Энергосберегающий способ производства портландцементного клинкера

Изобретение относится к области производства портландцементного клинкера сухим, полусухим, мокрым и комбинированным способом. Энергосберегающий способ производства портландцементного клинкера включает спекание во вращающейся печи при температуре 1380-1450°С технологической смеси известняка и глинистого материала - осадка очистных сооружений - полей орошения станций аэрации влажностью от 8,0 до 90% при весовом соотношении известняка к указанному осадку от 1:0,4 до 1:1,3. Технический результат - экономия известняка, топлива и энергии при производстве клинкера, удешевление производства портландцемента, решение экологических проблем регионов за счет утилизации осадков очистных сооружений в широком диапазоне влажности. 5 табл.

 

Изобретение, заявленное в качестве патента, относится к области промышленного производства портландцементного клинкера сухим, полусухим, мокрым и комбинированным способами при утилизации промышленных отходов-осадков очистных сооружений (1-11).

Известные способы производства портландцементного клинкера осуществляют спеканием смеси известняка и глин в примерном соотношении 3:1 соответственно во вращающихся печах при температуре 1380-1450°С. Образующийся после спекания клинкер измельчают, а затем смешивают в разных пропорциях с измельченными шлаками, золой, пуццоланами, гипсом и рядом других добавок. Производство цементного клинкера в Европе в некоторых случаях осуществляют спеканием известняка с предварительно высушенными при температуре 85°С осадками очистных сооружений.

Перечисленные выше способы производства цементного клинкера обладают существенными недостатками, связанными, прежде всего, с высоким расходом теплоносителей. Самым экономичным из них является сухой способ производства цементного клинкера. На производство одного килограмма клинкера сухим способом, по данным (5), расходуют 3218 кДж тепла.

Используемый ЗАО "Дакт-Инжиниринг" способ производства цементного клинкера с применением известняка и высушенного осадка очистных сооружений, который обладает теплотворной способностью в 11 тысяч кДж на килограмм осадка, в связи с этим кажется безальтернативным, поскольку позволяет существенно снизить расход топлива на его производство. Однако применение высушенного осадка и является существенным недостатком этого способа, поскольку для его осуществления необходимо удалить воду из влажных осадков. Для удаления воды из осадка влажностью в 71,0%, из которого можно произвести одну тонну цементного клинкера, необходимо затратить 4826157 кДж тепла, что существенно выше расхода тепла (3762000 кДж), необходимого для получения одной тонны клинкера классическим способом. Таким образом, вместе с затратами на сооружение и эксплуатацию завода по сушке осадка резко снижается экономическая эффективность способа производства портландцемента с применением высушенного осадка.

Предлагаемое изобретение устраняет отмеченные выше недостатки способов производства портландцемента и по экономической эффективности уравнивает между собой все принятые в мировой практике способы производства портландцементного клинкера.

Технический результат изобретения достигается тем, что энергосберегающий способ производства портландцементного клинкера, включающий спекание во вращающейся печи при температуре 1380-1450°С технологической смеси известняка и глинистого материала - осадка очистных сооружений - полей орошения станций аэрации влажностью от 8,0 до 90% (влажного осадка) при весовом соотношении известняка к указанному осадку от 1:0,4 до 1:1,3.

Парадоксальность предлагаемого способа состоит в том, что все энергетические затраты на производство портландцемента компенсируются энергетическими возможностями органических веществ, входящих в состав осадка.

Энергетическая способность органических веществ, входящих с состав осадка очистных сооружений, составляющих около 50.0% массы сухого вещества, достигает 11-19 тыс. кДж на килограмм осадка. Это обстоятельство позволяет без затрат на сушку осадка снизить расход топлива на производство портландцементного клинкера и сделать альтернативными все принятые в мировой практике способы его производства.

Осадки станций аэрации представляют собой мелкодисперсный (около 200 мкм) глинообразный продукт темного цвета общей влажностью до 90.0%. Осадки с полей орошения различных регионов обладают влажностью, которая изменяется в пределах от 8.0 до 97.0%.

Влага осадка представлена водой, связанной с белком микроорганизмов осадка (около 50.0%) и не связанной водой (около 20.0%), распределенной в свободном от сухого остатка осадка объеме.

Типичный химический состав компонентов сырьевой смеси, который может быть использован для производства цементного клинкера с применением осадка станций аэрации, приведен в Таблице 1.

В Таблице 1 приведены и расчетные величины, необходимые для определения состава технологической смеси. В Таблице 2 приведены расчетные нормы сырьевых компонентов технологической сырьевой смеси, необходимых для производства одной тонны цементного клинкера из известняка и суглинка, известняка и осадка станций аэрации.

Из данных таблиц видно, что на производство одной тонны цементного клинкера с применением осадка станций аэрации известняка требуется на 179 кг меньше, чем при производстве одной тонны клинкера из известняка и суглинка классическим сухим способом. Из данных Таблицы 2 видно также, что для производства одной тонны цементного клинкера из технологической смеси необходимо удалить 1976 кг воды. Предложенным способом воду из технологической смеси удаляют ее нагреванием теплом, которое выделяется при сгорании органических веществ осадка, теплотворную способность которых оценивают в 11000-18750 кДж/кг. Как видно из Таблицы 3, этого количества тепла достаточно для удаления воды из технологической смеси и сокращения расхода теплоносителя, необходимого для спекания смеси в клинкер. Сопоставление результатов, приведенных в Таблице 3, с известными литературными данными (5) дано в Таблице 4. Анализ данных Таблицы 4 показывает, что производство портландцементного клинкера с применением осадка станций аэрации снижает расход энергии, необходимой для спекания технологической смеси, за счет выделения в систему тепла осадка от сгорания органических веществ. Несмотря на высокую влажность технологической массы, превышающую влажность технологической смеси, используемой при мокром способе производства портландцементного клинкера (30.0-40.0%), потребление энергии на производство клинкера ниже, чем в производстве его сухим способом.

Экспертная оценка физико-технических и механических свойств портландцементного клинкера, получаемого из технологической смеси известняка и влажного осадка станций аэрации, приведена в Таблице 5.

Результаты экспертной оценки наглядно показывают возможность получения высококачественного цементного клинкера предложенным способом. Внедрение процесса в промышленное производство портландцементного клинкера позволит решить экологические проблемы регионов и получить строительный материал, отвечающий ГОСТ 23464-79.

Реальная экономия тепла на предприятии мощностью 730000 тонн портландцементного клинкера может составить за счет экономии топлива до 730 тыс. Гкал в год.

Приведенные в заявке расчеты и результаты испытаний образцов цементного клинкера, полученного прокаливанием технологической смеси известняка и влажного осадка станций аэрации, позволяют четко сформулировать формулу изобретения.

Таблица №1

Химический состав сырья и клинкера
Компоненты сырьевой смесиХимический состав компонентов сырьевой смеси, мас.%Производные величины
МoМа
SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOп.п.п.Модуль основностиМодуль активности
123456789
Известняк0.20.250.251.03.043.5--
Суглинок71.8213.623.991.020.93.4--
Зола осадка станций аэрации46.612.09.49.31.06---
Клинкер22.06.03.063.01.5-2.080.27
Таблица №2

Расходные нормы сырьевых материалов на производство 1000 кг портландцементного клинкера в зависимости от способа его производства
Сырьевые компоненты технологической смеси и производные величиныСпособ производства и расходные нормы сырьевых компонентов, производных величин, кг
Сухой способСпособ с осадком станций аэрации
123
Известняк12351056
Остаток после прокаливания известняка697.94597.6
Суглинок306.32-
Остаток после прокаливания суглинка295.9-
Масса технологической смеси1541.613880.9*
Осадок станций аэрации-2825.1**
Вода в осадке-1975.1
Сухой осадок-849.4
Зола осадка-424.7
Соотношение между известняком и компонентом технологической смеси4.030.374
Соотношение между компонентом технологической смеси и известняком0.252.7
* - Влажность технологической смеси 50.90%

** - Влажность осадка станций аэрации 71.00%

Таблица №3

Основные физико-химические данные и нормативные расходные значения величин, необходимые для производства 1000 кг портландцементного клинкера по способу с применением осадка станций аэрации
Расходные нормы сырьевых компонентов и наименование физико-химических величинРазмерностьЗначение величины
123
Расход известнякакг1056
Расход осадкакг2826
Вода в осадкекг1976
Сухой осадоккг849.4
Масса органических веществкг425
Теплотворная способность сухого осадкаккал/кг2640-4500
кДж/кг11000-18750
Теплота парообразованияккал/моль10.519
кДж/моль43.96
Количество тепла, необходимое для удаления воды из технологической смесиккал/1976 кг1154583
кДж/1976кг4826-157
Количество тепла, выделяющееся при сгорании сухого осадкаккал/849 кг с. о*2242495-3822435
кДж/849 кг с. о.9343730-15926812
Количество тепла, выделяющееся в систему после удаления водыккал/849 кг с.о.1087912-2667852
кДж/849 кг с.о.4517573-111000655
Расход жидкого топливакг115
Теплотворная способность жидкого топливаккал/кг10000-11000
кДж/кг41800-45980
Количество тепла, выделяющееся при сгорании топливаккал/115 кг1150000-1265000
кДж/115кг4807000-5287700
Производительность предприятият. клинкера/год730000
Расход топлива с применением осадка станций аэрациикг6-115
*с.о. - сухого осадка

Таблица №5

Экспертная оценка физико-технических и механических параметров качества портландцементного клинкера, производимого с применением осадков станций аэрации при температуре 1380°С-1450°С*
Номер образца цементного клинкера**Удельная поверхность,

см2
Нормальная густота, %Растекаемость, ммСроки, часы, схватыванияПредел прочности балочек, МПа, при изгибе и сжатии в возрасте, сутки
НачалоКонец3728
123456789
1268026.21103305401.9/9.73.6/28.54.8/38.7
2262024.21253306202.95/13.24.9/31.55.9/42.0
3269025.41203205502.26/12.53.7/30.05.2/39.1
4265026.11103205452.5/12.73.6/28.55.5/41.0
5270024.81153255552.0/11.53.8/29.55.3/40.5
6269525.21123355402.9/12.83.9/31.05.2/40
7262526.21203305502.6/13.04.9/31.55.8/41.5
8268025.51103256002.8/12.94.0/31.05.1/39.5
9270524.81153305552.85/13.04.1/32.05.0/39.8
10271025.21203355502.9/13.13.6/29.04.9/40.0
* Физическая плотность образцов, г/см3, изменяется в пределах 3.0-3.2; насыпная масса в рыхлом и уплотненном состоянии в среднем составляет соответственно 1.15 г/см3 и 1.5 г/см3

** Образцы 1-3 приготовлены из сырьевой смеси при соотношении известняк: осадок очистных сооружений 1:0,374, образцы 4-6 - при соотношении 1:1, образцы 7-10 - при соотношении 1:1,3.

Список научно-технической и патентной литературы, использованной в патентном поиске над изобретением: Энергосберегающий способ производства портландцементного клинкера
АвторНазваниеИздание
1Венюа М.Технологические схемы производства цементовМ., "Стройматериалы", 1980
2Горчаков Г. И.Строительные материалыМ., 1986
3Цемент и его применение №12004
4Тейлор, Хэл Ф.Химия цементаМ., "Мир", 1996
5Гольдштейн Л.Я.Производство цементов путем утилизации промышленных отходовЛ., "Стройиздат", 1985
6Шевцов А.М.Патент №20658451996
7Шевцов А.М.Патент №20741341997
8Бутт Ю.М., Волконский Б.В., Егоров Г. Б.Справочник цементовЛ.,1980
9Вердиян М.А., Бобров Д.А., Вердиян А.М.Научные основы технологии цементаМ.,2000
10Structure and performance of cementsLondon, New York, 1983
11Моя Москва. Журнал столичной жизни, №72004

Энергосберегающий способ производства портландцементного клинкера, включающий спекание во вращающейся печи при температуре 1380-1450°С технологической смеси известняка и глинистого материала - осадка очистных сооружений - полей орошения станций аэрации влажностью от 8,0 до 90% при весовом соотношении известняка к указанному осадку от 1:0,4 до 1:1,3.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения портландцемента марок ПЦ500Д0 и ПЦ400Д20 и может найти применение в промышленности строительных материалов. .

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно - к способу изготовления клинкера и цементу на его основе. .
Изобретение относится к производству цемента, а именно к процессам обезвоживания цементного шлама. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способам производства портландцементного клинкера. .

Изобретение относится к составу клинкера для получения белого цемента, который может найти применение для изготовления растворов и бетонов, используемых для облицовки панелей и блоков, главным образом наружной архитектурной отделки зданий и сооружений различного назначения, в дорожном строительстве и при изготовлении цветных цементов.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к получению порошкообразных вяжущих веществ - цемента, извести и гипса. .
Изобретение относится к строительству и получению строительных материалов, а именно к управлению процессами получения цемента. .

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности производству клинкера тампонажного портландцемента. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способам производства портландцементного клинкера. .

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству тампонажного цемента. .

Изобретение относится к электродуговым плазменным печам для плавления неметаллических тугоплавких материалов, преимущественно для получения цементного клинкера, и может быть использовано в строительной промышленности

Изобретение относится к новому цементу, который может заменять традиционный цемент в строительстве, при закладке шахт, устройстве шахтных крепей и дорожных оснований, укреплении грунтов

Изобретение относится к способу и устройству для получения гидравлического вяжущего вещества
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки тепловых агрегатов в различных отраслях

Изобретение относится к производству материалов керамического назначения, в том числе керамических и цементных клинкеров, и может использоваться при производстве строительных материалов

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при получении шлакощелочных вяжущих на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии для приготовления строительных растворов и бетонов
Изобретение относится к строительным материалам, к производству облегченных тампонажных цементов для умеренных температур
Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе портландцемента и может найти применение при изготовлении растворных и бетонных смесей, сухих строительных смесей, обладающих гидрофобным эффектом
Наверх