А. И.)
.............
38
4.1. Заводы, работающие по мокрому способу производства ...... 38
4.2. Заводы, работающие по сухому способу производства ....... 39
4.3. Перспективные цементные заводы ...................
40
5. Система автоматизированного проектирования цементных заводов (Яковис Л. М.) ....................................
5.1. Цели системы автоматизированного проектирования (САПР) ...
43
43
189
5.2. Состав САПР ...............................
47
5.3. Функционирование САПР ........................
52
5.4. Основные пакеты прокладных программ (ППП) технологической подсистемы САПР-цемент
5.4.1. ППП Сырье ............................
54
5.4.2. ППП Баланс ............................
57
5.4.3. ППП Выбор . .
5.4.4. ППП Анализ . .
5.4.5. ППП Транспорт
5.4.6. ППП Задание .
........................ 54
6. Современные технологические решения основных переделов цементного производства .....................................
6.1. Сырьевые материалы для производства портландцементного клинкера и цемента (Зозуля П. В.) ........................
6.2. Технология добычи сырья (Резябкин А. И., Радуда П. М.) ....
6.2.1. Исходные материалы для проектирования карьеров цементного сырья .................................
6.2.2. Добыча и транспортирование сырья ..............
6.3. Дробление и помол сырьевых материалов (Сизоненко А. П.) ...
6.3.1. Примеры технологических схем дробления ..........
6.3.2. Помол сырьевых материалов ..................
6.4. Системное проектирование технологических схем приготовления сырьевой смеси (Егоров Г. Б., Никифоров
Ю. В.)
6.4.1. Технология приготовления сырьевой смеси заданного состава
6.5. Обжиг портландцементных сырьевых смесей (Крашенинников Н. Я.) ...................................
6.6. Подготовка технологического топлива к сжиганию (Крашенинников Н. Н.)
6.6.1. Твердое топливо ..........................
6.6.2. Газообразное топливо .......................
6.6.3. Жидкое топливо ..........................
6.7. Помол цементной шихты (Зозуля П. В.) ...............
6.8. Хранение, отгрузка и упаковка цемента ...............
6.9. Технологический контроль (Егоров Г. Б.) ...............
7. Оборудование цементных заводов .......................
7.1. Дробильное оборудование. (Сизоненко А. П.) .............
7.2. Оборудование для сушки сырьевых материалов ...........
7.3. Оборудование для помола сырья ....................
7.4. Печные агрегаты (Крашенинников Н. Н., Шпионский Ю. С.) ...
7.4.1. Вращающиеся печи мокрого способа производства ......
7.4.2. Вращающиеся печи сухого способа производства .......
7.4.3. Печные агрегаты комбинированного способа производства .
7.4.4. Проектирование цехов обжига ..................
7.5. Оборудование для помола цементной шихты (Сизоненко А. П.)
7.5.1. Цементные мельницы .......................
7.5.2. Сепараторы .............................
7.6. Приемные устройства и склады (Зозуля П. В.) ...........
7.6.1. Типы складов и приемных устройств .............
7.6.2. Проектные решения складов ...................
7.7. Оборудование для аспирации и обеспыливания технологических процессов (Зозуля П. В.) ...........................
8. Инженерные расчеты в технологии портландцемента ........... 249
8.1. Расчет портландцементной сырьевой шихты (Корнеев В. И., Егоров Г. Б.) .................................... 249
8.2. Материальный баланс (Корнеев В. И.) ................
256
8.2.1. Расчет мощности завода по клинкеру и цементу ......
257
8.2.2. Определение удельного расхода сырьевых материалов, топлива и вспомогательных материалов .... 259
8.2.3. Режим работы производственных отделений и годовой фонд рабочего времени .............................
260
8.2.4. Основные условия расчета материального баланса завода .
261
8.2.5. Примеры расчета некоторых статей материального баланса
262
8.2.6. Определение количества и производительности основного технологического оборудования .... 264
8.3. Поверочные расчеты производительности оборудования ......
266
8.4. Расчет складов кусковых и сыпучих материалов (Зозуля П. В.) .
268
8.4.1. Расчет складов кусковых материалов ............. 268
8.4.2. Расчет и проектирование бункерных складов .........
274
8.4.3. Расчет смесительных силосов сырьевой муки .........
275
8.4.4. Расчет силосных складов цемента ...............
277
8.4.5. Расчет отделения приготовления и хранения сырьевого шлама ...................................
277
8.5. Выбор и расчет транспорта, питателей и дозаторов кусковых и порошкообразных материалов (Зозуля П. В.)
280
8.5.1. Расчет ленточных конвейеров ..................
280
8.5.2. Расчет пластинчатых конвейеров ................
282
190
8.5.3. Расчет ковшовых элеваторов ..................
283
8.5.4. Расчет скребковых конвейеров ................. 285
8.5.5. Расчет винтовых конвейеров ...................
286
8.5.6. Расчет аэрожелобов .........................
287
8.5.7. Питатели и дозаторы .......................
287
8.6. Расчет и проектирование систем гидротранспорта сырья (Зозуля П. В.) 292
8.7. Расчеты дробильного и помольного оборудования (Сизоненко А. П.) 300
8.7.1. Щековые дробилки ........................
300
8.7.2. Конусные дробилки ........................
302
8.7.3. Валковые дробилки ........................
303
8.7.4. Молотковые дробилки .......................
303
8.7.5. Шаровые мельницы ........................
304
8.8. Расчеты сушильного оборудования (Шлионский Ю. С., Зозуля П. В.) 307
8.8.1. Расчет сушильных барабанов ..................
307
8.8.2. Расчет сушильно-размольных агрегатов ............
310
8.9. Расчет вращающихся печей мокрого способа производства цементного клинкера (Крашенинников Н. Н.) . 315
8.9.1. Методика расчета ......................... 315
8.9.2. Пример теплового расчета установки пылеуглеприготовления
для вращающейся печи 0 5X185 м .................
317
8.9.3. Пример теплового расчета вращающейся печи 0 5X185 м с колосниковым холодильником при использовании в качестве технологического топлива природного газа ..................... 333
8.10. Расчет вращающихся печей сухого способа производства (Крашенинников Н. Н.) ................................
339
8.10.1. Методика расчета ........................
339
8.10.2. Пример теплового расчета печной установки с циклонным теплообменником, декарбонизатором и
холодильником клинкера . . . 343
8.10.3. Пример теплового расчета печной установки с циклонными теплообменниками и декарбонизатором
................ 348
8.11. Вентиляторы и дымососы (Зозуля П. В.) ..............
364
8.12. Расчет систем пневмотранспорта {Дмитриев П. Н.) ........
368
8.12.1. Классификация пневмотранспортных установок ....... 369
8.12.2. Транспортные трубопроводы, отводы (колена) и переключатели ..................................... 373
8.12.3. Воздуходувные машины .....................
374
8.12.4. Предварительный выбор типа установки и загрузочного устройства (питателя) ............................ 374 д
8.12.5. Расчет основных параметров установки ...........
375
8.12.6. Окончательный выбор оборудования ............. 383
8.13. Расчет систем аэрации и пневмоперемешивания (Дмитриев П. Н.) ..................................
388
8.13.1. Системы аэрации силосов для хранения порошкообразных материалов ................................. 388
8.13.2. Системы пневмоперемешивания цементной сырьевой муки
391
9. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (Яковис Л. М.) ....................................
396
9.1. Общие понятия об АСУ ТП и АТК ..................
397
9.1.1. Основные определения .....................
397
9.1.2. Типовые функции АСУ ТП и режимы ее функционирования 397
9.1.3. Состав АСУ ТП ..........................
398
9.2. Типовая функциональная структура АСУ ТП ............
399
9.2.1. Централизованный контроль ...................
399
9.2.2. Диагностика ............................
401
9.2.3. Управление технологическим процессом в номинальном режиме .................................... 401
9.2.4. Ситуационное управление ....................
402
9.2.5. Представление информации оператору .............
402
9.3. Комплекс технических средств АСУ ТП ...............
403
9.4. Средства вычислительной техники ...................
406
9.4.1. Мини-ЭВМ .............................
406
9.4.2. Микропроцессоры и микро-ЭВМ .................
407
9.4.3. Микропроцессорные контроллеры ................
408
9.4.4. Техническая структура АСУ ТП ................
409
9.5. АСУ основных технологических процессов цементного производства
412
9.6. Автоматизированные рабочие места (АРМ) персонала цементных заводов ......................................
416
9.7. Стадии проектирования и ввода в действие АСУТП ........ 419
9.8. Интегрированное автоматизированное управление цементным производством ...................................
422
10. Вопросы экологии при проектировании цементных заводов (Киселева А. Г.) .....................................
428
Литература
191