4.2 Печь

Сырьевая мука, пройдя систему циклонных теплообменников, поступает в печь, где завершаются процессы декарбонизации и клинкерообразования.

Печь предназначена для получения цементного клинкера из сырья, предварительно декарбонизированного в системе циклонного теплообменника.

Вращающаяся печь состоит из корпуса с установленными на нем бандажами, опор, привода, системы гидроупоров, разгрузочной головки, уплотнения разгрузочного конца печи, установки горелки для сжигания топлива, устройств для охлаждения корпуса печи в зоне спекания и горловины, системы жидкой смазки опор и привода печи.

Корпус печей установлен под углом к горизонту на четырех роликоопорах

и приводится во вращение при помощи привода.

Верхний конец корпуса входит в загрузочную головку, нижний – в разгрузочную. Со стороны разгрузочного конца в корпус печи вводится топливная горелка.

Корпус печи представляет полый цилиндр, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Он состоит из кольцевых обечаек, изготовленных из листовой стали и сваренных между собой на монтаже.

Загрузочный конец печи выполнен в виде конуса с фланцем, к которому крепятся элеватор и секции порогового конуса.

На разгрузочном конце корпуса печи установлены пороговые футеровочные плиты из жаростойкой стали.

Корпус снабжен четырьмя бандажами, которыми он опирается на роликоопоры.

Бандажи могут быть вварными или устанавливаться по свободно плавающей посадке. Вварные бандажи составляются из двух полуколец, механически обрабатываемых в сборе на заводе – изготовителе и свариваемых окончательно при монтаже. При свободно плавающей посадке бандажей закрепление их на корпусе печи осуществляется при помощи башмаков и упоров. Зазор между накладками, приваренными к корпусу печи, и внутренним диаметров бандажа регулируется прокладками.

Опора включает в себя два опорных блока и раму, на которой они монтируются.

Опорный блок состоит из опорного ролика и двух подшипниковых узлов, смонтированных в раздельных корпусах. Опорный ролик вращается в четырехрядном коническом роликоподшипнике, воспринимающем радиальную нагрузку. Одна из цапф опорного ролика в осевом направлении фиксируется относительно подшипникового корпуса установкой упорных подшипников качения.

Система гидроупоров предназначена для восприятия осевых усилий, передающихся от корпуса печи, а также для регулирования осевого перемещения корпуса по опорным роликам.

Привод предназначен для приведения во вращение корпуса печи. Привод имеет три режима работы: быстрое рабочее вращение, вспомогательное медленное (ремонтное) вращение и более медленное вращение для автоматической сварки кольцевых швов корпуса печи. Каждый режим работы осуществляется от своего электродвигателя.

Привод печи – односторонний и состоит из открытой зубчатой передачи, главного двухступенчатого редуктора, главного асинхронного, регулируемого частотным преобразователем, электродвигателя мощностью 800 кВт (май 2009 г.), вспомогательного привода с редуктором, тормозом и асинхронным электродвигателем, микропривода с асинхронным электродвигателем и ременной передачей для вращения корпуса печи при сварке, соединительных муфт и промсоединения.

Открытая зубчатая передача содержит зубчатый венец на корпусе печи с устройством компенсации температурных расширений печи и подвенцовую шестерню.

Вспомогательный привод, предназначенный для медленного вращения печи при ремонтных работах, содержит асинхронный двигатель, двухступенчатый цилиндрический редуктор, колодочный тормоз суправлением от электрогидравлического толкателя. Соединение тихоходного вала вспомогательного редуктора с главным осуществляется через храповую предохранительную муфту свободного хода.

Разгрузочная головка представляет из себя металлоконструкцию, в которую с одной стороны входит корпус печи, а с другой – горелка. На головке имеется раздвижная дверь для подачи в корпус печи необходимых материалов и устройств. В нижней части головки имеется проем, через который из корпуса печи в холодильник пересыпается клинкер, а из холодильника поступает в печь горячий воздух.

Уплотнение разгрузочной головки предназначено для герметизации зазора между корпусом печи и неподвижной разгрузочной головкой и

представляет собой комбинацию уплотнений двух типов - лабиринтного и

лепесткового.

Для предотвращения воздействия высоких темпера­тур и механического действия обжигаемого материала внутреннюю поверхность корпуса вращающихся печей защищают огнеупорной футеровкой. Кроме того, футе­ровка значительно уменьшает тепловые потери через стенки печи, воспринимает теплоту и лучистую энергию газов, передает полученную теплоту обжигаемому материалу.

Условия службы футеровки в разных зонах печи различны. В зонах подсушки, подогрева, декарбониза­ции и охлаждения материал футеровки подвергается температурным и истирающим воздействиям, в зоне спе­кания печей - термическим, химическим и механичес­ким.

Футеровка корпуса печи (рис. 24) в зоне декарбонизации выполняется шамотным уплотненным кирпичом с толщиной кладки 200 мм. Футеровка экзотермических реакций и зоны спекания осуществляется периклазо-хромитовым кирпичом повышенной плотности, толщина кладки 230 мм. Перед зоной спекания (4 м) и в зоне охлаждения огнеупоры выложены зеброй (чередование рядов из шамотных и периклазо-хромитовых огнеупоров). Конус укладывается кольцами на металлических пластинках через ряд и для выравнивания кладки.

В разгрузочной головке укладывается двухслойная футеровка общей толщиной 350 мм. Теплоизоляционный слой, прилегающий к корпусу головки, состоит из диатомитового кирпича толщиной 113 мм, внутренний слой состоит из шамотного кирпича толщиной 230 мм.

Стойкость футеровки характеризуется рабочим вре­менем (в сутках) наиболее разрушающегося участка (зоны спекания) и зависит от вида применяемого огне­упорного материала, качества футеровочных работ, диа­метра печи и режима ее работы, вида топлива и других факторов.

Стойкость футеровки увеличивается с образованием в процессе работы печи на внутренней ее поверхности клинкерной обмазки, что зависит от содержания в спек­шемся клинкере жидкой фазы и ее состава. Чем больше

жидкой фазы, тем толще обмазка. Для улучшения усло­вий клинкерообразования в сырьевую смесь вводят ми­нерализаторы, понижающие температуру ее плавле­ния - фтористый кальция, кремнефтористые соли каль­ция, магния или натрия. На ЗАО «Невьянский цементник» минерализаторы не используются из-за опасности забивок циклонов.

Рис. 24. Схема футеровки вращающейся печи

В печи за счет ее наклона и вращения сырьевая смесь перемещается от загрузочного конца печи к разгрузочному. При этом происходит дальнейший нагрев материала, его физико-химические превращения и обжиг при высоких температурах (1450 ⁰С), в результате чего образуется цементный клинкер.

В результате обжига сырьевой смеси получается цементный клинкер, содержащий в основном известь и кремнезем, а также гли­нозем и окись железа, находящиеся в виде силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Образованию конечного продукта - портландцементного клин­кера - предшествует ряд физико-химических и теплотехнических процессов, которые протекают в определенных температурных гра­ницах - технологических зонах печного агрегата.

Процесс охлаждения клинкера в самой печи и в холодильниках имеет большое значение как с теплотехнической, так и с технологи­ческой точки зрения. Обычно в зоне охлаждения, расположенной в самой печи, тем­пература клинкера снижается до 1100 – 1350 ⁰С, а в холодильниках в зависимости от их конструкции - до 50 – 300 ⁰С.

Вторичный воздух, охлаждающий клинкер, нагревается до 800-1000⁰С и с ним возвращается в печь 200 - 270 ккал/кгклинкера. Сле­довательно,

эффективное охлаждение клинкера приводит к значи­тельной экономии тепла и повышению температуры горения топлива.

Быстрое охлаждение клинкера препятствует разложению алита, находящегося в метастабильном состоянии в интервале температур 1200 – 1250 ⁰С, способствует фиксации жидкой фазы в стекловидном состоянии и мелкой кристаллизации клинкерных минералов, мешает выделению примесей из минералов и росту самих кристаллов.

В качестве топлива для обжига клинкера служит природный газ. Он подается на горение в печь через газовую горелку.

Отходящие газы из печи и декарбонизатора просасываются через систему теплообменников с помощью мощного дымососа ДЦ 32,5  2 производительностью 530 тыс. м³/ч и направляется в обводной тракт, из которого основная часть газов поступает в сырьевые мельницы, где их тепло используется для сушки сырья, а избыточное количество газов поступает в охладительную колонку, затем в электрофильтр ЭГA – I – 40 – 12 – 6 - 4 на очистку и через дымовую трубу высотой l20 м и диаметром 4,2 м выбрасываются в атмосферу двумя дымососами ДРЦ 21  2.

Колонка увлажнения предназначена для охлаждения и увлажнения отходящих печных газов посредством впрыска и испарения тонко распыленной воды в полости колонки с целью повышения КПД электрофильтра. Электрическое сопротивление охлажденной и увлажненной пыли, содержащейся в отходящих газах, понижается в 10 – 100 раз, благодаря чему резко возрастает эффективность пылеулавливания.

Охлаждение и увлажнение печных газов производится путем впрыска и испарения воды в потоке движущихся через колонку горячих газов. Распыление и впрыск воды в полость колонки осуществляется с помощью форсунок, в которые под давлением подается вода от насоса. Испарение распыленной воды и охлаждение газов продолжается в газоходе, соединяющем колонку с электрофильтром, куда газ поступает увлажненный и охлажденный до 180 ⁰С.

Для охлаждения клинкера предусматривается установка колосникового

холодильника СМЦ – 33, производительностью 3000 /сутки.

Колосниковый холодильник (рис. 25) предназначен для охлаждения воздухом цементного клинкера и возврата тепла в печь и декарбонизаторсо вторичным воздухом.

Рис. 25. Схема колосникового холодильника СМЦ - 33

1 - кожух; 2 - футеровка; 3 - загрузочная шахта; 4 - привод колосниковой решетки; 5 - натяжная станция конвейера для уборки просыпи; 6 - окно для подвода воздуха в подколосниковую камеру; 7 - шлюзовой затвор; 8 - короб конвейера уборки просыпи; 9 - опорный каток; 10 - жалюзийный затвор для подачи воздуха в последнюю подколосниковую камеру; 11 - при водная станция конвейера для уборки просыпи; 12 - разгрузочное устройство; 13 - молотковая дробилка; 14 - сортирующее устройство перед молотковой дробилкой; 15 - бронефутеровка кожуха; 16 – патрубок для отвода излишнего воздуха в аспирационную установку; 17 - устройст­во для охлаждения и увлажнения воздуха, сбрасываемого в окружающую среду; 18 - колосниковая решетка; 19 - патрубок для отвода горячего воз­духа к реактору – декарбонизатору.

Колосниковый холодильник представляет собой камеру, разделенную по горизонтали колосниковой решеткой на две части: нижняя часть – основание является опорным узлом, на него устанавливается колосниковая решетка 18, кожух 1, футеровка кожуха 2, привод 4.

Под колосниковой решеткой расположены транспортеры просыпи. В конце холодильника находится разгрузочное устройство с молотковой дробилкой 13.

Колосниковая решетка приводится в движение через привод 4 с плавным регулированием числа оборотов.

Под первой тележкой колосниковой решетки установлены шлюзовые затворы 7, предназначенные для уплотнения камер подколосникового пространства в местах выгрузки просыпи материала на транспортеры.

Подача воздуха для охлаждения клинкера производится вентиляторами. Регулирование количества охлаждающего воздуха осуществляется шиберами, а распределение воздуха по камерам подколосникового пространства – жалюзийными затворами 10.

Избыточное количество газов из холодильника отсасывается через электрофильтры дымососами.

Для повышения степени очистки сбрасываемые из холодильника газы увлажняются водой, подаваемой через форсунки системы увлажнения 17.

Работа холодильника осуществляется следующим образом: охлаждение производится воздухом, продуваемым вентиля­торами через колосниковую решетку 18 и находящийся на ней слой клинкера. Воздух при этом нагревается и поступает частич­но по специальному воздуховоду 19 в декарбонизатор, где используется для поддержания горения топлива. На охлаждение клинкера в колосниковых охладителях воздуха всегда требуется больше, чем это необходимо для сжигания топлива, расходуемо­го на обжиг клинкера в печном агрегате. Избыточный воздух из охладителя сбрасывается в окружающую среду через патрубок 16 и аспирационную установку.

Обожженный клинкер из печи поступает через приёмную шахту 3 охладителя непосредственно на загрузочный участок ко­лосниковой решетки. Перемещение клинкера на колосниковой решетке с одновременным перемешиванием этого слоя осущест­вляется за счет наклонного возвратно-поступательного движения подвижных колосников под некоторым углом к горизонтали. Ко­лосники имеют щели для прохода охлаждающего воздуха, поэтому при транспортировании клинкера по колосниковой решет­ке мелкие куски просыпаются через эти щели в подколосниковое пространство и

убираются с помощью двух скребковых конвейе­ров. Подколосниковое пространство разделено перегородками на отдельные камеры, в которые от вентиляторов подается охлаж­дающий воздух. Для измельчения крупных кусков клинкера пре­дусмотрена молотковая дробилка 13, установленная в разгрузоч­ной части охладителей.

На колосниковой решетке клинкер охлаждается и транспор­тируется от вращающейся печи на клинкерные конвейеры. Ре­шетка состоит из нескольких секций, расположенных с уступом относительно друг друга. Подвижные колосники каждой секции оснащены отдельным кривошипно-шатунно-рычажным приво­дом 4. Подвижные и неподвижные колосники закреплены соот­ветственно на подвижных и неподвижных поперечных подколос­никовых балках. Каждый поперечный ряд подвижных колосни­ков перекрывается последующим рядом неподвижных колосников. Между колосниками предусмотрены зазоры для компенсации их температурных расширений. Зазоры перекрыва­ются снизу специальными кронштейнами, установленными на подколосниковых балках, что позволяет свести к минимуму просыпание мелких кусков клинкера через зазоры вниз в подко­лосниковое пространство.

Основная масса нагретого воздуха поступает в печь и декарбонизатор, а избыточный воздух после очистки в электрофильтрах сбрасывается в атмосферу дымососами.

Температура вторичного воздуха составляет 800 - 850 °С.

Чтобы снизить до минимума вынос клинкерной пыли из холодильника, рекомендуемая скорость в шахте должна быть не более 5 м/с. Следовательно, при реализации предложения по отбору третичного воздуха необходимо расширить шахту холодильника.

В работе холодильника проявляется недостаток - повышенная температура охлажденного клинкера, 130°С, а порой выше 200°С. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, клинкерным пылением, а во-вторых, наличием перегородки над холодильником, которая, имеет большое сопротивление. (Ступенчатое расположение решеток холодильника СМЦ-33 себя не оправдало, и в настоящее время колосниковые холодильники с такой компановкой не изготавливаются).

Избыточный воздух колосникового холодильника очищается в электрофильтре ЭГА 2 – 56 - 12, а затем выбрасывается в атмосферу через трубу высотой 90 м и диаметром устья 3,6 м.

Холодильник комплектуется дутьевыми вентиляторами, дробилкой, системой увлажнения воздуха и другим вспомогательным оборудованием.

Удельный расход воздуха на охлаждение клинкера составляет 3 – 3,5 нм³/кг. Подаваемый на охлаждение клинкера воздух нагревается в холодильнике и поступает на горение в печь и декарбонизатор, а избыточный – на очистку в электрофильтр соответственно в количествах: 52 тыс. нм³/ч – в печь; 79 тыс. нм³/ч – в декарбонизатор; 330 тыс. нм³/ч – на очистку.

В целом вращающаяся печь работает достаточно устойчиво со стабильными режимными параметрами и выпуском качественного клинкера. Однако постоянно наблюдается клинкерное пыление. Известно, что при клинкерном пылении снижаются на 2 - 5 МПа активность клинкера и на 10 - 15% тепловой КПД холодиль­ника, одновременно происходит повышенный износ колосников, увеличиваются удельный расход тепла, электроэнергии и запыленность рабочих мест. Исходя из опыта по устранению клинкерного пы­ления, можно с достаточной уверенностью заключить, что на ЗАО «Невьянский цементник» основной причиной клинкерного пыления является длительная вы­держка готового клинкера под факелом при высокой температуре. Это подтвер­ждается двумя факторами: распределением температуры корпуса печи в зоне спекания, где температурный максимум удален от горячего обреза печи более чем на 20 м.