4.10. Сучасні агрегати для випалу клінкеру
Основним агрегатом для випалу клінкеру в цей час є обертова піч, що працює за мокрим способом. Все більше поширення одержують печі із циклонними теплообмінниками й конвеєрними кальцинаторами, що працюють за сухим способом. Обертові печі дають можливість повністю автоматизувати процес одержання клінкеру, забезпечують його гарну якість. Роботи з пошуку нових методів випалу клінкеру поки ще не можуть бути впроваджені у виробництво.
Довгі обертові печі мокрого способу. У всіх країнах світу спостерігається тенденція до установки великих обертових печей, тому що вони володіють цілим рядом переваг перед короткими печами: мають більш низьку питому витрату палива, менші витрати праці на одиницю продукції, питому металоємність і питомі капіталовкладення.
На деяких заводах України ще експлуатуються печі 3,6/3, 3/3,6 х 150 м; 3,6/3, 3/3,6 х 127 м. У 60-і роки 20-го століття в цементну промисловість стали впроваджувати більш високопродуктивні печі 4 х 150 м (800—900 т/добу) і 4,5 х 170 м (1200 т/добу). У 70-і роки 20-го століття основним агрегатом стала піч 5 х 185 м продуктивністю 1800 т/добу й пущений в експлуатацію головний зразок ще більш потужної печі 7 х 230 м продуктивністю 3000 т/добу. Питома витрата палива знизилася з 1650 до1400—1450 ккал/кг.
Печі, як правило, забезпечуються внутрішніми теплообмінними пристроями, з яких найбільш широко застосовується ланцюгова завіса. У печі 5 х 185 м, крім ланцюгової завіси, був передбачений фільтр-підігрівник і керамічний теплообмінник. Однак практика перших заводів, на яких були встановлені ці печі, показала, що фільтр-підігрівник обмежує продуктивність печі й швидко замазується, тому від нього відмовилися. Не виправдав себе також і керамічний теплообмінник, запроектований у печі 4,5 х 170 м, він виявився дорогим і недовговічним. У печі 7 х 230 м передбачені і ланцюгова завіса, і ланцюговий теплообмінник.
Потужні ланцюгові завіси, що мають високорозвинену поверхню теплообміну, поліпшують теплотехнічні характеристики печей і інтенсифікують випал клінкеру. Вологість матеріалу, що виходить із ланцюгової завіси, становить 0—1,5% при температурі від 115 до 175°С, тоді як вологість матеріалу при виході зі звичайної ланцюгової завіси — приблизно 10%. Потужна ланцюгова завіса в холодному кінці зони має максимальну щільність і складається з найбільш довгих ланцюгів, що сприяє якісному вловлюванню пилу. Посилений теплообмін сприяє зниженню температури газів, що відходять, до 160-210°С проти середньої, яка дорівнює 252°С. Інтенсифікує випал, забезпечує деяке збільшення швидкості обертання печі, зниження вологості шламу, роботу на довгому факелі, збільшення потужності димососів.
У наш час у будівлях установлюються лише холодильники, голівка печі й шламових живильників, а обертові печі встановлюються поза будинком. Це дозволяє вести монтаж устаткування великими блоками, що значно прискорює будівництво. Тепловтрати в печах, установлених поза будинком, збільшуються дуже незначно (у межах 20—25 ккал/кг клінкеру) і можуть бути зменшені при поліпшенні теплоізоляції.
Печі сухого способу. До таких печей відносяться короткі обертові печі із запічними теплообмінниками, що живляться сировинною мукою; короткі обертові печі з конвеєрними кальцинаторами, що живляться сировинними гранулами вологістю 12-14%; довгі обертові печі із внутрішніми або запічними теплообмінниками, що живлять сировинною мукою. Шахтні печі, що володіють низькою продуктивністю, у цей час на заводах великої потужності не застосовуються.
В обертових печах із запічними теплообмінниками у вигляді циклонних або шахтно-циклонних установок процеси остаточного висушування, дегідратації й часткової декарбонізації сировинної муки відбуваються у зваженому стані в запічних теплообмінних пристроях, а закінчення процесу декарбонізації й спікання протікає в обертовій печі. Першим типом такого теплообмінника був циклонний теплообмінник фірми «Гумбольт», що складався із чотирьох щаблів циклонів. У цей час багато фірм за кордоном, а також вітчизняні інститути розробили численні проекти таких печей.
На деяких заводах України експлуатуються печі 4 х 60 м продуктивністю 700 т/добу із циклонними теплообмінниками (див. рис. 4.9). Піч має чотири щаблі теплообмінників. Гартований матеріал надходить у газохід між третім і четвертим щаблями теплообмінників і гарячих газів несеться в IV щабель. Тут після інтенсивного теплообміну у зваженому стані матеріал відділяється від газів і надходить у газохід між II і III щаблями, звідки газами несеться в циклон III щабля.
Відділившись від газу, матеріал надходить у газохід між II і I щаблями. Таким чином, матеріал проходить через всі щаблі циклонів і, нагрівшись до 750° С, надходить у коротку піч по тічці. Грубні гази, пройшовши через всі щаблі циклонів, прохолоджуються до 300—350оС і направляються в систему очищення пилу. У цей час розроблено проекти печей із циклонними теплообмінниками розміром 5 х 75 м і 6,4 х 95 м у вигляді двох паралельно встановлених чотириступінчастих областей. Проектна продуктивність таких печей відповідно 1600—1800 і 3000—3500 т/добу.
Рис. 4.9. Піч із циклонними теплообмінниками:
1 - IV щабель; 2 - III щабель; 3 - II щабель; 4 - I щабель.
Запроектовані також дві оригінальні конструкції запічних теплообмінних пристроїв - шахтно-циклонний і багатокамерний теплообмінники.
Перевагами печей з такими теплообмінниками є низька витрата тепла, висока якість клінкеру, простота й надійність конструкції, знижені вимоги до якості сировини й тонкості його здрібнювання. До недоліків варто віднести їх великий гідравлічний опір, а отже, підвищену витрату енергії. Обезпилювання газів тут також утруднено внаслідок високої температури.
Іншим типом печей для сухого способу є печі з конвеєрними кальцинаторами. У цей час в Україні 60-метрові печі з конвеєрними кальцинаторами заводу-виробника «Цементанлагебау» (ФРН) експлуатуються на п'ятьох заводах. У цих печах попередньо гранульована сировина надходить на колосниковий транспортер, укладений у футерований вогнетривкою цеглою металевий кожух. Кальцинатор розділений на дві камери: холодну й гарячу. У першій камері відбувається сушіння, у другій — часткова декарбонізація сировини. У печі з конвеєрним кальцинатором досягається рівномірний випал клінкеру при відносно низькій витраті тепла й малому винесенні пилу. Печі, що експлуатуються в даний час, мають продуктивність 2000 т/добу при витраті тепла 720—760 ккал/кг і низькому споживанні енергії (12—13 квт-год/т клінкеру). Однак усталена робота печі досягається лише при добре гранульованій сировині, що не розтріскується при сушінні. Конструктивними недоліками печі є складність і підвищена металоємність колосникової решітки, а експлуатаційними недоліками - низька надійність і часті поломки.
У деяких країнах, особливо в США, досить широко застосовуються й довгі обертові печі сухого способу, які бувають порожніми або з вільною підвіскою ланцюгів. Витрата тепла в таких печах — 1100—1450 ккал/кг, температура газів, що відходять, у печах без теплообмінних пристроїв - 350°С і вище. Іноді для поліпшення використання тепла перед печами ставиться один щабель циклонів. Недоліком таких печей є великий винос пилу. Нині для поліпшення теплообміну в печах застосовують внутригрубні теплообмінники з жароміцних сплавів або вогнетривкої цегли. Порівняльні техніко-економічні показники деяких грубних агрегатів наведені в табл. 4.5.