Все сырьевые материалы, применяемые дли изготовления цемента, после добычи в карьерах и доставки на завод подсушивают, дробят и измельчают (при сухом способе производства цемента до пылевидного состояния), чтобы увеличить их реакционную поверхность. Полученную сырьевую шихту (после усреднения ее состава в силосах) обжигают при высокой температуре в клинкерообжигательных вращающихся или шахтных печах, затем охлаждают в холодильниках. После этого она поступает в промежуточный склад. Продукт обжига клинкера с гипсом и другими добавками измельчают в мельницах; полученный при этом цемент транспортируется на склад, откуда он в специальной таре отправляется потребителю.
Промышленная очистка воздуха на производстве предполагает использование циклонов, которые применяют для снижения уровня запыленности воздуха и удаления его из производственных помещений.
Обеспыливание газов в цементной промышленности являются печи для обжига клинкера мокрого и сухого способов производства. При мокром способе производства на каждую тонну обжигаемого клинкера из вращающихся печей выносится с запыленными газами 5,3 - 7,3 т пыли с температурой 140-400 °С, содержащих (даже при хороших внутрипечных пылеподавляющих устройствах - гирляндных цепных завесах) от 80 до 250 кг полуобожженной сырьевой шихты в виде дисперсной пыли.
При сухом способе производства количество сухих запыленных газов, выносимых из современных печей, на 25-45 % меньше, однако температура их достигает 350-400 °С, а масса тон ко дне пер ной пыли составляет 50-120 кг на тонну клинкера.
Кроме того, из колосниковых холодильников клинкера, устанавливаемых у всех мощных современных печей, выбрасывается на каждую тонну клинкера 1,1-1,8 т сухого горячего воздуха (с температурой 150-290°С), содержащего 7-10 кг клинкерных частиц.
Обеспыливание газов в цементной промышленности запыленного аспирационного воздуха, содержащего в среднем 500 кг пыли на 1 т клинкера из сырьевой и цементной мелышц, составляет примерно 25 % от массы отходящих газов печи мо крого способа.
Физико-химические свойства пылей цементного производства пылей цементного производства по своим свойствам разделяются на следующие группы:
1. Пыли, образующиеся при дроблении и транспортировке сырьевых материалов; имеют грубодисперсный состав (около 70 % частиц крупнее 5 мкм), а температуру и влажность окружающей среды.
2. Пыли сушильных барабанов сырья и добавок характеризуются повышенным влагосодержанием (температура точки росы 40-60 °С) широким диапазоном колебаний концентрации аэрозоля (15-70 г/м3)
3. Пыли сырьевых мельниц; характеризуются высокой концентрацией (до 500 г/м3) и большим количеством частиц тонких фракций 5 мкм до 65 %)
4. Пыли вращающихся печей мокрого способа производства имеют высокое влагосодержание (температура точки росы 58-75 °С) и высокую температуру, изменяющуюся для различных типоразмеров печей от 170 до 380 °С.
5. Пыли вращающихся печей сухого способа производства (с циклонными или шахтно-циклоиными теплообменниками); характеризуются тонким дисперсным составом (частицы размером ниже 5 мкм до 75 %) высоким удельным электрическим сопротивлением (УДС = 1,0 109 Ом-м) и низким влагосодержанием (температура точки росы 29 - 44С).
6. Пыли вращающихся печей с конвейерными кальцинаторами: имеряют низкое влагосодержание (температура точки росы 32 - 48 °С) и содержат грубодисперсные частицы (80 % частиц размером свыше 5 мкм).
7. Пыли клинкерных холодильников; характеризуются низким содержанием влаги (температура точки росы до 30 °С), широким диапазоном колебания температуры (90-290 °С) и содержанием грубодисперсных частиц (80 % частиц размером свыше 5 мкм).
8. Пыли цементных мельниц; имеют высокую входную концентрацию (достигающую величины 960 г/м3), влагосодержание колеблется в широких пределах (температура точки росы 22-60 °С)
Более 80 % пыли, выбрасываемой в атмосферу, выделяется вращающимися печами, а остальное количество пыли - цементными и сырьевыми мельницами (сухого помола), дробильно-сушильными установками, а также силосами хранения сырьевых материалов, добавок, клинка и цемента.
В табл. 7.1 приведены характеристики пылей цементного производства.
Таблица 7.1. Характеристика пылей цементного производства.
Установки обеспыливания газов, отходящих из клинкерообжигателы печей. Для обеспыливания газов печей мокрого способа производства применяют в основном многопольные электрофильтры типа УГ и ЭГА. Электрофильтры размещают снаружи здания под шатром между пылеосадительной камерой печи и дымовой трубой (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Установка электрофильтра за вращающейся печью.
1 - печь; 2 - пылеосадительная камера; 3 - шламопитатель; 4 - электрофильтр; 5 - дымосос; 6 - дымовая труба; 7 - пневмовинтовой насос.
Пыль, уловленная электрофильтром, системой шнеков из бункеров подается в пневмовинтовой насос, с помощью которого по трубопроводу она возвращается в цепную завесу печи Иногда осажденную пыль этим же насосом подают в специальный силос, откуда спецтранспортом направляют потребителям. Если температура газов, отходящих от печи, по каким - либо причинам стабильно превышает допустимую для электрофильтров, то для ее снижения принимают меры по усовершенствованию цепной завесы печи либо решается вопрос возможности применения высокотемпературных электрофильтров, допускающих нормальную эксплуатацию при температуре газов до 400 °С. При выборе электрофильтра исходят из того, что скорость газов в нем не должна превышать 1,2 м/с, а их время пребывания в активной зоне электрофильтра быть не менее 8 с.
Следует учитывать неизбежное увеличение объема газов (до 20 %) при отклонениях от оптимального режима работы печи. Эффективность рассмотренной схемы при запыленности газов на входе в электрофильтр 10 - 20 г/м3 составляет 98-99 %, что определяет вынос пыли в пределах 0,10 - 0,5 г/м3. Подобная эффективность обеспыливания недостаточна, здесь не учтено, что надежность, а следовательно, и коэффициент использования по сравнению с вращающимися печами и колосниковыми холодильниками у электрофильтров ниже, а это приводит к снижению эффективности пылеулавливания. Поэтому рекомендуется применят двухступенчатую систему очистки, используя в качестве первой ступени циклоны с эффективностью улавливания крупной пыли (свыше 20 мкм) до 80 %, а в качестве второй ступени - новые, более совершенные элект. рофнльтры типа ЭГА, допускающие работу при температуре газов по 330 °С.
Обеспыливание газов в цементной промышленности сухого способа производства. К категории печей сухого способа производства относятся короткие или длинные полые вращающиеся печи без внутрипечных или запечных теплообменников и короткие полые вращающиеся печи с запечными циклонами или циклонно-шахтными теплообменниками. Наиболее распространенными н экономичными для обжига клинкера являются высокопроизводительные короткие полые вращающиеся печи с запечными теплообменниками. Отходящие газы этих печей обеспыливают в двухступенчатых пылеулавливающих установках, в которых первой ступенью служат циклоны, а второй либо электрофильтры, либо рукавные фильтры с рукавами из гидрофобизированной и графнтизированной стеклоткани.
Удельное электрическое сопротивление тонкодисперсиой пыли, улавливаемой из газов печей сухого способа производства, выше предельного значения, при котором обеспечивается работа электрофильтра без образования обратной короны. Поэтому их эффективность в названных условиях составляет 75-80 %, что вынуждает увлажнять газы после циклонов перед подачей их в электрофильтры. Увлажняют и охлаждают газы различными способами. Применяют специальные полые скрубберы - стабилизаторы, в которых при входе устанавливают газораспределительные устройства и группу форсунок, распыляющих воду в потоке запыленных газов под давлением 2-3 МПа. Во избежание отложений в бункере и иа стенках скруббера диаметр его с учетом угла раскрытия факела принимают таким (5-7 м), чтобы неиспарившиеся капли влаги не попадали на стенки, а высота (25-35 м) определяется необходимостью полного испарения капель до выхода газов из скруббера. Такие установки для увлажнения и охлаждения печных газов сооружают как в нашей стране, так и за рубежом (рис. 7.2). Для печей сухого способа производства ряда цементных заводов Гипроцементом и НИПИОТстромом разработана и внедрена установка испарительного охлаждения печных газов перед электрофильтрами в вертикальном газоходе (рис. 7.3).
Частичное увлажнение и охлаждение газов, отходящих от современных печей сухого способа производства, а также из колосниковых холодильников, в последнее время осуществляют в сушильно-дробильных или в сушильно-помольных установках (рис. 7.4), используя тепло газов для подсушки влажных сырьевых материалов. Если влагосодержание и температура газов не достигают требуемых значений, газы предварительно увлажняют в кондиционере перед сырьевой мельницеи (рис. 7.5).
По подобной схеме осуществляют обеспыливание газов мощных печей для обжига клинкера сухого способа производительностью свыше 3000 т/сут, а также работающих в одной линии сырьевых сушильно-помольных установок (валковых или шаровых мельниц либо сушильных барабанов).
В схему входит двухступенчатая пылеулавливающая установка в составе: кондиционер и двух- или трехпольный электрофильтр со встроенными жалюзийными или прямоточно-циклонными элементами, осаждающими 80 % поступающей пыли. Подобная схема позволяет очшцат газы до конечной концентрации порядка 75 кг/м3. Однако по условия компоновки сырьевых мельниц и печей приведенный способ не всегда можно использовать на действующих заводах. В этом случае целесообразна установка водных форсунок у входа в четвертую ступень циклонного теплообменника.
Диспергирование воды при кондиционировании отходящих газов обычно осуществляют с помощью специальных форсунок при давлении 0,5-1 МПа. Однако с учетом того, что скорость испарения капли про порциональна квадрату ее размера, диспергирование воды в кондиционирующих установках печей сухого способа производства рационально осуществлять под давлением не менее 2 МПа.
Рис 7.2. Обеспыливающая установка за печью сухого способа производства цемента.
1 - печь; 2 - циклоны; 3 - скруббер-стабилизатор; 4 - электрофильтр.
Рис. 7.3. Установка для испарительного охлаждения газов, отходящих из вращающейся печи сухого способа производства.
1 - насос; 2 - форсунка; 3 - насосы.
Скорость очищаемых газов в активной зоне электрофильтра должна находиться в пределах 0,8-1 м/с.
Рис. 7.4. Схема обеспыливания технологической линии сухого способа производства с одним электрофильтром (стрелками указано направление движения газов).
1 - печь; 2 - колосниковый холодильник; 3 - угольная мельница; 4 - сырьевая мельница; 7 - электрофильтр.
Рис. 7.5. Схема обеспыливания газов мощной вращающейся печи сухого способа производства, колосникового холодильника и сырьевой мельницы.
1 - рукавный фильтр; 2 - колосниковый холодильник; 3 - вращающаяся печь; 4 - декарбонизатор; 5 - циклонные теплообменники; 6 - кондиционер; 7 - дымосос печи; 8 - сырьевая мельиица (валковая); 9 - электрофильтр; 10 - дымовая труба; 11 - вентилятор мельницы.
При условии снижения УЭС кондиционированием и рекомендуемой скорости газов эффективность обеспыливания в электрофильтрах может достигать 99 %.
Обеспыливание газов цементной промышленности в колосниковых холодильников клинкера. Для обеспыливания избыточного воздуха клинкерных холодильников применяют электрофильтры, рукавные или зернистые фильтры. На первых этапах применения электрофильтров эффективность их работы была низкая и составляла 70-75 %, что объяснялось в первую очередь высоким удельным сопротивлением пыли, приводящим к возникновение в электрофильтре обратной короны. Для снижения УЭС величины (108 Ом-м) применяют метод увлажнения газов перед электрофильтром.
Этот процесс осуществляют, применяя различные способы и устройства: в специальном иолом скруббере, оснащенном распыливающими форсунками под давлением до 2,1 МПа и устанавливаемом перед электрофильтром; направляя избыточный воздух колосникового холодильника в сушильно-дробильную или сушильно помольную установку для подсушки сырья или угля и одновременного увлажнения и охлаждения; распыляя воду под давлением примерно 0,5 МПа непосредственно в колосниковом холодильнике (в более холодной части) над клинкером (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Схема увлажнения избыточного воздуха колосникового холодильника печи перед электрофильтром.
1 - электрофильтр; 2 - подача воды; 3 - холодильник; 4 - печь; 5 - острое дутье; 6 - общее дутье.
В этом случае применяют центробежные механические форсунки с винтовыми завихрителями, введенные в холодильник сверху через отверстия в его своде. Форсунки защищены металлическим чехлом от контакта с горячим воздухом в этот чехол подается воздух от вентилятора острого или общего дутья. Диаметр выходных отверстий форсунок около 6 мм, что позволяет использовать техническую воду.
Установка оснащена системой автоматической блокировки и регулирования подачн в зависимости от температуры избыточного воздуха ка выходе из холодильника. Подача воды в холодильник прекращается при остановке печи или холодильника либо при снижении температуры воздуха, отходящего из холодильника, ниже определенного значения.
В результате использования такой автоматической установки для регулирования подачи и распыливания воды (примерно 50-90 г на кг клинкера) в холодильнике с увлажнением избыточного воздуха до нчагосодержания 60-65 г/м3 (точка росы 40-45 °С) эффективность трсхнольного электрофильтра типа УГ (при скорости в активной зоне до 15 м/с) составила 98,5-99,5 %. Это обеспечило принятую норму запыленности очищенночищенного воздуха (ниже 100 мг/м3); входная запыленность достигла 10 г/м3, а температура избыточного воздуха при входе электрофильтр не превышала 180 °С.
При подаче воды в холодильник может нарушаться технологический Режим электрофильтра при колебаниях параметров пылегазового потока. Поэтому для обеспыливании избыточного воздуха колосниковых холодильников наряду с электрофильтрами применяются рукавные и зернистые фильтры, так как их эффективность не зависит от величины УЭС пыли.
Обеспыливание газов цементных мельниц. Высокая концентрация пыли (до 500 г/м3), повышенное значение УЭС и относительно низкое влагосодержание пылегазового потока создают определенные трудности.
Рис. 7.7. Обеспыливание газов в цементной промышленности. Установка.
1 - сушильный барабан; 2 - топка; 3 - течка; 4 - питатель; 5 - бункер; 6 - конвейер; 7 - зонт; 8 – циклоны для применения сухих электрофильтров.
Поэтому распространение получили схемы с применением высокопроизводительных рукавных фильтров с рукавами из гидрофобизированного и графитизированного фильтровального материала. Обеспыливание газов в цементной промышленности сушильных барабанов. В сушильных барабанах создается непосредственный контакт высушиваемого материала с горячими газами твердого топлива, сжигаемого в виде угольной пыли либо мазута и природного газа, сжигаемых в выносных топках или непосредственно в барабане. У разгрузочной части сушильного барабан газы отсасываются из бункера и мест пересыпки на конвейер.
Обычно аспирационно-обеспыливающая система сушильного барабана состоит из двухступенчатой пылеулавливающей установки. Первоступенью является циклон, эффективность которого составляет в качестве второй ступени применяют многопольные электрофильтры, а прн низкой температуре газов и высокой точке росы - ротоклоны.
При эксплуатации электрофильтров иногда возникают трудности в связи с широким диапазоном колебаний запыленности газов и высоким значением УЭС пыли, что влечет за собой возникновение обратной короны, а иногда залнпание электродов при частых понижениях температуры до точки росы, связанных с остановками сушильного барабана. Во избежание залипания электродов электрофильтры перед включением питателей сушильных устройств прогревают незапыленными газами. Для эффективной работы электрофильтров стабилизируют режим работы сушильного барабана (ликвидируют подсосы по тракту, уплотняют места выгрузки пыли из бункеров циклонов и электрофильтров). При скорости газа в активной зоне электрофильтра 0,8 м/с эффективность аппарата составляет 95-98 % .
На рис. 7.7 приведена схема аспирационно - обеспыливающей системы прямоточного сушильного барабана.
