Проектирование цементных заводов (стр. 1 )

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВОДОВ

Под редакцией

канд. техн. наук

и канд. техн. наук

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 показат/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 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 г. г.

Таблица 1.2.

Марочный состав (%) и средняя марка основных видов цемента в 1991 г.

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, фамилию 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.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48