Как шаг за шагом настроить линию по производству цемента?

Настройка линия по производству цемента следует определенной последовательности из восьми основных этапов: выбор площадки и технико-экономическое обоснование, поиск сырья, добыча и дробление, подготовка сырьевой муки, предварительный нагрев и обжиг, производство клинкера во вращающейся печи, измельчение и смешивание цемента, а также упаковка и отправка. . Каждый этап требует специального оборудования производственной линии цементного завода, квалифицированного технического персонала, а также соблюдения как технологических параметров, так и экологических норм. Пропуск или ненадлежащее завершение любого этапа создает проблемы с качеством, эффективностью или соответствием требованиям, устранение которых после ввода в эксплуатацию обходится дорого. Описанный здесь процесс применим к линии по производству цемента сухим способом, на которую приходится подавляющее большинство новых цементных заводов во всем мире из-за более низкого энергопотребления по сравнению с линиями мокрого производства.

Этап 1: Выбор площадки и технико-экономическое обоснование

Прежде чем какое-либо оборудование будет указано или заказано, объект должен быть оценен на соответствие набору технических, логистических и нормативных критериев. Плохо выбранная площадка увеличивает постоянные затраты и эксплуатационные трудности линии по производству цемента на протяжении всего ее срока службы, который обычно составляет от 30 до 50 лет .

Ключевые критерии выбора площадки

• Близость к месторождениям известняка: На известняк приходится около 80% входного сырья по массе. В идеале карьер должен находиться в пределах 5 км от завода, чтобы минимизировать транспортные расходы, которые составляют значительную часть производственных затрат.
• Наличие воды: Системы охлаждения, пылеподавления и требования к технологической воде для завода производительностью 1000 тонн в день (тонн в день) обычно требуют От 500 до 800 кубометров воды в день .
• Инфраструктура электроснабжения: Цементному заводу мощностью 2000 тонн в день требуется От 30 до 40 МВт непрерывной электроэнергии . Мощность подключения к сети и надежность энергоснабжения являются важнейшими факторами оценки.
• Транспортная доступность: Необходимо оценить дороги для тяжелых грузовых перевозок, железнодорожное сообщение или доступ к портам для вывоза цемента и ввоза топлива и гипса.
• Экологические и зональные разрешения: Разрешения на качество воздуха, ограничения на выбросы пыли и разрешения на землепользование должны быть получены до начала строительства.

Технико-экономическое обоснование должно также включать анализ качества сырья. Известняк с. Содержание CaCO3 75% или выше подходит для производства цемента. Отложения более низкого качества по-прежнему можно использовать при смешивании из источников более высокого качества, но это усложняет и увеличивает стоимость приготовления сырой муки.

Этап 2: Разработка карьеров и первичное дробление

Линия по производству цемента физически начинается в карьере. Известняк и другое сырье добывается путем бурения и взрывных работ, затем загружается и транспортируется в дробилку первичного дробления на забое карьера или рядом с ним.

Первичное дробильное оборудование

Дробилка первичного дробления измельчает рядовой известняк от крупности сырья до 1200 мм до размера продукта от 25 до 80 мм , в зависимости от типа последующей мельницы. Общие типы первичных дробилок, используемых в оборудовании производственных линий цементного завода, включают:

• Одновальные молотковые дробилки: Широко используется для обработки известняка от мягкого до среднетвердого. Возможность достижения высоких коэффициентов измельчения (до 1:40) за один проход. Производительность по загрузке крупных агрегатов достигает 2000 тонн в час.
• Ударные дробилки: Подходит для известняка средней твердости и комбикормов, содержащих глину. Производят более кубический продукт, чем щековые дробилки.
• Щековые дробилки (второстепенная роль): Используется в некоторых конфигурациях в качестве вторичных дробилок после первичной вращающейся дробилки для очень твердого известняка или загружаемого материала, богатого кремнеземом.

Дробленый материал транспортируется на склад завода или в установку предварительной гомогенизации ленточным конвейером или самосвалом. Конвейерные системы крупных цементных заводов могут иметь длину от 3 до 8 км. между карьером и заводом.

Этап 3: Предварительная гомогенизация и хранение сырья.

Химический состав сырья варьируется в зависимости от забоя, и эти различия необходимо усреднить, прежде чем материал попадет в контур измельчения. Предварительная гомогенизация достигается за счет формирования длинных штабелей с использованием штабелеукладчика, работающего по шевронной или валковой схеме, а затем извлечения материала путем разрезания штабеля по всему профилю с помощью мостового скребка или роторного реклаймера.

Эффективная предварительная гомогенизация снижает коэффициент вариации содержания CaCO3 с от 3 до 6% в сыром карьере кормят ниже 1% в восстановленном материале. Это напрямую снижает изменчивость химического состава сырьевой муки и качества клинкера на выходе.

Корректирующие материалы — такие как высококремнистый песок, железорудная мелочь или бокситы — хранятся в отдельных крытых складах и дозируются в сырьевой корм мельницы в пропорциях, определяемых расчетом сырьевой смеси.

Этап 4: Измельчение сырой муки и контроль качества

Измельчение сырой муки превращает смешанную сырьевую смесь в мелкий порошок, необходимый для полного прокаливания в печи. Спецификация по крупности сырой муки обычно составляет Остаток от 12 до 16% на сите 90 микрон. , в зависимости от минералогии сырья и типа печи.

Типы сырьевых мельниц, используемые в оборудовании производственной линии цементного завода

Рентгенофлуоресцентные (РФА) анализаторы устанавливаются в контуре сырьевой мельницы для мониторинга химического состава сырьевой муки в режиме, близком к реальному времени, обычно с циклом анализа пробы от 2 до 5 минут . Выходной сигнал анализатора подается в автоматическую систему управления дозированием, которая регулирует скорость подачи каждого компонента сырья для поддержания целевого коэффициента насыщения известью (LSF), модуля кремнезема (SM) и модуля глинозема (AM).

Этап 5: Установка башни подогревателя и декарбонизатора

Башня подогревателя — самая высокая конструкция на линии по производству цемента, обычно стоящая от 80 до 120 метров в высоту. Он использует горячий отходящий газ из вращающейся печи для предварительного нагрева сырьевой муки в серии циклонных стадий перед ее подачей в обжиговую печь, а затем в печь. Такая рекуперация тепла является основной причиной, по которой линия по производству цемента сухим способом потребляет значительно меньше энергии, чем системы мокрого процесса.

Функция подогревателя и декарбонизатора

• 4-ступенчатый циклонный подогреватель: Нагревает сырую муку от температуры окружающей среды примерно до от 750°С до 800°С с использованием выхлопных газов печи, достигая 30–35% прокаливания CaCO3 перед обжиговой печью.
• Поточный декарбонизатор (ILC) или декарбонизатор отдельной линии (SLC): В декарбонизаторе сжигается дополнительное топливо для завершения обжига, доводя степень обжига до от 90 до 95% до поступления материала во вращающуюся печь. Это значительно снижает тепловую нагрузку на саму печь, позволяя уменьшить ее длину и повысить производительность на единицу установленного объема печи.
• Третичный воздуховод: Подает горячий воздух из охладителя клинкера в обжиговую печь, восстанавливая тепловую энергию от охлаждения клинкера и снижая расход топлива обжиговой печи.

Современные 5- и 6-ступенчатые системы предварительного подогрева обеспечивают температуру сырой муки на выходе от 820°С до 860°С со степенью прокаливания выше 92%, минимизируя расход топлива, необходимый во вращающейся печи, и снижая удельный расход тепла всей линией по производству цемента до От 700 до 780 ккал на кг клинкера .

Этап 6: Эксплуатация вращающейся печи и формирование клинкера

Вращающаяся печь — это термическое сердце линии по производству цемента. Это длинный, слегка наклоненный вращающийся цилиндр. От 60 до 90 метров в длину и от 4 до 6 метров во внутреннем диаметре. для завода производительностью от 3000 до 5000 тонн в день — футеровка огнеупорным кирпичом, защищающим стальной корпус от пиковых температур, превышающих 1450°С в зоне горения.

Профиль температуры вдоль вращающейся печи от входа (конец подачи) до выхода (конец горелки)

Зоны образования клинкера

• Зона прокаливания (800–900°С): Остаточный CaCO3 разлагается на CaO и CO2. Эта реакция является эндотермической и составляет около 40% от общего количества тепла, подаваемого в печь.
• Переходная зона (900–1250°С): Белит (C2S) и ранние алюминатные фазы начинают формироваться в результате твердофазных реакций между CaO, SiO2, Al2O3 и Fe2O3.
• Зона горения (1250–1450°С): Образуется жидкая фаза, и алит (C3S) — основной минерал клинкера, придающий прочность, — кристаллизуется из расплава. Время пребывания печи в этой зоне составляет примерно от 20 до 30 минут .
• Зона охлаждения: Клинкер выходит из печи при температуре примерно 1200°C и поступает в охладитель клинкера для быстрой закалки.

Этап 7: Охлаждение и хранение клинкера

Быстрое охлаждение клинкера после печи необходимо для сохранения кристаллической структуры алита и восстановления тепловой энергии для использования в кальцинаторной печи и сырьевой мельнице. Современным стандартом оборудования производственных линий цементного завода является охладитель с возвратно-поступательной решеткой or поперечный охладитель , который закаливает клинкер от 1200°C до температуры ниже 100°C на длине от 25 до 40 метров с использованием окружающего воздуха, продуваемого через слой клинкера вентиляторами под решеткой.

Эффективные охладители клинкера восстанавливаются От 70 до 75% тепла клинкера обратно в процесс в виде горячего вторичного воздуха (в горелку печи) и третичного воздуха (в кальцинатор). Такая рекуперация тепла снижает удельный расход топлива примерно на От 80 до 120 ккал на кг клинкера по сравнению с неэффективной работой охладителя.

Охлажденный клинкер выгружается в молотковую дробилку клинкера, затем транспортируется в крытое хранилище клинкера — обычно это круглый складской зал или ряд клинкерных силосов — где он может храниться в течение нескольких дней или недель до измельчения цемента. Емкость хранения клинкера обычно рассчитана на От 15 до 30 дней производительности печи для защиты от плановых и внеплановых простоев печи.

Этап 8: Измельчение, смешивание и упаковка цемента

Измельчение цемента является заключительным этапом обработки линии по производству цемента и, как правило, является самым большим потребителем электроэнергии на заводе, составляя От 35 до 40 % от общего энергопотребления установки. . Клинкер измельчают с гипсом (от 3 до 5% по массе), а в смесевых цементах - с дополнительными вяжущими материалами (СКМ), такими как летучая зола, гранулированный доменный шлак или известняковый наполнитель.

Типичное распределение электрической энергии (%) по оборудованию производственной линии цементного завода на современном заводе сухого процесса

Варианты схем измельчения цемента

• Шаровая мельница (открытого или закрытого цикла): Традиционное решение для измельчения цемента. Замкнутая схема с сепаратором обеспечивает удельную потребляемую мощность От 28 до 35 кВтч на тонну цемента для обычного портландцемента крупностью от 3200 до 3500 по Блейну.
• Вертикальная валковая мельница (ВРМ): Все чаще используется для измельчения цемента на новых установках. Удельная потребляемая мощность От 20 до 27 кВтч на тонну — обычно на 25–30 % ниже, чем в шаровых мельницах при эквивалентной крупности.
• Комбинация шаровых мельниц с валковым прессом (ВПГР): Валковый пресс предварительно измельчает клинкер перед шаровой мельницей, снижая удельный расход шаровой мельницы на 20–30%, сохраняя при этом характеристики гранулометрического состава помола шаровой мельницы, которые предпочитают некоторые рынки.

Хранение, упаковка и отправка

Готовый цемент пневматически транспортируется в цементные силосы, которые обеспечивают Срок хранения от 7 до 14 дней для непрерывности производства. Отгрузка осуществляется через роторные упаковщики для расфасованного цемента (обычно в мешках по 25 или 50 кг) или через наливные наливные устройства для автоцистерн. Современные роторные упаковщики могут достигать производительности упаковки От 2000 до 3600 мешков в час на упаковщик .

Оборудование для контроля выбросов и соблюдения экологических требований

Полная линия по производству цемента должна включать полный набор оборудования для контроля выбросов, чтобы соответствовать все более строгим экологическим нормам. Это оборудование не является дополнительным — оно является обязательным компонентом оборудования производственных линий цементного завода на всех основных рынках.

Последовательность ввода в эксплуатацию и запуска

После завершения механических работ и установки всего оборудования производственной линии цементного завода ввод в эксплуатацию следует определенной последовательности, которую невозможно выполнить без риска для оборудования и персонала.

1. Механическое завершение и проверка: Все оборудование проверяется на предмет правильности установки, выравнивания, смазки и функционирования защитной блокировки. Системы привода проходят испытания на правильность направления вращения.
2. Холодный ввод в эксплуатацию: Оборудование запускается без материала для проверки механических функций, отслеживания движения ленты, проверки скорости конвейера и проверки всех блокировок управления и аварийных остановок.
3. Сушка огнеупоров и нагрев печи: Новый огнеупорный материал для печи необходимо высушить и подвергнуть термической выдержке в соответствии с определенной температурно-временной кривой, чтобы удалить влагу без растрескивания. Этот процесс обычно занимает от 5 до 10 дней от холода до рабочей температуры.
4. Ввод в эксплуатацию сырьевой мельницы и сырьевого контура: Сырая мука производится и ее качество проверяется на соответствие целевому химическому составу перед подачей в печь.
5. Производство первого клинкера и оценка качества: Исходный клинкер отбирается и проверяется на фазовый состав (РФА), содержание свободной извести (заданное значение ниже 1,5%) и измельчаемость. Параметры горелки и печи регулируются для оптимизации качества клинкера.
6. Пусконаладочные работы по измельчению цемента и сертификация продукции: Цемент измельчается, проверяется на соответствие всем параметрам спецификации (дисперсность, время схватывания, прочность на сжатие) и передается на сертификацию продукции до начала коммерческих продаж.

Общая продолжительность ввода в эксплуатацию от завершения механических работ до производства первого товарного цемента обычно составляет от от 3 до 6 месяцев для новой линии по производству цемента производительностью от 3000 до 5000 тонн в день.

Часто задаваемые вопросы