Повышение эффективности технологии обжига клинкера. Поиски, пути технических решений, внедрение.

Повышение эффективности технологии обжига клинкера. Поиски, пути технических решений, внедрение.


Журнал «Цемент» выпуск № 1 2005 год

В.Н. Шевченко, к.т.н., директор ООО ПФ «АЯН», г. Тула


В.Н. Шевченко, к.т.н., директор ООО ПФ «АЯН», г. Тула

Сложность теплотехнических и физико-химических процессов, происходящих при обжиге клинкера, несмотря на накопленный опыт, не позволяют судить об этой технологии как о до конца отработанной. Немало резервов имеется и в технологии обжига по мокрому способу [1], а потому задача их освоения является актуальной.

Среди подходов к достижению успеха можно выделить два крайних: разовую кардинальную реконструкцию линии обжига и поэтапное внедрение в нее отдельных элементов модернизации. Каждый из них имеет свои достоинства. Однако, если принимать во внимание, что любое вмешательство в действующий производственный процесс содержит элемент экспериментального риска, то в первом случае он связан с относительно крупными разовыми затратами. Во втором случае разовые затраты обычно незначительны, а элементы модернизации могут внедряться в ходе плановых ремонтов. Кроме того, поэтапная модернизация позволяет по результатам достигнутого скорректировать содержание последующих этапов, но в этом случае очевиден существенный проигрыш во времени.

Проводимая нами модернизация имеет комплексный характер. Смысл в том, что изменение конструкции хотя бы одного одного элемента линии обжига влечет необходимость изменений других, поскольку все они между собой взаимосвязаны.

Каждая действующая линия обжига по своему индивидуальна. Наш собственный опыт показывает, что тиражирование технических решений, приведших к положительным результатам, универсальным средством для последующих успехов не является. Поэтому каждый раз наша работа начинается с детального обследования объекта. Затем разрабатываются варианты конкретных предложений по модернизации, индивидуальный проект в чертежах и дальнейшая практическая работа по его реализации. Такую работу мы продолжаем четвертый год. Ее ход и результаты освещались, в частности, в публикациях [2-6].

Коротко об итогах. Модернизация, проведенная нами в ОАО “Мордовцемент” по трем линиям обжига, позволила повысить их производительность и снизить расход топлива в среднем приблизительно на 10 и 5 процентов соответственно. В настоящее время продолжаются работы по модернизации печи №5(5х185м), пуск которой намечен в марте с.г. В дальнейшем планируется продолжение модернизации оставшихся линий. Кроме того, нами проведено полное комплексное обследование четырех линий в ЗАО “Семейцемент” и линии в ОАО”Вольскцемент”. В стадии подписания договоры еще с несколькими цементными предприятиями.

Наша работа ведется по направлениям и в соответствии с рекомендациями, изложенными в монографии В.К. Классена[1]. Очень кратко рассмотрим некоторые из них.

Цепные завесы.

Основная задача их модернизации состоит в интенсификации оптимально сбалансированного теплообмена между горячей средой внутри печи и шламом. Необходимо также при относительной простоте конструкции и ремонтнопригодности завесы обеспечить хорошую очистку цепей, оптимальное гранулообразование, снизить негативные эффекты пыления, предотвратить кольцеобразование в печи, обеспечить функциональную аэродинамику завесы и т.д. В конечном счете модернизированная цепная завеса должна обеспечить максимально возможное улучшение технико-экономических показателей печного агрегата в целом и, безусловно, его устойчивую работу.

Исходя из индивидуальных параметров агрегата и свойств шлама, соопределяются длины отрезков и геометрия звеньев цепей на различных участках завесы, производится экономически оправданный выбор материалов, разрабатываются способы крепления. На некоторых участках завесы и вне ее рекомендуется бронефутеровка. В этом случае вводятся коррективы, связанные с ее функционированием в теплообменных процессах.

В основном мы применяем свободновисящую навеску из круглозвенных цепей. При заданной длине отрезка круглозвенные цепи имеют поверхность теплообмена почти на треть больше, чем овальнозвенные с той же толщиной звена [7]. При заданной плотности завесы это соответственно сокращает число точек крепления.

Расчеты геометрических размеров звеньев и плотностей завесы производятся в зависимости от характера теплообмена (конвективный или лучистый), проявляющихся в конкретике адгезионно-когезионных свойств шлама, скоростей прохождения его на различных участках [8] и аэродинамических особенностей последних.

Эффективность и долговечность завесы во многом зависит от выбора материалов и технологии изготовления цепей. Мы практикуем максимально возможное “продвижение” цепной завесы в сторону горячего конца печи, поскольку это связано с соответствующим снижением теплопотерь в горячей зоне и оптимизацией процессов клинкерообразования [1]. Здесь необходимы стали с жаростойкостью до 1300°С и более. Однако, чем выше жаростойкость стали, тем выше ее стоимость. Поэтому применения дорогих никелесодержащих марок экономически не всегда оправдано. Особенно это касается литых цепей, которые из-за неизбежных литьевых и структурных дефектов с точки зрения долговечности порой бывают непредсказуемы.

Сварные, особенно жаростойкие цепи из горячекатанного прутка, хотя и несколько дороже, но более надежны. Здесь немаловажное значение имеет способ сварки. Лучшим из применяемых в настоящее время за рубежом и в нашем производстве является контактно-стыковой способ сварки на специальных сварочных машинах (рис.1,2,3).

Важным направлением нашей работы является разработка безникелевых марок стального проката ферритного класса. Жаростойкость одной из таких марок приведена на рис.4. Актуальность работы в данном направлении заключается еще и в том, что жаростойкость и жаропрочность не только цепей, но и многих других элементов конструкций в линии обжига клинкера непосредственно связана с технологической эффективностью этого производства в целом.

Защита корпусов печей

Защита корпусов печей от негативного воздействия температур - отдельная интересная для нас тема. Поиск рациональных решений по этому вопросу продолжается. Однако уже в настоящее время нами отработана и применяется достаточно эффективная бронировка бетонной теплоизоляции металлическими плитами, конструкция которых предотвращает их коробление, обеспечивает технологичное крепление и эффективно защищает теплоизоляцию корпуса, в несколько раз увеличивая срок ее службы (рис.5). Металлическая броня предотвращает контакт цепей с теплоизоляционным бетонным или кирпичным слоем.

Не менее серьезно должна решаться проблема теплопотерь через корпус печи. Для этого необходимы долговечные материалы с минимальной теплопроводностью. Тонкий слой легкой теплоизоляции, позволяет, кроме того, увеличить рабочий объем печи и возможно снизить нагрузку на ее опоры. Существующие современные теплоизоляционные материалы как правило либо слишком дороги, либо не в полной мере отвечают указанным требованиям. Поэтому наши усилия сосредоточены на поиске возможностей сочетания их с металлической бронефутеровкой.

Снижение теплопотерь

Снижение теплопотерь - задача многосторонняя. В практической работе невозможно обойти стороной, например, подсосы первичного холодного воздуха через неэффективные уплотнения. Решаем такого рода задачи путем упрощенных конструкторских приемов с использованием возможностей на местах. Более сложным является, например, для колосниковых холодильников увеличение времени пребывания клинкерной массы в процессе сброса ее из печи, а также изменение конструкции колосников и скоростей их перемещения с целью рационального распределения скоростей прохождения клинкера вдоль колосниковой решетки.

Горелочные устройства.

В разрабатываемых и производимых нами горелках (рис.6,7,8) регулировки факела осуществляются не только традиционными осевыми перемещениями дросселя, т.е скоростью истечения и количеством подаваемого в печь газа, но и за счет регулируемого эжектирования части вторичного воздуха через центральный канал. Однако, несмотря на хорошие результаты, полученные в условиях реальной производственной эксплуатации, процесс их совершенствования продолжается. Основное внимание теперь сосредоточено на поиске оптимальных углов раскрытия газового потока. Разрабатываются также газовые горелки с возможностью дополнительного сжигания других видов топлива (промышленные отходы, мазут, уголь).

Комплекс перечисленных направлений по совершенствованию линий обжига клинкера конечно не является исчерпывающим. Большое многообразие факторов, оказывающих количественно недостаточно изученное, но существенное влияние на процесс и его результаты, предполагает применение многокритериального факторного анализа. Однако такие попытки не всегда дают положительные результаты, т.е. получаемые регрессионные модели вследствие недостаточной объективности исходных данных или неверно оцененных статистических подборок оказываются не вполне адекватными. В таких случаях полагаемся на собственный опыт. Для нас важно довести то или иное направление до проектной конкретики и, применив при этом минимальные изменения, обязательно получить положительный результат.

До момента сдачи “под ключ” наша работа по модернизации линии обжига клинкера в целом включает следующее:

  • комплексное всестороннее обследование объекта;
  • поиск и принятие оптимальных технических решений по модернизации его элементов;
  • расчеты, проектирование и разработка конструкторской документации;
  • выбор производителей материалов, заготовок и размещение заказов;
  • изготовление элементов материально-технической части проекта;
  • их комплектация, поставка и монтаж;
  • пуск и отладка производственного цикла;
  • обучение заводского персонала работе на сдаваемом в эксплуатацию объекте.


Все перечисленное входит в зону нашей полной ответственности перед заказчиком, закрепленной соответствующими гарантиями. Невысокие степени рисков в этом отношении объясняются достаточными уровнями квалификации нашего персонала и развития собственной производственной базы. Последняя обеспечивает: полный цикл производства теплообменных жаростойких и нормальных сварных цепей и элементов их крепежа любых конструкций; производство полных комплектов бронефутеровки с разной конфигурацией плит; изготовление горелочных устройств нескольких модификаций; производство запасных частей транспортеров; изготовление нестандартных элементов различного оборудования (например, траверсы печей), запасных частей к нему и др. Наши разработки защищены патентами, а продукция при необходимости сертифицирована.

На нашей производственной базе работают сварочные агрегаты стыковой контактно-импульсной сварки и полуавтоматические машины стыковой сварки с индукционным разогревом, установки плазменной резки металла с програмным управлением, комплексы оборудования по подготовке, сборке и сварке цепей, комплексы металлообрабатывающих станков и вспомогательного оборудования. Доставка произведенной продукции заказчикам обеспечивается преимущественно собственными транспортными средствами.

Таким образом, процесс внедрения нового в цементное производство в творческом и организационно-техническом плане является для нас весьма многосторонним. Это интересная и ответственная работа. Мы продолжаем ее.

Литература.

  1. В.К. Классен. Обжиг цементного клинкера. Красноярск, Стройздат. 1994г., 323с.
  2. ОАО “Мордовцемент”. Опыт проектирования и эксплуатации модернизированных цепных завес. Цемент и его применение, 2003г., №5, с.4.
  3. В.Н. Шевченко, В.М.Коновалов. Модернизация внутрипечных теплообменных устройств в процессе их ремонта или реконструкции. Цемент и его применение, 2002г, №6,с.17-18.
  4. ОАО “Мордовцемент”. Усовершенствованная цепная завеса повышает показатели работы печи. Цемент и его применение, 2002, №4, с.3.
  5. В.Н. Шевченко. Встроенные цепные теплообменники и повышение эффективности работы вращающихся печей. Цемент и его применение, 2001г., №5, с.16-17.
  6. В.Г. Молчанов. ОАО “Мордовцемент”. Цемент и его применение. 2004г, №1,с.16.
  7. В.Н. Шевченко. Некоторые аспекты применения круглозвенных цепей. Цемент и его применение. 2000г., №3; с.42-43.
  8. И.Н. Борисов. Пути повышения эффективности работы цепных завес вращающихся печей. Цемент и его применение, 2003г., №3, с.17-20.