Модернизация внутрипечных теплообменных устройств в процессе их ремонта или реконструкции.

УДК 536.27

Журнал «Цемент», выпуск № 6 2002 год

В.Н. Шевченко к.т.н., ООО ПФ «Аян»
В.М. Коновалов, к.т.н., Белгородская Государственная Технологическая Академия
строительных материалов (БелГТАСМ), г. Белгород

РЕФЕРАТ. В статье рассматриваются вопросы модернизации внутрипечных цепных теплообменников и теплозащиты корпуса вращающихся цементных печей в ходе их ремонта или реконструкции. Приводятся оценки достигнутых результатов и предложения по организации и проведению работ.

За последние годы на печах мокрого способа производства цемента за рубежом произошел, а в России начался переход к использованию внутрипечных теплообменных устройств (цепных завес), построенных на новых подходах. Сущность этих подходов, в частности, состоит в использовании свободной навески, отказе от «ковриков», увеличении длины завесы, использовании более тяжелых круглозвенных цепей [1] и др. Цепная завеса должна обеспечивать эффективное использование тепла отходящих газов, подготовку материала (стабильный размер частиц, требуемая температура). При этом должны быть полностью исключены выплески шлама в пыльную камеру и кольцеобразование. Хорошая цепная завеса – это устойчивая работа печи без тихих ходов, а значит и повышение качества клинкера. В целом модернизация цепных завес является основным направлением, позволяющим значительно и надежно повысить производительность вращающихся печей при одновременном снижении удельных расходов топлива [2, 3, 4]. Кроме того, цепные завесы нового поколения должны снижать пылеунос, и работы в этом направлении нами продолжаются. Суть здесь в том, что до сих пор, в основном, рассматривались вопросы прохождения материала через цепную зону, а прохождение газового потока практически не учитывалось. Проверка аэродинамики газового потока в цепной завесе вращающейся печи Ø 5x185 м, проведенная в ОАО «Осколцемент» [5], только подтверждает важность этого момента.

Работы по усовершенствованию цепных завес продолжаются и за рубежом. Например, фирма Fröndenberger Kettenfabrik Heinrich Prünte GmbH & Co KG приводит в своих статьях рассуждения по завесе для печи Ø 4,5x170 м [6]. Из этих рассуждений видно, что общие принципы построения цепных завес нового поколения за рубежом те же, что и в России. Общим для нас является и признание преимуществ в использовании круглозвенных цепей перед овальнозвенными, хотя в ука-занной статье подчеркивается, на наш взгляд, далеко не самое важное из них – равномерный износ и связанное с ним некоторое увеличение срока службы. Гораздо важнее то, что круглозвенные цепи обладают лучшей самоочисткой и не образуют клубков за счет взаимного сцепления звеньев, а также не склонны к эффекту «укорочения» цепей при развороте звеньев поперек.

Упомянутая фирма вслед за ООО ПФ «Аян» начала предлагать свои услуги по модернизации цепных завес в России с целью повышения их эффективности. Воспользуемся ее цифровыми выкладками и будем полагать, что опубликованные в [6] расчетные данные по указанной печи можно использовать для оценки реальных результатов, достигнутых ООО ПФ «Аян».

Первые опыты модернизации цепных завес, приведенные в [2], показали реальность перспектив повышения производительности печей на 10-20% и более при существенном снижении удельного расхода топлива на тонну клинкера. При этом речь здесь, разумеется, идет о результатах, относимых не к печам, вообще свободным от цепных завес, а к печам, имевшим завесы «старого» типа. При проектировании цепных завес учитываются адгезионно-когезионные свойства шлама, определяемые на физической модели, что позволяет целенаправленно осуществлять навеску цепей с индивидуальным технологическим дизайном, обеспечивающим устойчивую работу цепной завесы с улучшенными параметрами: меньшим аэродинамическим сопротивлением при увеличенной массе цепей, пониженным пылевыносом и более эффективным теплообменом.

В качестве примера реализации модернизированных цепных завес по разработкам ООО ПФ «Аян» можно привести печь Ø 3,6x3,3x4,0x150м [4], производительность которой в нормальном режиме эксплуатации была поднята с 25,0 до 30,2 т/ч. При этом стоимость всех затрат, включающих стоимость цепей массой 106 т и элементов их крепления, а также стоимость собственно проекта (400 тыс. руб., т.е. всего 15% от стоимости всех затрат) составила около 85 тыс. долл. США. В пересчете на упомянутую в [6] печь Ø 4,5x170 м со 170-тонной цепной завесой стоимость всех затрат составила бы около 140 тыс. долл. США. Практика показала, что стоимость услуг ООО ПФ «Аян» оказалась в 2 раза меньше, чем предполагалось первоначально [2]. К этому следует добавить, что с пуском рассмотренной выше печи Ø 3,6x3,3x4,0x150м завод получил возможность окупить затраты на выполненный проект модернизированной завесы в течение порядка двух недель, т.к. прибавка реальной производительности этой печи позволяет получить не менее 120 т цемента в сутки. Полезно также принять во внимание, что если бы завод не проводил модернизации цепной за-весы, а просто заменил бы старые цепи на новые в ходе неизбежного ремонта, его затраты на материальную часть такой завесы оказались бы на уровне затрат на материальную часть при ее модернизации.

Что касается замечания, высказанного в работе [6] о неприемлемости применения для цепных завес цементных печей литых цепей, то оно опровергнуто уже многолетней практикой их эксплуатации. Долговременная и непрерывная отработка сложной технологии литья и сварки на наших предприятиях позволила обеспечить такое высокое качество в том числе и литых жаропрочных цепей с заданным содержанием безусловно необходимых компонентов (хрома, никеля, марганца и др.), которое обеспечивает их долговременную стойкость в любой температурной зоне печи. Подавляющее большинство российских цементных предприятий, как и ряда зарубежных, убедилось в этом на собственном опыте, притом, что стоимость наших цепей значительно ниже, чем любых зарубежных. Кроме того, попытки некоторых цементных заводов использовать зарубежные рекомендации и цепи приводят их к трудностям, связанным с поставками разнокалиберных дорогостоящих изделий взамен неизбежно износившихся. Высокая стоимость таких цепей у зарубежных поставщиков заставляет их обращаться к нам, но у нас не всегда имеется возможность в короткие сроки изготовить соответствующую оснастку. Ведь наше производство и услуги по модернизации сориентированы, в основном, на устоявшиеся, а поэтому и более дешевые типоразмеры цепей, обеспечивающие, впрочем, эффект не меньший, чем зарубежные разнокалиберные.

В настоящее время некоторые российские производители пытаются развернуть производство литых жаропрочных цепей на имеющихся у них мощностях. Однако едва ли заказчики этой продукции могут рассчитывать здесь на приемлемые качество и стоимость. Секреты технологии литья, если таковая в целом даже и есть, преимущественно состоят в многочисленных деталях, для постижения которых нужны многолетняя практика и соответствующие затраты. Нам же теперь ничто не мешает двигаться от уже достигнутого дальше, чем мы, естественно, и занимаемся.

Специалисты ООО ПФ «Аян», учитывая отечественный и зарубежный опыт в разработке цепных завес, имеют свое видение процессов, происходящих в них. Например, учитывается, что температура газового потока при входе в модернизированную цепную завесу повышается до 1200°C, а температура материала на выходе из цепной завесы до 450-550°C. В связи с этим, особое внимание мы уделяем теплозащите корпуса печи. Теплозащита корпуса печи в цепной зоне традиционно выполнялась из бетона (наполнители: шламовый порошок, мелкий клинкер). При гирляндной навеске цепей этого было достаточно. Однако при свободной навеске механическая прочность такой футеровки оказывается малоприемлемой. Специальные жаропрочные бетоны очень дороги и требуют строгого соблюдения технологии укладки, что особенно проблемно в зимних условиях. Предпринимались и предпринимаются попытки различными способами защитить бетон от механических разрушений, в том числе путем применения чугунных и стальных плит, полутруб, ребер. Наиболее хорошо показали себя стальные плиты. При хорошем исполнении они надежно защищают бетон. Но дело в том, что ремонты печей проводят, как правило, зимой, а бетонирование зоны цепной завесы с монтажом плит на не застывший бетон представляют собой немалые трудности. Кроме того, теплопроводность бетона достаточно высока, и его слой с плитами в горячей зоне цепной завесы составляет не менее 150 мм. Без использования плит на некоторых за-водах кладут не менее 200 мм бетона (чтобы дольше «ходил»), а это приводит к перегрузу второй опоры печи, и без того самой перегруженной. Одновременно уменьшается «рабочий объем» печи в зоне подготовки материала.

Попытки использования металлических плит для защиты теплоизоляции в горячей зоне цепных завес предпринимались и при «традиционных» схемах еще 18-20 лет назад. Есть и современные предложения зарубежных фирм с креплением плит к корпусу печи. Конструктивно эти варианты сложны и дороги. Наиболее перспективной следует считать бронировку, крепящуюся к элементам крепления самих цепей. Эти варианты эксплуатируются в России уже более 5 лет, а мы продолжаем работу над их совершенствованием.

При использовании стальных плит можно отказаться от бетона в качестве теплоизоляции. Если применять современные сухие легкие теплоизоляционные материалы, можно ускорить и упростить монтаж футеровки цепной зоны, а поскольку толщина слоя теплоизоляции в этом случае требуется небольшая (20-40 мм), соответственно увеличивается «рабочий объем» зоны подготовки материала и снижается нагрузка на вторую опору печи.

В качестве теплоизоляционного материала можно предложить опять-таки то, что выпускается в самой России – это базальтовое волокно. Материал уже прошел апробацию на печи Ø 4x150 м. При этом возникла проблема с уплотнением зазоров между стальными плитами. Однако использование плит отработанной нами конструкции с «замком» позволило успешно решить эту проблему.

На заводах Северной Америки, кстати, уже несколько лет как используют легкие теплоизоляционные материалы. Но конструкция плит там, по нашим меркам, слишком сложна. Разработанная нами конструкция значительно проще и дешевле в изготовлении. В настоящее время, благодаря усилиям ООО ПФ «Аян», сложилось рентабельное содружество науки, производства и практической эксплуатации в лице специалистов ООО ПФ «Аян», БелГТАСМ и ООО «Метапласт», способное в значительной степени модернизировать не только печные агрегаты (цепная завеса, футеровка, горелки и др.) в ходе их ремонта, но и другое оборудование цементного производства. Теперь можно с уверенностью сказать, что мы владеем подходами к достижению высоких результатов и способны брать на себя ответственность за это.

В заключение осталось только повторить ту схему договорных отношений с заказчиками, которая оправдала себя на практике.

Исследование возможностей и разработка предложений по модернизации оборудования производится за наш счет. Если наши предложения заказчиком принимаются, составляется соответствующий договор, согласно которому заказчик оплачивает лишь поставляемую ему материальную часть модернизируемого оборудования. Авторский надзор по его монтажу, пуско-наладочные работы, а также обучение персонала после пуска агрегата мы осуществляем бесплатно. Оплату за собственно разработку проекта заказчик осуществляет только после достижения агрегатом договорных параметров и может отказаться от этой оплаты, если указанные параметры модернизированный агрегат не обеспечивает.

ЛИТЕРАТУРА

В.Н. Шевченко. Некоторые аспекты применения круглозвенных цепей. Цемент и его применение, 2000, №3, с. 42-43.
В.Н. Шевченко. Встроенные цепные теплообменники и повышение эффективности работы вращающихся печей. Цемент и его применение, 2001, №5, с. 16-17.
В.Н. Шевченко. Встроенные цепные теплообменники и повышение эффективности печей. В сб. Международная конференция по цементу «Петроцем». 2002, СПб, с. 18-20.
ОАО «Мордовцемент». Усовершенствованная цепная завеса повышает показатели работы печи. Цемент и его применение, 2002, №4, с. 3.
Г.А. Приголовко, Е.В. Текучева. Аэродинамика газового потока в цепной зоне печи Ø 5x185 м. Цемент и его применение, 2002, №2, с. 18-20.
Fröndenberger Kettenfabrik Heinrich Prünte GmbH & Co KG. Опыт – знания – будущее. Жаропрочные цепи для вращающихся печей из Германии. Уменьшение затрат при эксплуатации цементных вращающихся печей путем оптимизации цепных завес. Цемент и его применение, 2002, №4, с. 16-18.