1. Процессы дробления, измельчения и активации
Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси из карбонатной компоненты (известняк, мел, ракушечник, известковый туф, мрамор, мергель) и глинистой компоненты (глина, шлаки, шламы), а также корректирующих добавок. Наилучшей сырьевой карбонатной составляющей является известковый мергель, содержащий 75-80% CaCO3 и 20-25% глины. Чаще всего на цементных заводах используют известняк – искусственные смеси: CаО –63-66%. KaО2 – 21–24%, Аl2О3 – 4–8%, Fe2O3 – 2–4%.
Производство портландцемента состоит из двух основных стадий:
- получение клинкера;
- измельчение клинкера совместно с гипсом;
В стоимости портландцемента стоимость клинкера достигает 70 – 80% , а его производство заключается в добыче сырьевых материалов, их дроблении, помоле сырьевой смеси до заданного состава, его смешивания и обжига. Собственно производство портландцемента из клинкера включает дробление клинкера, подготовку (дробление и сушку) минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера с активными минеральными добавками и гипсом, упаковку и складирование.
Для получения сырьевой смеси требуемого качества и состава при минимальных энергозатратах существует три способа производства клинкера: мокрый, сухой и комбинированный.
При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии – шлама влажностью 30 – 50%.
При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонко измельчённого сухого порошка, для чего перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают, и на обжиг поступает порошкообразная сухая сырьевая смесь.
При комбинированном способе сырьевую смесь готовят (измельчают) в виде шлама с последующим обезвоживанием на фильтрах или в распылительной сушилке или сначала сушат с последующим измельчением перед спеканием.
Основной недостаток мокрого способа заключается в испарении значительного объёма воды (30 – 50% от массы шламма), обуславливающее резкое повышение расхода теплоты на её испарение - 5,8 - 6,7 МДж/кг., т.е. на 30 – 40% выше, чем при сухом способе.
Основное преимущество сухого способа: снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4–4,2МДж/кг уменьшение на 35 – 40% объёма печных газов, что в совокупности и обеспечивает более высокие технико-экономические показатели сухого способа. Однако возможности сухого способа существенно ограничиваются исходной влажностью сырья, так как измельчение материалов в существующих мельницах может проводится при влажности не более 1%. Поэтому измельчение исходного сырья имеющего влажность 20 – 25% связана с высокими расходами теплоты на сушку.
Высокая энергоёмкость, технологическая сложность и громоздкость процесса производства цемента обусловлены, главным образом, тем обстоятельством, что около 85% электроэнергии, затрачиваемой на производство цемента, приходится на дробление сырья и помол, при этом 75% энергии расходуется на помол.
Существующие методы измельчения не позволяют измельчать вязко-пластичные и влажные материалы, а тем более глины исходной (природной) влажности. Поэтому, для измельчения глин вводят воду при мокром способе приготовления клинкера, (а затем её испаряют) или, при сухом процессе, исходный сырьевой материал предварительно сушат, что также требует значительных затрат, а затем измельчают.
Разработанные же нами технические средства дробления и измельчения – активации, а также методы диспергирования позволяют экономично измельчать материалы широкого диапазона вязкостных свойств. Используя наши методы, например, порошок глин можно получать непосредственно из сырьевой массы исходной влажности, что обеспечивает резкое повышение экономичности процесса. Так, плунжерная установка “гидростатической сдвиговой диспергирующей экструзии” изначально проектировалась для переработки сырьевой глины исходной вязкости с целью резкого повышения её пластичности при производстве керамического камня, а центробежно-диспергирующая мельница-форсунка для распыления глин исходной вязкости и получения глиняного порошка.
Применение этих решений позволяет существенно упростить технологию подготовки сырьевых клинкерных материалов и резко снизить энергозатраты. Это снижение обусловлено как высокой экономичностью разработанных методов дробления – измельчения, так и тем, что полностью устраняются затраты на испарение воды из глины, а также тем, что по предлагаемой технологии отпадает необходимость в оборудовании, обеспечивающего существующую технологию переработки глин как по мокрой, так и по сухой схемам.
Модифицированная плунжерная мельница является высокоэффективным альтернативным средством как дробления сырьевых клинкерных компонентов, так и измельчения-активации клинкера, обеспечивая простоту аппаратурно-технологического решения при энергозатратах порядка 30 МДж/т, при 90 – 110МДж/т по существующим технологиям.
Основные свойства портландцемента - прочность, скорость твердения и др. зависят от дисперсности частиц и их внутренней структуры (активационного состояния), которые определяются условиями измельчения При этом, тонкое измельчение клинкера с гипсом и активированными минеральными добавками является завершающей и энергоёмкой операцией в технологии производства портландцемента. Из проведённого нами сравнительного анализа энергозатрат в зависимости от дисперсности (степени измельчения) следует, что по стандартной технологии измельчения в шаровых мельницах энергозатраты на измельчение клинкера до стандартного размера частиц в 74мкм. составляют величину порядка 38 кВт.ч./т., в то время как при измельчении по предлагаемой технологии эти затраты составляют 9 кВт.ч./т., т.е. затраты на измельчение снижены более чем в три раза. Кроме того, при более тонком измельчении при производстве высокомарочного цемента экономия энергии увеличивается почти на порядок.
2. Системы глубокой пылеочистки
Для обеспечения высоких экологических требований по пыле-газоочистке мы предлагаем высокоэффективные технологические системы для очистки дымовых газов от следующих ингридиентов, с эффективностью:
- твёрдые примеси - 95-99%;
- СО - 50–70%;
- SO2 - 80–95%;
- NхOх - 75–90%;
- CхHх - 80-97%;
Проитзводительность системы от 10 тыс. до 1 млн. м3/ч. Данные характеристики обеспечиваются применением вихревых скрубберов для газоочистки , для глубокой очистки от твёрдых примесей используются высокоэффективные вихревые аэродинамические сепараторы-циклоны, а для улавливания пылевидных фракций применяются ионные фильтры.
Созданная система утилизации отводимого с выбросами тепла на базе тепловых насосов позволяет преобразовывать выбрасываемое в атмосферу тепло в электроэнергию, использование которой в технологическом процессе производства цемента также обеспечивает снижение производственных затрат.