Проектирование цементных заводов (стр. 29 )

Во втором из рассматриваемых случаев (оба модуля ниже заданных) для получения требуемого состава необходимо введение двух корректирующих добавок — кремнеземистой и глино-земсодержащей. Такая ситуация возникает при применении в качестве сырья низкокремнеземистых, высокожелезистых и низ­коглиноземистых материалов. В практике такой случай встреча­ется редко.

В третьем случае повышение значения глиноземного модуля, при одновременном снижении силикатного модуля, может быть достигнуто введением глиноземсодержащей корректирующей до­бавки. В практике такой случай встречается также редко.

В четвертом случае получение заданного состава достигается применением кремнеземистой и железосодержащей добавок. Та­кой случай является реальным, например, при использовании в качестве сырьевого компонента доменного шлака.

После определения необходимости введения в портландцементную сырьевую смесь корректирующих добавок следует перейти к расчету трехкомпонентных и более сложных сырьевых смесей. Такие расчеты, как правило, выполняются по методике, разра­ботанной Киндом-Окороковым или Коганом.

По методу Кинда-Окорокова для расчета используют форму­лы, полученные подстановкой в выражения для коэффициента насыщения и модулей значений содержания оксидов в сырьевой смеси:

(8.9) и т. д., (8.10)

где Si, 82, 83, аь А.2, А3 содержание SiC>2 и А2Оз соответст­венно в 1, 2 и 3-м компоненте, а X : Y: 1 — соотношение ком­понентов.

Широко используется для расчетов портландцементных сырье­вых смесей метод , представляющий собой метод сту­пенчатого расчета. В этом случае, исходя из анализа результатов расчета двухкомпонентной сырьевой смеси или непосредственно из модульных характеристик исходных сырьевых материалов осуще­ствляется последовательное приведение состава сырьевых компо­нентов к одинаковым значениям модулей путем взаимного коррек­тирования компонентов друг другом. По этому методу четыре сырьевые компонента приводятся к условным трем, имеющим рав­ные значения одного модуля. Полученные три компонента после­довательно приводятся к двум сочетаниям, имеющим уже оба за­данные модуля. И, наконец, для получения необходимой величины коэффициента насыщения устанавливается соотношение двух ус­ловных компонентов с заданными пир.

Соотношения для получения компонентов с заданными зна­чениями модулей устанавливаются, исходя из следующего: если содержание оксидов в двух смешиваемых компонента» обозна­чить за Si, Ai, Fi, 82, А2 и Fa, принять А + F = R, а содержание оксидов в смеси двух компонентов при их соотношениях Х:1 обозначить за S см и rcm, то

(8.11)

Огарков на золу:

(8.12)

Подставив эти выражения в формулу для силикатного модуля

получим выражение для определения соотношения смешиваемых компонентов для получения заданной величины силикатного мо­дуля:

(8.14)

Аналогично, для определения соотношения компонентов при заданной величине глиноземного модуля:

(8.15)

Общая последовательность выполнения расчета следую­щая:

1. Расчет присадки золы топлива q, исходя из расхода топлива на обжиг, зольности топлива и доли присаживаемой золы от общего его количества.

2. Приведение химического состава сырьевых материалов к 100% (прокаленным). Расчет модульных характеристик сырьевых материалов и золы и назначение модулей для расчета.

3. Выбор пар компонентов, обеспечивающих заданное значе­ние модулей. Последовательное приведение исходных компонен­тов к условным составам с заданным п или р. Промежуточная проверка расчета.

4. Определение соотношения условных компонентов с задан­ным значением модулей на получение требуемой величины КН.

5. Расчет расхода сырьевых материалов на 100 кг клинкера, проверка расчета.

Некоторые затруднения на первых порах вызывает расчет расхода материалов на 100 кг клинкера.

Пример. Соотношение компонентов

— в известняке l(Hi): известняка —94,44%;

огарков — 5,56%;

— глины 1 (П): глины —89,93%;

огарков — 10,07%;

— в золе 1 (3i): золы —48,45%;

огарков — 51,55 %.
Если

q=l,77; £-=1,41; ^ = 2,57;

тогда

— откорректированной золы (3i):

— откорректированного известняка (Hi) на откорректирован­ную золу (3i):

— «зольного клинкера»:

— остального клинкера:

Итого: И|тк = 50,88 + 9,38 = 60,26; Г&к = 36,09; З&к = 3,65.

Известняка в И&к = 60,26-0,9444 = 56,91;

огарков в И|гк = 60,26-0,0556 = 3,35;

глины в Г|гк = 36,09 • 0,8993 = 32,46;

огарков в Г&к = 36,09-0,1007 = 3,63;

золы в Зотк = 1.77;

огарков в 3gTK = 1,88, таким образом содержание компонентов составит:

— известняка — 56,91;

— глины — 32,46;

— огарков — 8,86;

— золы — 1,77;

Итого: 100%.

Исходя из этих соотношений устанавливается расход сырьевых материалов за вычетом золы топлива и после пересчета прокален­ных на сухие материалы.

Вышеизложенные сведения относятся к основным принципам расчета портландцементных сырьевых смесей аналитическими методами. Такие методы в процессе подготовки специалиста по специальности 2508 «Технология силикатных и тугоплавких не­металлических материалов» должны быть освоены и глубоко поняты студентом, ими широко пользуются в промышленности, они являются также теоретической основой для выполнения расчетов сырьевых смесей современными машинными способами. Расчеты портландцементных сырьевых смесей машинными спо­собами включают расчеты на калькуляторах или с применением ЭВМ. Такие расчеты выполняются в ходе проектирования це­ментного завода в системе автоматизированного проектирования (глава 5), как правило, при дипломном проектировании. Цель расчетов портландцементных сырьевых смесей в режиме ЭВМ по разработанным программам — выбор оптимального состава сырьевой смеси из многих вариантов, в зависимости от колеба­ний состава каждого из сырьевых компонентов, различного вида корректирующих добавок, при варьировании состава портландцементного клинкера.

Результатом серии расчетов портландцементных сырьевых смесей, выполненных в системе САПР-цемент, и включающих в ряде случаев проработку 20—30 вариантов и более, явля­ется:

1. Обоснование количества компонентов сырьевой смеси.

2. Обоснование и выбор корректирующих добавок.

3. Определение изменения соотношения компонентов сырье­вой смеси при изменении их состава в диапазоне, установленном при разведке карьера.

4. Обоснование необходимости разработки карьера в несколько уступов для одного вида сырья, например, «высокий» известняк, «низкий» известняк и др.

5. Обоснование целесообразности выборочной добычи сырья и сброса низкокондиционных включений в отвалы.

6. Рекомендации по использованию в составе сырьевых смесей вскрышных пород.

Необходимые для выполнения серии расчетов на ЭВМ данные J могут быть получены в горном отделе или сырьевой лаборатории, а также из отчетов геологов по разведке данного месторождения цементного сырья. Требования к составу цементного сырья из­ложены в нормах технологического проектирования цементных заводов.

8.2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Расчет материального баланса цементного завода является ос­новой для выбора технологического оборудования и технико-эко­номической оценки проектируемого предприятия.

Материальный баланс определяет потребность завода в сырье, топливе, добавках и вспомогательных материалах, необходимых для технологического процесса: воды, сжатого воздуха, разжижителей шлама, интенсификаторов помола, футеровочных матери­алов и т. д.

В материальном балансе определяется также количество про­межуточных продуктов (полупродуктов) технологии: клинкера, сырьевой муки, шлама, и готового продукта — цемента различ­ных видов и марок.

Для расчета материального баланса необходимо иметь следу­ющие исходные данные:

— типоразмер и количество печей (технологических линий) для производства портландцементного клинкера;

— удельный расход сырьевых материалов по данным расчета сырьевой смеси;

— удельный расход топлива на обжиг клинкера и сушку до­бавок;

— ассортимент выпускаемой продукции и процент ввода до­бавок и гипса для цементов всех видов и марок;

— естественную влажность сырьевых материалов, топлива и шлама.

Учет производственных потерь при расчете материального ба­ланса:

— потери сырьевых материалов принимаются суммарно по всему переделу переработки сырья (кроме карьера) в количе­стве 0,5% и учитываются при расчете удельного расхода сырья;

— потери твердого топлива по всем переделам его переработ­ки принимаются 1,0%, при применении бурых углей — 2,0%, жидкого топлива и газа — 0,3%;

— потери цемента принимаются 0,5%, клинкера — 0,5%, до­бавок и гипса — 1,0%.

8.2.1. Расчет мощности завода по клинкеру и цементу

Мощность (производительность) завода устанавливается по ко­личеству технологических линий (печей), исходя из гарантиро­ванной часовой производительности печей и нормативного коэф­фициента их использования в течение года.

Проектная производительность завода по клинкеру рассчиты­вается по формуле:

(т/год), (8.16)

где n — число технологических линий (печей) для обжига клин­кера; q — гарантированная часовая производительность одной пе­чи в тоннах (табл. 8.2); 8760 — годовое календарное время в часах; Ки — коэффициент использования годового календарного времени (табл. 8.2).

Коэффициент использования годового календарного времени работы печей определяют по формуле:

где П — количество часов простоя печи при ремонте за один год (в среднем).

Таблица 8.2

Производительность и коэффициент использования вращающихся печей*

Способ роизводства	Типоразмер печи	Кн	Произвдтельность, т/ч
Мокрый	5,6х185 м	0,89	76
	5,0х185 м	0,89	72
	4,5х170 м	0,90	50
	4,0х150 м	0,91	35
	3,6х150 м	0,92	25
Сухой, печи с цклонными еплообменниками	7,0х6,4х95 м	0,80	132
	5,0х75 м	0,875	70
	4,0х60 м	0,90	42
	3,6х56 м	0,91	31
Сухой, печи с циклонными теплообмнниками и декарбонатором	4,5х80 м	0,85	125
	5,0х100 м	0,82	210
	4,0х60 м	0,90	87
	3,6х56 м	0,91	67

•Примечание: Производительность печей, приведенная в таблице 8.2, дается для «типовых» сырьевых материалов — известняка и глины при потере при прокаливании сырьевой смеси 36—37%. В случае использования нетрадиционного сырья и, в частности, промышленных отходов (шлаков, шламов, зол) производительность печей уточняется по фактическим данным. При отсутствии экспериментальных данных производительность печи, работающей на нетрадиционном сырье, может быть откорректирована! исходя из условий обжига одинакового количества сухой сырьевой смеси, обжигаемой в единицу временя. В этом случае снижение величины потери при прокаливании смеси пересчитывается на соответствующее увеличение выхода клинкера.

При мокром способе производства клинкера производительность печей должна корректироваться также при влажности шлама, отличающейся от расчетной (38%), а печей 5,6X185 м — 42%.

При расчете производительности завода по цементу содержа­ние в нем гипса принимается равным 5% масс.

Производительность по цементу (Qu.su, т в год) рассчитывается по формуле:

(8.18)

где Qvi — производительность завода по клинкеру, т/год; 0,95 — коэффициент, учитывающий содержание гипса; Мср — средне­взвешенное содержание клинкера, масс.%, в цементах всех видов и марок на проектируемом предприятии. «Мср» рассчитывается по формуле:

(8.19)

где D1 — содержание добавок в цементе первого вида (марки), масс.%; D2 — содержание добавок в цементе второго вида (мар­ки), масс.%; dj — содержание добавок в цементе i — того вида (марки), масс.%; ni, N2,...Nj — доля в общем выпуске цемента каждого вида, масс.%, при условии что n! + N2...Ni= 100%.

Так, например, если на проектируемом заводе предполагается выпуск:

шлакопортландцемента с 60% шлака — 40%,
портландцемента с минеральными добавками Д-20 —15%,
портландцемента Д-5 —45%,

то средневзвешенное содержание клинкера

Проектная производительность завода по цементу опреде­ляется ассортиментом продукции, предусмотренным в задании на проектирование. Для расчета необходимы следующие дан­ные:

1. Доля цемента каждого вида от общего выпуска цемента на проектируемом предприятии в масс.%.

2. Максимальное содержание добавок в цементе каждого виде-;

8.2.2 Определение удельного расхода сырьевых материалов, топлива и вспомогательных материалов

Исходные данные для расчета удельного расхода сырьевых материалов на 1 т клинкера должны быть получены из расчета соответствующей сырьевой смеси.

Удельный расход сырьевой смеси (1, т/т кл.) рассчитывается по формуле:

где q — присадка золы топлива (при использовании твердого топлива), масс.%; п. п.п.— потери при прокаливании сырьевой смеси (получены из расчета сырьевой смеси), масс.%.

Удельный расход каждого сырьевого компонента рассчитыва­ется как

где l — удельный расход сырьевой смеси; Ci — содержание, масс.%, каждого компонента сырьевой смеси (по результатам расчета сырьевой смеси).

Удельный расход топлива определяется из расчета тепловых балансов печных, сушильных и сушильно-помольных агрегатов. Ориентировочные (средние по промышленности) удельные расхо­ды сырья, топлива и вспомогательных материалов составляют:

карбонатный компонент—1100—1350 кг/т клинкера;

глинистый компонент — 200—350 кг/т клинкера;

корректирующие добавки—10—100 кг/т клинкера;

топливо условное на обжиг клинкера:

по сухому способу — НО—135 кг/т клинкера;

по полусухому способу — 150—180 кг/т клинкера;

по мокрому способу — 200—235 кг/т клинкера.

сжатый воздух — 60—80 нм3/т цемента; добавки в цемент — 0—250 кг/т цемента; гипс — 30—80 кг/т цемента; мелющие тела — до 1,05 кг/т цемента; огнеупоры — 1,5 кг/т клинкера.

8.2.3 Режим работы производственных отделений и годовой фонд рабочего времени

Режимы работы производственных отделений выбираются в со­ответствии с режимом работы машин и оборудования (таблица 8.3).

Режим работы карьеров принимается в две смены при непре­рывной рабочей неделе.

Режим отделений предварительного измельчения сырьевых материалов (дробилки, болтушки, дробильно-сушильные агрега­ты, мельницы «Аэрофол» и «Гидрофол») взаимосвязан с режимом работы соответствующих карьеров.

Отгрузка цемента из силосов и режим работы упаковочного отделения определяются периодичностью поступления железно­дорожного или автомобильного транспорта.

Номинальный годовой фонд рабочего времени по подразделениям, работающим на непрерывном режиме, принимается 365 суток или 8760 часов. При прерывном режиме работы подразделений номинальный годовой фонд рабочего времени определяется как разность между календарным временем (365 суток) и выходными и праздничными днями.

Режим работы машин и оборудования по основным производствам (переделам)

Режим работы машин и оборудования по основным переделам следует принимать в соответствии с табл. 8.3.

Таблица 8.3

№№ п/п	Наименование производства (переделов)	Количество смен в сутках	Примечание
1.	Отделение предварительного измельчения сырьевых материалов, добавок и топлива (дробилки, мельницы грубого измельчения и т. п.)	2	Исключая дробилки-сушилки
2.	Дробилки-сушилки	3
3.	Склады сырьевых материалов, добавок, топлива, сырьевой смеси, клинкера, цемента, интенсификаторов, минерализаторов, пластификаторов	2-3	В зависимости от режима работы производств, обеспечивающих подачу и потребление складируемых материалов
4.	Отделение помола цемента, компрессорная, мокрый помол сырья	2-3	С учетом пиковых нагрузок в региональных (местных) энергосистемах
5.	Цех обжига клинкера, сухой помол сырья, сушильные и топливоподготовительные отделения	3
6.	Установки для отгрузки готовой продукции (цемент, клинкер, мука, щебень и т. п.) и для приема поступающих на промплощадку грузов (топливо, добавки, вспомогательные материалы и т. п.)	1-3	Уточняется в зависимости от режима подачи железнодорожных вагонов и автотранспорта

8.2.4 Основные условия расчета материального баланса завода

1. Расходы и потребности сырья, материалов, полупродуктов производства и готовой продукции в статьях материального ба­ланса рассчитываются в год, сутки и час.

2. Расходы материалов, связанные с обеспечением непрерыв­ной работы печей: сырья, корректирующих добавок, разжижителей шлама, топлива, рассчитываются исходя из потребности пе­чей при работе их 24 часа в сутки. При этом расчет ведется исходя из производительности печи по клинкеру на основе ус­тановленных ранее удельных расходов сырья, материалов и топ­лива в тоннах на 1 тонну клинкера. Годовая потребность в сырье и топливе рассчитывается по годовой потребности печей с учетов коэффициента их использования (Ки).

3. Статьи материального баланса по материалам и продукции, не связанным с непрерывным питанием печи (цемент, гидравли­ческие добавки, гипс, интенсификаторы помола), определяются исходя из годовой производительности завода по цементу на ос­нове принятого режима работы соответствующих отделений (по­мол цемента, сушка добавок).

8.2.5 Примеры расчета некоторых статей материального баланса

Исходные данные:

часовая производительность печи — 125 т;

количество технологических линий — 1;

коэффициент использования печи — 0,90.

Расход известняка:

Удельный расход — 1,45 т/на 1 т клинкера.

Влажность — 10%.

Удельный расход с учетом 0,5% производственных потерь — 1,46 т/на 1 т клинкера.

Расход в час: 1,= 182,2 сухого.

202,4 влажного.

Расход в сутки: 182,2-24 = 437 сухого.

485 влажного.

Расход в год при Ки = 0,9 • 437 • 365 = 1436530 сухого.

1596144 влажного.

Аналогично рассчитываются другие статьи баланса по мате­риалам, обеспечивающим непрерывное питание печей: глины, корректирующих добавок: разжижителей шлама, воды, сухой сырьевой смеси, шлама с заданной влажностью, а также топлива на обжиг клинкера.

Расход гидравлических добавок:

Производительность по клинкеру:

мср — средневзвешенное содержание клинкера в цементе — 70,75%-Расход добавки (например, шлака) в год: 407433 сухого, 462992ч с влажностью 12%.

Производительность по цементу:

Расход шлака в сутки:

407433 : 300 = 1358 т сухого

1543 т влажного (12%),

где 300 — число рабочих дней в году отделения сушки шлака. Расход шлака в час:

1358 : 24 = 56,6 т сухого.

64,3 т влажного (12%).

Аналогично рассчитываются статьи баланса по таким мате­риалам как цемент, гипс, добавки-интенсификаторы помола (ис­ходя из режима работы цементных мельниц — 307 дней в году, 23 часа в сутки), а также сжатый воздух (на перемешивание сырьевой смеси или шлама, транспортирование и аэрацию це­мента и др.). Пример формы записи материального баланса це­ментного завода исходя из вышеприведенных исходных данных (1 технологическая линия с печью 125 т клинкера в час) пред-