Войти
Горячий конец современной цементной печи среднего размера с покрышками, роликами и приводом Используются цементные печи для стадии пиропереработки производства портландцемента и других типов гидравлического цемента, в котором карбонат кальция взаимодействует с кремнеземом -содержащие минералы с образованием смеси силикатов кальция. Ежегодно производится более миллиарда тонн цемента, и цементные печи являются сердцем этого производственного процесса: их мощность обычно определяет мощность цементного завода. Поскольку производство цемента является основным энергоемким и выделяющим парниковые газы этапом производства цемента, повышение эффективности печи было центральной задачей технологии производства цемента.
Башня подогревателя, бункер сырой смеси и выхлопные газы стек. Внизу слева: rawm больной. Внизу справа: вращающаяся печь с каналом третичного воздуха наверху. U-образный канал, ведущий от входа в печь, представляет собой «щелочной слив». Типичный процесс производства состоит из трех этапов:
На втором этапе сырьевая смесь подается в печь и постепенно нагревается. при контакте с горячими газами от сгорания печи топлива. При повышении температуры сырой смеси происходят последовательные химические реакции:
Типичные конкреции клинкера Алит является характерной составляющей портландцемента. Обычно для завершения реакции требуется пиковая температура 1400–1450 ° C. Частичное плавление вызывает агрегирование материала в комки или узелки, обычно диаметром 1–10 мм. Это называется клинкер. Затем горячий клинкер попадает в охладитель, который восстанавливает большую часть его тепла и охлаждает клинкер примерно до 100 ° C, при этой температуре его можно удобно транспортировать на хранение. Система цементной печи предназначена для выполнения этих процессов.
Портландцементный клинкер был впервые изготовлен (в 1825 году) в модифицированной форме традиционной статической печи для обжига извести. Основная печь для обжига извести в форме чашки яйца была снабжена конусом или удлинением в форме улья для увеличения тяги и, таким образом, получения более высокой температуры, необходимой для производства цементного клинкера. В течение почти полувека эта конструкция с небольшими модификациями оставалась единственным способом изготовления. Размер печи был ограничен прочностью кусков сырой смеси: если заряд в печи разрушался под собственным весом, печь гасла. По этой причине ульевики никогда не производили более 30 тонн клинкера за партию. Для обработки партии потребовалась неделя: день для заполнения печи, три дня для сгорания, два дня для охлаждения и день для разгрузки. Таким образом, печь будет производить около 1500 тонн в год.
Примерно в 1885 году начались эксперименты по проектированию печей непрерывного действия. Одна конструкция представляла собой шахтную печь, аналогичную по конструкции доменной печи. Rawmix в виде комков и топлива непрерывно добавлялся вверху, а клинкер непрерывно удалялся внизу. Воздух под давлением продувался из базы для сгорания топлива. Шахтная печь использовалась недолго, прежде чем ее затмила вращающаяся печь, но она имела ограниченное возрождение с 1970 года в Китае и других странах, когда она использовалась на небольших, низкотехнологичных заводах в сельской местности, вдали от транспортные маршруты. В Китае построено несколько тысяч таких печей. Обычная шахтная печь производит 100-200 тонн в сутки.
С 1885 года начались испытания разработки вращающейся печи, на которую сегодня приходится более 95% мирового производства.
Общая схема вращающейся печи Вращающаяся печь состоит из трубы, сделанной из стального листа и облицованной огнеупорным кирпичом. Трубка слегка наклонена (1–4 °) и медленно вращается вокруг своей оси со скоростью от 30 до 250 оборотов в час. Rawmix подается с верхнего конца, и вращение печи заставляет его постепенно перемещаться вниз к другому концу печи. С другой стороны, топливо в виде газа нефти или пылевидного твердого топлива вдувается через «трубу горелки», создавая большое концентрическое пламя в нижней части трубы печи. Когда материал движется под пламенем, он достигает максимальной температуры, прежде чем выпадать из трубы печи в охладитель. Воздух втягивается сначала через охладитель, а затем через печь для сжигания топлива. В охладителе воздух нагревается охлаждающим клинкером, так что температура может составлять от 400 до 800 ° C перед его поступлением в печь, что вызывает интенсивное и быстрое сгорание топлива.
Первые успешные роторные печи были разработаны в Пенсильвании примерно в 1890 году на основе конструкции Фредерика Рэнсома, и были около 1,5 м в диаметре и 15 м в длину.. Такая печь производила около 20 тонн клинкера в сутки. Первоначально в качестве топлива использовалась нефть, которая в то время была доступна в Пенсильвании. На этом топливе было особенно легко получить хорошее пламя. В течение следующих 10 лет была разработана технология сжигания путем вдувания пылевидного угля, позволяющая использовать самое дешевое доступное топливо. К 1905 году самые большие печи были размером 2,7 х 60 м и производили 190 тонн в сутки. На тот момент, после всего 15 лет разработки, вращающиеся печи составляли половину мирового производства. С тех пор мощность печей неуклонно увеличивалась, и сегодня самые большие печи производят около 10 000 тонн в день. В отличие от статических печей, материал проходит быстро: это занимает от 3 часов (в некоторых старых печах с мокрым процессом) до всего 10 минут (в коротких печах с прекальцинатором). Вращающиеся печи работают 24 часа в сутки и обычно останавливаются только на несколько дней один или два раза в год для необходимого технического обслуживания. Одной из основных работ по техническому обслуживанию вращающихся печей является обработка поверхности покрышек и валков и шлифование, которые могут выполняться, когда печь работает в полную силу со скоростью до 3,5 об / мин. Это важная дисциплина, потому что нагрев и охлаждение - длительные, расточительные и вредные процессы. Непрерывная работа на протяжении 18 месяцев.
% мощности в Северной Америке с использованием мокрого процесса 
Средняя энергия топлива, используемого в североамериканских печах С давних времен использовались два разных метода приготовления сырой смеси Использование: минеральные компоненты были либо измельчены в сухом виде с образованием мукообразного порошка, либо измельчены во влажном состоянии с добавлением воды для получения тонкой суспензии консистенции краски и типичного содержания воды 40–45%.
Мокрый процесс имел очевидный недостаток, заключающийся в том, что, когда суспензия вводилась в печь, большое количество дополнительного топлива использовалось для испарения воды. Кроме того, для данной производительности клинкера требовалась печь большего размера, потому что большая часть длины печи использовалась для процесса сушки. С другой стороны, мокрый способ имел ряд преимуществ. Мокрое измельчение твердых минералов обычно намного эффективнее сухого измельчения. Когда суспензия сушится в печи, она образует гранулированную крошку, которая идеально подходит для последующего нагрева в печи. В сухом процессе очень трудно сохранить сырую смесь мелкодисперсного порошка в печи, потому что быстро текущие газы сгорания стремятся снова выдуть ее. Стало практикой распылять воду в сушильные камеры, чтобы «увлажнить» сухую смесь, и, таким образом, в течение многих лет разница в эффективности между двумя процессами была небольшой, и в подавляющем большинстве печей использовался мокрый процесс. К 1950 году типичная большая печь с мокрым процессом, оснащенная теплообменниками зоны сушки, имела размер 3,3 x 120 м, производила 680 тонн в день и потребляла около 0,25–0,30 тонн угольного топлива на каждую тонну произведенного клинкера. До того, как энергетический кризис 1970-х годов положил конец новым установкам для мокрого процесса, печи размером 5,8 x 225 м производили 3000 тонн в день.
Интересное примечание к истории мокрого процесса состоит в том, что некоторые производители фактически сделали очень старые предприятия мокрого процесса прибыльными за счет использования отработанного топлива. Установки, сжигающие отработанное топливо, имеют отрицательную стоимость топлива (им платят предприятия, которым необходимо утилизировать материалы, обладающие энергоемкостью и которые могут быть безопасно утилизированы в цементной печи благодаря высоким температурам и более длительному времени хранения). В результате неэффективность мокрого процесса является преимуществом для производителя. При размещении операций по сжиганию отходов на более старых участках мокрого процесса более высокий расход топлива фактически означает более высокую прибыль для производителя, хотя при этом соответственно увеличивается выброс CO 2. Производители, которые считают, что такие выбросы следует сократить, отказываются от использования мокрого процесса.
Примечательно, что в 1930-х годах в Германии были предприняты первые попытки перепроектировать печную систему, чтобы минимизировать потери топлива. Это привело к двум значительным усовершенствованиям:
решетчатый подогреватель состоит из камеры, содержащей цепную решетку с высоким давлением. подвижная решетка из термостойкой стали, прикрепленная к холодному концу вращающейся печи. Сухая порошковая сырая смесь превращается в твердые гранулы диаметром 10–20 мм в кювете с добавлением 10-15% воды. Гранулы загружаются на движущуюся решетку, а горячие дымовые газы из задней части печи проходят через слой гранул снизу. Это очень эффективно сушит и частично прокаливает сырую смесь. Затем гранулы попадают в печь. Из печи выдувается очень мало порошкообразного материала. Поскольку сырьевая смесь демпфируется для получения гранул, это называется «полусухим» процессом. Колосниковый подогреватель также применим к «полувлажному» процессу, в котором сырьевая смесь производится в виде суспензии, которую сначала обезвоживают с помощью фильтра высокого давления, а полученный «осадок на фильтре» экструдируют в гранулы., которые подаются на решетку. В этом случае содержание воды в гранулах составляет 17-20%. Подогреватели с решетчатыми решетками были наиболее популярны в 1950-х и 60-х годах, когда типичная система имела решетку длиной 28 м и шириной 4 м и вращающуюся печь размером 3,9 x 60 м, производившую 1050 тонн в день, используя около 0,11-0,13 тонн угольное топливо на каждую тонну произведенного клинкера. Установлены системы до 3000 тонн в сутки.
Циклон в разрезе, показывающий воздушный тракт Ключевым компонентом подогревателя газовой суспензии является циклон. Циклон - это коническая емкость, в которую по касательной пропускают пыленосный газовый поток. Это создает в сосуде вихрь. Газ покидает сосуд через коаксиальный «вихревой искатель». Твердые частицы под действием центробежных сил выбрасываются к внешнему краю сосуда и выходят через клапан в вершине конуса. Циклоны изначально использовались для очистки запыленных газов, оставшихся после простых обжиговых печей с сухим процессом. Если, вместо этого, весь исходный сырьевая смесь проходит через циклон, обнаруживается, что имеет место очень эффективный теплообмен: газ эффективно охлаждается, следовательно, выделяется меньше тепла в атмосферу, а исходная смесь становится эффективно отапливается. Эта эффективность еще больше увеличивается, если несколько циклонов соединены последовательно.
4-ступенчатый подогреватель, показывающий путь подачи Количество ступеней циклонов, используемых на практике, варьируется от 1 до 6. Энергия в виде мощности вентилятора требуется для прохождения газов через цепочку циклонов, а в цепочке из 6 циклонов стоимость дополнительной мощности вентилятора, необходимой для дополнительного циклона, превышает полученное преимущество в эффективности. Теплый выхлопной газ обычно используется для сушки сырья на сырьевой фабрике, а если сырье влажное, желателен горячий газ из менее эффективного подогревателя. По этой причине наиболее часто встречающиеся подогреватели суспензии имеют 4 циклона. Горячее сырье, выходящее из основания колонны подогревателя, обычно на 20% кальцинировано, поэтому в печи требуется меньше последующей обработки и, следовательно, можно достичь более высокой удельной производительности. Типичные большие системы, установленные в начале 1970-х годов, включали циклоны диаметром 6 м, вращающуюся печь размером 5 x 75 м, производящую 2500 тонн в день, с расходом около 0,11-0,12 тонн угольного топлива на каждую тонну произведенного клинкера.
Штрафом за эффективность подогревателей подвески является их склонность к засорению. Соли, такие как сульфат и хлорид натрия и калия, имеют тенденцию испаряться в зоне обжига печи. Они уносятся обратно в виде пара и повторно конденсируются при достаточно низкой температуре. Поскольку эти соли рециркулируют обратно в сырую смесь и снова попадают в зону горения, устанавливается цикл рециркуляции. Обжиговая печь с 0,1% хлорида в сырьевой смеси и клинкере может содержать 5% хлорида в материале средней части печи. Конденсация обычно происходит в подогревателе, и липкий осадок жидких солей склеивает пыльную сырую смесь в твердый осадок, как правило, на поверхностях, с которыми сталкивается поток газа. Это может заблокировать подогреватель до такой степени, что поток воздуха в печи больше не будет поддерживаться. Затем возникает необходимость вручную удалить нарост. Современные установки часто имеют автоматические устройства, установленные в уязвимых местах, чтобы регулярно удалять наросты. Альтернативный подход состоит в том, чтобы «стравить» часть выхлопных газов печи на входе в печь, где соли все еще находятся в паровой фазе, и удалить из нее твердые частицы. Это обычно называют «утечкой щелочи», и это нарушает цикл рециркуляции. Это также может быть полезно с точки зрения качества цемента, поскольку снижает содержание щелочи в клинкере. Однако горячий газ уходит в отходы, поэтому процесс неэффективен и увеличивает расход топлива печи.
% мощности в Северной Америке с использованием прекальцинаторов 
Среднесуточная выработка (тонн) печей в Северной Америке В 1970-х годах прекальцинаторы были впервые применены в Японии, и впоследствии стало предпочтительным оборудованием для новых крупных установок по всему миру. Прекальцинатор представляет собой усовершенствованный подогреватель суспензии. Философия такова: количество топлива, которое может быть сожжено в печи, напрямую зависит от ее размера. Если часть топлива, необходимого для сжигания rawmix, сжигается за пределами печи, мощность системы может быть увеличена для данного размера печи. Пользователи подогревателей подвески обнаружили, что мощность может быть увеличена путем впрыска дополнительного топлива в основание подогревателя. Логическим развитием было установка камеры сгорания специальной конструкции в основании подогревателя, в которую впрыскивается пылевидный уголь. Это называется прекальцинатором со сквозным прохождением воздуха, потому что воздух для горения как печного топлива, так и топлива декарбонизатора проходит через печь. Этот вид прекальцинатора может сжигать до 30% (обычно 20%) своего топлива в декарбонизаторе. Если бы в декарбонизатор было введено больше топлива, дополнительное количество воздуха, проходящего через печь, могло бы чрезмерно охладить пламя печи. Сырье кальцинируется на 40-60% перед поступлением во вращающуюся печь.
Конечная разработка - это прекальцинатор с разделением воздуха, в котором горячий воздух для горения в декарбонизаторе поступает по воздуховоду непосредственно из холодильника, минуя печь. Обычно в прекальцинаторе сжигается 60-75% топлива. В этих системах сырье, поступающее во вращающуюся печь, на 100% кальцинируется. Печи нужно только нагреть сырье до температуры спекания. Теоретически максимальная эффективность была бы достигнута, если бы все топливо было сожжено в подогревателе, но операция спекания включает частичное плавление и нодулизацию для получения клинкера, и вращение вращающейся печи остается наиболее эффективным способом достижения этой цели. Крупные современные установки обычно имеют две параллельные гирлянды из 4 или 5 циклонов, одна из которых прикреплена к печи, а другая - к камере прекальцинатора. Вращающаяся печь размером 6 x 100 м производит 8 000–10 000 тонн в день, используя около 0,10-0,11 тонны угольного топлива на каждую тонну произведенного клинкера. В этих установках печь меньше массивной башни подогревателя и охладителя. Такая печь производит 3 миллиона тонн клинкера в год и потребляет 300 000 тонн угля. Диаметр 6 м, как представляется, предел размера вращающихся печей, так как гибкость стальной оболочки становится неуправляемой на уровне или выше этого размера, и огнеупорный кирпич подкладка имеет тенденцию к сбою при печи сгибает.
Особое преимущество воздухоразделительного прекальцинатора состоит в том, что большая часть или даже 100% выхлопного газа печи, содержащего щелочь, может быть отведена в виде щелочи (см. Выше). Поскольку на это приходится только 40% подводимого тепла в систему, это можно сделать с меньшими потерями тепла, чем при простом отводе воздуха из подогревателя суспензии. Из-за этого теперь всегда рекомендуются воздухоразделительные прекальцинаторы, когда на цементном заводе доступно только высокощелочное сырье.
Прилагаемые цифры показывают движение в сторону использования более эффективных процессов в Северной Америке (данные по которым легко доступны). Но средняя производительность печи, например, в Таиланде вдвое больше, чем в Северной Америке.
Основное оборудование, помимо трубы печи и подогревателя:
Пара печей со вспомогательными охладителями в Ашаке, Нигерия Sysy В ранних системах использовались вращающиеся охладители, которые представляли собой вращающиеся цилиндры, похожие на печь, в которую падал горячий клинкер. Воздух для горения проходил через охладитель по мере того, как клинкер перемещался вниз, каскадно проходя через воздушный поток. В 1920-х годах спутниковые охладители стали обычным явлением и использовались до недавнего времени. Они состоят из набора (обычно 7–9) трубок, прикрепленных к трубе печи. Их преимущество в том, что они плотно прилегают к печи и не требуют отдельного привода. Примерно с 1930 года был разработан колосниковый охладитель. Он состоит из перфорированной решетки, через которую обдувается холодный воздух, заключенной в прямоугольную камеру. По решетке движется слой клинкера глубиной до 0,5 м. Эти охладители имеют два основных преимущества: они быстро охлаждают клинкер, что желательно с точки зрения качества (чтобы избежать этого алит, термодинамически нестабильного ниже 1250 ° C, превратиться в белит и свободный CaO при медленном охлаждении), и, поскольку они не вращаются, горячий воздух может выводиться из них для использования при сушке топлива или для использования в качестве воздуха для горения прекальцинатора. Последнее преимущество означает, что они стали единственным типом, используемым в современных системах.
Топливные системы делятся на две категории:
цементный завод При прямом сжигании топливо с контролируемой скоростью подается в топливную мельницу, и мелкодисперсный продукт немедленно выдувается в печь. Преимущество этой системы заключается в том, что нет необходимости хранить опасное наземное топливо: оно используется сразу после его изготовления. По этой причине эта система была выбрана для старых печей. Недостатком является то, что топливная мельница должна работать все время: если она выходит из строя, печь должна останавливаться, если нет резервной системы.
При непрямом сжигании топливо измельчается в периодически работающей мельнице, а мелкодисперсный продукт хранится в бункере достаточного размера для подачи в печь в периоды простоя топливной мельницы. Мелкодисперсное топливо дозируется из силоса с контролируемой скоростью ивыдувается в печь. В настоящее время этот метод предпочтителен для систем прекальцинатора, поскольку и печь, и прекальцинатор может питаться топливом из одной и той же системы. Для безопасного хранения тонкодисперсного топлива требуются специальные методы, обычно размалываются в инертной атмосфере, угли с высоким летучими (например, CO 2).
Большой объем газа должен проходить через систему печи. В частности, в системе подогревателя подвески, на выходе из системы должна быть обеспечена высокая степень всасывания. Вентиляторы также используются для нагнетания воздуха через слой охладителя и подачи топлива в печь. На вентиляторы большая часть электроэнергии, потребляемой в системе, обычно это 10–15 кВт · ч на тонну клинкера.
Выхлопные газы из современной печи обычно составляют 2 тонны (или 1500 кубических метров при STP ) на тонну произведенного клинкера. Газы несут большое количество пыли - обычно 30 граммов на кубический метр. Экологические нормы, действующие в разных странах, требуют, чтобы этот показатель был снижен (обычно) до 0,1 грамма на кубический метр, поэтому улавливание пыли должно быть не менее 99,7%. Методы улавливания включают электрофильтры и рукавные фильтры. См. Также выбросы из цементной печи.
Использованные шины загружаются из середины печи в пару длинных печей Топливо, которое использовалось для первичного сжигания, включает уголь, нефтяной кокс, мазут, природный газ, отходящий газ со свалок и факельный газ нефтепереработки. Клинкер доводится до максимальной температуры, главным образом, для счетчика лучистой энергии, а для этого необходимо яркое (т.е. высокая способность излучения ) и горячее пламя, предпочтительным является высокоуглеродное топливо, такое как уголь, который производит светящееся пламя для обжига печи. При благоприятных обстоятельствах высокосортный битуминозный уголь может воспламеняться при 2050 ° C. Природный газ может выполнять пламя только с температурой, в лучшем случае, 1950 ° C, и оно также является менее ярким, поэтому имеет тенденцию приводить к производительности печи.
В дополнение к этим первичным видам топлива загружались различные горючие отходы. Эти альтернативные виды топлива (AF) включают:
Цементные печи представляют собой привлекательный способ утилизации опасных материалов из-за:
Ярким примером является использование утилизированных автомобильных шин, которые очень трудно утилизировать другими методами. Целые шины обычно загружают в печь, скатывая их в верхний конец печи с подогревателем или бросая через прорезь на полпути вдоль длинной мокрой печи. В любом случае высокие температуры газа (1000–1200 ° C) вызывают почти мгновенное, полное и бездымное сгорание шины. В качестве альтернативы измельчения шины используются стружки размером 5–10 мм, которые могут быть введены в камеру сгорания прекальцинатора. Сталь и цинк в шинах химически включаются в клинкер, частично заменяя железо.
Для безопасной эксплуатации необходим высокий уровень контроля как топлива, так и продуктов его сгорания.
Для максимальной эффективности печи наилучшим выбором высококачественное высококачественное обычное топливо. Однако сжигание любого топлива, особенно опасных отходов. Таким образом, операторам цементных печей необходимо внимательно следить за оператором процесса, чтобы постоянное минимизацию выбросов. В США цементные печи регулируются как основной источник загрязнения воздуха EPA и должны соответствовать требованиям контроля загрязнения воздуха.
онлайн X- дифракция лучей с автоматической подачей проб для измерения содержания свободного оксида кальция Целью печи является получение клинкера с необходимыми химическими и физическими свойствами с максимальной скоростью, обеспечивает размер печи, при соблюдении экологических стандартов, при минимально эксплуатационных расходах. Печь очень чувствительна к стратегии управления, а плохо работающая печь может легко удвоить эксплуатационные расходы цементного завода.
Формирование желаемых минералов клинкера включает нагревание сырой смеси через указанные выше температурные стадии. Завершающее преобразование, которое происходит в самой горячей части печи под пламенем, представляет собой реакцию белита (Ca 2 SiO 4) с оксидом кальция. с образованием алита (Ca 3 O · SiO 5):
Также сокращено в обозначении химика цемента (CCN) как:
Если реакция не завершена, в клинкере остается избыточное количество свободного оксида кальция. Регулярное измерение свободного CaO используется как средство качества клинкера. В качестве системы контроля печи данные о свободном CaO в некоторой степени неэффективны, потому что даже при быстром автоматическом отборе пробных данных, когда они используются "устаревшими" на 10 минут, и для минутного периода использовать более легкие данные. поминутный контроль.
Превращение белита в алит требует частичного плавления, при этом полученная жидкость растворителем, в котором протекает реакция. Количество жидкости и, следовательно, скорость завершающей установки реакции от температуры. Для достижения цели по качеству клинкера наиболее очевидным достижением клинкером максимальной температуры, чтобы окончательная реакция протекала до требуемой степени. Еще одна причина для поддержания постоянного образования жидкости в горячем конце печи состоит в том, что спекаемый материал образует перегородку, которая предотвращает вытекание охлаждающего материала на входе в печь из печи. Сырье в зоне кальцинирования, поскольку это порошок, выделяющий диоксид углерода, очень текучий. Охлаждение зоны горения и потеря несгоревшего материала в охладителе называется «промывкой», и в дополнение к потере продукции может вызвать серьезный ущерб.
Однако для эффективной работы устойчивые условия во всей системе системы. Корм на каждом этапе должен иметь такую температуру, чтобы он был «готов» к переработке на следующем этапе. Для этого необходимо оптимизировать и поддерживать температуру как сырья, так и газа в каждой точке. Для этого доступных нескольких внешних элементов управления:
В случае печей с прекальцинатором доступны дополнительные элементы управления:
Использование скорости вращения вентилятора и расхода топлива ограничено фактом, что всегда должно быть достаточно кислорода для сжигания топлива и, в частности, для сжигания углерода до двуокиси углерода. Измерение максимальной температуры клинкера всегда было проблематичной. из-за химически агрессивной и абразивной природы горячего клинкера, а оптические методы, такие как инфракрасная пирометрия, затруднены из-за наличия пыли и дыма в зоне обжига. Традиционный метод оценки заключался в просмотре слоя клинкера и определения количества жидкости на основе опыта. По мере образования большего количества жидкости клинкер становится более липким. Также обычно можно увеличить продолжительность зоны образования жидкости, за которой можно увидеть порошкообразный «свежий». Для этого на кожухе печи устанавливаются камеры с инфракрасным измерением без него. Во многих печах ту же информацию можно получить из потребляемой мощности двигателя печи, поскольку липкий корм, движущийся высоко по стенке печи, увеличивает эксцентричную поворотную нагрузку печи. Дополнительную информацию можно получить в анализаторах выхлопных газов. Образование NO из азота и кислорода происходит только при высоких температурах, поэтому уровень NO указывает на комбинированную температуру подачи и пламени. SO 2 образуется при термическом разложении сульфата кальция в клинкере и, таким образом, также является показателем температуры клинкера. Современные компьютерные системы управления обычно делают «расчетную» температуру, используя вклад всех этих источников информации, а затем приступают к ее контролю.
Как упражнение в управлении процессом, управление печью является чрезвычайно сложной задачей из-за множества взаимосвязанных переменных, нелинейных характеристик и переменных задержек процесса. Системы компьютерного управления впервые были опробованы в начале 1960-х годов, первоначально с плохими результатами из-за плохих измерений процесса. С 1990 года сложные системы диспетчерского управления высокого уровня стали стандартом на новых установках. Они работают с использованием стратегий экспертной системы, которые поддерживают «ровно достаточную» температуру зоны горения, ниже которой рабочее состояние печи катастрофически ухудшится, что требует быстрого реагирования, «острие» управления.
Выбросы цементных заводов определяются как непрерывными, так и периодическими методами измерения, которые описаны в соответствующих национальных директивах и стандартах. Непрерывное измерение в основном используется для пыли, NO x и SO 2, в то время как остальные параметры, относящиеся к законодательству о загрязнении окружающей среды, обычно определяются с перерывами путем отдельных измерений.
Следующие ниже описания выбросов относятся к современным печным установкам, основанным на технологии сухого процесса.
В процессе горения клинкера выделяется CO 2. На CO2 приходится основная доля этих газов. Выбросы CO 2 связаны как с сырьем, так и с энергией. Выбросы, связанные с сырьем, образуются во время декарбонизации известняка (CaCO 3 ->CaO + CO 2) и составляют около половины от общего количества CO 2 выбросы. Использование топлива с более высоким содержанием водорода, чем уголь, и использование альтернативных видов топлива может снизить чистые выбросы парниковых газов.
Для производства 1 т портландцемента необходимо от 1,5 до 1,7 т сырья, 0,1 т угля и 1 т клинкера (помимо других составляющих цемента и сульфатных агентов ) необходимо измельчить до мелкой пыли во время производства. В этом процессе стадии обработки сырья, подготовки топлива, сжигания клинкера и измельчения цемента являются основными источниками выбросов твердых частиц. В то время как выбросы твердых частиц до 3000 мг / м3 были измерены на выходе из дымовой трубы цементных заводов с вращающимися печами еще в 1960-х годах, законодательные пределы обычно составляют сегодня 30 мг / м3, и достижимы гораздо более низкие уровни.
Процесс обжига клинкера - это высокотемпературный процесс, приводящий к образованию оксидов азота (NO x). Образовавшееся количество напрямую зависит от температуры основного пламени (обычно 1850–2000 ° C). Оксид азота (NO) составляет около 95%, а диоксид азота (NO 2) для примерно 5% этого соединения, присутствующего в выхлопных газах вращающихся печей установок. Поскольку большая часть NO превращается в NO 2 в атмосфере, выбросы представлены как NO 2 на кубический метр выхлопного газа.
Без мер по сокращению содержание NO x, связанное с технологическим процессом, в выхлопном газе вращающихся печных установок в большинстве случаев значительно превышает спецификации, например, европейского законодательства для заводов по сжиганию отходов (0,50 г / м для новых заводов и 0,80 г / м для существующих). Меры по сокращению нацелены на сглаживание и оптимизацию работы завода. Технически, поэтапное сжигание и выборочное не- Катал ytic NO Reduction (SNCR) применяется для соблюдения предельных значений выбросов.
Для преобразования сырьевой смеси в портландцементный клинкер требуются высокие температуры процесса. Температура загрузки печи в зоне спекания вращающихся печей составляет около 1450 ° C. Для этого необходима температура пламени около 2000 ° C. Из соображений качества клинкера процесс обжига происходит в окислительных условиях, при которых преобладает частичное окисление молекулярного азота в воздухе для горения приводя к образованию монооксида азота (NO). Эта реакция также называется термическим образованием NO. При более низких температурах, преобладающих в прекальцинаторе, термическое образование NO незначительно: здесь азот, связанный в топливе, может привести к образованию так называемого связанного с топливом NO. Поэтапное сжигание используется для уменьшения выбросов NO: топливо в кальцинатор добавляется при недостаточном количестве воздуха для горения. Это вызывает CO.. Затем CO восстанавливает NO до образования азота:
Затем для окисления добавляется горячий третичный воздух.
Сера вводится в процесс обжига клинкера через сырье и топливо. В зависимости от их происхождения сырье может содержать серу, в виде сульфида или сульфата. SO2 из систем вращающихся печей в цементной промышленности часто связаны с сульфидами, содержащиеся в сырье, которые окисляются с образованием SO 2 при температуре от 370 ° C до 420 ° C. преобладают в подогревателе печи. Это марказит, содержащся в сырье. Имеются например, проявляющиеся, в месторождениях сырья в Германии SO 2 экология может достигать 1,2 г / м в зависимости от местоположения объекта. В некоторых случаях вводят гидроксид кальция для выбросов SO 2 нс
Сера, поступающая с топливом, полностью превращается в SO 2 во время сжигания во вращающейся печи. SO 2 реагирует с образованием сульфатов щелочных металлов, которые связаны в клинкере, при условии, что в печи поддерживаются окислительные условия.
Концентрации CO в выхлопных газах и органически связанный углерод являются критерием скорости выгорания топлива, используемой установки для преобразования энергии, таких как электростанции. Напротив, процесс обжига клинкера - это процесс преобразования материала, который всегда должен проводиться с избытком воздуха по причинам качества клинкера. Использование с длительным временем пребывания в высоких температурах приводит к полному выгоранию топлива.
Выбросы CO и органически связанного углерода в процессе обжига клинкера вызваны небольшим количеством компонентов, поступающих через природное сырье (остатки организмов и растений, включенные в породу в курсе геологической истории). Они превращаются во время предварительного образования сырья в системе образования CO и CO 2. В этом процессе также образуются небольшие порции надежных газов (органический углеродный кабель ). Таким образом, в случае сжигания газа, содержащегося в чистом газе, происходит прямое сжигание CO. Количество уровня CO 2 составляет около полутонны на тонну клинкера.
Вращающиеся печи цементной промышленности и классические Установки для сжигания в основном различаются условиями сжигания клинкера. Подача в печи направляется в отходящие газы вращающейся печи, которые направляются в противотоке. Таким образом, путем введения температуры и время пребывания во взаимодействующем печахе используются специальные условия для полного разложения. По этой причине только очень низкая концентрация полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов (в просторечии «диоксины и фураны ) могут быть обнаружены в выхлопных газах вращающихся цементных печей.
Характеристики эмиссии ПХБ сравнимы с характеристиками диоксинов и фуранов. ПХД могут быть введены в процесс с использованием альтернативного сырья и топлива. Системы вращающихся печей цементной промышленности уничтожают следовые компоненты практически полностью.
ПАУ (согласно EPA 610) в выхлопных газах вращающихся печей обычно при распределении преобладает нафталин, на долю которого приходится более 90% по массе. Системы вращающихся печей в цементной промышленности практически уничтожают ПАУ, поступающие через топливо. Выбросы образуются из компонентов в сырье.
Как правило, бензол, толуол, этилбензол и ксилол присутствует в выхлопных газах вращающихся печей в характерном состоянии. BTEX образуется при термическом разложении компонентов органического сырья в подогревателе.
Хлориды являются второстепенными дополнительными компонентами, содержащимися в сырье и топливе процесса обжига клинкера. Они высвобождаются при сжигании топлива или нагревании сырья для печи и в первую очередь реагируют со щелочами из сырья для печи с образованием хлоридов щелочных металлов. Эти соединения, которые изначально являются парообразными, конденсируются на сырье или пыли печи при температуре от 700 ° C до 900 ° C, затем снова попадают во вращающуюся систему печи и снова испаряются. Этот цикл в зоне между вращающейся печью и подогревателем может привести к образованию покрытия. Байпас на входе в печь позволяет эффективно сократить циклы хлоридов щелочных металлов и уменьшить проблемы, связанные с образованием покрытия. В процессе обжига клинкера газообразные неорганические соединения хлора либо вообще не выделяются, либо выделяются только в очень малых количествах.
От 90 до 95% фтора, присутствующего во вращающихся печах, связано в клинкере, а остальная часть связана с пылью в виде фторид кальция устойчив в условиях процесса горения. Сверхмелкие фракции пыли, проходящие через фильтр измерительного газа, могут создавать впечатление низкого содержания газообразных соединений фтора в системах вращающихся печей цементной промышленности.
Характеристики выбросов отдельных элементов в процессе обжига клинкера определяются входным сценарием, поведением на предприятии и эффективностью осаждения пылесборным устройством. Микроэлементы, введенные в процесс горения через сырье и топливо, могут полностью или частично испаряться в горячих зонах подогревателя и / или вращающейся печи в зависимости от их летучести, вступать в реакцию с компонентами, присутствующими в газовой фазе, и конденсироваться на сырье для печи в охлаждающих секциях системы печи. В зависимости от летучести и рабочих условий это может привести к образованию циклов, которые либо ограничиваются печью и подогревателем, либо включают также комбинированную сушильно-измельчительную установку. Микроэлементы из топлива первоначально попадают в газообразные продукты сгорания, но выбрасываются в крайне малой степени только из-за удерживающей способности печи и подогревателя.
В условиях, преобладающих в процессе обжига клинкера, нелетучие элементы (например, мышьяк, ванадий, никель ) полностью связаны в клинкер.
Такие элементы, как свинец и кадмий, предпочтительно реагируют с избытком хлоридов и сульфатов в секции между вращающейся печью и подогревателем, образуя летучие соединения. Благодаря большой площади поверхности эти соединения конденсируются на частицах, подаваемых в печь, при температурах от 700 ° C до 900 ° C. Таким образом, летучие элементы, накопленные в системе печь-подогреватель, снова осаждаются в циклонном подогревателе, почти полностью оставаясь в клинкере.
Таллий (в виде хлорида) конденсируется в верхней зоне циклонного подогревателя при температурах от 450 ° C до 500 ° C. Как следствие, может быть сформирован цикл между подогревателем, сушкой сырья и очисткой выхлопных газов.
Ртуть и ее соединения не осаждаются в печи и подогревателе. Они конденсируются на пути выхлопных газов из-за охлаждения газа и частично адсорбируются частицами сырья. Эта часть осаждается в фильтре выхлопных газов печи.
Вследствие поведения микроэлементов во время процесса обжига клинкера и высокой эффективности пылеулавливания, концентрации выбросов микроэлементов находятся на низком общем уровне.
 | Викискладе есть материалы, связанные с цементными печами. |
