Раздел 7. Перспективные технологии при производстве цемента

Раздел 7. Перспективные технологии при производстве цемента

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.

7.1 Технология получения высокоактивного смешанного двухклинкерного портландцемента

Технология получения высокоактивного смешанного двухклинкерного цемента основана на тонком измельчении смешанных в определенном соотношении клинкеров с высоким и низким коэффициентами насыщения [66].

Прочностные свойства смешанного двухклинкерного цемента (СДКЦ) на основе клинкера с КН = 0,91 с добавками клинкера с КН = 0,76 представлены на рисунке 7.1.

"Рисунок 7.1 - Прочность при сжатии смешанного двухклинкерного цемента"

СДКЦ можно получать:

- путем смешивания клинкеров с КН = 0,91 и КН = 0,76; требует раздельного приготовления шлама с различными характеристиками;

- вводом в рядовой сырьевой шлам 30% шлака с последующим обжигом такого шлама в одной из печей.

Вариант получения СДКЦ с применением шлака на одном составе шлама представлен на рисунке 7.2.

"Рисунок 7.2 - Схема получения СДКЦ на одном составе шлама

По данной схеме была выпущена опытная партия цемента на АО "Уралцемент", которая доказала эффективность применения такого способа.

Экологический эффект от применения данной технологии заключается в снижении энергозатрат при обжиге низкоосновного клинкера, снижении выбросов .

7.2 Технология применения метода химической регенерации тепла при производстве цемента

Сущность химической регенерации тепла (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 [67].

На рисунке 7.3 представлена принципиальная схема применения метода ХРТ для утилизации теплоты клинкера, выходящего из вращающейся печи сухого способа производства.

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°C - 1400°C и поступает на первую стадию охлаждения в реактор-холодильник (РХ), в который также подается природный газ и окислитель (водяной пар, углекислый газ или их смесь из отходящих печных газов). Синтезированное топливо с температурой порядка 1000°C 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.

"Рисунок 7.3 - Схема реализации метода химической регенерации теплоты клинкера"

Ввиду особенностей подачи топлива и воздуха на горение, применение метода ХРТ предполагает проведение изменений выходной части печи и шахты холодильника (см. рисунок 7.4). 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.

"Рисунок 7.4 - Схема технической реализации метода ХРТ "

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

7.3 Технология эффективной утилизации тепла и очистки отходящих газов при мокром способе производства цемента

Предлагается использование специального скруббера для обеспыливания газов, выходящих из вращающейся печи (см. рисунок 7.5) [68] и [69].

Использование данного аппарата наиболее эффективно для очистки отходящих из печи газов по мокрому способу производства в связи с их высоким влагосодержанием. При этом достигается эффективная утилизация теплоты, включая скрытую теплоту парообразования, а так как твердые частицы становятся центрами конденсации водяных паров, то эффективность пылеулавливания в данном аппарате достигает 99,99%, что подтверждено промышленными испытаниями.

Теплоту отходящих газов можно применять для нагрева чистой воды, применяемой в качестве теплоносителя для обогрева производственных и жилых помещений. При замене воды на легкокипящий теплоноситель (пентан) возможна генерация дополнительного количества электроэнергии в турбинах.

Образующаяся в аппарате суспензия направляется на приготовление шлама, что обеспечивает экономию водных ресурсов, топлива и предотвращение замерзания шлама в зимнее время.

Экологический эффект от использования предлагаемой технологии заключается в снижении энергозатрат на обжиг клинкера и в снижении выбросов пыли из печи.

"Рисунок 7.5 - Принципиальная схема скруббера энерготехнологической обработки газов"

7.4 Технология использования отвальных электрометаллургических шлаков для производства цемента

Предлагается производить послойную шихтовку в отвальной яме расплавленного шлака и мела с получением коэффициента насыщения смеси, близкого к КН рядового сырьевого шлама [70].

Данный способ применения шлака обеспечивает частичную декарбонизацию мела, снижение расхода тепла на обжиг клинкера и исключает приготовление дополнительного шлама с высоким КН. В дальнейшем полученную шлако-мело-известковую смесь предполагается подавать совместно с рядовым сырьевым шламом с холодного конца печи для получения цементного клинкера.

Для реализации данного способа предлагается технологическая схема, представленная на рисунке 7.6, по которой приготовление шлако-меловой шихты с использованием теплоты расплавленного шлака будет обеспечиваться еще на шлакоотвалах. Для этого расплавленный шлак необходимо выливать на подстилающий слой предварительно измельченного мела с естественной влажностью. Это обеспечит необходимый химический состав шихты, сушку и частичную декарбонизацию мела при охлаждении шлака. Полученная шихта в дальнейшем будет подвергаться удалению железа на магнитном барабане, фракционированию на вращающемся грохоте и усреднению в смесителе, а затем транспортироваться на цементный завод.

Перед подачей в печь шлако-мело-известковый компонент будет смешиваться со шламом в пропеллерном смесителе-измельчителе.

"Рисунок 7.6 - Предлагаемая технологическая схема применения шлака "

Альтернативные варианты совместного применения шлака, извести и рядового сырьевого шлама для получения высококачественного клинкера:

- предварительно измельченную в валковой дробилке известь подавать с холодного конца печи совместно со шлаком и шламом (см. рисунок 7.7):

"Рисунок 7.7 - Подача шлака, извести и шлама с холодного конца печи"

- предварительно измельченную в валковой дробилке известь подавать совместно с пылью электрофильтров за цепную завесу (см. рисунок 7.8):

"Рисунок 7.8 - Подача извести за цепную завесу, а шлака и шлама - с холодного конца печи "

- предварительно измельченную в валковой дробилке известь подавать совместно со шлаком за цепную завесу (см. рисунок 7.9):

"Рисунок 7.9 - Подача извести и шлака за цепную завесу"

При этом необходимо намертво обжигать известь (выше 1200°C с выдержкой более 1 ч) и обеспечить среднюю степень спекания клинкера, не допуская "пережога" или "слабого" обжига.

Экологический эффект от применения данной технологии заключается в снижении энергозатрат на обжиг клинкера, снижении выбросов .