fbpx

Пневмотранспорт – Расчёт отделения помола цемента на цементном заводе – Часть 2

Расчёт производительности и количества мельниц. Energomash Advance — Пневмотранспорт

Q = 6,45×Vпײ√Dc²(m/Vп)ⁿ×К×b×q

где n показатель степени = 0,8
Vп — полезный объём мельницы, м³
Dс — диаметр мельницы в свету, м
Lп — полезная длина мельницы, м
m — масса мелющих тел, м
К- коэффициент равный 1,1 – 1,2 при замкнутом цикле
b – удельная производительность мельницы в т/(кВт *ч) потребляемой мощности = 0,036 – 0,038
q – поправочный коэффициент на тонкость помола:
для портландцемента № 6 = 0,818
для портландцемента №15 = 0,655

Диаметр мельницы в свету Dc

Dc = (0,94…..0,95)×D = 0,94×5,2 = 4,89 ≈4,9 м

 

Полезная длина мельницы.

Lп = L – 0,2 = 16,5 – 0,2 = 16,3 м

Масса мелющих тел.

m = 3,77× φ×Dc² ×Lп = 3,77× 0,26 × 4,9² × 16,3 = 383,6 т

Полезный объём мельницы

Vп =(π × Dп²×Lп)/ 4 = (3,14×4,9²×16,3)/4 = 307,2 м³

Производительность мельниц рассчитывается отдельно для каждого вида цемента, так как тонкость помола q разная.

Производительность мельниц для портландцемента № 6

Q№6 = 6,45×Vп × ²√Dc × (m/Vп)ⁿ×K×b×q№6 =

=6,45×307,2ײ√4,9×(383,6/307,2)ⁿ×1,15×0,037×0,818 =182,3 т/ч

n = 0,8

Производительность мельниц для сульфатостойкого портландцемента №15

Q№15 = 6,45×Vпײ√Dc×(m/Vп)ⁿ×К×b×q№15 =

=6,45×307,2ײ√4,9×(383,6/307,2)ⁿ×1,15×0,037×0,655 = 146,0 т/ч

Расчёт количества мельниц для помола каждого вида цемента

Количество мельниц для помола цемента №6

 

n№6 = Аг№6/(8760×Кu×Q№6)

где Аг – годовая производительность завода по данному виду цемента т/год = 240000 т/год
8760 – количество рабочих часов в году
Кu – коэффициент использования рабочего времени мельницы для замкнутого цикла = 0,82
Q№6 – часовая производительность мельницы по данному виду цемента = 182,3 т/ч
n№6 = 240000/(8760×0,82×182,3) = 0,18

для помола цемента №6 понадобится одна мельница

Количество мельниц для помола цемента №15

n№15 = 960000/(8760×0,82×146,0) = 0,91

для помола цемента №15 понадобится также одна мельница

Общий парк цементных мельниц

nобщ = n№6 + n№15 = 1+1=2

Определение критической и рабочей частоты вращения мельниц

Критическая частота вращения мельниц

nкр = 4,05/²√Dc = 4,05/²√4,9 = 1,83 рад/сек

nкр’ = 42,3/²√Dc = 42,3/²√4,9 = 19,1 об/мин

 

Оптимальная рабочая частота вращения мельниц.

nопт = 3,07/²√Dc = 3,07/²√4,9 = 1,39 рад/сек

nопт’ = 32/²√Dc = 32/²√4,9 = 14,1 об/мин

Определение мощности электродвигателя для привода мельницы N кВт

N = (0,2×m×Dc×nопт’)/η

где m – масса мелющих тел, т.
Dc – диаметр барабана в свету, м.
η – КПД
η = 0,90 – 0,94 для мельниц с центральным приводом
η = 0,83 – 0,85 для мельниц с периферийным приводом

Nц = (0,2×383,6×4,9×14,4)/0,94 = 5759 кВт

С учётом пускового момента 10 – 15 %

Nц’ = Nц×1,15 = 5759×1,15 = 6920 кВт

Nпер = (0,2×383,6×4,9×14,4)/0,83 = 6522 кВт

С учётом пускового момента 10 – 15%

Nпер’ = Nпер×1,15 = 6522×1,15 = 7500 кВт

Техническая характеристика мельницы:

Цементная мельница, работающая в замкнутом цикле, 5,2×16,5 м (поставочная ведомость фирмы «Полизиус» на 1972 – 1974 года )

Тип мельницы Замкнутый цикл, Размеры d×l,м 5,2×16,5, Частота вращения об/мин 14,0, Шаровая загрузка, т 390, Мощность двигателя, кВт 6325, Тип привода Кольцевой двигатель, Расход аспирационного 90000 воздуха, м³/ч, Тип фильтра Электрофильтр, Удельная поверхность цемента, см³/г 3000, Производительность, т/ч 300, производство портландцемент шлакопортландцемент сульфатостойкий

Выбор сепараторов

Воздушные сепараторы являются неотъемлемой частью установок для измельчения, работающих в замкнутом цикле, и предназначены для разделения предварительно размолотого материала на различные фракции в зависимости от размера частиц.

Процесс воздушной сепарации может осуществляться двумя методами: в первом методе пылевоздушный поток проходит через сепаратор, где крупные частицы материала (крупка) оседают, а мелкие частицы уносятся в воздушном потоке и затем улавливаются дополнительными устройствами. Во втором методе в сепаратор подается только материал, который взаимодействует с потоком воздуха, циркулирующим внутри сепаратора. После этого крупные и мелкие частицы направляются в разные направления через соответствующие патрубки.

Для реализации первого метода используются простые по конструкции проходные сепараторы, а для второго метода применяются более сложные по устройству центробежные сепараторы с замкнутым воздушным потоком.

Сепаратор, используемый для мельницы портландцемента №6, также требует соответствующего подхода и выбора.

Q = Qм×(1,20….1,40 ) = 182,3×(1,20…1,40 ) = 218,6….255,2 т/ч

где Qм – производительность мельницы по данному виду цемента.

Сепаратор для мельницы сульфатостойкого портландцемента №15.

Q = Qм×(1,20….1,40 ) = 146,0×(1,20….1,40) = 175,2….204,0 т/ч

Общее количество сепараторов.

Сепараторы Ø7,3 м, Q воздуха = 2830 м³/мин, Q = 210 т/ч, 2 штуки.

Транспортное и вспомогательное оборудование.

Пневмокамерные насосы

Производство цемента включает перемещение значительных масс кусковых и порошкообразных материалов, а также шлама внутри цехов и между ними. В ходе процесса изготовления цемента роль транспортных устройств играет такую же важную роль, как и основные машины. Бесперебойность производственных процессов и непрерывное подача сырья, топлива и полуфабрикатов в технологические установки зависят от эффективной работы транспортных систем.

Узлы и детали транспортных систем подвергаются быстрому износу из-за абразивного воздействия перемещаемых материалов. Особенно это касается материалов, таких как клинкер, который выпадает из печей охлаждения, и цемент, получаемый из трубных мельниц, которые могут иметь высокую температуру. Эти факторы оказывают негативное воздействие на работу транспортных систем и требуют постоянного внимания к обслуживанию и замене деталей.

Процесс производства цемента включает перемещение больших масс кусковых и порошкообразных материалов, а также шлама внутри цехов и между ними. Во время изготовления цемента, роль транспортных устройств так же существенна, как роль основных машин. Бесперебойность производственных процессов и регулярная подача сырья, топлива и полуфабрикатов в технологические установки зависят от эффективной работы транспортных систем.

Износ узлов и деталей транспортных устройств происходит очень быстро из-за абразивного воздействия перемещаемых материалов. Особенно это актуально для материалов, таких как клинкер, который выходит из печей охлаждения, и цемент, получаемый из трубных мельниц, часто имеющих повышенную температуру. Все это негативно сказывается на производительности транспортных систем, требуя тщательного выбора конструкции, режимов работы и разработки методов ремонта.

Для этих целей доступны различные виды пневмонасосов, таких как насосы пневмокамерного типа НПА-50, НПА-60, НПК, ТА-23, ТА-28, ТА-29, и УПЦ-40 (Монжус). В данном случае, был выбран насос ТА-28 для расчета.

Мы рекомендуем установить 3 пневмокамерных насоса ТА-28 на каждую мельницу, соединив их параллельно. Третий насос представляет собой запасной, который может использоваться в случае поломки, технического обслуживания или ремонта одного из других насосов.

Таким образом, общее количество пневмокамерных насосов составит 6 штук.

Техническая характеристика насосов ТА – 28
Производительность, т/ч 100 – 125
Приведённая дальность подачи, м 1000
Внутренний диаметр трубопровода, мм 250
Рабочее давление сжатого воздуха, МПа 0,6
Расход сжатого воздуха, м³/мин 90,4
Масса, кг 14795

Расчёт ёмкости ковша элеватора

Ковшовые элеваторы используются для перемещения разнообразных сыпучих грузов, таких как пыль, зерно и кусковые материалы (например, цемент, уголь, пемза и другие). Они играют важную роль в технологическом транспорте цементного производства, позволяя поднимать материал под углом до 60—85° между начальной и конечной точкой без промежуточной загрузки и разгрузки. Для этого используются ковши, которые прикреплены на бесконечной гибкой тяговой цепи или ленте через равные интервалы (или плотно друг к другу).

Ковшовые элеваторы широко используются для подачи цемента в центробежные сепараторы. Они демонстрируют производительность на 20-50% выше, чем у большей части мельниц.

Вместимость ковша элеватора:

 = (Qэ×t)/(3,6×V×Kн×ρн)

где Qэ – требуемая производительность элеватора т/час

Qэ = Qм×(1,2….1,5) = 182,3×(1,2…..1,5) = 218,7….273,4 т/час

Примем Qм = 250 т/час
t – шаг ковшей элеватора
t = 650 мм = 0,65м
V – скорость движения ковшей 0,6 – 1,0 м/с
Kн – коэффициент заполнения ковшей элеватора = 0,7
ρн — насыпная масса материала ≈ 1,1 т/м³

q =(250×0,65)/(3,6×0,8×0,7×1,1) = 73 л

по рассчитанной ёмкости ковша выбираем элеватор:

тип элеватора Э2ЦО – 900, ширинаковша, мм 900 , ёмкость ковша, л 118, шаг ковшей, мм 650, мощность электродвигателя, кВт 40.

Расчёт ширины ленты сборочного конвейера.

В цементной индустрии для транспортировки сыпучих и кусковых материалов в горизонтальных и наклонных плоскостях широко используются ленточные конвейеры с плоской и желобчатой лентой. Промышленность выпускает ленточные конвейеры нормированных ширин: 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2500 и 3000 мм (согласно ГОСТ 22644—77). Эти конвейеры обеспечивают высокую производительность (до 30000 тонн/час) и способны перемещать материалы на значительные расстояния, превышающие десятки километров.

Чтобы определить ширину ленты, используем формулу:

B = ²√(Qk/(155×V×ρн))

где Qk – производительность конвейера, равная большей производительности мельницы с запасом 20 – 50%

Qk = 250 тонн/час

V – скорость ленты = 2,0 м/с

ρн – насыпная плотность материала = 1,4…1,5 тонн/м³ ρн= 1,4 тонн/м³

B = ²√(250/155×2,0×1,4) = 0,76 метра

Согласно ГОСТ 22644—77, ширина ленты должна составлять 800 мм.

Также необходим расчёт питателей и дозаторов для подачи клинкера, добавок и гипса в мельницу. Питатели обеспечивают равномерную и непрерывную подачу материалов из бункеров на транспортные машины, дозирующие аппараты и другое технологическое оборудование. Они способствуют стабилизации технологического процесса, автоматизации и механизации производства.

Питатели могут двигаться непрерывно по замкнутому контуру (ленточные, пластинчатые, цепные), колебаться (вибрационные, лотковые, секторные) или вращаться (винтовые, тарельчатые, барабанные) в зависимости от характера движения рабочих органов. Они имеют разнообразные конструктивные решения.

Дозирование материалов может осуществляться по массе или объёму. Оборудование для объёмного дозирования проще по устройству, но менее точно по сравнению с весовыми дозаторами, так как плотность материала может изменяться. Дозаторы могут иметь как циклический, так и непрерывный режим работы.

Дозаторы управляются оператором дистанционно или автоматически. Весовые автоматические дозаторы считаются наиболее совершенными устройствами.

Максимальная производительность мельниц:

Цемент № 6 250 т/ч

Цемент № 15 200 т/ч

Производительность дозаторов для каждого вида цемента

Для цемента № 6

Дозатор для клинкера

Пдк = Qм№6×81/100 = 250 × 81 / 100 = 202,5 т/ч

где – 81 процентное содержание клинкера

Дозатор для шлака

 

Пдш = Qм№6 × 14 / 100 = 250 × 14 / 100 = 35 т/ч

— 14 процентное содержание шлака

Дозатор для гипса

Пдг = Qм№6 × 5 / 100 = 250 × 5 / 100 = 12,5 т/ч

— 5 процентное содержание гипса

Для цемента №15.

Дозатор клинкера

Пдк = Qм№15 × 80 / 100 = 200 × 80 / 100 = 160 т/ч

Дозатор для диатомита

Пдд = Qм№15 × 15 / 100 = 200 ×15 / 100 = 30 т/ч

Дозатор для гипса

Пдг= Qм№15 × 5 / 100 = 200 × 5 / 100 = 10 т/ч

Производительность питателей

Производительность питателей для цемента № 6.

Пп = Пд / ρн (ρн насыпная плотность материала в м³/т)

Питательдля клинкера

Ппк = 202,5 / 0,625 = 324 м³/ч

 

Питатель для шлака

Ппш = 35 / 1,43 = 24,5 м³/ч

Питатель для гипса

Ппг = 12,5 / 0,74 = 16,9 м³/ч

Производительность питателей для цемента № 15

клинкер Ппк = 160/0,625 = 256 м³/ч,

диатомит Ппд = 30/1 = 30 м³/ч

гипс Ппг = 10/0,74 = 13,5 м³/ч

 

Производительность мельницы Q
с коэффициентом 1,2…1,5
Единица измерения Клинкер Добавка Гипс
Цемент № 6 250 т/ч т/ч

м³/ч

202,5

324

35

24,5

12,5

16,9

Цемент № 15 200 т/ч т/ч

м³/ч

160

256

30

30

10

13,5

Выбор питателей и дозаторов.

Для клинкера дозатор ВЛ – 1058 производительностью 200 тонн : питатель ДТ – 20
Для добавки дозатор ВЛ – 1058 производительностью 75 тонн : питатель ДЛ – 12 А
для гипса дозатор ВЛ – 1058 производительностью 30 тонн : питатель ДЛ – 10 А

Технические характеристики ленточных дозаторов

 

Показатели ВЛ – 1058
(200 тонн)
ВЛ – 1058
(75 тонн)
ВЛ – 1058
(30 тонн)
Производительность, т/ч 200 75 30
Частота вращения приводного барабана об/мин                                                                      . 50 18,5 7,4
Ширина ленты, мм 700 700 700
Длина ленты по центру барабанов, мм 1500 1500 1500
Масса, кг 240 240 240
Мощность электродвигателя, кВт 200 200 200

Основные характеристики дисковых питателей

 

Показатели ДЛ – 10 А ДЛ – 12 А ДТ – 20
Диаметр диска, мм 1000 1250 2500
Частота вращения диска, об/мин 7 – 11 7 – 11 4 – 7
Производительность, м³/ч при частоте вращения минимальной / максимальной 18 / 28 30 / 48 120 / 210
Максимальный размер кусков материала, мм 50 80 150
Мощность двигателя, кВт 2,2 4,0 17,0
Масса питателя без двигателя, кг 850 1300 5550

Расчёт компрессорной

Общая производительность 6-ти пневмокамерных насосов

Σ Qв = 6×90,4 = 542,4 м³/мин

Общий расход воздуха в цехе помола.

Вобщ = Σ Qв × 1,1 = 542,4 × 1,1 = 596,6 м³/мин ≈ 600 м³/мин

где – 1,1 коэффициент запаса

Из выпускающихся компрессоров выбираем винтовой воздушный компрессор

Производительность 50 м³/мин, Рабочее давление 0,8 МПа, Мощность электродвигателя 250 кВт

Количество компрессоров:

n = Вобщ/К + 1 = 600/50 + 1 = 14 компрессоров

где – К производительность одного компрессора

Расчёт системы газоочистки и аспирации мельниц

В процессе производства цемента основные источники выделения пыли включают клинкерообжигательные печи, сушильные барабаны, сырьевые и цементные мельницы, а также дробильные агрегаты. Эмиссии пыли от печей составляют до 80% общего объема выбросов пыли, выпускаемой в атмосферу в процессе производства цемента.

Величина пылеуноса зависит от размеров вращающихся печей, наличия в них теплообменных устройств, режима обжига, способа производства цемента, а также свойств сырьевой смеси и используемого топлива. Обычно пыль в среднем составляет от 5 до 25% от массы поступающей в печь сырьевой смеси. При использовании нефелинового шлама, форсированном режиме обжига и работе печей с концентраторами, уровень пылеуноса может достигать 30 – 32%.

Объем выбрасываемых газов от печей колеблется от 80000 до 600000 м³/ч при температуре от 150 до 600º С. При использовании сухого способа производства цемента, температура выбрасываемых газов может достигать 800º С.

Количество пыли, которая выходит вместе с отходящими газами из сушильных барабанов, зависит от размеров барабана, режима сушки, вида сырья и типа топлива.

В случае мельниц, количество пыли, которое удаляется аспирационным воздухом, зависит от размеров и типа мельниц, конструкции аспирационных коробок, степени уплотнения, интенсивности аспирации мельницы (т.е. объема воздуха, просасываемого через неё), режима помола и характеристик размалываемого материала.

Пыль, которая выделяется из газов, идущих из сушильных барабанов, представляет собой самые мелкие фракции материала, подверженные сушке.

Пыль, которая уловливается аспирационным воздухом из цементных мельниц при помоле портландцемента (без добавок), из-за её тонкой дисперсности и большой удельной поверхности, обладает высокими свойствами быстротвердеющего цемента. В случае помола шлакопортландцемента, в аспирационном воздухе преобладают частицы шлака, что снижает вяжущие свойства пыли.

В производстве цемента большие массы порошкообразных материалов подвергаются переработке и транспортировке: различные цементы, мелкоизмельченные смеси для сухого производства, угольный порошок, а также пыль, улавливаемая из отходящих газов и аспирационного воздуха. Для этого необходимы значительные ёмкости, такие как бункера и силосы, а также различные устройства для транспортировки и разгрузки.

Количество аспирационного воздуха, проходящего через мельницу, также представляет собой важный параметр в производстве цемента.

Vг = Fм×Vг×3600×(1-φ)

Fм = (π×D²c)/4 = (3,14×4,9²)/4 = 18,85 м²

Vг – скорость воздуха в мельнице = 0,7 м/с

φ – коэффициент загрузки = 0,26

Vг = 18,85×0,7×3600×(1- 0,26) = 35151 м³/ч

Определение объема воздуха, проходящего через аспирационную шахту, циклоны, рукавные фильтры и вентилятор является ключевым этапом.

Практика демонстрирует, что для того чтобы поддержать расчетный воздушный поток через мельницу, вентилятору необходимо передавать больший объем воздуха. Это явление обусловлено подсосом воздуха через неисправности в системе аспирации.

Относительно объема воздуха, который пропускает мельницу и принимается за 100%, подсос через дефекты в аспирационной шахте составляет 50%, через циклоны – 10%, через рукавные фильтры – 40%.

Следовательно, после расчета объема воздуха, проходящего через мельницу, требуется рассчитать, какой объем воздуха будет перемещен с учетом подсоса через аспирационную шахту (коэффициент 1,5), через циклоны (коэффициент 1,6), рукавные фильтры и вентилятор (коэффициент 2,0).

Таким образом, количество воздуха, проходящего через аспирационную шахту:

Vш = Vг×1,5 = 35151×1,5 = 52726,5 м³/ч

Количество воздуха проходящего через циклоны:

Vц = Vг×1,6 = 35151×1,6 =56241,6 м³/ч

Количество воздуха проходящего через рукавные фильтры и вентилятор:

Vф = Vг×2,0 = 35151×2,0 = 70302 м³/ч

Расчёт сечения и высоты аспирационной шахты.

 

ωш – скорость воздуха в шахте = 1,5 м/с

Площадь поперечного сечения шахты.

Fш = Vш/(3600× ωш) = 52726,5/(3600×1,5) = 9,76 м²

Размер одной из сторон шахты, параллельной оси мельницы:

a = ²√(Fш/n) = ²√(9,76/1) = 3,12 м

где – n отношение сторон 1:1 (1,0) для квадрата, 2:3 (0,67) для прямоугольного сечения шахты.

Высота шахты h:

H = 5,5×2×a×n/(1+n) = 5,5×2×3,12×1/(1+1) = 17,16 ≈ 17 м

Выбор батарейных циклонов.

На второй ступени обеспыливания применяют батарейные циклоны сухой очистки типа ЦН – 15. Циклоны выбирают в зависимости от количества газа проходящего через них.

Vц = 52726,5 м³/ч

По требуемым параметрам подходит циклон ЦН – 15, диаметром 800 мм, установленных группой из 8 – ми циклонов, производительностью 46400 – 54080 м³/ч

Выбор рукавного фильтра.
На последней ступени очистки газа используют рукавные фильтры типа СМЦ – 101, предназначенные для очистки воздуха с температурой до 140º С., Количество газа проходящего через фильтры: Vф = 70302 м³/ч, Из производящихся фильтров выбираем фильтр СМЦ – 101 – Ш с длиной рукава 9000 мм, Число двухкамерных секций 7 шт, Число рукавов 252 шт., Площадь фильтруемой поверхности 1400 м², Производительность 92400 м³/ч, Масса фильтра 37975 кг, Потребляемая мощность 10,5кВт

Выбор вентилятора.
Вентилятор ВМ – 18 А, Производительность 108000 м³/ч, Напор 12900 Па , Температура 200º С, Мощность двигателя 370кВт, Частота вращения 980 об/мин

Сводная ведомость оборудования

№ П.П. Наименование Тип, Марка Производительность (паспортная) Потребляемая мощность Количество единиц
1 силосы 12×19,8 1700 м³ 30 шт.
2 сушильный барабан СМЦ — 440 14 т/ч 36 кВт 1 шт.
3 сушильный барабан СМЦ — 429 20 – 25 т/ч 55 кВт 1 шт.
4 мельницы «Полизиус» 5,2×16,5 300 т/ч 6325 кВт 2 шт.
5 сепараторы Ø 7,3 м 210 т/ч 450 кВт 2 шт.
6 пневмокамерные насосы ТА — 28 100 – 125 т/ч 90,4 м³/мин Сжатого воздуха 6 шт.
7 элеватор Э2ЦО — 900 250 т/ч 40 кВт 2 шт.
8 дозатор ВЛ — 1058 200 т/ч 200 кВт 2 шт.
9 дозатор ВЛ — 1058 75 т/ч 200 кВт 2 шт.
10 дозатор ВЛ — 1058 30 т/ч 200 кВт 2 шт.
11 питатель ДТ — 20 120 – 210 т/ч 17 кВт 2 шт.
12 питатель ДЛ – 12 А 30 – 48 т/ч 4,0 кВт 2 шт.
13 питатель ДЛ – 10 А 18 – 28 т/ч 2,2 кВт 2 шт.
14 поршневой компрессор 5Г – 100/8 100 м³/мин 625 кВт 7 шт.
15 циклон ЦН — 15 46,4 – 54,1 тыс. м³/ч 800 мм 16 шт.
16 рукавные фильтры СМЦ – 101 Ш 92400 м³/ч 504 шт.
17 вентилятор ВМ – 18 А 108000 м³/ч 370 кВт 2 шт.

Список используемой литературы1. Борщ И.М., Вознесенский В.А., Мухин В.З. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. – Киев: Высшая школа, 1981.
2. Бауман В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. Москва. «Машиностроение» 1975.
3. Боганов А.И. Механическое оборудование цементных заводов. Свердловск. «Машгиз» 1961.
4. Краткий справочник технолога цементного завода. Москва. «Стройиздат» 1974.
5. Крыхтин Г. С., Кузнецов Л.Н. Интенсификация работы мельниц Новосибирск «Наука» 1993.
6. Колокольников В.С. Производство цемента. Москва. «Высшая школа». 1967.
7. Сатарин В.И. Современные цементные заводы. Москва. Издательство литературы по строительству. 1967.
8. Холина И.И. Справочник по производству цемента. Москва. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1963.
9. Вальтер Г. Дуда. Цемент. Москва. Стройиздат. 1980.