ПРОИЗВОДСТВО ИЗВЕСТИ (ИТС 7-2022)

Содержание

Введение

Предисловие

Раздел 1 Общая информация об отрасли промышленности

1.1 Общие сведения об известковой отрасли

1.2 Производство извести в Российской Федерации

1.3 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и

устойчивое развитие производства извести

Раздел 2 Описание технологических процессов, используемых в

настоящее время при производстве извести

2.1 Общее описание процесса подготовки сырья и топлива

2.2 Общие сведения об обжиге карбонатных пород

2.3 Типы известеобжигательных печей

2.4 Дробление и измельчение извести

2.5 Производство гашеной извести

2.6 Складирование готовой продукции

2.7 Контроль качества готовой продукции

2.8 Вредные производственные факторы

Раздел 3 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду и потребления

ресурсов

3.1 Потребление материальных ресурсов

3.2 Энергетические ресурсы

3.3 Выбросы в атмосферу

3.4 Побочные продукты в производстве извести

3.5 Использование воды

3.6 Шум

3.7 Экологический менеджмент

3.8 Энергетический менеджмент

Раздел 4 Определение наилучших доступных технологий

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии

5.1 Наилучшие доступные технологии при производстве извести

5.2 Преимущества, которые могут быть достигнуты при внедрении НДТ

106

Раздел 6 Перспективные технологии

107

6.1 Перспективные технологии производства извести

107

Введение

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям «Производство извести» (далее - справочник НДТ) является документом

по стандартизации, разработанным в результате анализа технических, технологиче-

ских и управленческих решений, применяемых в производстве извести.

Структура настоящего справочника НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.032019

[1], формат описания технологий - ГОСТ Р 113.00.042020 [2], термины приведены в

соответствии с ГОСТ Р 56828.152016 [3].

Краткое содержание справочника

Введение. Представлено краткое содержание настоящего справочника НДТ.

Предисловие. Указана цель разработки настоящего справочника НДТ, его ста-

тус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с

установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными до-

кументами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые рас-

пространяется действие настоящего справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития в Рос-

сийской Федерации производства извести, описаны основные виды извести, области

применения и объемы производства. Также приведены основные факторы и аспекты,

характеризующие охрану окружающей среды при производстве извести.

В разделе 2 представлены сведения о производстве извести:

- общие сведения о процессе добычи сырья (карбоната кальция);

- общие сведения о технологии производства извести;

- общие сведения об основном технологическом и природоохранном оборудова-

нии, применяемом при производстве извести.

В разделе 3 дана оценка удельного потребления энергоресурсов и уровней

эмиссий в окружающую среду, характерных для производства извести в Российской

Федерации. Раздел подготовлен на основании данных, представленных предприятия-

ми Российской Федерации в рамках актуализации настоящего справочника НДТ, а так-

же различных литературных источников.

В разделе 4 описаны особенности подходов, использованных при разработке

настоящего справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения тех-

нологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализа-

ции и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим до-

ступным технологиям (утверждены постановлением Правительства Российской Феде-

рации от 23 декабря 2014 г. № 1458 [4]) и Методическим рекомендациям по определе-

нию технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом

Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 23 августа 2019

г. № 3134 [5]).

В разделе 5 приведены краткие описания НДТ, внедрение которых целесооб-

разно и актуально при производстве извести и которые позволяют сократить эмиссии в

окружающую среду, потребление сырья, воды, энергоресурсов и снизить образование

отходов и побочных продуктов производства. Кроме того, в разделе приведены НДТ,

относящиеся к системам экологического менеджмента, контроля и мониторинга техно-

логических процессов производства.

В разделе 6 приведены перспективные технологии производства извести.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах

технической рабочей группы, принимавших участие в разработке настоящего справоч-

ника НДТ, и рекомендации предприятиям отрасли по дальнейшим исследованиям эко-

логических аспектов производственной деятельности и улучшению технологических

показателей.

Библиография. Приведен перечень источников информации и нормативных

правовых актов, использованных при разработке настоящего справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического

справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением

Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1448 [4]. Перечень об-

ластей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Пра-

вительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. № 2674-р [6].

1 Статус документа

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации и разрабо-

тан в соответствии с положениями, требованиями и терминологией, изложенными в

национальных стандартах в области наилучших доступных технологий [1], [2], [3].

2 Информация о разработчике

Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой «Произ-

водство извести» (ТРГ 7), состав которой утвержден приказом Министерства промыш-

ленности и торговли 18 марта 2022 г. № 857 «О создании технической рабочей группы

"Производство извести"».

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке

настоящего справочника НДТ, приведен в разделе «Заключительные положения и ре-

комендации.

Настоящий справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших до-

ступных технологий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Настоящий справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве

извести технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в

том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, сокра-

тить водопотребление, повысить энергоэффективность и ресурсосбережение.

Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, мето-

дов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ).

В настоящем справочнике НДТ установлены соответствующие технологические

показатели НДТ для производств извести.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Настоящий справочник НДТ разработан на основе справочника ЕС по наилуч-

шим доступным технологиям «Комплексное предотвращение и контроль загрязнения

окружающей среды. Справочный документ по наилучшим доступным технологиям.

Производство цемента, извести и оксида магния (Integrated Pollution Prevention and

Control. Reference Document on Best Available Techniques in the Cement, Lime and Mag-

nesium Oxide Manufacturing Industries) [7].

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических спосо-

бах, методах, применяемых при производстве извести в Российской Федерации, была

собрана в процессе актуализации настоящего справочника НДТ в соответствии с По-

рядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического

справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем

отрасли, утвержденным приказом Министерства промышленности и торговли от 18 де-

кабря 2019 г. № 4841 [8].

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, раз-

работанными в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации

от 31 октября 2014 г. № 2178-р [9], приведена в разделе «Область применения».

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Настоящий справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 16 декабря

2022 г. № 3198.

Настоящий справочник НДТ введен в действие с 1 сентября 2023 г., официально

опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сай-

те Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Ин-

тернет (www.gost.ru).

8 Взамен ИТС 7-2015

VII

И Н Ф О Р М АЦ И О Н Н О - Т Е Х Н И Ч Е С К И Й С П Р АВ О Ч Н И К

П О Н АИ Л У Ч ШИ М Д О С Т У П Н Ы М Т Е Х Н О Л О Г И Я М

ПРОИЗВОДСТВО ИЗВЕСТИ

Manufacture of lime

Дата введения 2023-09-01

Область применения

В соответствии с постановлением Правительства РФ от 31 декабря 2020 г.

№ 2398 «Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное

воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий» деятельность по

производству извести (негашеной, гашеной) при наличии печей (с проектной мощно-

стью 50 тонн в сутки и более) относит предприятия к объектам I категорий [10].

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды

экономической деятельности:

- производство негашеной, гашеной и гидравлической извести;

- производство прочей неметаллической минеральной продукции;

- производство цемента, извести и гипса.

Производство указанных продуктов относится в соответствии с общероссийским

классификатором видов экономической деятельности (ОКВЭД 2) к производству про-

чей неметаллической минеральной продукции (код ОКВЭД 2 23).

Настоящий справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с

основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий

или масштабы загрязнения окружающей среды:

- хранение и подготовка сырья;

- хранение и подготовка топлива;

- производственные процессы;

- методы предотвращения и сокращения эмиссий, образования отходов;

- хранение и подготовка продукции.

Настоящий справочник НДТ не распространяется на:

- добычу сырья на месторождениях;

- вопросы, относящиеся исключительно к обеспечению промышленной без-

опасности или охране труда.

Вопросы охраны труда рассматриваются частично и только в тех случаях, когда

они оказывают непосредственное влияние на виды деятельности, включенные в об-

ласть применения настоящего справочника НДТ.

Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в Приложении

Б.

Дополнительные виды деятельности (технологические процессы, промышлен-

ные системы для реализации отдельных видов деятельности), осуществляемые при

производстве извести, и соответствующие им справочники НДТ, определенные распо-

ряжением Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. № 2178-р [9],

приведены в таблице 1.

Т а б л и ц а 1 - Дополнительные виды деятельности, осуществляемые при производстве изве-

сти и соответствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Очистка и утилизация сточных

ИТС 8 «Очистка сточных вод при производстве продукции

вод

(товаров) выполнении работ и оказании услуг на крупных

предприятиях»

ИТС 10 «Очистка сточных вод с использованием центра-

лизованных систем водоотведения поселений, городских

округов»

Утилизация и обезвреживание от-

ИТС 15 «Утилизация и обезвреживание отходов (кроме

ходов

обезвреживания термическим способом (сжигание отхо-

дов))»

Размещение отходов

ИТС 17 «Размещение отходов производства и потребле-

ния»

Использование систем охлажде-

ИТС 20 «Промышленные системы охлаждения»

ния

Очистка выбросов вредных (за-

ИТС 22 «Очистка выбросов вредных (загрязняющих) ве-

грязняющих) веществ в атмо-

ществ в атмосферный воздух при производстве продукции

сферный воздух

(товаров), а также при проведении работ и оказании услуг

на крупных предприятиях»

Осуществление производственно-

ИТС 22.1 «Общие принципы производственного экологи-

го экологического контроля

ческого контроля и его метрологического обеспечения»

Хранение и складирование това-

ИТС 46 «Сокращение выбросов загрязняющих веществ,

ров (материалов)

сбросов загрязняющих веществ при хранении и складиро-

вании товаров (грузов)»

Обращение со сточными водами

ИТС 47 «Системы обработки (обращения) со сточными

и выбросами в химической про-

водами и отходящими газами в химической промышлен-

мышленности

ности»

Использование энергии и энерго-

ИТС 48 «Повышение энергетической эффективности при

ресурсов

осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности»

Раздел 1 Общая информация об отрасли промышленности

1.1 Общие сведения об известковой отрасли

1.1.1 Виды извести

Известь - оксид и/или гидроксид кальция, также оксид и/или гидроксид магния,

образующийся при термическом разложении (декарбонизации) природных карбонатов

кальция и магния (известняка, мела, доломита) [11].

Известь - кристаллическое вещество белого цвета (с оттенками серого, серо-

зеленого, желтого). Известь обладает высокой химической активностью и низкой плот-

ностью, эти свойства существенно расширяют области использования ее в различных

отраслях.

Негашеная известь нестабильна на воздухе, соединяет сначала влагу из возду-

ха, превращаясь в гидратную известь, затем реагирует с углекислым газом, превраща-

ясь в карбонат.

Полный цикл извести в природе описывается следующими реакциями:

CaCO3 ↔ CaO + CO2↑

CaO + H2O ↔ Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3

Для производства извести используют природные кальциево-магниевые горные

породы - известняк, доломит, мел, состоящие из карбоната кальция CaCO3, карбона-

та магния MgCO3 и небольшого количества примесей SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaSO4 [12].

Кальциево-магниевые породы при 800 °C - 1200 °C диссоциируют с образова-

нием окислов кальция CaO, магния MgO и углекислого газа CO2. Продукт обжига, по-

мимо чистых окислов кальция и магния, всегда содержит некоторое количество соеди-

нений SiO2, Аl2O3, Fe2O3 с CaO, недожог (СаСО3, MgCO3) [13], [14].

По назначению известь разделяют на строительную и технологическую. Строи-

тельная известь используется для производства силикатных изделий, сухих строи-

тельных и асфальтобетонных смесей, укрепления и консолидации грунтов, приготов-

ления строительных растворов и бетонов.

Технологическая известь применяется в металлургии, целлюлозно-бумажной

промышленности, в химии и нефтепереработке.

По условиям твердения строительная известь подразделяется на воздушную,

твердеющую только в воздушно-сухой среде, и гидравлическую, способную твердеть,

наращивать прочность и сохранять ее как на воздухе, так и в воде [11].

По содержанию основных окислов (CaO, MgO) известь подразделяется на каль-

циевую, магнезиальную и доломитовую.

Кальциевая известь содержит 7097 % CaO и в пределах 0,55 % MgO, что до-

стигается применением для обжига (в печах любого типа) чистых кальциевых извест-

няков с низким содержанием MgCO3.

Магнезиальная известь содержит до 20 % MgO, а доломитовая - до 40 %. Маг-

незиальную и доломитовую известь получают обжигом чистых карбонатных пород в

печах, обеспечивающих получение MgO в активной форме, т. е. способную гаситься

водой в обычные сроки.

Воздушная известь выпускается следующих видов:

- известь негашеная комовая;

- известь негашеная дробленая (до 20 мм);

- известь негашеная порошкообразная (молотая);

- известь гидратная (гашеная).

Негашеная комовая известь (кипелка) представляет собой воздушную известь

после ее обжига в печи.

Известь порошкообразную (молотую) получают путем помола в мельнице нега-

шеной комовой извести.

Гидратную известь получают действием определенного количества воды на

негашеную воздушную известь, в результате которого образуется продукт в виде сухо-

го порошка (пушонки), известкового теста или известкового молока.

Сухая гидратная известь (пушонка) - тончайший порошок, который получается

при гидратации негашеной извести точным количеством воды, необходимым для пол-

ного протекания реакции гидратации (соединения с водой).

Известковое тесто получается при гашении воздушной извести водой в количе-

стве, превышающем теоретически необходимое в несколько раз. В среднем берут

2,53 л воды на 1 кг извести.

Известковое молоко образуется при введении количества воды, превышающего

теоретически необходимое более чем в десять раз. При дальнейшем увеличении коли-

чества воды продукт гашения носит название известковой воды.

Гидравлическая известь

- продукт умеренного обжига (при температурах

9001100 °С) карбонатных пород с высоким (820 %) содержанием глинистых веществ.

Такая известь содержит цементные компоненты и используется в приготовлении стро-

ительных растворов, бетонов для построек, находящихся в период эксплуатации во

влажных условиях. Основные требования к различным видам извести приведены в

таблицах 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.

Т а б л и ц а 1.1 - Основные показатели строительной извести по ГОСТ 9179-2018 [11]

Норма для извести, % по массе

негашеной

Наименование

магнезиальной, доло-

гидратной

показателя

кальциевой

митовой

сорт

Активные СаО+MgO, не

менее

- без добавок

- с добавками



Активный MgO,не более

20(40)



СО2, не более

- без добавок

- с добавками



Непогасившиеся зерна



(недожог)

Т а б л и ц а 1.2

Спецификация негашеной

извести

для

целлюлозно-бумажной

промышленности

Наименование показателей

Минимальные значения

Максимальные значения

Активные СаО+MgO, не менее, %

> 92,5

Общее количество СаО, %

> 95,5

Fe2O3, %

< 0,1

MgO, %

< 1,8

MnO, %

< 0,01

CO2, %

< 2

Al2O3, %

< 0,1

SiO2, %

< 0,5

Реакционная способность, сек

120

Размер частиц, мм

Т а б л и ц а 1.3 - Общие технические требования к металлургической извести

Массовая доля, %

Марка

Сорт

СаО

извести

CaO+MgO

MgO

SiO2

П.П.П.

общ,

ИС-1

1,8

0,06

2,0

0,06

ИС-2

2,0

0,08

2,5

0,08

ИСД-1

2,0

0,06

ИФ -0

1,8

0,02

ИФ-1

1,8

0,02

5.7

2,0

0,02

ИФ-2

2,0

0,03

2,5

0,03

Т а б л и ц а 1.4 - Спецификация гидратной извести для производства присадок моторных

масел

Показатели извести

Содержание СаО в пересчете на Са(ОН)2, %

≥ 92

≥ 94

Содержание свободной влаги, %

≤ 0,4

Содержание СаСО3, %

≤ 3,0

Массовая доля не растворившихся в соляной кислоте веществ, %

≤ 0,3

≤ 0/3

Содержание окислов Al2O3+Fe2O3, %

≤ 0,3

Содержание MgO

≤ 1,0

1.1.2 Применение извести

Размер и относительная значимость различных рыночных сегментов для нега-

шеной и гашеной извести зависят от многих факторов, включая степень индустриали-

зации, специфическую промышленность, качество, пригодность карбонатной породы,

традиционные строительные методы.

Продукты извести используют во многих областях (см. таблицу 1.5). Крупнейши-

ми потребителями извести в Российской Федерации являются металлургическая, хи-

мическая промышленность и промышленность строительных материалов. Также из-

весть широко применяется в сфере защиты окружающей среды и сельском хозяйстве

[15], [16], [17].

Т а б л и ц а 1.5 - Основные области применения извести

Область применения

Детали применения

Металлургия

Получение металлического кальция, регулирование рН среды при

обогащении руд, очистка черных и цветных металлов от примесей,

нейтрализация дымовых газов металлургических печей, содержа-

щих хлор, серу, фтор

Строительство

Вяжущее вещество при производстве силикатных, газосиликатных

изделий, сухих строительных смесей

Стабилизация грунтов, закрепление грунтовых оснований, приго-

товление асфальтобетонных смесей при строительстве автодорог.

Химическое производство

Производство соды, хлорной извести, химреактивов

Производство минеральных удобрений

Пищевое производство

Очистка и осветление свекловичного сока в сахароварении

Сельское хозяйство

Регулирование рН почвы, связывание тяжелых металлов.

Обработка растений

Защита окружающей сре-

Обеззараживание сточных вод и их осадков на сооружениях водо-

ды

подготовки и очистки сточных вод.

Очистка жидких сбросов промышленных предприятий.

Стабилизация и обеззараживание животноводческих стоков.

Очистка топочных газов тепловых электростанций, котлов.

Рекультивация полигонов ТБО и ТКО.

Нейтрализация бурового шлама

Стекольная промышлен-

Компонент шихты

ность

Область применения

Детали применения

Кожевенная и текстильная

Дубление кожи, нейтрализация кислых растворов, печать рисунков

промышленность

на тканях

Целлюлозная промыш-

Производство бумаги, картона

ленность

Нефтяная и нефтепере-

Приготовление буровых растворов, производство присадок мотор-

рабатывающая промыш-

ных масел

ленность

1.2 Производство извести в Российской Федерации

Производителей негашеной извести можно разделить на несколько групп:

- известковые заводы (производство извести основной вид деятельности), реа-

лизующие известь на свободном рынке;

- комбинаты строительных материалов, выпускающие известь как для соб-

ственных потребностей (для использования в производстве силикатного кирпича и

ячеистых бетонов), так и на продажу;

- предприятия нескольких отраслей, где произведенная известь практически

полностью используется для дальнейшего технологического процесса (металлургиче-

ская промышленность, сахарное производство, целлюлозно-бумажное производство,

производство кальцинированной соды).

По данным Росстата объем выпуска негашеной извести в 2021 году составил

около 8,4 млн. тонн. Основной объем приходится на выпуск извести предприятиями

металлургической и химической промышленности. Произведенная известь на метал-

лургических предприятиях, содовых заводах и сахарных заводах практически полно-

стью используется в технологической цепочке для выпуска профильной продукции. На

реализацию сторонним предприятиям приходится очень незначительная доля излиш-

ков производства извести предприятиями указанных отраслей.

По оценке крупнейших аналитиков, в 2021 году объем выпуска товарной негаше-

ной извести составил около 3,2 млн. тонн. В этом объеме учтен выпуск извести извест-

ковыми заводами и комбинатами строительных материалов, как для собственного по-

требления, так и на продажу.

В настоящее время основой объем выпуска (75 %) приходится на производите-

лей из группы «известковые заводы», у которых выпуск извести является профильным

производством (см. таблицу 1.6). Около 25 % выпуска приходится на комбинаты строи-

тельных материалов, которые значительную часть извести используют в дальнейшем

производстве на собственном предприятии (силикатного кирпича, газосиликата и дру-

гих строительных материалов).

Окончание таблицы 1.5

Т а б л и ц а 1.6 - Объемы производства товарной извести в 2019-2021 гг., тыс. т (по данным

компании «Строительная информация» [18])

Отрасль

2019 г.

2020 г.

2021 г.

Известковые заводы

выпуск, тыс. тонн

2 328

2 473

2 415

Комбинаты стройматериалов

выпуск, тыс. тонн

776

783

809

Итого выпуск

выпуск, тыс. тонн

3 103

3 256

3 224

Региональная структура производства товарной извести представлена на рисун-

ке 1.1. Основной объем данной продукции (порядка 51 %) производится в Центральном

федеральном округе, где сосредоточено большинство крупных производителей. Вто-

рое место по объемам производства занимает Уральский федеральный округ (около

20 %).

Основной объем извести в России потребляется предприятиями промышленно-

сти строительных материалов. Несмотря на наличие в отрасли значительного числа

предприятий, которые производят известь для собственных нужд, промышленность

строительных материалов остается крупнейшим потребителем товарной извести.

Структура выпуска по федеральным округам (2021 г.)

Уральский;

Сибирский;

20%

Южный ФО;

Дальний

Восток; 0,2%

СКФО; 2%

Приволж-

ский; 13%

Центр; 51%

Северо-

Запад; 5%

Рисунок 1.1 - Региональная структура производства товарной извести в 2021 г.

В 2021 году доля этого сегмента составила порядка 40 %. Второе место по объ-

емам потребления извести занимает черная металлургия. Крупными потребителями

товарной извести являются производители минеральных удобрений. Именно этот сег-

мент потребления показывает существенный спрос на известь в последние годы. Ос-

новные потребители извести в 2021 году представлены в таблице 1.7.

Т а б л и ц а 1.7 - Основные потребители извести в 2021 году

Оценка объема потребле-

Отрасль

Доля сегмента, %

ния в 2021 г. (тыс. тонн)

Строительство

132

Металлургические заводы

885

Силикатный кирпич

948

Газобетон

309

Целлюлозно-бумажное пр-во

Сельское хозяйство

145

Промышленность, химпром, энергетика

270

Минеральные удобрения

317

Производство гидратной извести

151

Итого

100

3212

Объем выпуска гидратной извести в 2021 году составил около 170 тыс. тонн (см.

рисунок 1.2). Объемы выпуска крупнейших производителей составляют по 20-30 тыс.

тонн гидратной извести в год. Основным сегментом потребления гидратной товарной

извести является производство сухих строительных смесей. Второе место занимает

сегмент цветной металлургии и золотодобычи около 20 % от общего объема потреб-

ления. На третьем месте сегмент энергетики и коммунального хозяйства. При этом за

последние годы наибольшие темпы роста были характерны для сегмента цветной ме-

таллургии и золотодобычи. Объем потребления гидратной извести в этом сегменте

рынка в 8 раз превысил уровень 2015 г. [19].

Оценка производства гидратной извести в России

выпуск, тыс.тонн

темп прироста, %

250

100%

80%

200

175,2

170,1

169,6

164,5

158,0

60%

150

40%

100

20%

-3%

-10%

-20%

2018

2019

2020

2021

2022 прогноз 2023 прогноз

Рисунок 1.2 - Оценка производства гидратной извести в России

Региональная структура производства гидратной извести в 2021 г. представлена

на рисунке 1.3.

Структура выпуска гидратной извести по федеральным округам

(2021 г.)

Уральский;

12%

Сибирский;

Приволжский;

14%

Северо-

Кавказский;

Южный; 1%

Северо-

Западный ;

Центральный

ФО; 55%

Рисунок 1.3 - Региональная структура производства гидратной извести в 2021 г.

1.3 Основные факторы, характеризующие охрану окружающей среды и

устойчивое развитие производства извести

Основными факторами, характеризующими охрану окружающей среды при про-

изводстве извести, являются:

- удельное потребление электроэнергии и топлива;

- выбросы (эмиссии) СО2, загрязняющих веществ (ЗВ), содержащихся в дымовых

газах обжиговых печей;

- контроль загрязнения воздуха (запыленность);

- усовершенствование стадий подготовки, перегрузки, транспортирования сырья,

топлива и готового продукта;

- защита сложившейся вокруг предприятия экосистемы;

- мониторинг состояния почв, водоемов, рек вокруг предприятия.

Факторы, характеризующие устойчивое развитие, связаны с наличием место-

рождений высококачественной карбонатной породы для сохранения геологических за-

пасов в течение отдаленного будущего. Известняки, доломиты, мел широко распро-

страненные в земной коре породы. Тем не менее, трудно найти месторождения, отве-

чающие следующим характеристикам:

- запасы, обеспечивающие эксплуатацию в течение 50 лет и более;

- высокая химическая чистота;

- специфические физические и механические характеристики;

- наличие инфраструктуры благоприятной для транспортирования;

Список наиболее крупных месторождений Российской Федерации представлен в

приложении А.

Раздел 2 Описание технологических процессов, используемых в

настоящее время при производстве извести

2.1 Общее описание процесса подготовки сырья и топлива

2.1.1 Общее описание процесса подготовки сырья и топлива

Для производства извести используются осадочные карбонатные горные поро-

ды, состоящие из углекислого кальция, углекислого магния и различных примесей. К

ним относятся в основном известняки, мел, доломиты.

Известняк - осадочная горная порода, состоящая из кальцита, может содержать

примеси обломочного, глинистого материала. Твердость по шкале Мооса - 3, средняя

плотность - 2,57 т/м³, пористость - 615 %, в основном белого цвета, но может быть

серого, зеленоватого, розоватого, желтого, коричневого и черного цвета. Цвет зависит

от примесей, содержащихся в породе.

Мел - белая, маркая, сцементированная осадочная порода, состоящая пре-

имущественно из кальцитовых остатков морских планктонных водорослей. Средняя

плотность - 1,5-1,6 т/м³, влажность - 1535 %, пористость - до 40 %.

Доломит - минерал с химической формулой CaMg(CO3)2, белого, серого, зеле-

новатого или красноватого цвета, удельный вес 2,86 т/м³, твердость - 4. В чистом до-

ломите 30,4 % СаО, 21,86 % MgO и 47,75 % СО2 [20].

Физико-механические свойства пород отражаются на выборе оборудования, тех-

нологии производства извести и на показателях готовой продукции. К ним относятся

показатели прочности на сжатие, пористость, влажность, удельный и объемные веса,

коэффициент разрыхления [48].

В зависимости от химического состава пород определяются области применения

произведенной из них извести. Известняки, мел, доломиты, предназначенные для про-

изводства строительной и технологической извести, исследуются на содержание

СаСО3, MgCO3, CO2, SiO2, Al2O3, Fe2O3, нерастворимый в HCl осадок, тяжелые метал-

лы, радиоактивные изотопы. Карбонатные породы для металлургической извести

должны иметь показатели по содержанию Na2O, K2O, SO3, P2O5, Cl, F.

Карбонатные породы образовались в основном из останков живых организмов,

обитавших миллионы лет назад в морской воде. Скопления скелетов, раковин, панци-

рей, в состав которых входил углекислый кальций, образовали известняковый ил, кото-

рый под действием огромного давления столба воды и вышележащих пластов уплот-

нялся. Чем больше времени прошло с момента образования таких скоплений, тем бо-

лее плотным является известняк.

Некоторая часть карбонатной породы образовалась химическим путем при пере-

ходе растворенной в воде двууглекислой соли кальция в нерастворимую углекислую

(химические известняки).

Российская Федерация обладает большими запасами карбонатного сырья. Ме-

сторождение карбонатного сырья имеет промышленное значение в том случае, если

его запасы достаточны для длительной эксплуатации (свыше 25 лет). Запасы сырья в

месторождении определяют бурением скважин на всю глубину месторождения. Сква-

жины распределяют в шахматном порядке на всем участке, где предполагается нали-

чие сырья, на расстоянии 100 м одна от другой. Одновременно с бурением отбирают

пробы породы для определения ее химического состава.

После промера толщины пустой породы и полезного слоя в каждой скважине

определяют их среднюю величину по месторождению. Запасы сырья подсчитывают

умножением площади разведанной части месторождения в квадратных метрах на тол-

щину полезного слоя (мощность пласта) в метрах.

Большинство разрабатываемых месторождений карбонатного сырья относится к

залежам, выходящим на поверхность земли или находящимся под небольшим слоем

пустых пород. Разработка таких месторождений ведется открытым способом,

т. е. полезную породу разрабатывают в карьере после сноса вышележащих пустых по-

род (вскрыши).

Системой разработки называется определенный порядок выборки полезного ис-

копаемого из месторождения. Открытые работы обычно ведутся горизонтальными сло-

ями, уступами. После подготовительных работ по устройству карьера, называемых

вскрытием карьера, проводятся вскрышные работы, обнажающие залежи сырья на

расчетный период работы. Вскрышные работы ведутся в один уступ. Выемка полезного

ископаемого ведется экскаватором в один или несколько уступов в зависимости от

мощности пласта.

Пластом называется масса полезного ископаемого, ограниченная двумя более

или менее параллельными плоскостями, имеющая значительные размеры по длине и

ширине. Пласты редко бывают горизонтальными и чаще всего имеют наклон (угол па-

дения) в пределах 45°. Толщина пород называется мощностью или глубиной залегания

пласта.

К вскрышным работам относятся снятие вскрыши с пласта и транспортирование

пустой породы за пределы карьера или засыпка ею уже выработанного пространства

карьера.

Первой операцией при разработке месторождений карбонатной породы является

бурение шпуров, представляющих собой цилиндрические скважины для закладки за-

рядов взрывчатого вещества. Заряды при взрыве отделяют куски породы от массива,

подготавливая горную массу для дробильно-сортировочных фабрик.

Буровзрывные работы занимают важное место в добыче сырьевых материалов.

Эффективность буровзрывных работ зависит от типа применяемых для бурения сква-

жин механизмов, системы закладки скважин и качества применяемых взрывчатых ве-

ществ. Для известняковых карьеров необходимо применять вращательные и ударные

способы бурения. В карьерах рекомендуется применять эффективные бризантные

(дробящие) взрывчатые вещества в сочетании с электродетонаторами паспортизован-

ного замедления. На некоторых карьерах применяют безвзрывные методы рыхления

известняков и доломитов: механическое разрушение с использованием фрезерного

комбайна; механическая разборка гидравлическим экскаватором с комплектом навес-

ного оборудования; механическое рыхление с использованием рыхлительно-

бульдозерного агрегата. При выборе метода учитывают прочность и слоистость пород,

а также фракционный состав получаемой массы [21].

Рисунок 2.1- Обобщенная схема подготовки карбонатных пород для производства извести

В процессе производства извести в качестве топлива используют уголь, кокс, ма-

зут, природный газ, коксовый газ. Выбор вида топлива зависит от доступности, эконо-

мической целесообразности и технологических требований к продуктам обжига.

Например, на сахарных заводах применяется твердое топливо, так как имеются требо-

вания к дымовым газам по содержанию СО2 для дальнейшего их использования в тех-

нологии. В настоящее время на российских известковых заводах наиболее распро-

страненный вид топлива - природный газ [14].

2.1.2 Хранение сырья и топлива

Складское хозяйство предприятия, изготовляющего известь, состоит из открытых

или закрытых площадок, емкостей и хранилищ. Промежуточные (складские) емкости

позволяют предприятию накапливать в них запас сырьевых материалов, топлива и

продукции для бесперебойной работы основного технологического оборудования [12].

Различают склады, служащие для хранения сырья, топлива и готовой продукции.

Склады заводов часто получают сырье и топливо по железной дороге. Транспор-

тируется оно обычно в саморазгружающихся полувагонах грузоподъемностью до 70 т.

При доставке сырья автомобильным транспортом склад обычно представляет

собой открытую бетонированную площадку с эстакадой, на которую заезжают само-

свалы.

Сырье поступает на склад во фракционированном или нефракционированном

виде. В первом случае оно распределяется со склада по приемным бункерам печей,

во втором - его вначале отправляют в приемные бункера дробильно-сортировочной

установки, а после дробления и рассева ленточными транспортерами распределяют по

приемным бункерам обжиговых печей.

Каменный уголь хранят в штабелях. В зависимости от склонности к самовозгора-

нию ископаемые угли делятся на две категории: А - опасные (бурые и каменные

длиннопламенные) и Б - устойчивые (антрацит, тощие каменные угли). Угли катего-

рии А хранят в штабелях высотой до 3 м, если срок хранения не превышает двух меся-

цев. При большем сроке высота штабеля не должна превышать 2-2,5 м. Высота шта-

беля при хранении антрацита не ограничивается.

Склады твердого топлива оборудуют противопожарным инвентарем, обеспечи-

вают водопроводом и ящиками с песком.

Уголь доставляют со склада к бункерам дробильно-сортировочной линии или

приемным бункерам печей (при фракционированном угле) чаще всего передвижными

или стационарными ленточными транспортерами - конвейерами. Иногда используют-

ся скреперные установки и опрокидные вагонетки узкой колеи.

Мазут хранят в резервуарах, отдаленных от других помещений на 200300 м.

Резервуары оснащаются змеевиками, по которым пропускают пар, подогревающий ма-

зут для снижения его вязкости. Мазут подается к обжиговым печам по обогреваемому

паром трубопроводу при помощи шестеренчатого насоса.

2.1.3 Контроль качества сырья и топлива

Качество исходных материалов (сырья и топлива) контролируют при их поступ-

лении на склад, периодически при хранении на складе и раз в смену на технологиче-

ской линии перед поступлением в обжиговый агрегат.

Качество карбонатной породы на складе контролируют как по документации по-

ставщика, так и непосредственным анализом проб, взятых из прибывшей партии сырья

или различных мест штабеля.

Для определения физико-химических свойств сырья необходимо отобрать сред-

нюю пробу. Карбонатную породу для средней пробы отбирают из каждой партии в раз-

мере 20 кг равными порциями не менее чем из 20 мест.

Перед определением влажности и химического состава карбонатного сырья ото-

бранную пробу подвергают сокращению квартованием. Среднюю пробу в количестве

до 1 кг, отобранную методом квартования, помещают в эксикатор и направляют в ла-

бораторию для исследования.

Для определения влажности карбонатную породу из средней пробы измельчают

до полного прохождения через сито с отверстиями 3 мм и квартованием отбирают 20-

40 г. Навеску взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г в предваритель-

но просушенной и взвешенной фарфоровой чашке. Далее чашку с навеской материала

помещают в сушильный шкаф, где выдерживают до постоянного веса при температуре

105110 °C. Высушенную навеску охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Потери при прокаливании (П.П.П.) карбонатной породы контролируют для кос-

венного определения содержания в сырье углекислого кальция и магния. П.П.П. хими-

чески чистого CaCO3 составляют 44 %, в доломитизированных известняках П.П.П. не-

сколько выше, а П.П.П. известняков, засоренных примесями, ниже 44 %. При величине

П.П.П. ниже 40 % карбонатное сырье не рекомендуется применять для производства

воздушной извести.

Далее определяют содержание в средней пробе CaO, MgO, SiО2, полуторных

окислов (R2О3 = Аl2O3 + Fе2O3), CaSO4, S, P, Cl.

Если контрольная проверка качества сырья показывает неудовлетворительные

результаты, то производят повторную проверку, отбирая двойное количество проб. При

отрицательных результатах повторной проверки партия карбонатной породы

не принимается предприятием и не пускается в производство.

Гранулометрический состав карбонатного сырья периодически, 1 раз в смену,

проверяют на технологической линии перед его подачей в скип или питатель печи.

Все данные соответствующих анализов заносят в журнал по контролю сырья.

Твердое топливо контролируют особенно тщательно, так как его качество суще-

ственно колеблется в процессе добычи и поставки потребителю. Поставщик обязан

выслать предприятию удостоверение о качестве отгруженного топлива, в котором ука-

зываются марка и группа угля, выход летучих веществ, зольность, размер кусков, со-

держание влаги, теплотворность топлива.

От каждой поступающей на предприятие партии твердого топлива берется сред-

няя проба, которая подвергается анализу с определением влажности, зольности, сорт-

ности и теплотворности топлива.

Влажность топлива определяют таким же способом, как и влажность сырья.

Зольность топлива определяют следующим образом. 5-10 г из средней пробы

помещают в тигель и прокаливают при постепенном повышении температуры до пол-

ного сгорания органической части.

Сортность твердого топлива устанавливают рассевом средней пробы топлива на

грохоте или контрольных ситах с размерами отверстий, соответствующими грануло-

метрическому составу топлива по технологической карте.

Влажность и зольность твердого топлива, идущего в производство извести,

определяют один раз в сутки, а сортность (гранулометрический состав) - один раз в

смену.

Кроме того, необходимо периодически контролировать правильность хранения

твердого топлива в штабелях.

Жидкое топливо контролируют как по паспорту поставщика, так и отбором проб

от полученной партии. В паспорте поставщика указываются марка мазута, содержание

серы и теплотворность.

Среднюю пробу отбирают в чистый металлический сосуд во время слива мазута

в хранилище из напорной части мазутопровода между расходным баком и печью.

На каждые 10 т для пробы берут 1 л. Для получения лабораторной пробы первичную

пробу при температуре не выше 25 °C сильно взбалтывают в течение 5-10 мин и затем

быстро отливают из нее 1 л в чистую сухую бутылку с пробкой. Теплотворность мазута

определяют, как и для твердого топлива.

Качество мазута, идущего в производство, контролируют 2-4 раза в месяц.

Газообразное топливо принимают по паспортным данным поставщика.

Все данные по качеству топлива заносят в специальный журнал по контролю

топлива.

2.1.4 Дробление и помол

Измельчением называется процесс превращения крупных кусков материала в

мелкие под действием внешних сил. Процесс измельчения характеризуется степенью

(коэффициентом) измельчения, величина которой показывает, во сколько раз умень-

шился средний размер кусков материала после измельчения по отношению к их пер-

воначальному среднему размеру.

При грубом измельчении (дроблении) коэффициент измельчения составляет 3-

20, при тонком (помоле) - достигает 500-1000. Машины, служащие для грубого из-

мельчения, получили название дробилок, а тонкого - мельниц.

Процесс дробления условно делят на три стадии: крупное дробление - с из-

мельчением кусков материала от 1500-1000 мм до 300-200 мм, среднее дробление -

от 300-200 мм до 80-20 мм и мелкое дробление - от 80-20 мм до 10-3,0 мм.

Процесс помола соответственно делится на грубый помол - измельчение мате-

риала до размера части 0,3-0,1 мм, тонкий помол - до размера 0,1-0,001 мм и сверх-

тонкий, когда размер частиц в материале ниже 0,001 мм.

Различают четыре способа воздействия на материал при измельчении: раздав-

ливание, раскалывание, истирание и удар. Способ измельчения выбирают, учитывая

свойства материала: для твердых эффективными являются удар и раскалывание, для

вязких - истирание, для хрупких - раскалывание.

Дробление и помол являются основными технологическими стадиями при произ-

водстве извести и известняковой муки. Дроблению подвергают карбонатное сырье и

твердое топливо перед загрузкой в печной агрегат и перед помолом в мельницах. Из-

весть подвергают как дроблению, так и дальнейшему измельчению в мельницах.

Дробилки, применяемые в известковом производстве, по конструкции и принципу

действия разделяют на следующие типы:

- щековые, в которых раздавливание и частичное истирание материала происхо-

дит между неподвижной и подвижной щеками;

- конусные, раздавливание и истирание материала в которых происходит между

неподвижным наружным и вращающимся внутренним конусами;

- валковые, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным ис-

тиранием между вращающимися навстречу валками;

- ударного действия, в которых материал измельчается вследствие ударов по

кускам быстро вращающихся молотков, кусков друг о друга, о плиты брони и колосники.

Мельницы подразделяются на следующие типы:

- быстроходные ударного действия, аналогичные с молотковыми дробилками;

- тихоходные, измельчающие при вращении материал по принципу удара и ча-

стичного истирания свободно падающими мелющими телами (шарами, цилиндрами,

стержнями).

Щековые дробилки применяют для крупной и средней стадии дробления.

Конусные дробилки - более сложные агрегаты, в связи с чем реже применяются

в известковом производстве. Их преимуществом являются высокая производитель-

ность, непрерывность процесса измельчения, постоянство размера продуктов дробле-

ния.

Валковые дробилки применяют в основном для измельчения мягких материалов

(мел, уголь) небольших размеров (до 150 мм). По количеству валков дробилки разде-

ляют на одновалковые, двухвалковые и многовалковые.

Дробилки ударного действия широко применяются для дробления угля, мела,

извести и известняка средней твердости. Дробилки этого типа просты по конструкции,

компактны, имеют небольшой вес, большую производительность и высокую степень

измельчения.

Шахтные и аэробильные мельницы являются видоизмененными молотковыми

дробилками, отличающимися от последних тем, что отбор готового продукта произво-

дится воздушным потоком. Шахтные и аэробильные мельницы применяются для из-

мельчения карбонатной породы, каменного угля, комовой извести и других малоабра-

зивных материалов. В этих мельницах совмещаются два процесса: помол и подсушка

измельченного материала. В шахтных мельницах используются горячие газы с темпе-

ратурой 300600 °C.

Шаровые мельницы широко применяются для тонкого измельчения (размола)

извести и карбонатной породы. Основным элементом шаровой мельницы является ци-

линдрический или конический барабан, бронированный изнутри плитами. Цилиндриче-

ские мельницы выпускают различной длины, одно-, двух- и многокамерными. Многока-

мерные мельницы называются трубными.

В известковом производстве применяют цилиндрические мельницы непрерывно-

го действия. В мельницах непрерывного действия материал непрерывно загружается

через переднюю центральную торцовую пустотелую цапфу, а продукт непрерывно вы-

гружается через заднюю цапфу.

По способу помола различаются шаровые мельницы сухого и мокрого помола.

В известковом производстве применяют мельницы сухого помола.

Шаровые мельницы работают как по замкнутому циклу с сепаратором, так и по

открытому циклу. По замкнутому циклу работают короткие однокамерные мельницы.

Двухкамерные и многокамерные шаровые мельницы дают более тонкий и однородный

помол извести (карбонатной породы). Работают они без сепараторов, их производи-

тельность выше однокамерных.

2.1.5 Сортировка

На многих участках известкового производства материал сортируют по размеру

кусков. Наиболее широкое применение нашел механический способ сортировки, или

грохочение. Грохочение применяют перед дроблением, а также в промежутке между

первичной или вторичной стадиями дробления.

Грохочение выполняется грохотами - сортировочными машинами, снабженны-

ми поверхностями грохочения. В качестве просеивающих поверхностей применяют ко-

лосниковые решетки, листовые решета, штампованные сита, проволочные сита, рези-

новые, капроновые и полиуретановые сетки.

Количество получаемых при грохочении фракций материала определяется чис-

лом применяемых сит, а размер кусков каждой фракции - размером отверстий соот-

ветствующих сит.

Эффективность сортировки материала грохотами оценивается коэффициентом

качества грохочения, равного отношению количества кусков (частиц) материала, раз-

мер которых несколько меньше размера отверстий в сите, к фактическому количеству

кусков этого класса в исходном материале. Коэффициент качества грохочения зависит

от размера отверстий сита в свету и их формы, угла наклона грохота, скорости про-

движения по нему материала, влажности материала, количества глинистых примесей

и т.п.

Воздушная сепарация применяется для отделения готового продукта от общего

потока. Способ основан на выделении частиц материала определенного размера под

действием силы тяжести из вертикального или горизонтального потока, или под влия-

нием центробежной силы из криволинейного потока. Аппараты, в которых осуществля-

ется этот способ, называются воздушными сепараторами. Работа сепараторов харак-

теризуется коэффициентом полезного действия, представляющего отношение количе-

ства готового продукта к общему количеству пыли, поступившей в сепаратор.

Магнитный способ применяется в магнитных сепараторах для выделения из ма-

териала металлических предметов перед его поступлением в дробильно-размольные

или транспортные машины и механизмы.

Гидравлический способ может применяться при промывке засоренного глиной и

песком карбонатной породы на карьере или перед подачей в обжиговые печи.

Грохоты подразделяют на инерционные наклонные, самобалансные, гирацион-

ные. В зависимости от насыпного веса применяемого материала они подразделяются

на три типа: легкого - насыпной вес материала до

1000 кг/м³, среднего

- до

1600 кг/м³и тяжелого - до 2500 кг/м³.

Инерционные наклонные грохоты выпускают двух типов: тяжелые колосниковые

грохоты и средние.

Тяжелые колосниковые грохоты применяют на дробильно-сортировочных фаб-

риках для предварительного грохочения материала перед подачей его в дробилку пер-

вичного дробления.

Средние инерционные грохоты предназначены для разделения крупнокускового

материала на фракции. Инерционные грохоты характеризуются круговыми колебания-

ми сит, вызываемыми эксцентриситетом (смещением) проводного вала. Отсюда грохо-

ты этого типа называют также эксцентриковыми.

Воздушные сепараторы (классификаторы) подразделяются на два основных ти-

па: воздушно-проходные и механические. В воздушно-проходных классификаторах

воздушный поток создается вентилятором, расположенным вне сепаратора.

В механических сепараторах внутри аппарата установлен вентилятор, который создает

в нем замкнутый поток воздуха.

2.1.6 Транспортировка и дозирование

В известковом производстве для транспортирования и дозирования известняка,

мела, извести и каменного угля применяют машины непрерывного и периодического

транспорта. Машины непрерывного транспорта предназначены для перемещения по-

рошкообразных, сыпучих, кусковых материалов и штучных грузов непрерывным пото-

ком на сравнительно большие расстояния (до 2 км) по определенной траектории. Ма-

шины периодического транспорта предназначены для перемещения материалов опре-

деленными порциями на коротком участке пути и называются дозаторами или питате-

лями.

К машинам непрерывного транспорта относятся: ленточные, пластинчатые, ков-

шовые, винтовые конвейеры и пневмовинтовые насосы.

Ленточные конвейеры применяют для непрерывного перемещения крупно- и

мелкокускового известняка, мела и каменного угля.

Пластинчатые конвейеры применяются для перемещения горячей комовой изве-

сти от выгрузочных устройств печей до приемных воронок дробилок или бункеров.

Пластинчатые конвейеры позволяют подавать материал под большим углом, чем лен-

точные.

Ковшовые конвейеры (элеваторы) предназначены для перемещения мелкокус-

ковых и порошкообразных материалов под большим углом к горизонту или вертикаль-

но. Тяговым органом элеватора служит бесконечная лента или цепь с жестко закреп-

ленными на ней ковшами.

Винтовые конвейеры (шнеки) предназначены для транспортирования сухих мел-

козернистых и пылевидных материалов (известь, известняковая мука, пыль).

Пневмовинтовые насосы применяют в системах пневмотранспорта нагнетатель-

ного типа для перемещения молотой извести и известняковой муки.

Ленточные питатели применяют при подаче мелкого материала. Пластинчатые

питатели применяют для питания дробилок первичного дробления крупными и тяже-

лыми материалами. Лотковые (качающиеся) питатели применяют для транспортирова-

ния как крупного, так и мелкого материала.

Ящичный питатель используется для дозирования сырья низкой механической

прочности (мел, рыхлый известняк и т. д.). Дисковые (тарельчатые) питатели широко

применяют для подачи мелкокусковых и зернистых материалов (карбонатная порода,

известь, уголь) в дробильно-размольные машины, во вращающиеся печи и сушильные

барабаны.

Скиповые подъемники применяют для доставки материалов в загрузочные во-

ронки шахтных печей. Камерный насос представляет собой цилиндрическую камеру, в

которую из бункера периодически загружается материал. Преимуществами камерных

насосов являются отсутствие вращающихся механизмов, простота и надежность экс-

плуатации и возможность транспортирования крупнозернистых материалов (до 12 мм).

Электровибрационные питатели применяют для подачи сыпучих материалов с

размером кусков до 150 мм.

2.1.7 Очистка воздуха и газов от пыли

Пыль образуется при эксплуатации основного технологического оборудования:

обжиговых печей, дробилок, грохотов, мельниц; при работе технологического транс-

порта: транспортеров, шнеков, питателей; при погрузочно-разгрузочных работах и т. п.

Пылеобразование является неотъемлемой частью процесса производства извести, по-

этому оснащение его пылеулавливающим оборудованием должно быть обязательным

во всех случаях.

Методы очистки воздуха (аспирация) или дымовых газов от пыли разделяются

на следующие виды:

- механическая очистка, при которой осаждение частиц происходит под действи-

ем силы тяжести, инерционных или центробежных сил. Механическая очистка осу-

ществляется при помощи пылевых камер и аппаратов - циклонов;

- фильтрование, т. е. пропускание газов через пористые перегородки. Фильтро-

вание осуществляется при помощи тканевых (рукавных) фильтров;

- электрическая очистка, при которой осаждение взвешенных в газовом потоке

частиц происходит под воздействием электромагнитного поля высокого напряжения;

электрическая очистка осуществляется в электрических фильтрах;

- мокрая чистка, при которой запыленный поток пропускают через слой жидкости

или орошают потоком жидкости, осуществляется в скрубберах и пенных аппаратах.

Пылеосадительные камеры широко применяются для механического осаждения

крупных фракций пыли (от 0,2 до 2 мм) при ее выносе отходящими газами вращаю-

щихся печей и сушильных барабанов [22], [23].

Циклоны применяются для более эффективной механической очистки газового

потока с размером частиц пыли 0,003-0,1 мм.

Рукавные фильтры используются для более полного осаждения тонкодисперс-

ной пыли. Степень пылеосаждения рукавных фильтров составляет 9098 %.

Электрофильтры изготовляют двух видов: трубчатые и пластинчатые.

Трубчатый электрофильтр состоит из группы установленных вертикально труб, в

центре которых на изоляторах подвешены коронирующие электроды. Механизм пыле-

осаждения в электрофильтре состоит в следующем. Частицы пыли, попав в область

короны, получают отрицательный заряд и притягиваются положительным электродом,

которым служит стальная круглая или многогранная труба. Притянутые положитель-

ным электродом частицы оседают на нем, в связи с чем трубы называются осадитель-

ными электродами.

Пыль удаляют периодическим встряхиванием осадительных электродов при по-

мощи специального механизма. Осажденная пыль накапливается в бункере, откуда

она периодически удаляется. В трубчатом электрофильтре газы пропускаются внутри

труб снизу вверх.

Пластинчатый электрофильтр представляет собой герметичную камеру, в кото-

рой на равном расстоянии друг от друга установлены металлические пластины с натя-

нутыми между ними проводами, служащими коронирующими электродами. Таких групп

пластин (полей) установлено четыре, поэтому электрофильтр называется четырех-

польным. Высокое напряжение поступает на электроды от аппаратуры, установленной

в помещении.

Отходящие из печи запыленные газы по трубопроводу поступают в камеру элек-

трофильтра. Газы, двигаясь вдоль пластин горизонтально, пересекают магнитное поле.

Частицы пыли, получая от коронирующих электродов отрицательный заряд, оседают

на пластинах, имеющих положительный потенциал.

Пластины с помощью специального механизма периодически встряхиваются, и

осевшая на них пыль ссыпается в расположенные под пластинами бункера. Пыль из

бункеров периодически выгружается шнековыми транспортерами в промежуточный

бункер, куда поступает также пыль, осевшая в пылеосадительной камере печи. Печные

газы просасываются через электрофильтр дымососом.

Преимущества очистки газов при помощи электрофильтров состоят в том, что

при этом достигается высокая степень очистки газов (9499 %).

Центробежные скрубберы и пенные аппараты очищают газы следующим обра-

зом. В цилиндрический корпус скруббера запыленный газ поступает тангенциально и,

получив вращение, движется снизу вверх. Частицы пыли в закрученном потоке отбра-

сываются центробежными силами к стенке аппарата. Стенки корпуса орошаются во-

дой, поступающей в скруббер через сопла, расположенные в верхней части цилиндра.

Смоченные водой частицы пыли удаляются вместе с ней через коническое днище

скруббера.

В пенных аппаратах запыленный газ проходит через камеру, в которой непре-

рывно взбивается пена. В центробежных скрубберах и пенных аппаратах степень

очистки газов от тонкодисперсной пыли достигает 99 %.

Аспирационные установки используют для двух- и трехступенчатых систем аспи-

рации воздуха. Двухступенчатые применяются для аспирации оборудования дробиль-

но-сортировочного отделения и состоят из циклона и рукавного фильтра или из цикло-

на и мокрого пылеуловителя. Трехступенчатая очистка используется для аспирации

шаровых мельниц и состоят из вертикальной шахты, циклона и рукавного фильтра [46].

2.2 Общие сведения об обжиге карбонатных пород

Выбор способа производства извести, типа обжиговой печи осуществляется на

основании технико-экономической оценки всех факторов, влияющих на себестоимость

и качество извести, с учетом характеристик применяемого сырья, вида технологическо-

го топлива и эффективности их использования, а также с учетом факторов, влияющих

на чистоту окружающей среды. Обобщенная технологическая схема производства из-

вести приведена на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 - Обобщенная технологическая схема производства извести

В процессе обжига чистых карбонатных пород происходит термическая диссоци-

ация карбонатов кальция (CaCO3) и магния (MgCO3) с поглощением тепла по уравне-

ниям:

СаСО3 + 178 кДж /моль = СаО + СО2

MgCO3 + 130 кДж/моль = MgO + CO2

Величина теплового эффекта соответствует температуре 25°С. Для температу-

ры 900 °С тепловой эффект определяется законом Кирхгофа и составляет для СаСО3

164,19 кДж/моль. Теоретическая потеря веса за счет выделения СО2 при полном тер-

мическом разложении составляет 44 %, для доломита потери больше, так как карбонат

магния теряет 52,2 % своего веса [14].

Оксид кальция СаО, образующийся в процессе обжига, взаимодействует и с гли-

нистыми примесями, содержащимися в породе и золе твердого топлива, образуя

CaSO4, 2 CaOAl2O3, 3 CaOAl2O3, CaOFe2O3, 2 CaOFe2O3, 2 CaOSiO2. Эти соединения

называются клинкерными, СаО в этих соединениях не активен.

Скорость разложения карбонатов в обжиговой печи зависит от следующих пара-

метров:

- температуры и времени обжига;

- размера и плотности кусков породы;

- теплопроводности и микроструктуры сырья;

- коэффициента теплоотдачи от газов к материалу;

- от упругости диссоциации РСО2.

Температура разложения CaCO3 по справочным данным 898 °С. Полное разло-

жение CaCO3 происходит при температурах выше 900 °C. Разложение MgCO3 начина-

ется при температурах 480 °C, полное разложение начинается с 750 °C. Так как у

CaCO3 и MgCO3 температуры разложения различны, то MgO может пережигаться

прежде, чем при более высокой температуре образуется СаО, изменять плотность и

реакционную способность негашеной извести. Существует оптимальная температура

обжига и скорость нагрева для каждой карбонатной породы, которые определяются

практическими исследованиями.

Скорость реакции разложения карбонатов кальция и магния растет с уменьше-

нием давления газа CO2, однако колебания концентрации CO2 в печных газах

(2540 %) не оказывают существенного влияния на ведение обжига.

Разложение CaCO3 в куске и основное количество тепла диссоциации (разложе-

ния) сосредоточено на некоторой границе (поверхности), величина и положение кото-

рой непрерывно меняются. Граница между наружным обожженным слоем и внутрен-

ним необожженным называется зоной диссоциации. Эта граница хорошо видна на из-

ломе куска извести с недожогом.

При повышении температуры обжига выше 800 °C скорость разложения карбо-

натной породы резко возрастает. Так, если скорость продвижения зоны диссоциации

при температуре 950 °C принять за единицу, то при температуре 1050 °C она увели-

чится в 1,8 раза, а при 1150 °C - в 4 раза. Отсюда следует, что температура обжига

является основным фактором в увеличении производительности печи. Физико-

механические свойства пород отражаются на выборе оборудования и технологии про-

изводства извести, на показателях готовой продукции.

По мере того как кусок карбонатной породы обжигается, увеличивается толщина

слоя извести на его поверхности. Вследствие высокой пористости коэффициент тепло-

проводности CaO в 3 раза ниже, чем карбонатной породы, что уменьшает подвод теп-

ла к границе диссоциации. Таким образом, время полного разложения куска карбонат-

ной породы зависит не только от температуры обжига, но и от его линейного размера.

На время разложения оказывает влияние форма кусков карбонатной породы.

Время полного разложения куска карбонатной породы неправильной округлой формы в

1,5-2 раза меньше времени обжига равного ему по объему куска в виде плиты.

Продолжительность полного разложения кусков карбонатной породы различного

размера при данной температуре пропорциональна квадрату линейного размера куска.

Поэтому для получения равномерно (одинаково) обожженной извести необходимо,

чтобы исходное сырье имело близкие по размеру куски. Для обжига в шахтных печах

пригодны породы с прочностью не менее 10 МПа, с одинаковым размером кусков от 40

мм до 120 мм. Для обжига во вращающихся печах подходят размеры кусков 1020 мм,

2040 мм, 2050 мм. Многие сахарные заводы в Российской Федерации получают из-

весть в шахтных пересыпных печах с активностью выше 9192 %, используя известня-

ки с прочностью более 30 Мпа, размером кусков 50150 мм и содержанием СаСО3 ≥ 93

% [12], [13].

Степень диссоциации карбонатов определяется содержанием в готовой извести

неразложившегося известняка (недожог/непогасившиеся зерна). Их процентное содер-

жание определяет сорт готового продукта. Реакционная способность извести характе-

ризуется химической активностью CaO+MgO с водой в обычных условиях. Основными

показателями при этом являются время и температура гашения.

2.3 Типы известеобжигательных печей

Выбор типа известеобжиговой печи зависит от физико-химических свойств,

фракционного состава карбонатных пород, доступности топлива.

2.3.1 Шахтные печи

Наиболее широкое распространение в России получили шахтные печи. Это обу-

словлено простотой их конструкции и эксплуатации, относительно низкими капиталь-

ными затратами на строительство, высокой тепловой эффективностью.

Шахтная печь представляет собой установленную вертикально на фундаменте

шахту, снабженную в верхней части устройством для загрузки исходных материалов, а

в нижней - механизмом для выгрузки продукции [25].

Движущийся в шахте сверху материал проходит последовательно три техноло-

гические зоны: зону подогрева, зону обжига и зону охлаждения. В зоне подогрева про-

исходит нагревание сырьевых материалов от температуры окружающей среды до

900 °C за счет тепла движущихся из зоны обжига газообразных продуктов. В зоне об-

жига происходит горение топлива и разложение горной породы на известь и углекис-

лый газ при температуре 10001200 °C. В зоне охлаждения температура извести сни-

жается движущимся снизу вверх холодным воздухом до 80100 °C.

По применяемому при обжиге топливу принято различать шахтные печи пере-

сыпные, работающие на твердом кусковом топливе в пересыпку с обжигаемым мате-

риалом, газифицированные, работающие на газообразном топливе, работающие на

жидком топливе (мазуте) [25].

Пересыпными называют печи, в которых слой обжигаемого материала пересы-

пан слоями твердого короткопламенного топлива.

Шахтными печами на газообразном топливе называют печи, оборудованные

устройствами для ввода и распределения в шахте природного, искусственного или

смешанного газа.

Шахтными печами на жидком топливе называют печи, оборудованные устрой-

ствами для ввода, распыления и газификации мазута.

2.3.1.1 Шахтные пересыпные печи

В пересыпных печах, работающих на короткопламенном твердом топливе, про-

изводится более 30 % всей выпускаемой в РФ и странах СНГ извести. В пересыпной

печи образуется минимальный объем газообразных продуктов обжига на единицу про-

дукции, благодаря чему концентрация СО2 в сухих отходящих газах достигает 4042%

(по объему) и его утилизация становится экономически целесообразной.

Пересыпные печи, работающие на твердом топливе, в среднем имеют произво-

дительность от 30 до 200 т в сутки. Печи отличаются значительной рабочей высотой

шахты в пределах 18-19 м и достаточной теплоизоляцией корпуса, что обеспечивает

более высокую экономичность процесса обжига.

Общий вид одной из шахтных пересыпных печей этого типа производительно-

стью 100 т извести в сутки показан на рисунке 2.3. Зоны обжига и подогрева имеют ци-

линдрическую форму с круглым сечением, которое в зоне охлаждения, постепенно

уменьшаясь, переходит в квадратное.

В корпусе шахты печи предусмотрено по высоте три лаза (люка), необходимых

для загрузки печи материалами в период ее подготовки к пуску и во время ремонта.

В верхней части шахты имеются отверстия для установки датчиков уровня материалов

в шахте и отверстия для установки термопар, датчиков разрежения и заборных

устройств для анализа газа. В зоне обжига шахты предусмотрено два ряда отверстий-

гляделок для контроля режима обжига. Имеются также отверстия для установки тер-

мопар и датчиков давления (разрежения).

Загрузка сырья и топлива в печь производится при помощи скипового подъемни-

ка и автоматического весового дозатора. Из печей производительностью 50 и 100 т/сут

газы отсасываются с двух сторон шахты через патрубки, из печи производительностью

200 т/сут - через металлический короб, сообщающийся с шахтой нижней своей ча-

стью. Короб находится постоянно под слоем карбонатной породы, что значительно

снижает подсос холодного воздуха в печь через загрузочное устройство. На печах

предусмотрена очистка отходящих газов от пыли при помощи циклонов. Известь вы-

гружается выгрузочной решеткой с возвратно-поступательным движением. Привод ре-

шетки - гидравлический. Герметизация нижней части печей осуществляется барабан-

ным затвором, у 200-тонной печи - при помощи трехшлюзового затвора. Воздух под

решетку нагнетается дутьевым вентилятором.

1 - выгрузочный механизм; 2 - футеровка; 3 - слой кладки из легковесного кирпича; 4 - слой

теплоизоляционной засыпки; 5 - отверстия для установки датчиков уровнемера шихты; 6 - па-

трубки для отсоса газов; 7 - загрузочное устройство; 8 - скиповой подъемник; 9 - вспомога-

тельные люки (лазы); 10 - гляделки; 11 - барабанный затвор; 12 - фундаментная плита

Рисунок 2.3 Шахтная пересыпная печь производительностью 100 т извести в сутки

Показатели шахтных пересыпных печей представлены в таблице 2.1.

Т а б л и ц а 2.1 Показатели шахтных пересыпных печей [25]

Производительность, т/сут

Показатели

100

200

Высота печи, м:

рабочая

18,0

18,2

18,0

19,0

строительная

27,2

27,8

34,6

Внутренний диаметр шахты, м

2,0

2,5

3,2

4,3

Полезный объем шахты, м³

56,2

89,0

143,0

265,0

Съем извести в сутки:

с 1 м²поперечного сечения, т/м²сут

9,55

10,2

12,5

13,8

с 1 м³полезного объема, т/м³сут

0,53

0,56

0,7

0,75

Расход условного топлива, кг/т

134

133

Для того чтобы при обжиге карбонатной породы получить известь заданных

свойств и качества, необходимо обеспечить в печи определенный тепловой и аэроди-

намический режим.

Выделение необходимого для разложения карбонатной породы количества теп-

ла происходит при горении твердого топлива. Шихта известеобжигательных печей со-

держит 6,510,5 % топлива. Процесс горения разбавленного слоя топлива происходит

в несколько стадий. Вначале из топлива выделяется влага, затем летучие вещества,

позднее образовавшийся твердый остаток сгорает в присутствии кислорода воздуха.

Пиролиз каменного угля начинается при низких температурах. При температуре

до 500 °C из антрацита выделяется водород, метан и летучая сера. Летучие вещества

выделяются в интервале 500700 °C, т. е. в зоне подготовки топлива, где кислорода

недостаточно для их полного сжигания. Ввиду высокой теплотворности метана и водо-

рода потери тепла (химический недожог) для антрацита достигает 8,5 % от его тепло-

творности. Меньше всего летучих содержится в коксе, поэтому химический недожог

для кокса не превышает 2 % его теплотворности.

При горении углерода топлива помимо CO2 образуется значительное количество

окиси углерода CO. Этому процессу способствует соприкосновение CO2 с раскаленной

поверхностью углерода топлива (твердого остатка). Такие условия создаются при не-

равномерном распределении топлива в слое шихты и завышенной дозировке топлива.

Разбавление слоя топлива инертным материалом способствует дожиганию оки-

си углерода. Однако процесс сжигания CO никогда не происходит полностью и ухуд-

шается с увеличением содержания в шихте мелочи, которая забивает промежутки

между кусками и тем самым препятствует перемешиванию газов.

Содержание CO в отходящих газах увеличивается также при послойной загрузке

сырья и топлива. Следовательно, окись углерода является одним из первичных про-

дуктов горения твердого топлива независимо от количества подводимого воздуха и

даже при хорошей организации процесса содержится в отходящих газах в количестве

12 %.

По мере выгорания топлива его размеры непрерывно уменьшаются и поэтому

часть из них, проваливаясь между кусками извести, попадает на выгрузочный меха-

низм, составляя потери тепла от механического недожога топлива. Потери от механи-

ческого недожога минимальны при соотношении кусков материала и топлива 1:1.

Основным параметром процесса является температура обжига. Ввиду сложно-

сти непосредственного измерения температуры материала по поперечному сечению

шахты, она контролируется обжигальщиком визуально через гляделки, расположенные

в зоне обжига.

На температуру материала влияют многочисленные факторы, основными из ко-

торых являются:

- соотношение «топливо - сырье»;

- гранулометрический состав и качество топлива и сырья;

- соотношение «топливо - воздух» и скорость выгрузки извести.

Воздействуя на перечисленные факторы, обжигальщик поддерживает в печи не-

обходимую температуру обжига и обеспечивает выпуск извести заданного качества.

Топливо подается в шихту на современных печах автоматическим дозатором.

Первоначальный вес топлива устанавливают на основании проектных данных печи и

калорийности применяемого топлива. Если на склад поступает антрацит худшего каче-

ства (выше зольность и влажность и ниже теплотворность), то необходимо сделать пе-

рерасчет установки дозатора, так как для поддержания в печи необходимой темпера-

туры придется израсходовать большее количество топлива.

Состав топлива и карбонатной породы оказывает большое влияние на темпера-

туру обжига в печи и на полноту горения топлива, т. е. на его удельный расход.

Наилучшим считается такое соотношение размеров топлива и карбонатной породы, ко-

гда применяются идентичные фракции. Однако такой гранулометрический состав ших-

ты обеспечить трудно. Удовлетворительные результаты получаются, если размер кус-

ков антрацита не более, чем вдвое, меньше кусков карбонатной породы.

Применение для обжига в шахтных пересыпных печах каменных углей с разме-

ром кусков меньше 25 мм сопровождается перерасходом топлива на 1 т выпускаемой

извести, снижением производительности печи и ухудшением качества извести (появ-

ление пережога и уменьшение содержания CaO).

Отрицательное влияние на процесс обжига оказывает неодинаковый грануло-

метрический состав карбонатной породы. Удовлетворительные результаты получены

при обжиге фракций, размеры мелких кусков в которых не более чем в 1,5-2 раза

меньше крупных. Наличие в карбонатной породе свыше 10 % мелочи вызывает нерав-

номерное распределение воздуха по сечению шахты и поэтому неравномерное и не-

полное выгорание топлива. Следствием этого является образование в зоне обжига от-

дельных участков повышенных и низких температур, что сопровождается недожогом и

пережогом извести [6].

2.3.1.2 Шахтные газифицированные печи

Применение газообразного топлива в шахтных печах повышает культуру произ-

водства и степень его механизации, позволяет вырабатывать известь без пережога.

Т а б л и ц а 2.2 Проектные показатели шахтных печей, работающих на газообразном топливе

[25]

Единица

Производительность, т/сут

Показатели

измерений

100

200

Высота печи:

рабочая

18,2

18,0

19,0

строительная

27,2

27,8

34,6

Внутренний диаметр шахты в зоне обжига

2,5

3,2

3,74

Полезные объемы шахты

м³

143

258

Плоскостной съем извести

т/м²сут

10,2

12,5

14,7

Объемный съем извести

т/м³сут

0,56

0,70

0,80

Расход условного топлива

кг/т извести

156

155

Газифицированная шахтная печь изображена на рисунке 2.4

1 - выгрузочная решетка; 2 - периферийные горелки нижнего яруса; 3 - отверстия для уста-

новки отбора давления и термопар; 4 - две балочные горелки верхнего яруса; 5 - гляделка;

6 - предохранительный взрывной клапан; 7 - двухклапанное загрузочное устройство; 8 -

скиповой подъемник; 9 - отверстия датчиков уровнемера шахты; 10 - короб отсоса дымовых

газов; 11 - две балочные горелки нижнего яруса; 12 - трехшлюзовой затвор; 13 - перифе-

рийные горелки верхнего яруса

Рисунок 2.4 Газифицированная шахтная печь

Шахта печи в зоне обжига имеет форму квадрата размером 3,74 × 3,74 м со

скругленными углами. В нижней части зоны подогрева квадратное сечение, постепенно

расширяясь кверху, переходит на круглое диаметром 4,3 м и затем в верхней части на

диаметр 4,9 м. В зоне охлаждения квадратное сечение сужается до размера 2,6 × 2,6 м

на уровне выгрузочной решетки. Рабочая высота шахты 19 м.

Шахта в зоне обжига выложена из шамотного легковесного кирпича и имеет ми-

нимальную толщину слоя (по углам квадрата) 230 мм и максимальную (по осям квад-

рата) - 500 мм. Кладка футерована внутри слоем многошамотного кирпича длиной

345 мм или хромомагнезитовым кирпичом. Зоны подогрева и охлаждения футерованы

кирпичом.

Между стальным кожухом печи (толщиной 10 мм) и кладкой уложен слой тепло-

изоляционной засыпки (трепела) толщиной 65 мм.

В кладке шахты предусмотрены гляделки, отверстия для установки приборов.

Газообразное топливо вводится в один или несколько ярусов через периферий-

ные и центральные балочные горелки. В нижний ярус газ подается через периферий-

ные диффузионные горелки и в центральную область шахты при помощи балочных

многосопловых горелок.

Балочные горелки расположены в ярусе параллельно друг другу на расстоянии

900 мм. По высоте шахты они смещены одна относительно другой на 600-700 мм, что

необходимо для предотвращения подвисания материала на балках. В верхнем ярусе

газ вводится в центральную область печи при помощи двух балочных горелок, распо-

ложенных в направлении, перпендикулярном к нижним горелкам, и по периферии -

через шесть диффузионных горелок.

Одновременно с топливом через балочные горелки вводится первичный воздух.

Вторичный воздух подается в зону охлаждения печи через гребень выгрузочного меха-

низма дутьевым вентилятором. Таким образом, данная система ввода и распределе-

ния газообразного топлива создает благоприятные условия для полного его сжигания в

слое кускового материала.

Печь снабжена загрузочно-распределительным устройством, состоящим из

скипового подъемника с ковшом, вращающейся чаши и двухклапанного затвора, ниж-

ний распределительный конус которого - спиралеобразный с отбойной пластиной.

Карбонатная порода загружается в скип автоматическим весовым дозатором.

Выгрузочная решетка с возвратно-поступательным движением и гидравлическим

приводом обеспечивает равномерную выгрузку извести по всему поперечному сечению

шахты. Герметизация печи осуществляется трехшлюзовым затвором.

Печные газы отсасываются через выходной коллектор дымососом. Перед вы-

бросом в атмосферу они проходят очистку от пыли в группе циклонов. В верхней части

шахты предусмотрено два предохранительных взрывных клапана.

Необходимый уровень материала в печи поддерживается автоматически при

помощи датчика уровня, установленного в отверстиях шахты и посылающего управля-

ющий сигнал электродвигателю скиповой лебедки [25].

Для того чтобы газообразное топливо полностью сгорело, необходимо обеспе-

чить хорошее перемешивание его с достаточным количеством воздуха и минимальную

температуру для воспламенения. В зависимости от типа системы ввода природного га-

за в шахтную печь и конструкции горелочных устройств эти условия удовлетворяются

разными способами.

Периферийная диффузионная горелка, широко применяемая в шахтных печах,

представляет собой отрезок трубы диаметром 25-40 мм с соплом на конце, вставлен-

ный в прямоугольное отверстие в футеровке шахты (см. рисунок 2.5).

1 - слой известняка в шахте; 2 - сопло горелки; 3 - футеровка шахты; 4 - горелка

Рисунок 2.5 Установка периферийной диффузионной горелки

Газ под давлением 100-1000 мм вод. ст. вылетает из сопла со скоростью 25-

100 м/сек в слой карбонатной породы. Так как межкусковое пространство не имеет

прямых каналов, то энергия струи газа быстро падает от столкновения с кусками сырья

и глубина проникновения струи в слой материала невелика (0,5-0,8 м от места ввода).

Газ и воздух, двигаясь в межкусковом пространстве шихты, перемешиваются относи-

тельно медленно, и полное сгорание топлива происходит на пути 2,5-3 м от места вво-

да (горелки).

При наличии в шихте значительного количества мелочи условия смешения газа

и воздуха ухудшаются и часть газа не успевает выгореть в зоне обжига. Попадая в зону

с температурой ниже 700 °C (зона подогрева), газ даже при образовании газовоздуш-

ной смеси не сгорает и выбрасывается дымососом в атмосферу.

Периферийные диффузионные горелки самостоятельно применяются лишь в

шахтных печах щелевидного или эллипсного сечения с размером одной из сторон

не более 1,6 м. При этом необходимо использовать сырье с отношением размера мел-

ких кусков к крупным не более 1 : 1,6.

Для ввода газообразного топлива в центральную часть шахты широко применя-

ют диффузионные горелки в виде охлаждаемых балок (см. рисунок 2.6).

Вода поступает в балочную горелку через патрубок с температурой 1040 °C, а

выходит через патрубок с температурой до 100 °C.

Газ и первичный воздух выходят через сопло и патрубки в подбалочное про-

странство, где они смешиваются и газ частично сгорает. Основная же масса выходя-

щего из горелки газа перемешивается со вторичным воздухом, двигаясь в межкусковом

пространстве шахты, ввиду чего процесс выгорания газа растягивается по высоте шах-

ты на 2,5-3 м.

1 и 7 - патрубки выхода и входа охлаждающего масла; 2 - горелка; 3 - сопло; 4 - патрубок;

5 - стальная балка; 6 - труба для ввода воздуха

Рисунок 2.6 Балочная многосопловая горелка

Балочная горелка позволяет пропустить 400-600 м³/ч природного газа при дав-

лении 0,2-0,5 кГ/см²и 1000-1500 м³/ч воздуха при потере напора 40 мм вод. ст. Для ее

охлаждения требуется от 2 до 5 м³/ч воды. Потери тепла с охлаждающей водой дости-

гают 10 % от общего расхода тепла на единицу продукции.

Центральная (подовая) газовая горелка (см. рисунок 2.7) состоит из стального

пирамидального корпуса, в который по отдельным трубопроводам подается природный

газ (в камеру 4) и рециркуляционный газ (в камеру 5). Природный и рециркуляционный

газы выходят через щели под пирамидальный козырек и перемешиваются под ним, по-

сле чего образованная смесь выходит в зону охлаждения шахтной печи.

Смесь газов, поднимаясь в зоне охлаждения печи вверх, смешивается с движу-

щимся по шахте печи воздухом, образуя топливную смесь. Топливная смесь (природ-

ный газ, рециркуляционный газ и воздух), достигнув низа зоны обжига (температура

900 °C и выше), воспламеняется и сгорает в пределах зоны обжига.

1 и 3 - трубы ввода рециркуляционного и природного газов; 2 - щели; 4 - камера газа;

5 - камера рециркулята; 6 - стальной козырек; 7 - корпус горелки

Рисунок 2.7 Центральная (подовая) горелка

Карбонатную породу обжигают в три стадии, последовательно протекающие в

зонах подогрева, обжига и охлаждения печи.

Зона подогрева газовых печей составляет около 35 % рабочей высоты шахты,

что позволяет снизить температуру отходящих газов до 250 °C (без учета подсосов хо-

лодного воздуха) и подогреть карбонатную породу в конце зоны до температуры

500 °C. Выходящие из зоны подогрева печные газы при рациональном режиме содер-

жат 1622 % углекислого газа (CO2) и 34 % кислорода (O2).

Зона обжига занимает примерно 40 % рабочей высоты шахты. В зоне обжига

происходит сжигание природного газа и диссоциация карбонатной породы. Среднюю

температуру газов в зоне обжига поддерживают 11001200 °C. Равномерность распре-

деления температуры газового потока по поперечному сечению шахты в зоне обжига

зависит от равномерности распределения газа и воздуха по сечению шахты и условий

их перемешивания. В результате неблагоприятных условий смешивания газа и воздуха

в слое коэффициент избытка воздуха поддерживают в пределах a = 1,2-1,3 [25].

Зона охлаждения занимает четвертую часть полезной высоты шахты и служит

для охлаждения извести до 80120 °C перед ее поступлением на выгрузочный меха-

низм.

2.3.1.3 Шахтные печи, работающие на жидком топливе

Рассматриваемая шахтная печь производительностью 30 т/сут (см. рисунок 2.8).

предназначена для работы на многосернистом топливе, теплотворностью

QPH = 9000 ккал/кг. Шахта печи в зоне обжига имеет квадратное сечение в поперечни-

ке размером 2 × 2 м, которое в зоне охлаждения плавно переходит на размеры

1,6 × 1,6 м (на уровне выгрузочной решетки). Зона подогрева печи имеет круглое сече-

ние диаметром 2 м и в своей нижней части плавно переходит на квадратное. Рабочая

высота шахты - 19,2 м, средняя площадь поперечного сечения в зонах обжига и подо-

грева - 3,57 м².

Кладка шахты выполнена из красного кирпича с максимальной толщиной 380 мм.

Футеровка выложена многошамотным кирпичом. Теплоизоляционная засыпка трепе-

лом между стальным кожухом и кладкой составляет толщину 62 мм. Гляделки, распо-

ложенные в два яруса, предназначены для контроля процесса обжига.

Мазут сжигают в печи при помощи шести ротационных форсунок, из которых две

вводят мазут в пространство под охлаждаемой балкой (центральная подача мазута), а

четыре остальные с противоположных сторон шахты периферийно.

Форсунка подает распыленный мазут в форкамеру, где он газифицируется и

воспламеняется. Образовавшиеся продукты газификации поступают либо в подбалоч-

ное пространство, где, перемешиваясь с воздухом, сгорают, либо периферийно в слой

материала, где, смешиваясь с движущимся по шахте воздухом, сгорают в межкусковом

пространстве. К форсункам мазут подается насосом при давлении до 25 кГ/см².

Первичный воздух (для газификации мазута) и вторичный вводят в форсунки и

под выгрузочную решетку от вентилятора. Дымовые газы через отверстие удаляются

из печи дымососом и перед выбросом в атмосферу проходят очистку в группе цикло-

нов диаметром 800 мм. В верхней части установлен предохранительный взрывной

клапан.

Карбонатная порода загружается в печь скиповым подъемником с ковшом емко-

стью 0,5 м³. Герметизация печи и распределение шихты по сечению осуществляется

двухклапанным затвором. Карбонатная порода подается в печь автоматически по сиг-

налу указателя уровня загрузки печи, установленного в отверстиях шахты [25].

Известь выгружается платформой с возвратно-поступательным движением.

Герметизация низа печи и выдачи извести на транспортер осуществляется барабан-

ным затвором.

Жидкое топливо (мазут различных марок) удается эффективно сжигать в шахт-

ных известеобжигательных печах только при условии его предварительной газифика-

ции в камерах или топках. На рисунке 2.9 изображена топка (форкамера), представля-

ющая собой футерованную огнеупорным кирпичом выносную камеру, сообщающуюся с

шахтой печи в зоне обжига.

1 - выгрузочная решетка; 2 - форкамеры; 3 - мазутные форсунки; 4 - охлаждаемая балка;

5 - гляделки; 6 - отверстия датчиков уровнемера шахты; 7 - скиповой подъемник; 8 - за-

грузочное устройство; 9 - предохранительный взрывной клапан; 10 - отверстие для отсоса

газов; 11 - барабанный затвор

Рисунок 2.8 Шахтная печь на жидком топливе производительностью 30 т/сут

В торцовой части форкамеры расположена форсунка, через которую в форкаме-

ру подается распыленный мазут и воздух для его газификации.

Для нормального протекания процесса газификации на 1 кг мазута необходимо

ввести в камеру 3 м³воздуха. Скорость воздуха на входе в форкамеру - 30-40 м/сек.

Стенка камеры разогревается до температуры 850900 °C, что способствует стабиль-

ному процессу горения.

Продукты газификации под давлением 300-400 мм вод. ст. поступают в подба-

лочное пространство или слой обжигаемой карбонатной породы. Теплотворность про-

дуктов газификации - 2200 ккал/м³.

Сжигание продуктов газификации в шахте печи происходит в основном таким же

образом, как и в шахтной газовой печи, оснащенной периферийными и балочными го-

релками.

1 - форкамера; 2 - мазутная форсунка

Рисунок 2.9 Топка для газификации мазута при его сжигании в шахтной печи

При рациональной организации сжигания жидкого топлива 40 % от общего рас-

хода мазута на обжиг подают в нижний ярус и 60 % - в верхний. Воздух в количестве

20 % от необходимого для сжигания топлива вводится в форкамеру и используется для

газификации мазута (первичный воздух), остальные 80 % вводятся дутьевым вентиля-

тором под решетку выгрузочного механизма (вторичный воздух).

На температуру в зоне обжига оказывают влияние количество и теплотворность

поступающих продуктов газификации мазута, фракционный и химический состав кар-

бонатной породы, соотношение «топливо - воздух» и скорость выгрузки извести.

Количество поступающих в печь продуктов газификации мазута обжигальщик ре-

гулирует, изменяя количество подаваемого в форсунки мазута.

Теплотворность продуктов газификации мазута зависит or качества распыления

и соотношения «мазут - воздух» в форкамере. Для обеспечения хорошего распыле-

ния мазута механической форсункой давление мазута должно быть около 20 кГ/см², а

температура не ниже 60 °C. Соотношение «мазут - воздух» настолько сильно отража-

ется на теплотворности продуктов газификации, что должно поддерживаться регули-

рующим устройством.

Чем больше воздуха поступает на газификацию 1 кг мазута, тем ниже тепло-

творность его продуктов. При хорошей организации процесса газификации продукты

имеют следующий химический состав (в об. %): CO2 - 4,8; O2 - 0; CO - 13,6; Н2 -

8,5; СН4 - 3,2; CnHm - 1,2; N2 - 68,5. Теплотворность их равна приблизительно

2200 ккал/м³. Температуру продуктов газификации на выходе из форкамеры поддержи-

вают в пределах 9001000 °C.

Соотношение «топливо - воздух» в зоне обжига при сжигании мазута поддер-

живают в пределах a = 1,2-1,3.

2.3.1.4 Регенеративные печи

Характерной особенностью регенеративной печи с параллельным потоком мате-

риала, является наличие двух соединенных переходным каналом цилиндрических

шахт. Чаще всего печи имеют проектную мощность 100600 т/сутки.

Двухшахтная прямоточно противоточная регенеративная (ППР) печь (см. рис.

2.10) состоит из заполненных известняком шахт А и Б, соединенных на уровне 1/3 их

высоты переходным каналом 4. В зоне подогрева известняка расположены диффузи-

онные горелки 5, равномерно расположенные по поперечному сечению шахты. Горелка

представляет собой трубу в трубе, в межтрубное пространство которой подается воз-

духодувкой 1 под давлением 20…25 кПа холодный первичный воздух. Горелка снабже-

на наконечником длиной 300 мм, выполненным из жаропрочной стали. Длина кожуха -

3 м, горелки - около 4 м, срок службы - 1 год, демонтаж горелки длится 8 часов. В

каждой шахте размещено по 9…12 горелок. Воздух для охлаждения извести непрерыв-

но нагнетается воздуходувкой 1 под давлением 15 кПа в зоны охлаждения обеих шахт.

Расход воздуха на охлаждение извести до температуры 50…90 °С устанавливается

вне зависимости от необходимого для полного сгорания топлива (в горелки воздух по-

ступает с коэффициентом избытка α = 1,1) [25].

Печь работает циклически. Взвешенное количество известняка поступает в за-

грузочный бункер 1 и через клапаны 8 заполняет шахты А и Б. Известняк движется

сверху вниз и обжигается одновременно в двух шахтах. При подаче топлива в горелки

шахты А клапан 6 открыт, и воздух поступает в шахту А вместе с топливом, где, нагре-

ваясь от известняка, смешивается в межкусковом пространстве с природным газом, ко-

торый двигается в параллельном токе с материалом. Горение природного газа с разо-

гретым до 800°С воздухом происходит без его химического недожога при α = 1,1 и со-

провождается образованием продуктов горения при температуре 1450…1500 °С, кото-

рая быстро снижается до 1250 °С …1300 °С из-за интенсивного потребления тепла ре-

акцией декарбонизации СаСО3 подогретого до 850 °С известняка. Необходимо выдер-

живать точное соотношение расходов воздуха и топлива, вводимых в зону горения

топлива, чтобы зона максимальных температур в шахте находилась в зоне неразло-

жившегося известняка, так как температура материала при этом не поднимается выше

1000 °С …1050 °С и пережога извести (СаО) не происходит. Опускаясь, известняк все

больше превращается в мелкокристаллический оксид СаО и СО2, температура извести

в конце зоны обжига не превышает 1100 °С, а печные газы, отдавая тепло материалу,

снижают свою температуру к концу зоны обжига до 1150 °С …1200 °С.

1 - вентилятор с вращающимися поршнями, 2 - вентилятор, 3 - механизм выгрузки, 4 - пе-

реходной канал, 5 - диффузионные горелки, 6 - клапан, 7 - загрузочный бункер, 8 - шибе-

ры, 9 - дутьевой конус, 10 - воздухопровод, 11 - бункер извести, 12 - конвейер, 13 - пита-

тель электровибрационный

Рис. 2.10 Пример двухшахтной печи ППР

Известь в нижней части шахты А охлаждается воздухом до 50°С …90°С на выхо-

де из печи, а воздух нагревается от движущейся с ним в противотоке извести, смеши-

вается с печными газами, выходящими из зоны обжига, и по перетоку 4 поступают в

шахту Б. Температура печных газов в перетоке поддерживается регулятором не выше

1200 °С. В шахте Б отходящие печные газы отдают тепло в противотоке с опускаю-

щимся материалом, охлаждаясь до температуры 80 °С …100 °С. При этом происходит

обжиг известняка, но с меньшей скоростью из-за невысоких температур. Шахты рабо-

тают циклически в двух режимах: прямотока и противотока продолжительностью по

12…15 мин. Поэтому через 12…15 мин. клапан 5 шахты А закрывает поступление воз-

духа в горелки с одновременным прекращением в них топлива. Примерно через 80 с

(время переключения клапанов) клапан 5 шахты Б открывает подачу воздуха в горелки

шахты Б, отключив отбор печных газов на дымосос. Одновременно прекращается по-

дача топлива в горелки шахты Б. Наступает новый цикл работы печи, при котором га-

зы, топливо и материал в шахте Б движутся в прямотоке, а отходящие печные газы и

материал в шахте А - в противотоке.

Положительными сторонами печи ППР является ряд процессов, в числе которых

высокотемпературный подогрев воздуха (до 800 °С), идущего на сжигание топлива, в

зоне подогрева печи. При этом регенеративной насадкой служит известняк. Такое тех-

ническое решение подогрева воздуха намного эффективнее, чем применение тепло-

обменника для утилизации тепла отходящих из печи газов или отбор нагретого до 550-

600 °С воздуха из зоны охлаждения печи и его транспортирование к выносным топоч-

ным горелкам зоны обжига. Кроме того, в печи ППР происходит максимально полная

регенерация физического тепла извести и отходящих печных газов, благодаря чему

термический КПД печи достигает 85 %, расход топлива 3720 кДж/кг извести при оста-

точной СО2 в извести менее 1,5-2 %. Низкая температура отходящих из печи газов

позволяет использовать для их обеспыливания рукавные фильтры. К положительным

сторонам печей ППР относятся обжиг известняка мелких фракций (30-60 мм), эффек-

тивная работа на мазуте и даже на смеси мазута с угольной пылью (40 %).

К отрицательным сторонам печей ППР относятся высокая стоимость, работа при

условии полной автоматизации всех процессов и операций, повышенный расход элек-

троэнергии. Печи характеризуются возможностью регулирования производительности,

при пониженной производительности снижается их тепловая эффективность. Особен-

ностью печей является пониженная стойкость футеровки, которая в зоне обжига и в

соединительном канале составляет 4-8 лет [27].

Для печи требуется чистый камень, идеальное соотношение камня по грануло-

метрии (не выше 2 : 1), минимальный размер камня 30 мм. Модифицированные печи

могут работать с мелким (10-30 мм) чистым известняком. В таблице 2.3 приведены

технические характеристики регенеративных печей с параллельным потоком материа-

ла.

Т а б л и ц а 2.3 Технические характеристики регенеративных печей с параллельным потоком

материала

Подача топлива

Через топливные трубки в слой камня

Суточная мощность, т/сут

100600

Расход тепла, ГДж/т извести

3,64,2

Расход электроэнергии, кВтч/т

2041

извести

Гранулометрия известняка, мм

10200

Вид топлива

Газ, жидкое, измельченное твердое, горючие отходы и

биомасса

Воздух для горения

90 % подается сверху и 10 % через топливные трубы

Выгрузка извести

Вращающаяся эксцентричная пластина

Важные особенности

Очень важно обеспечить высокое качество футеровоч-

ных работ

Окончание таблицы 2.3

Подача топлива

Через топливные трубки в слой камня

Преимущества

Гибкая производительность.

Высокая активность извести в зависимости от свойств

известняка.

Отличное распределение топлива вследствие того, что

каждая топливная трубка взаимодействует с неболь-

шим поперечным сечением.

Низкий расход топлива и электроэнергии

Недостатки

Ограниченная гибкость процесса пуска/остановки.

Не подходит камень с высокой склонностью к растрес-

киванию.

Ограниченная возможность умеренного и мягкого об-

жига.

Используемый огнеупорный материал самый дорогой

по сравнению с другими типами печей

2.3.1.5 Шахтная кольцевая печь

Основной особенностью печей этого типа является наличие центрального ци-

линдра, который ограничивает ширину кольцевого пространства и обеспечивает хоро-

шее распределение тепла [27].

Шахта кольцевой печи (рис. 2.11) состоит из наружного 20 и внутреннего 19 по-

лых стальных футерованных огнеупорным кирпичом цилиндров. Внутренний цилиндр

охлаждается воздухом. Загрузочное устройство печи - кюбельное. Выгрузка извести

производится при помощи вращающегося диска 2 (улиты). Камеры 4 и 17 для сжигания

газообразного или жидкого топлива расположены в два яруса по высоте шахты в шах-

матном порядке и соединены мостами 18 с наружным и внутренним цилиндрами. В

каждом ярусе установлено по пять камерных горелок. Печь оборудована футерован-

ным изнутри металлическим рекуператором 10.

Первичный воздух по трубопроводу 3 под давлением 5 кПа поступает в рекупе-

ратор 10, подогревается в нем отходящими газами печи до 450 °С …460 °С и направ-

ляется по трубам 9 и 6 в камеры горения топлива. Выходящие из зоны обжига при тем-

пературе 900 °С …950 °С печные газы ПГ-1 разделяются футерованным цилиндром 12

на два потока. Один поток по внутренней полости цилиндра и газоходу 11 направляет-

ся в рекуператор, после которого по газоходам 8 и 14 поступает в дымосос 15. Второй

поток просасывается через кольцевой слой известняка в зоне подогрева, охлаждаясь

до температуры 100 °С …120 °С, и по газоходу 13 удаляется из печи дымососом 15.

Печь работает под разрежением.

1, 3, 22 - трубопроводы холодного воздуха, 2 - механизм выгрузки, 4, 17 - топочные камеры

для сжигания мазута или природного газа, 5, 16 - трубопроводы горячего воздуха, охлаждаю-

щего цилиндры, 6, 9 - трубопроводы горячего воздуха из рекуператора, 7 - инжектор, 8, 14 -

трубопровод печных газов, соединяющий рекуператор и дымосос, рекуператор, 11 - футеро-

ванный трубопровод печных газов, 12 - футерованный цилиндр, 13 - трубопровод отходящих

из печи газов, 15 - дымосос, 18 - керамические перемычки (мостики), 19, 20 - полые цилин-

дры, 21 - полость, 23, 25 - вентиляторы, 24 - желоб электровибрационный, 26 - дымосос,

27 - пылеосадительная установка. ПГ-1 - противоток отходящих газов в зоне подогрева, ПГ-2

- прямоток части продуктов полного горения топлива в нижнем ярусе топочных камер

Рисунок 2.11 Пример шахтной кольцевой печи производительностью 300 т/сут.

Часть воздуха, идущего на горение, по трубе 22 нагнетается вентилятором в по-

лость 21 внутреннего цилиндра, где подогревается до температуры 200 °С, и по трубам

16 и 5 поступает в горелки верхнего и нижнего ярусов. Часть воздуха по трубе 1 посту-

пает через выгрузочный механизм 2 в зону охлаждения печи и движется вверх в проти-

вотоке с опускающейся известью. Нагретый воздух из зоны охлаждения переходит во

внутреннюю полость цилиндра 19, из которой он через полости под мостами 18 инжек-

торами 7 подается в нижние и верхние камеры горения. Температуру в камерах горе-

ния топлива поддерживают на уровне 1350 °С.

Продукты полного горения топлива ПГ-2 при α=1,6 поступают из камер горения

нижнего яруса в слой образовавшейся в середине зоны обжига извести, проходят с ней

в прямотоке сверху вниз в кольцевом пространстве между цилиндрами. Выходящие из

камер верхнего яруса продукты неполного горения топлива, образующиеся при α =

0,5…0,6, движутся в противотоке с опускающимся материалом. Поступающие в коль-

цевой слой продукты неполного горения топлива (СО и Н2) догорают в слое известняка,

развивая температуру 1450 °С …1500 °С, что обеспечивает высокую скорость декар-

бонизации известняка, опускающегося из зоны подогрева. При этом пережога извести

не происходит из-за падения температуры в результате поглощения тепла реакцией

декарбонизации. Так как продукты горения ПГ-2 не содержат горючих элементов, то их

температура снижается за счет потребления тепла продолжающейся реакцией декар-

бонизации опускающейся извести. Поэтому прямоточная организация движения газов в

нижней части зоны обжига увеличивает ее протяженность, не вызывая при этом пере-

жога извести из-за падающей температуры печных газов. В конце зоны обжига печные

газы ПГ переходят во внутреннюю полость цилиндра 19, смешиваясь с поступающим

сюда воздухом из зоны охлаждения. Образовавшаяся при этом смесь газов представ-

ляет собой рециркуляционные газы с температурой 900 °С, которые инжекторами 7

нагнетаются в камерные горелки 17 верхнего яруса, а продукты газификации топлива

поступают в подмостиковое пространство кольцевого слоя известняка и движутся в

нем в противотоке с материалом. Технические характеристики кольцевых шахтных пе-

чей представлены в таблице 2.4.

Т а б л и ц а 2. 4 Технические характеристики кольцевых шахтных печей

В верхние и нижние камеры горения, иногда в смеси с из-

Подача топлива

вестняком

Суточная мощность, т/сут

80300

Расход тепла, ГДж/т извести

3,34,9

Расход электроэнергии, кВтч/т

1835 (может составить 50 при использовании камня

извести

мельче 40 мм)

Гранулометрия известняка, мм

40150

Вид топлива

Газ, жидкое, измельченное твердое, горючие отходы и

биомасса

Воздух для горения

Сверху через трубу с обеспыливанием и использова-

нием вентилятора

Выгрузка извести

Вращающаяся эксцентричная пластина

Важные особенности

Необходим очень строгий контроль за прохождением

процесса

Преимущества

Малое остаточное СО2 в извести.

Высокая средняя активность извести.

Экономия топлива за счет регенерации.

Центральный цилиндр ограничивает ширину кольцево-

го пространства.

Хорошее распределение тепла

Недостатки

Необходимость обслуживания рекуператора тепла и

других камер.

Относительно высокая стоимость инвестиций

2.3.1.6 Другие типы шахтных печей

В эту группу попадает ряд конструкций печей. В этих печах топливо вводят через

стенки и сжигают в зоне обжига, продукты горения поднимаются вверх в противотоке

извести и известняку. В некоторых конструкциях топливо частично сжигают во внешних

газогенераторах. В других оно подается через центральную горелку, балочные горелки

или вдувается под внутренние своды [27].

Печи с двумя наклонами шахты

В печах можно получать продукт высокой активности. Печь обычно имеет прямо-

угольное сечение и две наклонные секции в зоне обжига. В расположенных напротив

каждой наклонной секции компенсирующих сводах создается пространство, где в ка-

мерах горения сжигаются топливо и подогретый воздух. Охлаждающий воздух подает-

ся в основание печи, он подогревается, удаляется и вновь инжектируется в камеры го-

рения. Извилистые пути как газов, так и шихты сочетаются в двухстороннем обжиге,

обеспечивая эффективное распределение тепла. Для обжига можно использовать

твердое, жидкое и газообразное топливо, но его необходимо тщательно подбирать,

чтобы предотвратить возникновение приваров из золы топлива и сульфата кальция.

Многошахтные печи

Это вариант печи с двумя наклонами шахты. Он представляет собой четыре или

шесть имеющих различный наклон участков зоны обжига, напротив которых распола-

гаются компенсирующие своды. В зоне охлаждения известь подогревает охлаждающий

воздух, который затем отбирают, очищают от пыли и вновь подают в камеры горения.

Для регулирования активности извести можно изменять в широком диапазоне

температуру в нижних камерах горения. Такие печи можно отапливать твердым, жид-

ким и газообразным топливом, возможно использовать топливную смесь.

2.3.1.7 Автоматизация шахтных печей

Современные шахтные известеобжигательные печи оснащены автоматическими

устройствами и механизмами, которые осуществляют автоматическую загрузку сырья и

топлива в печь, автоматическое измерение теплотехнических параметров процесса

обжига, контрольно-измерительными приборами, автоматическое отключение подачи

газообразного топлива в печь при падении давления газа в газопроводе и нарушении

работы системы водяного охлаждения балочных горелок.

Система автоматической загрузки шихты в шахтную печь включает следующие

устройства:

- автоматический дозатор;

- загрузочное устройство;

- механизм поворота чащи загрузочного устройства;

- радиоактивный или штанговый измеритель уровня материала в шахте.

- штанговый или ультразвуковой уровнемер.

Различают весовые и объемные автоматические дозаторы.

Весовой автоматический дозатор шихты (см. рисунок 2.12) работает следующим

образом. Карбонатная порода из левого бункера лотковым питателем подается в дози-

рующий бункер. По мере заполнения бункера материалом измерительная весовая си-

стема приближается к равновесию. Как только вес карбонатной породы в бункере до-

стигнет установленной величины, измерительная система выключает электродвига-

тель лоткового питателя.

Одновременно с этим включится электродвигатель лоткового питателя, который

из правого бункера подает твердое топливо в бункер. Когда общий вес шихты в бунке-

ре достигнет заданного значения, измерительная весовая система выключает пита-

тель.

При возвращении в нижнее положение ковш скипового подъемника нажимает на

рычаг 1, который через рычаги 2 и 4 открывает затвор дозирующего бункера, и матери-

ал по течке ссыпается в ковш. При движении скипа вверх система рычагов 1, 2 и 4 под

действием контргруза прочно закрывает затвор дозирующего бункера. Командный ап-

парат включает лотковый питатель, и цикл дозирования шихты повторяется. К моменту

возвращения скипа в нижнее положение дозирующий бункер вновь заполнен шихтой.

Автоматические объемные дозаторы используют в печах, работающих на жид-

ком и газообразном топливе.

1, 2 и 4 - рычаги; 3, 6 и 13 - течки; 5 и 14 - лотковые питатели; 7 - бункера; 8 и 10 - тросы и

тяги; 9 - весовая измерительная система; 11 - дозирующий бункер; 12 - затвор; 15 - ковш

Рисунок 2.12 Автоматический весовой дозатор

Принцип действия автоматического объемного дозатора (см. рисунок 2.13) со-

стоит в следующем. Из приемного бункера карбонатная порода по течке поступает в

дозирующий бункер. Ковш скипового подъемника, занимая нижнее положение, нажи-

мает на рычаг 1 и через рычаги 3, 4 открывает затвор. Карбонатная порода в объеме

бункера по течке высыпается в ковш.

1, 3, 4 и 8 - рычаги; 2 - затвор; 5 - затвор течки; 6 и 11 - течки; 7 - бункер; 9 - рычаг с

вилкой; 10 - дозирующий бункер; 12 - бункер

Рисунок 2.13 Автоматический объемный дозатор

При движении ковша вверх рычаг 1 освобождается и под воздействием соеди-

ненного с его осью контргруза закрывает затвор. При дальнейшем движении ковша

вверх он входит в зацепление с вилкой рычага 9, поворачивает его в верхнее положе-

ние, открывая рычагом 8 затвор. При этом карбонатная порода поступает в дозирую-

щий бункер до его заполнения.

При движении ковша вниз скип поворачивает рычаг 9 в нижнее положение и за-

твор перекрывает отверстие течки. После этого цикл работы дозатора повторяется.

Для того чтобы скип не смог занять нижнее положение при открытом затворе, установ-

лена электрическая блокировка, останавливающая движение ковша на некотором рас-

стоянии от рычага 1.

Загрузочное устройство шахтной печи состоит из скипового подъемника с элек-

трической лебедкой, поворотной чаши и двухклапанного затвора. На рисунке 2.14

изображена кинематическая схема работы загрузочного устройства. Электрическая

лебедка посредством троса и системы блоков транспортирует шихту ковшом на верх

печи.

1 - лебедка; 2 - ковш силового подъемника; 3, 4, 5 и 6 - шкивы; 7 - верхний клапан;

8 - нижний клапан; 9 - груз; П-1 и П-2 - ползуны; Д1 и Д2 - гидравлические демпферы

Рисунок 2.14 Кинематическая схема автоматической работы загрузочного устройства

При движении вверх по стволу ковш своим выступом входит в зацепление с зу-

бом ползуна П-1, поднимая при помощи троса и шкивов и верхний клапан. При этом

шихта, находящаяся в приемной чаше, проваливается в нижнюю камеру, выходное от-

верстие которой закрыто клапаном.

Выйдя из зацепления с ползуном, ковш продолжает подниматься по стволу, а

верхний клапан под действием привода (или собственного веса) опускается вниз,

плотно закрывая загрузочное отверстие верхней камеры. При дальнейшем движении

вверх ковш входит в зацепление с ползуном П-2 и поднимает груз, который при помо-

щи троса и блоков удерживает клапан в верхнем положении.

Под действием собственного веса и веса шихты нижний клапан опускается вниз,

пропуская сырье и топливо в шахту печи.

Выйдя из зацепления с ползуном П-2, ковш продолжает движение по стволу, а

конус под действием груза поднимается вверх и плотно закрывает нижнее загрузочное

отверстие.

Гидравлические демпферы Д1 и Д2 служат для смягчений ударов, которые воз-

никают в системе тросов в начале и в конце контакта ковша с ползунами П-1 и П-2.

Поднявшись на горизонтальный участок направляющих ствола подъемника,

ковш воздействует на конечный выключатель, опрокидывается и высыпает содержи-

мое в загрузочную чашу. Конечный выключатель разрывает цепь питания электродви-

гателя лебедки скипа и включает через реле времени электродвигатель вращения по-

воротной чаши. После возвращения ковша в нижнее положение он наполняется сырь-

ем и топливом и, получив соответствующий сигнал, начинает движение вверх по ство-

лу подъемника. При этом описанные выше операции повторяются.

Радиоактивный указатель уровня располагается на двух уровнях по высоте шах-

ты. Указатель уровня состоит из двух источников излучения, двух приемников и одного

общего электронного блока, имеющего два выходных реле. При прохождении луча че-

рез слой материала приемник фиксирует снижение мощности излучения по сравнению

с прохождением луча через свободное пространство. Электронный блок, воспринимая

соответствующие электрические сигналы от нижнего и верхнего приемников, управляет

выходным реле, рабочие контакты которых посредством электрической цепи управля-

ют электродвигателем скиповой лебедки и включают световую сигнализацию на пульте

оператора.

Штанговый указатель уровня представляет собой металлический стержень с гру-

зом на конце. Груз лежит на поверхности слоя шихты и опускается вместе с ней.

Перед загрузкой шихты в печь штанговый указатель поднимается вверх на тро-

се, соединенном с ползуном, которым управляет ковш скипового подъемника. Находя-

щаяся снаружи шахты часть стержня уровнемера снабжена выступом, расположенным

по высоте между двумя конечными выключателями, которые входят в цепь управления

лебедкой и цепь световой сигнализации.

Если уровень шихты в печи опустится ниже заданного значения, то штанговый

указатель своим выступом воздействует на нижний конечный выключатель и он вклю-

чит электродвигатель лебедки и световой сигнал на пульте управления. Верхний ко-

нечный выключатель играет роль предохранителя на случай переполнения шахты ма-

териалами, при его нажатии отключается цепь питания электродвигателя лебедки.

На рисунке 2.15 изображена схема автоматической загрузки карбонатной породы

в шахтную печь, работающую на газообразном топливе. Автоматическая загрузка печи

осуществляется в зависимости от уровня, находящегося в ней карбонатной породы.

Рабочим (управляющим) при этом является нижний указатель уровня 13, а верхний 14

служит для аварийного отключения механизмов загрузки.

1, 3 и 4 - станции управления; 2, 5 - командно-электропневматический прибор КЭП; 6 -

электродвигатель привода лебедки; 7 - лебедка скипа; 8 - ковш скипа; 9, 16 - конечный вы-

ключатель ВК; 10 - обмотка электрического вибратора; 11 - электровибрационный питатель;

12 - бункер; 13, 14 - нижний и верхний указатель уровня; 15 - электродвигатель привода

поворота загрузочной чаши; 17 - загрузочная чаша; 18 - термометр ТХА; 19 - заборное

устройство газоанализатора; 20, 21, 22 - датчик разрежения в печи; 23 - термобаллон; 24,

26, 28 - датчик давления; 25, 27 - диафрагма; 29 - предохранительно-запорный клапан ПЗК;

30 - показывающий милливольтметр; 31 - газоанализатор на кислород; 32 - газоанализатор

на CO2; 33 - показывающий мембранный тягомер; 35, 37 - показывающий мембранный напо-

ромер; 34, 36 - самопишущий дифманометр; 38 - сигнализирующий термометр ТС; 39, 40 -

лампочки красного и зеленого цвета; 41 - регистратор импульсов электрический ЭИР

Рисунок 2.15 Схема автоматической загрузки сырья и теплового контроля процесса обжига в

шахтной печи, работающей на газообразном топливе

Когда уровень загрузки карбонатной породы в печи опускается ниже отметки

«Уровень загрузки», то выходное реле указателя уровня 13 срабатывает и включает

командно-электропневматический прибор (КЭП). КЭП-1 включает на заранее установ-

ленное время электровибрационный питатель, подающий карбонатную породу из за-

грузочного бункера в ковш скипа. После загрузки (по времени) ковша карбонатной по-

роды КЭП-1 размыкает электрическую цепь питателя и замыкает электрическую цепь

подъема скипа на верх печи.

Скип, достигнув крайнего верхнего положения, воздействует на конечный вы-

ключатель. Выключатель прекращает движение скипа вверх и подает импульсы на ре-

ле отсчета количества загруженной в печь карбонатной породы ЭИР и на промежуточ-

ное реле времени. Промежуточное реле времени с заданной выдержкой подает сигнал

на опускание скипа вниз и на КЭП-2, который управляет механизмом поворота загру-

зочной чаши [25].

Получив соответствующий сигнал, КЭП-2 включает электродвигатель поворота

загрузочной чаши. Длительность замыкания контактов КЭП-2 обеспечивает поворот

чаши на угол, величина которого возрастает с каждым циклом.

Циклы загрузки печи карбонатной породы продолжаются до тех пор, пока уро-

вень шихты в печи не достигнет отметки «Уровень загрузки». При этом выходное реле

электронного блока уровнемера разорвет цепь электродвигателя скиповой лебедки.

Нижний конечный выключатель служит для блокировки, предотвращая подъем скипа

при его загрузке сырьем.

Схема автоматической загрузки предусматривает возможность перехода на

местное (ручное) управление при помощи кнопок.

Элементы схемы теплового контроля параметров обжига показаны в правой ча-

сти на рисунке 2.14. В шахтной печи, работающей под разрежением и отапливаемой

природным газом, разрежение измеряется датчиками 20, 21, 22 и передается на пока-

зывающий тягомер мембранного типа.

Температура отходящих газов измеряется термометром в комплекте с показы-

вающим милливольтметром.

Расход подаваемого в балочную горелку природного газа измеряется комплек-

том, состоящим из диафрагмы и самопишущего дифманометра. Давление газа перед

горелкой отбирается датчиком 26 и поступает на показывающий прибор 35 (манометр

или мембранный напоромер). Аналогичными приборами измеряется расход и давле-

ние первичного воздуха, поступающего в балочную горелку (датчики 25 и 24).

Анализ отходящих газов на содержание в них углекислого газа CO2 и кислорода

O2 выполняется заборным устройством и автоматическими газоанализаторами, распо-

ложенными, как и все перечисленные выше приборы, на щите КИП оператора (обжи-

гальщика).

Автоматический предохранительно-запорный клапан (ПЗК) и сигнализирующий

термометр обеспечивают безопасность работы печи. При падении давления в газопро-

воде клапан ПЗК получает импульс от датчика давления 28 и мгновенно перекрывает

газопровод, прекращая поступление газа в печь.

2.3.2 Вращающиеся печи

Вращающаяся печь (см. таблицу 2.3) обладает рядом преимуществ по сравне-

нию с шахтной: большей единичной мощностью агрегата; равномерным качеством по-

лучаемой извести при высокой степени ее обжига (9099 %); возможностью обжига

мелких фракций карбонатного сырья любой механической прочности и высокой влаж-

ности (см. таблицу 2.4). Основными недостатками вращающихся печей являются: по-

вышенный удельный расход энергоносителей, топлива на обжиг, большие капитало-

вложения на оборудование и сооружения, значительная металлоемкость [12], [13], [59].

Опыт эксплуатации вращающихся печей мощностью 500 т/сут и выше во многих

странах показывает, что с ростом производительности вращающейся печи ее технико-

экономические показатели (ТЭП) приближаются к ТЭП современных шахтных печей.

Поэтому производство извести с использованием только вращающихся печей реко-

мендуется создавать при их производительности не менее 300 т/сут [25].

Т а б л и ц а 2.5 Основные технико-экономические показатели вращающихся печей для выпус-

ка извести

Удельный

Капвло-

Удельный

Площадь

Эксплу-

расход

жения в

расход

Длина

застройки

атацион-

Тип печи

электро-

строи-

условного

печей, %

терри-

ные расхо-

энергии, кВт

тельство,

топлива, кг

тории, %

ды, %

х ч

С внутри- печными

240…300

17…20

100

теплообменниками

С запечными шахт-

ными подогревате-

165

25…40

лями сырья

Вращающаяся печь представляет собой футерованный изнутри вращающийся

стальной цилиндрический барабан, установленный наклонно (34 %) на роликовых

опорах.

Длинные вращающиеся печи применяют для производства извести сухим и мок-

рым способами. При сухом способе карбонатное сырье поступает во вращающуюся

печь в виде кусков фракции 5-20 мм или 20-50 мм с влажностью 2 24 %. При мокром

способе сырье (мел) поступает в печь в виде сметанообразной массы (шлама) с со-

держанием воды 3743 %.

Длинные вращающиеся печи выпускают с внутренними теплообменными

устройствами или без них. В коротких вращающихся печах, в зависимости от конструк-

ции запечного теплообменника, обжигают карбонатные породы в виде узких фракций:

0,1-2 мм; 10-20 мм; 20-40 мм с влажностью до 8 %.

Т а б л и ц а 2. 6 Характеристики вращающейся известеобжигательной печи [12]

Тип теплообменного и теплоутилизирующего устройства

внутренний

шахтный

циклонный

паровой

Показатели

конвейерная

тепло-

подогреватель

тепло-

котел-

решетка

обменник

сырья

обменник

утилизатор

Размеры печи, м:

- длина

118

- диаметр корпуса

3,6

2,7

3,6

Отношение L/D

15,6

21,7

23,5

Производительность, т/ч

12,5

12,7

7,5

15,0

Удельный расход услов-

ного топлива, кг/т

380

234

204

138

286

Расчетное содержание

свободных CaO + MgO в

извести, %

Сырье:

- вид

Меловой

Мел

Известняк

Карбонатит

Известняк

шлам

- влажность, %

16,5

2,0

3,0

4,0

Размер кусков, мм

10-25

10-20

—

25-50

20-40

0,088-0,1

25-50

Окончание таблицы 2.6

Тип теплообменного и теплоутилизирующего устройства

внутренний

конвейер-

шахтный

циклонный

паровой

Показатели

тепло-

ная решет-

подогреватель

тепло-

котел-

обменник

ка

сырья

обменник

утилизатор

Вид топлива

Природный

Мазут

Природный газ

Мазут

Смесь га-

газ

«100»

зов

Теплотворность, ккал/кг,

ккал/м³

8500

9200

8500

9200

3500

Тип горелочного устрой-

Двухка-

Форсунка

ГВП-1

Форсунка

Двухка-

ства

нальная

механиче-

нальная

горелка

ского рас-

горелка

пыления

Тип холодильника

Барабан-

Барабанный

Барабан-

ный

2,5 × 38 м

ный

2,3 × 38 м

2,5 × 25 м

2,5 × 20 м

2,5 × 38 м

Температура выгружаемой

извести

150

200

150

Характеристика теплооб-

Цепная за-

Решетка

Кольцевой слой

Циклон и

Котел;

менника

веса дли-

3 × 24 м;

толщиной 0,75 м;

шахтная

производи-

ной 31 м

однократ-

высота теплооб-

мельница;

тельность

ный просос

менника по

двухсту-

по пару -

газов

слою) 3,5 м; од-

пенчатый

6 т/ч при

ноступенчатый

давлении

13,5 кГ/см²

Температура газа на вы-

ходе из теплообменного

устройства, °C

250

430

145

200

2.3.2.1 Длинные вращающиеся печи с внутрипечным теплообменником

Длинная вращающаяся печь с теплообменными устройствами внутри корпуса

(см. рисунок 2.16) состоит из следующих основных узлов: цилиндрического корпуса с

надетыми на него бандажами, роликовых опор, предохранительных упоров и кон-

трольных роликов, установленных на опорах, и привода.

Корпус вращающейся печи представляет собой полый сварной барабан диамет-

ром от 2,2 до 5 м, установленный на роликовые опоры. Каждая опора состоит из двух

опорных роликов с четырьмя подшипниками скольжения и клиновинтовыми упорами,

воспринимающими осевое давление печи.

Опорные ролики передвигаются и закрепляются в направляющих либо парал-

лельно оси печи, либо под некоторым углом, что необходимо для предотвращения

подъема или опускания печи по роликам при ее эксплуатации. Подшипники роликовых

опор имеют водяное охлаждение.

1 - роликовые опоры; 2 - бандажи; 3 - подвенцовая шестерня; 4 - редуктор привода; 5 -

электродвигатель; 6 - головка печи; 7 - кольца жесткости; 8 - цилиндрический корпус; 9 -

венцовая шестерня; 10, 11 и 14 - теплообменные устройства; 12 - пылеосадительная каме-

ра; 13 - течка сырья.

Рисунок 2.16 Длинная вращающаяся печь с внутрипечным теплообменником

Для контроля величины предельного осевого смещения корпуса печи от нор-

мального положения по обе стороны от бандажа расположены контрольные ролики,

вращение которых свидетельствует о наличии предельного смещения. В пролетах

между опорами для повышения жесткости корпуса установлены кольца жесткости.

Корпус печи имеет наклон 34 % к горизонту и вращается со скоростью до

3 об/мин от электродвигателя, соединенного с корпусом через редуктор, подвенцовую

и венцовую шестерни. Кроме того, современные печи снабжают вспомогательным при-

водом небольшой мощности, служащим для вращения печи со скоростью около

4 об/мин в периоды пуска и остановки, а также при ремонтных работах.

Привод печи и опорные ролики установлены с тем же уклоном, что и корпус пе-

чи. Внутренняя часть стального корпуса выложена огнеупорной футеровкой.

Печь работает по принципу противотока. Сырье подается со стороны верхнего

«холодного» конца печи по течке, а со стороны нижнего «горячего» конца (головки пе-

чи) через горелку, подается топливо. Отходящие газы удаляются со стороны холодного

конца печи, проходят предварительную очистку в пылеосадительной камере и оконча-

тельную в электрофильтре, а затем дымососом выбрасываются через дымовую трубу

в атмосферу.

Печь имеет следующие технологические зоны: зону подогрева сырья, где мате-

риал теряет влагу и подогревается до температуры 950 °C; зону обжига (декарбониза-

ции), где при температуре газов 12501300 °C происходит разложение сырья с выде-

лением CO2 и образованием свободной окиси кальция; зону предварительного охла-

ждения извести до температуры 1000 °C.

Для нормальной работы печи большое значение имеет правильная футеровка

ее зон. Это обусловлено тяжелыми условиями службы футеровки в связи с вращением

печи, вызывающим сотрясение кладки и ее истирание движущимся материалом.

При обжиге извести холодные зоны футеруют фасонным шамотным кирпичом, а

зону обжига - магнезитовыми огнеуопорами. Шамотный кирпич укладывают на огне-

упорных растворах.

Теплообменные устройства (10, 11, 14 рис. 2.15) служат для улучшения тепло-

обмена между газовым потоком и материалом в загрузочной части длинных печей. С

этой целью во вращающихся печах, работающих как по мокрому, так и по сухому спо-

собам обжига, применяют цепные, экранно-лопастные, циклоидные и ячейковые теп-

лообменники [25].

Цепные теплообменники

- устройства, в которых происходит конвективно-

регенеративный теплообмен газов и материала: прогрев цепей печными газами кон-

векцией и отдача тепла нагретыми цепями материалу теплопроводностью. При мокром

способе в цепном теплообменнике на коротком участке печи влажность шлама снижа-

ется с 45…42 % до 10…5 %. Дальнейшее снижение влажности материала нежелатель-

но, так как ухудшается его грануляция. При сухом способе использование цепного теп-

лообменника из жаропрочной стали позволяет подогревать кусковой материал до тем-

пературы 500…600 °С на значительно меньшем участке зоны подогрева, чем в печи, не

оборудованной теплообменником.

На практике применяют три способа навески цепей: навеску со свободными кон-

цами, гирляндную навеску с креплением за оба конца и хордовую навеску.

Металлический наклонный экранно-лопастной теплообменник представляет со-

бой лопасть с ножкой, которая двумя болтами крепится к сегменту, приваренному к

корпусу печи. Лопасть размером 0,3 х 0,3 х 0,1 м имеет двойной уклон под углами 40^ои

15^ок поверхности материала во время вращения печи.

Металлический циклоидный теплообменник представляет собой набор лопастей,

изготовленных из листовой жаропрочной стали толщиной 12…16 мм. Лопасти болтами

крепятся к пластинам, приваренным к корпусу печи. Такая конструкция теплообменника

обеспечивает интенсификацию теплообмена материала с газами при незначительном

повышении пылеуноса и аэродинамического сопротивления печи.

Металлический ячейковый теплообменник из литой жаропрочной стали эффек-

тивен в теплотехническом отношении. Он состоит из полок, шарнирно соединенных с

коробками крепления, приваренными к корпусу печи. Каждая пара полок соединена

между собой шарнирно. Такое крепление предохраняет теплообменник от температур-

ных деформаций. Теплообменник делит поперечное сечение печи на секции (ячейки),

благодаря чему происходит расчленение материала на несколько потоков, в которых

интенсивность отдачи тепла от газов к материалу из-за его лучшего перемешивания

значительно увеличивается. В результате температура газового потока снижается на

150…180 °С, а материала повышается на 250…300 °С. Теплообменник устанавливают

после цепного с интервалом 2…3 м.

Отсутствие внутренних теплообменников существенно снижает тепловой КПД

печи и соответственно увеличивает расход топлива на обжиг.

2.3.2.2 Вращающиеся печи с запечным подогревателем

На рисунке 2.17 дан общий вид короткой вращающейся печи. Опорные и упор-

ные устройства коротких печей аналогичны по конструкции длинным вращающимся

печам.

В качестве коротких необходимо использовать вращающиеся печи с корпусом

следующих размеров: 2,5 × 30 м, 2,5 × 40 м, 3 × 40 м, 3,6 × 50 м, 3,6 × 75 м, 4 × 50 м,

4 × 60 м, 4,5 × 60 м.

Главный привод коротких вращающихся печей аналогичен по устройству глав-

ному приводу длинных печей, отличаясь для печей одинакового диаметра корпуса

мощностью электропривода и редуктора. Для главного привода современных коротких

вращающихся печей применяют электродвигатели переменного тока с частотными

преобразователями, позволяющими плавно менять частоту вращения барабана печи в

широком диапазоне.

В качестве подогревателей кускового материала применяют подогреватели не-

подвижного слоя сырья типа колосниковой конвейерной решетки, шахтные с подвиж-

ным слоем сырья и шахтные с падающим слоем сырья, подогреватели дисперсного

сырья циклонного типа, шахтные комбинированные теплоутилизаторы, использующие

энергию отходящих печных газов одновременно для подогрева материала и выработки

пара, котлы-утилизаторы, вырабатывающие пар.

1 - загрузочная головка; 2 - корпус печи; 3 - кожух венцовой шестерни; 4 - откатная раз-

грузочная головка; 5 - устройство крепления горелки; 6 - ролик опорный; 7 - упорные роли-

ки; 8 - электродвигатель главного привода; 9 - бак системы централизованной смазки обору-

дования печи; 10 - ролик упорный; 11 - мазутные насосы (при использовании форсунки)

Рисунок 2.17 Короткая вращающаяся печь

2.3.2.3 Обжиг карбонатных пород во вращающейся печи

Во вращающейся известеобжигательной печи различают три основные зоны, от-

личающиеся режимными параметрами термообработки материала и физико-

химическими процессами, происходящими в нем. На рисунке 2.18 изображены кривые

распределения по длине печи температуры газового потока (кривая 3), температуры

поверхности материала (кривая 2) и содержание в извести активных окислов кальция и

магния (кривая 1).

Зона подогрева расположена в холодном конце печи, начиная от места поступ-

ления в нее сырья, и занимает до 70 % общей длины корпуса длинной печи. Поступа-

ющий в зону подогрева материал (пунктирная кривая 2) проходит последовательно

сушку (tm - до 120 °C) и нагрев (tm - 850900 °C). В конце зоны подогрева, в темпе-

ратурном интервале 700900 °C, полностью разлагается содержащийся в сырье угле-

кислый магний (MgCO3) и частично углекислый кальций (CaCO3).

а - зона обжига и предварительного охлаждения печи; б - зона подогрева теплообменника;

1 - кривая активности извести; 2 - кривая температуры поверхности материала; 3 - кривая

температуры газообразных продуктов

Рисунок 2.18 Распределение температуры газов, материала и активности извести по длине

вращающейся печи

Выходящие из зоны обжига с температурой 11001250 °C печные газы (кривая 3)

отдают тепло материалу, и их температура снижается до 600800 °C. Температура

печных газов на выходе из печи (в начале зоны подогрева) в значительной мере зави-

сит от влажности сырья и от организации теплообмена с сырьем в зоне подогрева.

При отсутствии в зоне подогрева теплообменных устройств материал в резуль-

тате незначительной поверхности теплообмена забирает меньше тепла, чем он мог бы

теоретически принять от газов, и температура газов на выходе из печи остается высо-

кой (500600 °C) даже при обжиге влажного мела. При обжиге карбонатных пород

(влажность 24 %) температура отходящих газов из печи длиной 75 м составляет

700800 °C.

Применение внутренних теплообменников позволяет интенсифицировать кон-

вективный теплообмен в зоне подогрева, и температура отходящих газов снижается до

350400 °C. Температура материала по длине печи растет при этом значительно быст-

рее, и длина зоны подогрева сокращается, а длина зоны обжига увеличивается. По-

этому применение внутренних теплообменных устройств позволяет на 10 % - 15 %

увеличить производительность печи при одновременном снижении удельного расхода

топлива на 2025 % за счет лучшего использования тепла печных газов.

Значительный эффект достигается при установке за короткой вращающейся пе-

чью запечного теплообменника, например, конвейерной решетки. При этом сушка и по-

догрев материала до температуры 700750 °C происходит на конвейерной решетке,

куда печные газы поступают с температурой 9001000 °C, а после двойного просасы-

вания через слой выходят с температурой 350380 °C. Из-за подсосов холодного воз-

духа в теплообменнике температура газов обычно равна 200250 °C. Дальнейшее

нагревание сырья до температуры 900 °C происходит на коротком участке зоны подо-

грева печи.

Выходящие из зоны подогрева печи газы при правильной организация процесса

обжига содержат 2628 % углекислого газа (CO2) и 1,01,5 % кислорода (O2).

Зона обжига длинной вращающейся печи занимает 2530 %, а короткой -

5075 % общей длины корпуса печи. В зоне обжига происходит сгорание топлива и за-

вершаются основные физико-химические реакции разложения карбонатного сырья.

Ввиду малого времени пребывания материала в зоне обжига (30-45 мин) его

нагревают до температуры 1200 °C, при которой реакция разложения CaCO3 происхо-

дит достаточно быстро. В результате сырье успевает почти полностью диссоциировать

и содержание активных CaO + MgO в воздушной извести обычно составляет 90 % -

99 %.

Для обеспечения быстрого нагрева материала максимальную температуру газов

поддерживают на 250300 °C выше температуры материала. Передача тепла матери-

алу происходит от факела и поверхности футеровки печи. От факела тепло передается

материалу лучеиспусканием и конвекцией, от футеровки преимущественно теплопро-

водностью.

В конце зоны обжига расположен порог высотой 200-500 мм, иногда на расстоя-

нии 16-18 м от него устраивают второй порог. Применение кольцевых порогов (мест-

ных сужений внутреннего диаметра печи) улучшает характеристики процесса обжига за

счет увеличения времени пребывания материала в зоне высоких температур и умень-

шения потерь тепла излучением факела в холодный конец печи. В итоге устройство

двух-трех порогов в печи позволяет на 510 % повысить ее производительность и не-

сколько снизить удельный расход топлива на обжиг.

Длину и расположение зоны обжига регулируют длиной и формой факела, а так-

же тягой дымососа. Сжигание топлива в факеле организуют при общем коэффициенте

избытка воздуха от 1,05 до 1,15. Смещение зоны обжига к холодному концу печи уве-

личивает потери тепла с отходящими газами, а смещение ее к горячему концу приво-

дит к уменьшению длины зоны обжига и появлению в связи с этим потери тепла с вы-

ходящей известью.

Зона предварительного охлаждения занимает 5 % длины печи и расположена

непосредственно за зоной обжига. Ввиду незначительной длины зоны материал на вы-

ходе из нее имеет температуру 9001000 °C и физическое тепло отдает вторичному

воздуху в основном в рекуператорном или барабанном холодильнике. Воздух нагрева-

ется в зоне предварительного охлаждения до температуры 600700 °C, что способ-

ствует повышению температуры факела и лучшему использованию тепла в целом.

В холодильнике печи известь охлаждается до температуры 80120 °C. Холодный

воздух, поступающий в холодильник из окружающей среды, нагревается в нем до

400500 °C [28].

2.3.2.4 Автоматизация вращающихся печей

Одним из основных способов интенсификации процесса производства извести

во вращающейся печи является автоматизация основного и вспомогательного техно-

логического оборудования и процесса обжига. Уровень автоматизации производствен-

ного процесса при этом может быть различным.

На рисунке 2.19 представлены элементы системы автоматического контроля и

регулирования процесса обжига извести во вращающейся печи без запечного тепло-

обменника, оборудованной рекуператорным холодильником и работающей на природ-

ном газе.

Схема теплового контроля предусматривает автоматическое измерение и запись

на диаграмме приборов расхода природного газа, разрежения в горячей головке печи и

пылеосадительной камере, температуры газов в зоне обжига, в пылеосадительной ка-

мере и перед дымососом, температуры материала перед зоной обжига, содержания

кислорода в отходящих газах. Так же осуществляется тепловизионный контроль за

распределением температур по корпусу печи (осуществляется сканирующим теплови-

зором).

1 и 14 - потенциометры; 2 - регулятор температуры; 3 - регулятор давления; 4 - радиаци-

онный пирометр; 5, 8 и 9 - термометры; 6 - регулятор загрузки печи сырьем; 7 - газоотбор-

ное устройство; 10 - регулятор полноты сжигания топлива; 11, 12 - милливольтметры пиро-

метрические; 13 - газоанализатор на кислород; 15 - сигнализирующий термометр; 16, 17 -

тягомеры мембранные показывающие; 18 - расходомер; 19 - дифференциальный манометр;

20 - исполнительный механизм

Рисунок 2.19 Схема системы автоматического контроля и регулирования процесса обжига

извести во вращающейся печи без запечного теплообменника

Расход природного газа измеряется мембранным дифференциальным маномет-

ром и регистрируется вторичным прибором - расходомером. Разрежение по тракту

измеряется при помощи мембранных манометров (тягомеров). Температура в зоне об-

жига измеряется радиационным пирометром, показания которого записываются авто-

матическим потенциометром. Температура газового потока в пылевой камере и даль-

ше по газовому тракту измеряется термопарами и термометром сопротивления.

Температуру материала внутри вращающейся печи перед зоной обжига может

измеряться комплектом, состоящим из стандартного термоэлектрического термометра

и автоматического потенциометра.

Содержание кислорода в отходящих печных газах измеряется автоматическим

газоанализатором, снабженным записывающим прибором. Для непрерывного отбора,

очистки и подачи в прибор пробы газа служит газоотборное устройство, устанавливае-

мое в переходной или пылеосадительной камере.

Система автоматического регулирования (САР) предусматривает регулирование

температуры в зоне обжига и полноты сгорания топлива, а также стабилизацию давле-

ния газа перед горелкой и количества подаваемого в печь сырья.

Температуру в зоне обжига регулируют следующим образом. При отклонении

температуры в зоне обжига от заданного значения потенциометр 1 посылает в измери-

тельную схему регулятора 2 электрический импульс и регулятор через исполнительный

механизм 20 поворачивает регулирующую заслонку газопровода, увеличив или умень-

шив подачу природного газа в печь.

Регулятор, кроме того, получает корректирующие импульсы при значительных

отклонениях от заданной величины температуры материала перед зоной обжига (от

потенциометра) и содержания кислорода в отходящих газах (от газоанализатора) и со-

ответственно изменяет в определенных пределах подачу в печь топлива.

Полнота сгорания топлива в печи обеспечивается регулятором 10, который воз-

действует своим исполнительным механизмом 20 на направляющий аппарат дымосо-

са. Например, при увеличении содержания O2 в отходящих газах измерительная схема

регулятора, получающая сигнал от газоанализатора 13, выходит из равновесия и ис-

полнительный механизм несколько прикрывает направляющий аппарат дымососа. При

этом разрежение в горячей головке печи несколько снижается, что приводит к умень-

шению поступления в печь вторичного воздуха и содержание O2 в отходящих газах

снижается.

Регулятор 3 поддерживает давление в газопроводе, воздействуя на регулирую-

щий орган (клапан, заслонку). Регулятор 6 получает импульс от датчика расхода мате-

риала в печь и воздействует на питатель, уменьшая или увеличивая его производи-

тельность. Таким образом он поддерживает постоянную величину подаваемого в печь

сырья.

Сигнализирующий термометр подает световой или звуковой сигнал при повыше-

нии температуры масла в системе смазки главного привода печи выше допустимого

значения.

2.4 Дробление и измельчение извести

Гранулометрический состав молотой извести варьируется от относительно гру-

бой до очень тонкой. Чаще применяется молотая порошкообразная известь размером

до 0,2 мм.

Такая известь применяется для производства силикатного кирпича, газосиликат-

ных блоков, производства минеральных удобрений, приготовления известесодержа-

щих растворов в защите растений, стабилизации грунтов, обработке сточных вод про-

мышленных предприятий и животноводческих комплексов.

Кроме гранулометрии к такой извести предъявляются требования по удельной

поверхности, времени гашения (реакционной способности), температуре гашения. По-

мольные установки используются те же, что для измельчения сырья (п. 2.1.2).

2.5 Производство гашеной извести

Гидратация (гашение) кальциевой извести идет с выделением тепла и образова-

нием водяного пара. Реакция гидратации обратимая. Ее направление зависит от тем-

пературы и парциального давления водяных паров в гасильном агрегате. Дегидрата-

ция гидрооксидов кальция и магния возможна при температуре выше 520°С [12].

CaO

H2O

↔

Ca(OH)2

кДж/моль

Гидратация доломитовой и магнезиальной извести по формуле:

СаО + MgO + H2O = Ca(OH)2 + MgO + Q (при обычном гашении)

CaO + MgO + H2O = Ca(OH)2 + Mg(OH)2 + Q (при автоклавном гашении).

Гашение извести в «пушонку» можно производить в гидраторах периодического

и непрерывного действия. На современных производствах применяют гидраторы не-

прерывного действия, у которых больше производительность, есть возможности пол-

ной автоматизации процесса подачи исходных продуктов и контроля качества гидрат-

ной извести.

Чаще всего для гашения извести используют лопастные двух или трехсекцион-

ные аппараты, внутри которых установлены лопасти, перемешивающие и перемеща-

ющие известь. Такие гидраторы могут быть одно- и двухвальные. Двухвальные гидра-

торы отличаются несколько большей производительностью [29]. Конструкция трехсек-

ционного лопастного гидратора представлена на рис. 2.20.

1 - корпус, 2 - форсунки, 3 - скруббер, 4 - циклон, 5 - шлюзовый питатель, 6 - вентиля-

тор, 7 - мотор-редуктор, 8 - вал с лопастями, 9 - люки, 10 -, 11, 12 -винтовые транспор-

теры трехсекционного лопастного гидратора

Рисунок 2.20 Конструкция одновального трехсекционного лопастного гидратора

Исходная негашеная известь в виде порошка или гранул подается в верхнюю

секцию аппарата 1. В эту же секцию подается вода для гашения извести. При гашении

извести образуется большое количество водяного пара и известковой пыли. На рисун-

ке 2.17 изображен вариант, когда вода подается через форсунки 2 в скруббер 3. В

скруббере происходит ее нагрев за счет конденсации пара на поверхности капель воды

и частичная очистка пара от пыли. Далее пар поступает в циклон 4, где происходит

обеспыливание пара: осажденная известковая пыль шлюзовым питателем 5 возвра-

щается в верхнюю секцию аппарата, а паровоздушная смесь вентилятором 6 подается

на дальнейшую очистку от пыли. Вентилятор 6 подключен к частотному преобразова-

телю (ЧРП), который позволяет установить минимальную частоту вращения рабочего

колеса, что позволяет свести к минимуму подсос воздуха через неплотности корпуса

аппарата.

Гашение наиболее интенсивно происходит в первой, верхней, секции аппарата.

В последующих секциях происходит догашивание и охлаждение гашеной извести. Го-

товая гидратная известь выгружается из нижней секции гидратора винтовым транспор-

тером 12. На каждой секции аппарата-гидратора установлен мотор-редуктор 7, который

вращает вал с лопастями 8 со скоростью 20-30 об/мин. Скорость вращения вала каж-

дой секции регулируется ЧРП в зависимости от качества исходной негашеной извести.

Люки 9 служат для обслуживания и замены лопастей гидратора. Гидратор установлен

на опорах 10.

Для очистки паровоздушной смеси используют сухой способ очистки от пыли

(циклоны, фильтры) или мокрый способ (скрубберы, циклоны с водяной пленкой, пен-

ные аппараты), а также их комбинация.

Существует вариант расположения фильтра на второй секции аппарата, при

этом первая секция устанавливается со сдвигом. В таком случае забор паровоздушной

смеси происходит из области не столь интенсивного гашения, а пыль с первой секции

успевает осесть в аппарате до поступления смеси в фильтр.

Рукавные фильтры имеют существенный недостаток. Рукава со временем, заби-

ваются гидратной известью, на них образуется корка (известковое тесто), гидравличе-

ское сопротивление рукавов фильтра возрастает и фильтры прекращают нормальную

работу. На практике через 2-3 месяца фильтровальные рукава подлежат замене. В

таблице 2.7 представлены основные характеристики лопастных гидраторов.

Т а б л и ц а 2. 7 Основные характеристики лопастных гидраторов

Производительность, т/час

Наименование

1,5

Количество секций

Расход негашеной извести,т/час

1,15

3,08

4,62

Расход воды, м³/час

0,70

1,92

2,89

Расход запыленных газов, м³/час

560

1580

2400

Длина аппарата, мм

5400

5800

5900

Ширина аппарата, мм

1050

1400

1730

Высота без фильтра (циклона), мм

3040

3700

4000

Полная высота с фильтром, мм

5900

7400

7800

Масса аппарата (без фильтра),т

6,6

12,8

15,2

На российских предприятиях используют несколько различных схем получения

гидратной извести:

- получение гидратной извести из дробленой до 20 мм негашеной извести;

- получение гидратной извести из молотой негашеной извести 00,2 мм;

При первом варианте после гашения извести в гидраторе классификацией уда-

ляют не погасившиеся зерна, которые могут удаляться в отвал или использоваться в

производстве строительных растворов. Во втором случае известь негашеная фракции

00,2 мм сразу подается в гидратор, после гашения классификация не требуется.

Также используется схема, когда известь негашеную сначала дробят до фракции

040 мм, затем гасят в гидраторе и всю гашеную известь отправляют на помол для по-

лучения фракции 0,2 мм.

2.6 Складирование готовой продукции

Современный известковый комбинат выпускает известь комовую, гидратную

(пушонку), молотую и известняковую муку для сельского хозяйства. Предприятия

большой мощности имеют отдельные склады под каждый вид выпускаемой продукции.

Емкость склада выбирается из конкретных условий продолжительности хранения про-

дукции не более 5-10 суток.

В качестве примера на рисунке 2.21 показан склад комовой извести емкостью

2000 т с галереей выдачи продукции. В настоящее время существуют более современ-

ные установки. Склад состоит из шести силосов комовой извести, двух галерей с лен-

точными транспортерами и двух погрузочных машин.

Силос комовой извести представляет собой цилиндрическую банку со стенками

из монолитного железобетона. Емкость банки - 330 м³, диаметр -

6 м, высота -

15,8 м. Для снижения запыленности помещения при загрузке силосов комовой изве-

стью предусмотрена аспирационная система.

Известь загружают в силос передвижным реверсивным ленточным конвейером,

а выгружают при помощи электровибрационных питателей и ленточного транспортера,

который подает известь в бункер погрузочной машины. Погрузочная машина грузит

1 - погрузочные машины; 2 - галереи; 3 - ленточные транспортеры; 4 - электровибрацион-

ные питатели; 5 - аспирационная система; 6 - реверсивный ленточный конвейер; 7 - силоса.

Рисунок 2.21 Склад комовой извести емкостью 2000 т

Склады молотой извести и известняковой муки состоят из однотипных сооруже-

ний и оборудования. Склад молотой извести емкостью 2000 т (см. рисунок 2.22) состо-

ит из четырех силосов емкостью 500 т каждый, снабженных аспирационной системой.

Железобетонная банка силоса имеет высоту 20,6 м при диаметре 6 м.

Силосы загружаются пневмотранспортом по трубопроводу. Молотая известь

распределяется по банкам с помощью двухходовых переключателей. Наполнение си-

лосной банки известью контролируется по сигнализаторам нижнего и верхнего уровня.

При наполнении банки известью до верхнего уровня загорается сигнальная лампочка и

оператор отключает силос от питающего трубопровода.

Известь выгружается из силоса двумя пневматическими боковыми разгружате-

лями через выпускные отверстия, устроенные в нижней части банки. Выдача извести

со склада предусматривается в автомобильный и железнодорожный транспорт.

Известь перекачивают из центрального выгрузочного отверстия банки при по-

мощи разгрузочных шнеков и пневмотранспортного шнека, который направляет из-

весть в бункер пневмовинтового насоса. Пневмовинтовой насос подает порошкообраз-

ный материал по трубопроводу пневмоперекачки в тот же бункер или другой, заполняя

его сверху.

Аспирационные системы, установленные на силосных складах, отсасывают за-

пыленный воздух в местах загрузки силосов. Очистка воздуха осуществляется в рукав-

ных фильтрах.

1 - трубопровод пневмоперекачки; 2 - пневмовинтовой насос; 3 и 4 - шнеки; 5 - воздухо-

распределительные коробки; 6 - силос; 7 - трубопровод; 8 - аспирационная система;

9 - автомобильный транспорт; 10 - пневматические боковые разгружатели с дистанционным

управлением; 11 - железнодорожный транспорт; 12 - двухходовые переключатели

Рисунок 2.22 Склад молотой извести емкостью 2000 т

2.7 Контроль качества готовой продукции

Контроль качества негашеной извести

Каждые два часа из печи отбирают известь в количестве около 50 кг, методом

квартования получают пробу 5 кг и помещают ее в герметически закрываемый сосуд.

Первичную пробу извести (20 кг), отобранную за смену, методом квартования сокра-

щают до 5 кг, получая среднюю пробу, которую и испытывают.

Среднюю пробу комовой извести разбивают на куски до 20 мм, перемешивают и

последовательным квартованием отбирают 500 г, которые измельчают до полного

прохождения сквозь сито. От просеянной пробы отбирают квартованием 60 г извести,

растирают ее в ступке до полного прохождения сквозь сито и хранят в герметически за-

крытом сосуде.

Среднюю пробу порошкообразной извести перемешивают и последовательным

квартованием отбирают 300 г, которые помещают в герметически закрываемый сосуд.

Полученный порошок используют для испытаний в соответствии с

ГОСТ 226882018 [30].

Для определения суммарного содержания активных CaO и MgO при содержании

в извести MgO до 5 % применяют реактивы и растворы: кислота соляная 1Н-раствор;

однопроцентный спиртовой раствор фенолфталеина.

Для определения содержания не погасившихся зерен из 1 кг негашеной извести

готовят известковое тесто и выдерживают его в течение 24 ч, затем разбавляют водой

до состояния известкового молока и пропускают через сито, одновременно промывая

слабой непрерывной струей воды и слегка растирая кусочки стеклянной палочкой с ре-

зиновым наконечником. Остаток на сите высушивают при температуре 105110 °C до

постоянного веса. Полученный остаток в граммах, деленный на 10, дает содержание

непогасившихся зерен в процентах.

Чтобы определить время гашения извести, берут сосуд Дьюара, представляю-

щий собой колбу емкостью 0,5 л, и помещают его в коробку. Пространство между сосу-

дом Дьюара и стенками коробки заполняют теплоизоляционным материалом (асбесто-

вой мелочью, минеральной ватой и т. п.).

10 г измельченной извести помещают в сосуд Дьюара, вливают в него 20 мл во-

ды температурой 20 °C и закрывают пробкой, в которой плотно закреплен ртутный

термометр со шкалой 0150 °C и длиной хвостовой части 100-150 мм. При этом

наблюдают, чтобы ртутный шарик термометра был погружен в реагирующую смесь.

Смесь в сосуде взбалтывают и оставляют в покое. Через каждые 30 с с момента

добавления воды отмечают температуру реагирующей смеси. Наблюдения ведут до

достижения максимальной температуры и начала ее падения.

За время гашения принимают интервал времени в минутах от момента добавле-

ния воды к извести до начала снижения максимальной температуры.

Испытание по определению остаточной потери при прокаливании извести

(П.П.П.) проводят для определения величины «недожога» извести или степени декар-

бонизации сырья при обжиге. При достаточно полном разложении карбонатных пород

остаточные П.П.П. составляют 27 %.

Результаты всех испытаний заносят в журнал контроля качества извести.

Контроль качества гашеной извести

Качество гашеной извести оценивают по четырем показателям: суммарному со-

держанию CaO и MgO, содержанию углекислоты CO2, влажности и дисперсности.

Суммарное содержание окисей кальция и магния гашеной извести определяют

таким же методом, как и для комовой извести.

Влажность пушонки определяют влагомерами.

Дисперсность гидратной извести определяют так: 50 г пробы извести, предвари-

тельно высушенной до постоянного веса при 105110 °C, просеивают сквозь сита. Про-

сеивание считается законченным, если при дополнительном просеивании в течение

1 мин сквозь указанное сито проходит не более 0,1 г материала. Остаток на сите в

граммах, умноженный на 2, соответствует содержанию зерен данной крупности в про-

центах.

Содержание углекислоты в извести определяют по ГОСТ 226882018 [30].

В зависимости от результатов испытания гидратная известь соответствует пер-

вому или второму сорту. Данные испытаний средних проб заносятся в журнал контроля

качества продукции.

Контроль качества продукции на складе

От каждой партии извести, хранящейся на складе или отгружаемой потребителю,

отбирают первичную пробу весом не менее 20 кг. При контроле комовой извести пробу

отбирают примерно равными частями не менее чем из 10 различных мест по всей

толщине извести: из верхнего, среднего и нижнего слоя. При контроле молотой извести

в мешках пробу отбирают из 10 мешков из разных мест штабеля, примерно по 2 кг из

каждого мешка. При контроле гашеной извести пробу отбирают примерно равными ча-

стями не менее чем из 5 различных мест по всей толщине извести: из верхнего, сред-

него и нижнего слоя извести, примерно по 2 кг из каждого места.

Отобранную первичную пробу комовой, молотой или гашеной извести квартуют и

делят на две равные части. Одну из проб извести испытывают, другую - помещают в

герметически закрываемый сосуд, который опечатывают и хранят в течение 15 дней на

случай арбитражных испытаний.

Если при испытании средней пробы установлено несоответствие ее хотя бы од-

ному из требований стандарта на известь, то необходимо провести повторные испыта-

ния, результаты которых следует считать окончательными.

2.8 Вредные производственные факторы

Санитарно-гигиенические условия труда на известковом предприятии характери-

зуются следующими специфическими вредностями производства: запыленностью воз-

духа при загрузке материалов в печь, выгрузке извести из печей, транспортировании,

складировании, дроблении, помоле каменного угля, карбонатной породы и извести; за-

газованностью воздуха и повышенной температурой в печном отделении.

ПДК кальций оксида в воздухе рабочей зоны составляет 1 мг/м³, допускаемая

концентрация пыли для производственных помещений составляет для извести 3 мг/м³,

для известняка 6 мг/м³, для угля 10 мг/м³. Известковая пыль, действуя на организм че-

ловека, разъедает ткани и вызывает ожоги, иногда тяжелого характера, изъязвление

верхних дыхательных путей, воспаление легких. Попадание известковой пыли в глаза в

некоторых случаях вызывает стекловидный оттек и помутнение роговицы. Индивиду-

альными средствами защиты от воздействия известковой пыли являются защитные оч-

ки, респираторы, марлевые повязки [31], [32], [33], [34].

При нарушении режима сжигания топлива в печных агрегатах возможно отрав-

ление обслуживающего персонала продуктами его горения. Наиболее опасными газа-

ми, выделяющимися при неполном сгорании топлива, является оксид углерода (CO).

Индивидуальным средством защиты от воздействия оксида углерода является шлан-

говый противогаз.

Перевод шахтных печей с твердого топлива на природный газ значительно сни-

жает запыленность рабочих мест, территории предприятия и окружающей местности, а

также ликвидирует ряд ручных операций при обслуживании тепловых агрегатов. Внед-

рение в производство извести мощных шахтных и вращающихся печей с эффективной

системой обеспыливания всей технологической линии, оборудованных совершенной

системой автоматического регулирования процесса обжига и системой управления

всеми механизмами с диспетчерского пульта, позволит полностью устранить вредное

влияние извести на организм обслуживающего персонала.

Совершенствование технологических схем производства извести должно сопро-

вождаться, помимо автоматизации процесса, максимально возможным исключением из

них пересыпных узлов, сокращением путей транспортирования материала, высоты его

подъема и сброса, улучшением обслуживания складских емкостей и совершенствова-

нием погрузочно-разгрузочных средств.

Раздел 3 Текущие уровни эмиссии в окружающую среду и

потребления ресурсов

К промышленным источникам эмиссий и негативного воздействия на окружаю-

щую среду относятся: предприятие, установка, печь, технологический процесс, произ-

водственный объект, потребляющие электрическую и/или тепловую энергию и выде-

ляющие в окружающую среду загрязняющие вещества в виде выбросов в атмосфер-

ный воздух, сбросов сточных вод в водные объекты и в виде отходов производства и

потребления, которые подлежат размещению, утилизации или обезвреживанию. Кон-

кретные источники эмиссий - это предприятия, осуществляющие инвентаризацию вы-

бросов / сбросов загрязняющих веществ, отходов и специальный учет эмиссий (произ-

водственный экологический контроль) от источников негативного или любого техноген-

ного воздействия. На основании указанного учета эмиссий по предприятиям отрасли и

была выполнена оценка текущих уровней эмиссий в окружающую среду и потребления

ресурсов [61].

Основными видами воздействия на окружающую среду, связанными с производ-

ством извести, являются потребление природных ресурсов, энергии и загрязнение ат-

мосферного воздуха продуктами разложения карбонатной породы и горения различных

видов топлива. Процессы дробления, измельчения, гидратации полученной извести

связаны с существенным потреблением энергии и являются источниками выбросов в

атмосферу твердых частиц (известковой пыли).

Выбор эффективно работающего оборудования, оптимальных режимов работы

основного и вспомогательного оборудования, качественного сырья и топлива, автома-

тизация технологических процессов определяют энергоэффективность, ресурсосбере-

жение и экологические показатели производства извести.

3.1 Потребление материальных ресурсов

3.1.1 Обжиг

В качестве сырья для производства извести используются карбонатные породы

с содержанием CaCO3 + MgCO3 от 84 до 98 %. Количество известняка/мела/доломита,

используемого на одну тонну извести, зависит от:

- качества породы (физико-химических параметров);

- качества получаемой извести (степени обжига);

- количества потерь при загрузке, выгрузке из печи, пылеуноса с дымовыми га-

зами;

- влажности.

Наибольший удельный расход карбонатного сырья приходится на печи, работа-

ющие на меле, в данных породах высокое содержание влаги, низкая прочность, что

влечет за собой потери при его подготовке к обжигу и в процессе обжига. Удельный

расход карбонатного сырья при обжиге на основе сбора данных анкет предприятий

производителей извести приведен в таблице 3.1. Большие значения относятся к полу-

чению извести 1-го сорта с содержанием CaO + MgO ≥ 90 %, меньшие - 3-го сорта с

содержанием CaO + MgO 70 % - 79 %.

Т а б л и ц а 3.1 Удельный расход карбонатного сырья при обжиге

Удельный расход из-

вестняка / доломита /

Единицы

Тип печи

мела

измерений

Мин.

Макс.

Шахтные печи

т/т

1,75

2,0

Вращающиеся печи с запечным теплообменником

т/т

1,8

2,6

Длинные вращающиеся печи по сухому способу

т/т

2,1

2,6

Длинные вращающиеся печи по мокрому способу

т/т

2,2

2,9

Величина пылеуноса зависит от подготовки сырья к обжигу. На многих россий-

ских предприятиях перед подачей известняка/мела/доломита в печь отсевают фракции

ниже нижнего предела (кроме длинных вращающихся печей по мокрому способу). Это

улучшает процесс обжига в печи, снижает пылеунос и теплопотери, связанные с ним.

Количество, уносимой из печи пыли, зависит от типа печи и прочности сырья. Показа-

тели потерь в процентах от общей массы, загружаемого в печь материала, приведены

в таблице 3.2. Данные взяты из ежегодных отчетов предприятий по производству изве-

сти.

Т а б л и ц а 3.2 Показатели потерь в процентах от общей массы, загружаемого в печь мате-

риала

Потери карбонатной породы в процессе

Единицы из-

Тип печи

обжига (пылеунос, просыпи)

мерений

Мин.

Макс.

Шахтные

0,5

Вращающиеся с предваритель-

ным подогревом

Длинные вращающиеся

3.1.2 Гидратация извести

Гидратация извести идет с выделением тепла и образованием водяного пара.

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 67 кДж/моль

В соответствии с химической реакцией для гашения 1 кг CaO теоретически необ-

ходимо 0,321 кг H2O. Гидратация - процесс экзотермический, идет с выделением теп-

ла, под воздействием которого часть воды расходуется на образование пара. На про-

изводство гашеной извести (пушонки) влажностью до 0,5 % расходуется 0,44-0,6 т во-

ды на одну тонну извести. При гашении воздушной извести в пушонку происходит уве-

личение объема последней в 2-3,5 раза. Выделяющееся при гидратации CaO тепло

вызывает интенсивное парообразование. Образующийся пар разрыхляет известь, пре-

вращая ее в тонкий порошок с размером частиц около 6 мкм. При гашении 1 тонны

негашеной извести получается около 1,3 тонны гидратной извести [13].

3.2 Энергетические ресурсы

Процесс декарбонизации известняка/доломита/мела - эндотермический, идет с

потреблением значительного количества энергии. В себестоимости производства из-

вести более половины расходов составляют затраты на электроэнергию и топливо.

Теоретически на производство 1 т извести используется в среднем 3,2 ГДж теп-

ла. Доломитовые известняки обжигаются при более низких температурах, следова-

тельно, количество потребляемого тепла ниже на 510 % и теоретически составляет

2,95 ГДж [13].

3.2.1 Расход топлива

Потребление топлива в процессе обжига зависит от следующих факторов:

- качества используемого топлива;

- типа и конструкции печи;

- типа и конструкции горелочного устройства;

- степени диссоциации известняка/доломита/мела (степени обжига);

- гранулометрического состава сырья;

- потерь обжигаемого материала (пылеунос, просыпи);

- влажности;

- использования энергосберегающей футеровки

Удельный расход теплоты и условного топлива для получения извести 2-го сорта

с содержанием CaO + MgO равным 80 % приведен в таблице 3.3.

Удельный расход условного топлива при производстве извести с содержанием

активных CaO + MgO, отличающимся в ту или другую сторону от 80 %, определяется

по формуле:

qо Aф

qф =

кг/кг,

где qo - удельный расход условного топлива на получение извести с содержанием

активных CaO + MgO, равным 80 %

Aф - фактическое содержание активных CaO + MgO, % [40].

Т а б л и ц а 3.3 Удельный расход тепла и условного топлива для получения извести

Удельный расход условного

пла

Тип печи

топлива на 1 т извести, т/т

ж/т

Мин.

Макс.

Мин.

Макс.

Шахтные печи, работающие на угле

0,130

0,160

3,809

4,688

Шахтные печи, работающие на

природном газе

0,150

0,204

4,395

5,977

Вращающиеся печи с запечным

теплообменником

0,218

0,260

6,402

7,749

Длинные вращающиеся печи, ра-

ботающие по сухому способу

0,245

0,270

7,178

7,911

Длинные вращающиеся печи, ра-

0,270

0,313

7,911

9,0

ботающие по мокрому способу

Т а б л и ц а 3.4 - Удельное потребление ресурсов в отрасли при производстве извести (по дан-

ным анкетирования)

Топливо

Тип печи

природный газ, м³/т

коксовый газ, м³/т

уголь, кокс, т/т

Шахтная печь

107173,3



0,150,18

Вращающаяся печь

100330

8001100



Удельный расход тепла отличается от теоретического (п.3.2). Это связано с по-

терями тепла с отходящими дымовыми газами, потерями тепла с пылеуносом, потеря-

ми тепла через корпус печи. С учетом затрат энергетических и материальных ресурсов

мокрый способ получения извести в длинных вращающихся печах наиболее негативно

влияет на окружающую среду. В данных печах использование воды для пульпы требу-

ет большего расхода топлива на процесс ее испарения. В длинных вращающихся пе-

чах и вращающихся печах с шахтными подогревателями увеличение расхода топлива

происходит из-за потерь тепла с большими объемами отходящих газов, уносимыми

твердыми частичками, потерь тепла через корпус печи в зоне работы горелок. Для

сравнения, в шахтной печи при получении 1 тонны извести образуется около 3000 м³

отходящих газов, в длинных вращающихся печах образуется 40005000 м³ газов. Осо-

бое значение имеет футеровка печи. Она выполняет функцию уменьшения потерь теп-

ла через корпус и функцию уменьшения воздействия высоких температур на корпус

печи. В обжиговых печах футеровка служит и термоаккумулятором, обеспечивающим

оптимальный режим обжига (плавное нарастание температуры), а также инфракрас-

ным излучателем, равномерно прогревающим зону обжига. Футеровка шахтных печей

должна состоять из двух слоев: внутреннего (огнеупорного) и наружного (теплоизоля-

ционного). Внутренний слой футеровки должен обладать высокой механической проч-

ностью на истирание и стойкость к воздействию температур и окислов. Теплоизоляци-

онный слой футеровки должен обладать достаточными теплоизоляционными свой-

ствами, чтобы потери тепла в окружающую среду через наружные стенки шахты не

превышали 125 кДж/кг извести. Для футеровки зоны обжига вращающихся печей при-

меняют хромомагнезитовые или магнезитохромитовые кирпичи. Температура корпуса

снаружи не должна превышать 300 °С [13], [40].

3.2.2 Расход электроэнергии

Обжиг

Расход электроэнергии при обжиге складывается из энергопотребления скипо-

вых подъемников, приводов печей, приводов холодильников, дымососов, очиститель-

ного оборудования, погрузочно-разгрузочных транспортеров.

Удельный расход электроэнергии на производство 1 т извести печами разного

типа (конструкции) приведен в таблице 3.5.

Т а б л и ц а

3 . 5  Удельный расход электроэнергии на производство 1 т извести (по данным

анкетирования)

Удельный расход электроэнергии

Единица

Тип печи

на производство 1 т извести

измерения

Мин.

Макс.

Шахтные печи пересыпные

кВтч/т

99,1

Двухшахтные регенеративные

кВтч/т

26,9

Вращающейся печи (длинные враща-

кВтч/т

ющиеся печи и вращающиеся печи с

200

запечным теплообменником)

Дробление и измельчение извести

Энергопотребление при помоле и измельчении зависит от двух главных факто-

ров:

- размера получаемой фракции;

- типа помольного оборудования, классифицирующего оборудования.

Так, при дроблении извести до размера 10-20 мм, энергопотребление составля-

ет 1,2-4 кВтч на тонну готового продукта, при измельчении до фракции менее 1 мм -

10-50 кВтч/т. Данные взяты из данных предприятий по производству извести.

Гидратация (гашение) извести

Энергопотребление при работе гидраторов по разным предприятиям составляет

от 5-30 кВт на 1 т негашеной извести. Данные приведены в таблице 3.6.

Т а б л и ц а 3.6 - Удельный расход материалов, электроэнергии на 1 т гидратной извести при

разных способах получения

Исходная негашеная известь

Наименование показателей

дробленая до 20 мм с удалением

молотая 0-0,2 мм

непогасившихся зерен

негашеная известь:

- содержание активных СаО,%

8089

- влажность, %

≤ 0,5

Окончание таблицы 3.6

Исходная негашеная известь

Наименование показателей

дробленая до 20 мм с удалением

молотая 0-0,2 мм

непогасившихся зерен

гидратная известь:

- содержание активныхСаО, %

6473

6471

- влажность, %

расход исходных материалов

- негашеная известь, т

1,0

- вода, т

0,440,6

расход электроэнергии, кВтч/т

6-30

выход готовой продукции, т/т

- гидратная известь, т

1,11,2

1,321

- влажность, %

0,5

- отходы (недожог), т

0,120,20

3.3 Выбросы в атмосферу

Производство извести характеризуется наличием организованных и неорганизо-

ванных выбросов загрязняющих веществ, к которым относятся пыль, оксид углерода

(СО), оксиды азота (NOx), диоксид серы (SO2).

При этом СО и NOx характеризуют технологию обжига, параметры работы обжи-

говой печи, качество топлива, работу газовых горелок, SО2 характеризует физико-

химические свойства топлива и сырья, уровни выбросов пыли - качественную работу

очистного оборудования.

Классификация выбросов загрязняющих веществ производства извести приве-

дена в таблице 3.7.

Т а б л и ц а 3.7 - Классификация выбросов

Основные организованные выбросы

Пыль, оксиды углерода СО, СО2, оксиды азота

NO,NO2, оксиды серы SOx

Прочие организованные выбросы

Хлористый водород HCl, фтористый водород HF,

тяжелые металлы, полихлорированные дибензо-

n-диоксины и дибензофураны ПХДД/ПХДФ, С

Неорганизованные выбросы

Пыль извести и известняка при погрузочно-

разгрузочных работах, открытом хранении пы-

лящих материалов, негерметичности стыков

оборудования, водяной пар из гидратора и печи

Характерные для обжиговых печей эмиссии в атмосферу приведены в табли-

це 3.8.

Т а б л и ц а 3.8 - Характерные эмиссии в атмосферу

Основное обору-

Вход

Процесс

Выход

Эмиссии

дование

Карбонатный

Обжиг

Комовая известь

шахтные печи

оксид азота (NО),

щебень (CaCO3 +

(CaO + MgO)

вращающиеся

диоксид азота

MgCO3,

печи

(NO2), диоксид

уголь,

серы (SO2) (сер-

природный газ,

нистый ангидрит),

жидкое топливо

оксид углерода

(CO), диоксид уг-

лерода (CO2), уг-

лерод (C) (сажа),

тяжелые металлы

(As, Сd, Cu, Mn,

Hg, Sn, Tl, V, Cr,

Sb, Se, Co, Pb,

Zn),

взвешенные ве-

щества*

комовая известь

дробление

дробленая из-

дробилки, клас-

взвешенные ве-

(CaO + MgO)

комовой из-

весть

сификаторы,

щества*

вести

020 мм

грохота

комовая известь

измельчение

известь порош-

мельницы, клас-

взвешенные ве-

(CaO + MgO)

комовой из-

кообразная 00,2

сификаторы,

щества*

вести

мм

грохота

комовая известь

гашение из-

гидратная из-

гидратор

взвешенные ве-

(CaO + MgO) по-

вести

весть (Ca(OH)2)

щества*, H2O

рошкообразная

* К взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая

«Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20-70, а также более 70 процентов

[63]

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 8 июля 2015 г. №

1316-р [63] углерода оксид, серы диоксид, азота оксид, азота диоксид, взвешенные ве-

щества определены как загрязняющие вещества (ЗВ) в выбросах в атмосферу. Они

являются значимыми в выбросах в атмосферу при производстве извести и являются

маркерными веществами.

Основанием считать ЗВ маркерным является:

- присутствие этого вещества в сырье и топливе или его образование в техноло-

гическом процессе;

- присутствие ЗВ в эмиссиях постоянно;

- присутствие ЗВ в значимых количествах;

- доступность количественного определения ЗВ в эмиссиях в окружающую среду.

Выбросы оксида углерода СО характеризуют оптимальность выбора параметров

работы обжиговой печи (соотношение «топливо-воздух»), увеличение удельных вы-

бросов оксида углерода указывает на неполное горение топлива в печи, следователь-

но, увеличение расхода топлива на тонну производимой извести. Показателем, свя-

занным с излишней подачей воздуха в печь, является увеличение удельных выбросов

оксидов азота NO+NO2. Образующийся в печи диоксид серы SО2 характеризует физи-

ко-химические свойства используемого топлива и сырья. Показатели выбросов взве-

шенных веществ (пыль известковая) показывают качественную работу очистительного

оборудования, правильную организацию экологического менеджмента.

Показатели предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ, харак-

теризующих производство извести, приведены в таблице 3.9.

Т а б л и ц а 3.9 Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ [31], [36], [37],

[38]

Предельно-допустимые концентрации

Номер хими-

веществ в атмосферном воздухе (ПДК),

ческого ве-

Наименование веще-

мг/м³

Класс

щества

ства

Максимально

Средне-

В воздухе

опасности

(CAS)

разовая (м.р.)

суточная (с.с)

рабочей зо-

ны (р.з.)

10102-44-0

Азота диоксид, NO2

0,2

0,04

10102-43-9

Азота оксид, NO

0,4

0,06

7446-09-5

Серы оксид, SO2

0,5

0,05

630-08-0

Углерода оксид, CO

1333-86-4

Углерод, C

0,15

0,05

1305-78-8

Кальций оксид, CaO

0,3

1305-62-0

Кальций дигидрок-

0,03

0,01

сид, Ca(OH)2

Состав загрязняющих атмосферу веществ и их концентрация зависит от:

- химического состава карбонатной породы;

- вида используемого топлива;

- типа печи и параметров ее работы;

- качества работы очистного оборудования.

Известняки/мел/доломиты являются достаточно чистыми породами. Содержание

в них примесей серы, хлора, тяжелых металлов, органических соединений очень низ-

кое. Результаты исследований известняков и мела на содержание тяжелых металлов,

проведенные предприятием-производителем извести, приведены в таблице 3.10

Т а б л и ц а 3.10 - Содержание тяжелых металлов в известняках и меле

Наименование

Поставщики

показателя

Свинец, мг/кг

1,6

1,0

1,2

2,0

1,2

2,0

1,2

Кадмий, мг/кг

0,2

0,4

0,3

0,2

0,3

0,2

0,3

Мышьяк, мг/кг

1,7

0,5

0,7

0,5

0,8

0,5

0,7

Ртуть, мг/кг

0,004

0,003

0,001

0,003

Одним из основных факторов, определяющих состав выбросов в атмосферу, яв-

ляется вид и качество используемого топлива. При производстве извести используют

каменный уголь, кокс, природный газ, коксовый газ, мазут. Выбор топлива зависит от

доступности, от целей дальнейшего использования полученной извести и отходящих

газов. Около 70 % известковых печей в России работают на природном газе. Металлур-

гические заводы, производящие известь для своих технологических процессов и име-

ющие свое коксохимическое производство, используют коксовый газ.

Известковые печи, работающие в сахарной промышленности, производстве со-

ды используют твердое топливо. При сжигании твердого топлива концентрация СО2 в

отходящих газах выше, чем при сжигании газообразного топлива. Отходящие газы по-

сле прохождения очистки от взвешенных частиц используются в последующих техно-

логических процессах.

Виды топлива и продукты их сжигания приведены в таблице 3.11 [41].

Т а б л и ц а 3.11 Виды топлива и продукты их сжигания

Твердое топливо

Мазут

Природный газ

Коксовый газ

Продукты

Конечный

Продукты

Конечный

неполного

продукт

неполного

продукт

сгорания

CO2

СO2

СO

CO2

SO2

NO2

SO2

CH4

H2O

SO2

Угольная

SO3-

зола

При выборе печи учитывают следующие факторы:

- возможность обжига в печи данной конструкции карбонатных пород с имею-

щимся гранулометрическим составом;

- возможность получения извести определенной степени обжига и реакционной

способности.

Параметры технологического процесса подбирают так, чтобы обеспечить мини-

мальный расход топлива и максимальный обжиг известняка/доломита/мела. Коэффи-

циент избытка воздуха, требуемого для полного сгорания топлива во вращающихся и

шахтных известковых печах равен 1,15-1,25, а в шахтных пересыпных печах 1,05-1,15.

Коэффициент избытка воздуха перед дымососными установками вращающихся печей

составляет:

- для длинных печей, работающих по мокрому способу, - 1,6-1,8;

- для вращающихся печей с запечным подогревателем сырья - 1,4-1,5 [40].

Температурный профиль в печи определяется соотношением газовой составля-

ющей и твердого материала и влияет на содержание NO2, NO, СO в выбросах в атмо-

сферу.

Обжиговые печи, дробильное, измельчающее оборудование и гидраторы ком-

плектуются пылеуловителями и пылесборниками. Методы очистки печных газов от пы-

ли подразделяются на следующие виды:

ПРОИЗВОДСТВО ИЗВЕСТИ (ИТС 7-2022) - часть 1