Снижение влагосодержания сырьевого шлама осуществляется двумя способами: химическим — путем введения разжижителей шлама и механическим — путем обезвоживания шлама в подходящих фильтрах, например барабанных или дисковых. Применяют также фильтр-прессы, формующие брикеты влажностью 18—20%. Однако это требует дополнительных капиталовложений. Механическое обезвоживание шлама допускает укорачивание длинных вращающихся печей мокрого способа производства.

На рис. 20.32 приведена зависимость между влажностью сырьевого шлама и удельным расходом тепла, характеризуемым так называемым коэффициентом расхода тепла [206].


Например, вращающаяся печь, питаемая шламом влажностью 38%, имеет удельный расход тепла 1500 ккал/кг клинкера. Снижение влажности шлама до 36% должно сократить удельный расход тепла до 1500X0,95 (коэффициент) = 1425 ккал/кг, и, наоборот, повышение влажности шлама до 41% повысит удельный расход тепла до 1500X1,08=1620 ккал/кг клинкера.

Эффективность разжижителей шлама существенно зависит от его физико-химических свойств. Подходящие разжижители подбирают экспериментально для каждого сырьевого материала и каждого цементного завода. При этом каждый разжижитель характеризуется оптимальной концентрацией, превышение которой ведет к росту вязкости шлама. Например, при добавке 0,33% NaOH влажность шлама снижается с 40 до 34,6%, однако при большем количестве NaOH шлам станет более «жестким».

Возраст шлама также влияет на его свойства, хотя это трудно учесть в производственных условиях. Шлам 40%-ной влажности имеет такую же вязкость в возрасте 7 сут, что и свежий шлам из того же сырья влажностью 35,8%. При более грубом помоле вязкость шлама снижается.

Ионы и молекулы разжижителей адсорбируются на поверхности частиц в шламе. Это предотвращает агломерацию частиц, снижает внутреннее трение и повышает текучесть.

Имеется две группы разжижителей шлама

а) щелочные электролиты — силикат натрия Na2Si03, гидроксид натрия NaOH, карбонат натрия Na2C03;

б) поверхностно-активные, в основном органические вещест­ва— производные лигнина, лигносульфонат кальция, гуминовые кислоты, сульфитный щелок, углесодержащие добавки, мелассы и т.д.

Добавка 0,3—0,4% концентрата сульфитного щелока (здесь и ниже сухое вещество в расчете на сухую смесь) позволяет снизить влажность шлама на 3—4%, а в некоторых случаях — до 8%. Сульфитный щелок одновременно служит интенсификатором помола. Его смесь с карбонатом натрия (1 : 1), добавленная в количество 0,6—0,8%, снижает влажность шлама на 5— 8%. Описан случай, когда добавка 0,075% Na2C03 позволила снизить влажность шлама с 42 до 31,4% без уменьшения его текучести.

Добавка жидкого стекла в количестве 0,1% снижает влажность с 35,5 до 24%. При добавке триполифосфата натрия ШбРзОю (ТПФН, или STPP) в количестве 0,8% влажность шлама снижается на 3%, если в нем отсутствуют растворимые сульфаты кальция или магния. Последние взаимодействуют с ТПФН и «отравляют» его.

С другой стороны, разжижению шлама способствует повышение значения рН, так как при высокой концентрации гидроксильных ионов хлопья не образуются. Это достигается, например, при добавке соды к ТПФН. Применение щелочных электро­литов в качестве разжижителей шлама требует точной дозировки во избежание их отрицательного влияния на процесс обжига и качество цемента.

Затраты на разжижитель шлама должны быть ниже экономии от снижения расхода топлива [207—216], достигаемой при введении разжижителя.

20.4.2. Механическое обезвоживание шлама (цепные системы). Вращающиеся печи мокрого и сухого способов производства содержат различные цепные системы. Их единственным назначением в печах сухого способа является интенсификация теплообмена между горячими печными газами и сырьевой мукой. В печах мокрого способа цепные системы, кроме того, служат для испарения влаги и транспортирования материала и предотвращают образование шламовых колец.

Цепные системы сами по себе не являются механическими устройствами для обезвоживания шлама, однако так как они выполняют значительную механическую работу (в дополнение к сушке шлама), их часто относят к группе механических обезвоживателей шлама.

Третья группа — смеси разжижителей двух первых групп. (Прим. 2 Все же это представляется спорным. (Прим. ред.)

Различают цепные системы двух типов: цепные завесы (рис. 20.33) и цепные гирлянды (рис. 20.34)i.

В цепных завесах каждую цепь закрепляют только за один конец. Длина цепей составляет примерно 0,7 внутреннего диаметра печи (см. рис. 20.33). Расстояние между точками подвески отдельных цепей по окружности около 30 см, при менее плотных завесах —40—45 см. Примерно такое же расстояние вдоль оси печи между кольцами навески. Кольца навески.


Цепные гирлянды лучше перемещают материал в печи, чем свободно висящие цепи, что особенно важно для мокрого способа. Однако монтаж завес проще и выполняется быстрее, чем монтаж гирлянд.

Гидравлическое сопротивление цепных завес составляет 1— 2 мм вод. ст., а цепных гирлянд — 2—3 мм вод. ст. на 1 м длины цепной зоны.

Цепные гирлянды должны провисать так, чтобы оставшееся свободным расстояние составляло 0,4 внутреннего диаметра печи (см. рис. 20.34). Цепи, входящие в гирлянды, подвешиваются за оба конца вдоль винтовой линии, эта линия образует с осью печи угол от 45 до 60°. Для печей диаметром до 4 м этот угол должен составлять 45—50°, а для печей диаметром более 4 м — 60°.

Во вращающихся печах сухого способа всегда применяют цепные завесы (рис. 20.35). В цепной зоне оставляют один или два участка без цепей; эти участки выравнивают температуру газов, служат буферным объемом для выравнивания скоростей транспортирования отдельных фракций материала, способствуют осаждению пыли и дают возможность для установки термопар.

Во вращающихся печах мокрого способа применяют комбинацию из цепных гирлянд и завес (рис. 20.36).

1 В отечественной литературе они называются завесами со свободно висящими концами и гирляндно-винтовыми, но изложенная в тексте классификация за рубежом общепринята и достаточно наглядна, к тому же и сами
названия короче; поэтому они сохранены в переводе. (Прим. ред.)

2 В шахматном порядке. (Прим. ред.)

Необходимо также учитывать следующие критерии: при L/D>33 цепная зона должна занимать 18—20% длины печи, а при L/D = 33—25— 10%; вращающиеся печи с L/D<25 вообще не должны иметь цепей из-за высокой температуры газов.

Кроме того, следует отметить, что шлам, покидающий цепную зону, должен содержать 8—10% воды, так как при более
низкой влажности усиливается пылевыделение вследствие разрушения гранул.

Масса цепей в расчете на 1 т клинкера в сутки при мокром способе производства составляет 120 кг, при сухом способе — 105—ПО кг. При этом в 1 м3 объема цепной зоны предусматривают следующую площадь эффективной поверхности цепей: в печах мокрого способа 6—8,5 м2/м3, сухого — 8,5—12 м2/м3. Современные вращающиеся печи с описанными системами цепей характеризуются следующими удельными расходами тепла: печи мокрого способа производства—1280—1430, сухого — 980—ИЗО ккал/кг клинкера. Рационально выбранные цепные системы по сравнению с малоэффективными позволяют достичь экономии топлива, эквивалентной 300 ккал/кг клинкера. Промышленный опыт показывает, что навеска цепей суммарной линейной длиной 1500 м снижает температуру отходящих газов примерно на 110° С. Термический эффект цепных гирлянд в 1,5 раза больше, чем цепных завес такой же плотности, т. е. испарительная способность гирлянд в кг воды на 1 м2 поверхности в единицу времени на 50% больше.

Цепи во вращающихся печах сухого способа не выполняют работы по сушке материала, поэтому температура отходящих газов в них примерно 400° С, в то время как в печах мокрого способа с удачной конструкцией цепных систем она составляет примерно 200° С.

Материал цепей: при температуре ниже 530°С можно применять закаленную цементированную сталь. Однако при более высоких температурах ее твердость и износостойкость исчезают. При температуре 530—640°С может быть использована закаленная нержавеющая сталь с высоким содержанием хрома. В интервале 640—800°С рекомендуется использовать нержавеющую сталь 18 Сг 8 Ni, при 530—970° С — нержавеющую сталь № 309 или № 310 (ASTM). При температурах, превышающих 970° С, применяют высокопрочные и термостойкие сплавы с высоким содержанием хрома и никеля.

Сплавы, содержащие более 20% никеля, не используют из-за их чувствительности к воздействию среды. При высоком содержании никеля и хрома повышается стойкость цепей к окислению. Несмотря на это, содержание кислорода в печных газах не должно превышать 2%.

При восстановительной атмосфере в печи на цепи оказывает сильное воздействие сероводород.

Перегрев повреждает цепи из любого материала. Износ цепей во вращающихся печах мокрого способа производства составляет 100—150 г/т клинкера. В длинных печах сухого способа износ цепей составляет 80—120 г/т клинкера [217—231а].

20.4.3. Внутрипечные устройства во вращающихся печах мокрого способа производства. За исключением цепных систем, внутренние теплообменники во вращающихся печах мокрого способа подразделяют на устройства для подогрева и сушки.

Подогреватели шлама устанавливаются во вращающихся печах перед цепной зоной. Один из широко применяемых подогревателей, разработанный фирмой «Смидт» («Кальцина-тор»), представлен на рис. 20.37.

Стальной крест / делит поперечное сечение печи на четыре камеры. Камеры А со стороны поступления шлама закрыты стальными стенками, в то время как камеры В закрыты с противоположной стороны. Поступающий в печь шлам проходит

через камеры В во внутренний объем креста с телами наполнения. Во время оборота печи шлам поднимается в резервуарах 2, выступающих из корпуса печи. После половины оборота шлам стекает в камеры, из котерых затем поступает в цепную зону печи. Горячие печные газы входят в подогреватель через камеры А и через колосниковую решетку 3 — в камеры В, откуда, пройдя короткий отрезок печи, выходят с низкой температурой. Газы движутся через подогреватель противотоком и непосредственно нагревают шлам; кроме того, шлам нагревается горячими стенками камер, а также при контакте с телами наполнения. «Кальцинатор» фирмы «Смидт» нагревает сырьевой шлам от 10—15 до 55—65° С и служит пылеосадителем.

Основной частью «Кальцинатора» является вращающийся барабан; цилиндрическая часть барабана имеет решетку с одина-наковыми щелями (рис. 20.42). Барабан, занятый на 50% объема телами наполнения, вращается с частотой 1,6—1,1 об/мин в зависимости от диаметра. Барабан заключен в изолированный кожух из стальных листов. На кожухе установлено распределительное устройство для равномерной подачи шлама вдоль длины барабана.

Сырьевой шлам, содержащий 35—45% воды, вытекает из распределительного устройства и через щели в решетке поступает в барабан, где покрывает горячую поверхность тел наполнения. Благодаря медленному вращению барабана изменяется форма многочисленных узких щелей между телами наполнения, что приводит к интенсивному теплообмену между шламом и печными газами. На рис. 20.43 показана схема движения шлама и газов в барабане «Кальцинатора».

Другой принцип применен в конструкции, показанной на рис. 20.39. Здесь цепное устройство служит для усиления теплообмена между горячими печными газами и шламом. Такие подогреватели в ряде случаев применялись в советских вращающихся печах мокрого способа производства 4,5X170 м; диаметр подогревателя 5,5 м при длине 2,35 м. Общая длина цепей составляет 160 м, масса 2 т, эффективная площадь поверхности цепей 31 м2. Этот подогреватель шлама выпускает объединение SKET/ZAB, ГДР.

В дополнение к цепным системам и позади них (если смотреть со стороны подачи шлама) часто устанавливают специальные устройства, которые удаляют остатки влаги из подсушенного сырьевого шлама и одновременно подогревают высушенный материал.

Такое устройство для сушки шлама показано на рис. 20.40; оно представляет собой так называемый ячейковый теплообменник, делящий поперечное сечение печи на семь камер для достижения лучшего теплообмена между газом и материалом. Ячейковый теплообменник разработан в СССР НИИЦементом и был впервые изготовлен для вращающейся печи 4,5/5x135 м мокрого способа на Куйбышевском заводе>. Он изготовлен из термостойкой хромоникелевой стали (25% Сг и 6% Ni). Ячейковый теплообменник установлен в печи на двух участках длиной 4,5 м, его поверхность в печи диаметром 5 м составляет 380 м2. Стальные ячейковые теплообменники применяются также в длинных вращающихся печах сухого способа. Они дороже аналогичных керамических устройств, однако имеют меньшее гидравлическое сопротивление.

Температура отходящих газов составляет около 125° С. Благодаря взаимному трению тел наполнения слой шлама, подвергаемый сушке, разделяется и превращается в гранулы. Полученные гранулы через щели решетки падают в печь. Остаточная влажность гранул — 10-12%.

ффективность применения «Кальцинатора» зависит от свойств сырьевого материала. Сырьевой шлам должен обладать определенной пластичностью, чтобы обеспечить образование гранул. В зависимости от содержания влаги в шламе удельный расход тепла при совместной работе «Кальцинатора» с вращающейся печью составляет 1250—1400 ккал/кг клинкера.

Кальцинатор и концентратор могут также применяться в качестве подогревателей сырьевой муки при сухом способе, но перед загрузкой в них сухая сырьевая мука должна быть увлажнена добавкой 12—14% воды для грануляции. При сухом способе производства кальцинатор и концентратор снижают расход тепла до 1100—1200 ккал/кг клинкера. Однако здесь они в основном вытеснены теплообменниками суспензионного типа,