Раздел 6. Перспективные технологии

Раздел 6 Перспективные технологии

В данном разделе представлены перспективные технологии производства цемента, как в целом, так и по отдельным технологическим переделам, реализация которых могла бы привести к снижению ущерба, наносимого окружающей среде при производстве цемента.

6.1 Технология получения цемента в кипящем слое

Технология обжига портландцементного клинкера в кипящем слое разрабатывается в Японии при поддержке Министерства внешней торговли и промышленности с 1986 года. Пилотный завод производительностью 20 т клинкера в сутки работал в течение шести лет, в период с 1989 по 1995 год, на заводе Тошиги, Сумитомо Осака Цемент, Япония. Пилотный завод производительностью 200 т/сутки был построен в конце 1995 года.

Принципиальная схема цементной печи кипящего слоя производительностью 20 т/сутки показана на рисунке 6.1.

Система состоит из запечного циклонного теплообменника (SP), аэрофонтанной грануляционной печи (SBK), печи кипящего слоя (FBK), установки резкого охлаждения в кипящем слое (FBK) и клинкерного холодильника плотного слоя.

Запечный теплообменник состоит из обычного четырехступенчатого циклонного теплообменника, который подогревает и декарбонизирует сырьевую смесь. Грануляционная печь гранулирует сырьевую смесь в виде гранул размером 1,5-2,5 мм при температуре 1300 °С. В обжиговой печи завершаются гранулообразование и обжиг клинкера при температуре 1400 °С. В установке резкого охлаждения клинкер охлаждается с 1400 до 1000 °С. Окончательное охлаждение клинкера до 100 °С производится в холодильнике плотного слоя.

Клинкер, полученный в печи кипящего слоя, по качеству аналогичен или лучше клинкера, получаемого в обычной печи. Выбросы NO _x составляют 115-190 мг/нм ³ при использовании в качестве топлива тяжелей нефти и 440-515 мг/нм ³ при использовании порошкообразного угля. Согласно выполненным исследованиям, для завода производительностью 3000 т клинкера в сутки расход тепла может быть уменьшен на 10-12 % в сравнении с вращающейся печью с запечным теплообменником и колосниковым холодильником, следовательно, выбросы СО ₂ могут быть снижены на 10-12 %.

Конечной целью развития технологии кипящего слоя (согласно предварительным оценкам для печи производительностью 3000 т/сутки на основе результатов испытаний пилотной печи производительностью 20 т клинкера в сутки) является:

- снижение расхода тепла на обжиг на 10-12 %;

- снижение выбросов СО ₂ на 10-12 %;

- снижение уровня выбросов NO _x до 380 мг/нм ³ и менее;

- сохранение текущего уровня выбросов SO _x;

- снижение стоимости строительства на 30 %;

- снижение площади застройки на 30 %.

Рисунок 6.1 - Печь кипящего слоя [110]

6.2. Технология применения метода химической регенерации тепла при производстве цемента

Сущность химической регенерации теплоты (ХРТ) клинкера, выходящего из печи, заключается в использовании его теплосодержания для предварительной эндотермической переработки исходного топлива, которое при этом получает повышенное количество химически аккумулированной теплоты, а также физически подогревается [111].

На рисунке 6.2 представлена принципиальная схема применения метода ХРТ для утилизации теплоты клинкера, выходящего из вращающейся печи сухого способа производства.

Рисунок 6.2 - Схема реализации метода химической регенерации теплоты клинкера

Сырье для производства цементного клинкера последовательно проходит термообработку в теплообменнике (ТО), декарбонизаторе (Д) и далее обжигается во вращающейся печи (П). Обожженный продукт - клинкер - выходит из вращающейся печи с температурой 1300-1400 °С и поступает на первую стадию охлаждения в реактор-холодильник (РХ), в который также подаются природный газ и окислитель (водяной пар, углекислый газ или их смесь из отходящих печных газов). Синтезированное топливо с температурой порядка 1000 °С поступает в форсунки (Ф) печи и декарбонизатора, в эти же форсунки вентиляторами (В) подается необходимое для сгорания топлива количество воздуха. Циклон (Ц) предназначен для отделения воздуха от клинкерной пыли. Питатель (Пт), устанавливаемый за РХ, служит для поддержания заданного слоя клинкера и исключения подсосов воздуха в РХ. Охлажденный до заданной температуры клинкер поступает из РХ в питатель и далее в традиционный холодильник (Х), где производится окончательное охлаждение.

Ввиду особенностей подачи топлива и воздуха на горение применение метода ХРТ предполагает проведение изменений выходной части печи и шахты холодильника (рисунок 6.3).

Рис. 6.3 - Схема технической реализации метода ХРТ

Горячий конец печи 1 выполнен с максимально уменьшенным диаметром, а шахту холодильника заменяют на разгрузочную течку. Весь воздух для сжигания топлива подают через форсунку 2. В связи с этим зона охлаждения в печи практически отсутствует, и охлаждение клинкера начинается в реакторе-холодильнике (РХ) 3.

Применение технологии ХРТ обеспечивает снижение расхода натурального топлива, решает проблему снижения выбросов трехатомных газов в атмосферу (в частности, CO ₂) и повышает эффективность горения топлива.