Топливо в цементной промышленности

В производстве цемента используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Начиная с шестидесятых годов XX столетия и по настоящее время основным видом топлива на всех цементных заводах Беларуси, так же как и на многих заводах СНГ, являлся природный газ с теплотой сгорания 32-39 МДж/м³, реже коксовый газ - продукт, получаемый при коксовании каменных углей. Широкое применение природного газа в СССР было обусловлено его относительно низкой стоимостью, однако начиная с 90-х годов прошлого столетия мировые цены на газ стали сильно опережать стоимость других энергоносителей, и прежде всего каменного угля. По этой причине несмотря на целый ряд достоинств природного газа - хорошие санитарно-гигиенические условия на производстве, отсутствие отходов при сгорании, меньшие капитальные затраты, связанные с его использованием, топливно-энергетическая политика коренным образом переориентирована в пользу каменного угля. В 2008-2009 годы все цементные печи в Беларуси будут переведены на сжигание твердого топлива с теплотой сгорания не ниже 20 МДж/кг, зольностью не выше 20%, с содержанием летучих 20-30%.

Каменный уголь сжигается в виде пылеугольной смеси, для чего он в специальных углеподготовительных отделениях подвергается сушке до остаточной влажности не более 2% и помолу до остатка на сите № 008 не более 8-16%. С целью предотвращения образования взрывоопасных концентраций в отделении предусматривается система подачи инертного газа.

Для сжигания твердого топлива применяют либо одноканальные, реже двухканальные форсунки. Перемешивание пылеугольного топлива с воздухом в первом случае происходит в канале форсунки. В двухканальных форсунках, представляющих собой две трубы, вставленные одна в другую, по центральному каналу в печь вдувается топливно-воздушная смесь со скоростью 40-70 м/с с первичным воздухом, по периферийному каналу - вторичный воздух.

Газовые угли с повышенным содержанием летучих веществ воспламеняются на близком расстоянии от форсунок. При этом происходит поризация твердых частичек угля, что способствует доступу кислорода и быстрому их сгоранию. В результате получается короткий факел. В процессе сжигания таких углей, характеризующихся малым содержанием летучих, сгорание идет медленнее, в результате образуется длинный факел. Варьируя соотношением газовых и тощих углей, можно регулировать длину и форму факела во вращающейся печи, что, в свою очередь, позволит управлять температурным режимом в ней.

В качестве жидкого топлива чаще всего используют мазут, являющийся тяжелой фракцией, образующейся при нефтепереработке. Он содержит в своем составе смесь углеводородов - парафинов, олефинов, нафтенов. Элементный состав мазута (мас. %): С - 85-90, Н - 5-10, О - 3-4, S до 3,5, зольность до 0,2%, содержание воды 1-2%, теплота сгорания около 40 МДж/кг. Мазут чаще всего использовался на цементных заводах в качестве резервного топлива в зимний период. Подача его на горение осуществляется по пароспутнику, в результате чего мазут подогревается до 60-90°С. Подача мазута в печь осуществляется с помощью форсунок механического распыления с игольчатым распылителем, имеющим винтовые каналы, обеспечивающие закручивание выходящей из форсунки струи под давлением 2-2,5 МПа.

Скорость сгорания мазута и интенсивность излучения факела, образующегося при этом ниже, чем у твердого топлива, поэтому расход теплоты на обжиг повышается до 10%.

В себестоимости цемента топливо составляет свыше 60%, и эта статья расходов постоянно растет. Следовательно, изыскания путей энергосбережения является одной из актуальных проблем цементного производства. Расход условного топлива при мокром способе производства цемента составляет 205-220 кг на одну тонну клинкера, а при сухом в зависимости от карьерной влажности сырья – от 100 до 190 кг.

В последние годы в мировой практике наметились следующие пути по использованию нетрадиционных источников тепловой энергии.

Тонна отработанных автомобильных покрышек по своей теплотворной способности эквивалентна примерно 0,85 т мазута. Металлокорд, находящийся в автопокрышках, окисляется и становится сырьевым железистым компонентом. Сжигание автопокрышек может осуществляться во вращающихся печах как мокрого, так и сухого способа производства цемента. В первом случае подача малогабаритных автопокрышек осуществляется через специальный люк в печи в температурной зоне 1000-1100°С. Во втором случае мелкогабаритные автопокрышки целиком, а крупногабаритные предварительно разрезанные гильотинными ножницами подаются в печь через «холодный» ее конец. За счет сжигания автопокрышек можно обеспечить 10-25% потребного на обжиг тепла.

Сравнительно новым техническим решением, получившим промышленное внедрение, является получение и сжигание так называемого синтетического топлива. Его получают путем пропитки тонкодисперсного минерального порошка (например, известняка) крупностью не более 2 мм отработанными моторными маслами и другими жидкими углеводородами. Горючая часть этого порошка может составить до 25% необходимого для обжига клинкера расхода топлива. Минеральная часть порошка войдет в состав обжигаемого материала.

Перспективным направлением в решении топливно-энергетических проблем может служить сжигание во вращающихся печах горючих бытовых отходов - например пластиков, в особенности высоконаполненных и не поддающихся переработке, и др. Такой тип вяжущего получил название «экоцемент».