Безопасность производства цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Двадцатый век, несомненно, стал веком развития промышленных технологий, в связи с большим ростом потребностей человека в разнообразных товарах и услугах, со стремлением к облегчению жизни и обеспечению комфорта, с созданием как можно более благоприятных условий для жизни.

Однако и в наш информационный век все еще есть острая необходимость в развитии промышленности, усовершенствовании имеющихся технологий производства и контроля за ними.

Опыт и ошибки предыдущих поколений помогли нынешнему обществу осознать необходимость в обеспечении безопасности технологических процессов производств вследствие многих причин: глобального ухудшения экологической обстановки на Земле, большого количества несчастных случаев и травм на производстве, ухудшения состояния здоровья не только рабочего персонала, но и людей, живущих поблизости от производственной зоны, отрицательного влияния промышленности на окружающую среду, в частности на водные бассейны и т.д.

Если говорить о негативном влиянии производства на здоровье персонала предприятия, а также на людей, живущих поблизости от него, то можно сказать следующее: дробление, помол и транспортирование сырьевых материалов, топлива, клинкера, гипса, минеральных добавок и т. п. сопровождается выделением в воздух рабочих помещений и в атмосферу пылевых частиц. Одной из особенностей известняковой, угольной и цементной пыли является чрезвычайно развитая поверхность, что делает эти виды пыли химически активными. Эти частицы, находясь в воздухе рабочих помещений во взвешенном состоянии, могут попасть в организм человека через органы дыхания и в желудочно-кишечный тракт. Они также могут попасть на слизистые оболочки глаза, вызывая коньюктивиты. Попадая на кожные покровы, пыль проникает в них, что приводит к закупорке сальных и потовых желез, нарушает нормальную деятельность кожи и способствует возникновению гнойно-кожных инфекций. Угольная пыль, попадая в желудочно-кишечный тракт, может вызвать гастрит.

Вредное действие пыли на организм определяется ее химическим и минералогическим составами, размером и формой частиц. Наибольшую опасность представляют частицы пыли менее 5 мкм, так как они могут продолжительное время находиться во взвешенном состоянии и проникать глубоко в легкие человека. При продолжительном вдыхании пыли в организме могут развиваться стойкие хронические заболевания легких, характеризующиеся разрастанием в них соединительной ткани, что приводит к ограничению дыхательной поверхности легких и сопровождается изменениями во всем организме. Заболевание легких под воздействием на них производственной пыли носит название пневмокониоза. В зависимости от рода вдыхаемой пыли могут развиваться различные виды пневмокониозов: силикоз -- от воздействия пыли, содержащей 8Ю2, антракоз -- от угольной пыли, цементный пневмокониоз--от цементной пыли. В воздухе производственных помещений количество цементной пыли не должно превышать 6 мг/м3.

Отрицательно влияет на здоровье человека шум, производимый работающими мельницами, дробилками, дымососами, вентиляторами и другими механизмами. При длительном воздействии шум может поразить органы слуха и частично нервную систему [1].

Человечество уже не одно десятилетие работает над этой проблемой и уже создана обширная нормативная база, помогающая в перестройке существующих и проектированию новых производств на основе безопасных технологий. Безопасность технологических процессов и производств была выделена в отдельную отрасль науки, которая в настоящее время развивается, очень динамична и быстро реагирует на развитие новых технологий и производств. Разрабатывается все больше и больше приемов и средств контроля за производством на всех стадиях создания благ, создаются необходимые нормы всех технологических показателей для обеспечения безопасности.

В качестве примеров нормативной базы для организации безопасного производства можно выделить такие документы, как Конституция РФ от 12 декабря 1993г., ФЗ N 116 от 20 июня 1997 г. "О промышленной безопасности опасных производственных объектов", ФЗ Белгородской области N 55 от 15 июня 1999г. "Об охране труда", трудовой кодекс РФ, различные ГОСТы, стандарты, СанПиНы, СНиПы, ССБТ, ПБ, ПУБЭ, ИБ и д.р.

Одной из важнейших потребностей человека в жизни является потребность в состоянии защищенности от воздействия некоторых природных факторов, в частности, от высоких и низких температур, влаги и повышенной влажности и т.д., поэтому большое развитие получила такая отрасль промышленности, как промышленность строительных материалов, в которой ведущее значение приобрело производство строительных вяжущих, например, портландцемента (в середине 50-х годов была разработана печь мокрого способа производства 4,5Ч170 м; эта печь стала основным технологическим агрегатом при строительстве производств [5]). В настоящее время потребность в этом продукте постоянно растет (объем производства цемента заводами России в 1991 г. уже составлял 77,3 млн. т. [5]), увеличивается количество цементных производств (в настоящее время в России работает 53 цементных завода с полным технологическим циклом и одна помольная установка; в составе цементных заводов 233 вращающихся печи, в том числе 5 печей оборудованных конвейерными кальцинаторами и 20 печей с запечными циклонными теплообменниками [5]), поэтому необходимо все больше и больше уделять внимания этому производству.

ФЗ №116 определяет правовые экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации ОПО и направлен на предупреждение аварий на ОПО и обеспечение готовности организаций, эксплуатирующих ОПО к локализации и ликвидации последствий указанных аварий [3]. Производство портландцемента является опасным производственным объектом на основании статьи 2 главы I и приложения 1, тат как в производственном цикле используют вещества, способные к образованию, например, взрывоопасных смесей (топливо для вращающейся печи). ФЗ устанавливает требования промышленной безопасности (гл.1 , ст.З), требования к техническим устройствам, применяемым на ОПО (гл.П, ст.7), к промышленной безопасности к проектированию, строительству и приемке в эксплуатацию и эксплуатации ОПО (гл.П, ст.З, ст.9), и др. [3]

ТК РФ устанавливает обязанности работодателя по обеспечению безопасных условий труда работающего, обязанности работника по обеспечению ОТ на предприятии, управление ОТ на государственном уровне и на уровне предприятия, порядок обучения и инструктажа работников по ОТ, проведение медосмотров и др. [4]

За выполнением требований нормативно-правовых актов относительного данного профиля деятельности следят соответствующие уполномоченные государственные службы, такие, как, например, Ростехнадзор, Роспотребнадзор, службы ОТ, ГО и ЧС на различных уровнях и др.

При обеспечении безопасности на производственном объекте, используя нормативную базу, можно пойти различными путями: или максимально обезопасить рабочее место, находящееся в опасной зоне, используя СИЗ, СКЗ, ограждения, сигнализацию, знаки безопасности и др., или удалить рабочее место из опасной зоны и тем самым обеспечить безопасность, или свести долю участия человека в производственном процессе к минимуму, при помощи применения в технологической схеме средств автоматизации и кибернетики, или регулярно проводить необходимый контроль за технологическим процессом производства, или проводить анализ травматизма и несчастных случаев на производстве по показателям травматизма и в соответствие с результатами принимать необходимые меры, или следить за здоровьем персонала, создавать благоприятные условия труда и вести постоянный мониторинг за экологической обстановкой в зоне влияния вредных и опасных производственных факторов. В лучшем случае все эти методы должны находить применение в формировании производственного процесса.

Для цементного производства нормативно установлены следующие требования: санитарно-защитные разрывы между цементными заводами и населенными пунктами должны составлять: для первого класса -- 1000 м, для второго -- 500 м. На площадке завода санитарный разрыв от угольного склада до ближайших цехов должен составлять 20 м, а до заводоуправления -- не менее 50 м. Предельно допустимая концентрация пыли в атмосферном воздухе населенных мест допускается: среднесуточная-- 0,15мг/м3 максимально разовая -- 0,5 мг/м3 [6].

В данном курсовом проекте будет рассматриваться производство портландцемента по мокрому способу производства. В качестве сырьевых материалов используются известь (твердый компонент) и глина (мягкий компонент). Для регулирования сроков схватывания цемента добавляется гипс. Топливо для печи - природный газ (метан).

Обжиг сырьевого шлама будет проводиться на тепловых агрегатах в виде вращающихся печей с размерами 5Ч185 м. Производительность печи 72 т/ч, коэффициент использования печи КИ=0,89. В качестве готового продукта будет принят цемент ПЦ 500-Д20-Б (быстротвердеющий портландцемент) [5].

Также будут рассмотрены некоторые методы обеспечения безопасности на производственном объекте, предложения по их реализации.

Цели и задачи курсового проекта

В ходе выполнения проекта необходимо изучить технологические процессы производства, проанализировать состояние безопасности производства, разработать способы повышения безопасности производства, выполнить необходимые инженерные расчеты параметров экологических процессов, параметров оборудования с целью обеспечения безопасности.

Раздел 1. Характеристика основных технологических процессов производства портландцемента

портландцемент инженерный экологический

1.1 Общая характеристика портландцемента, состав, сырьевые материалы

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при спекании сырьевой смеси, обеспечивающей преобладание в готовом продукте высокоосновных силикатов кальция (70-80%); СаSiO2, 2CaSiO2, 3CaSiO2.

В результате спекания во вращающейся печи образуется полуфабрикат - клинкер.

В результате тонкого измельчения клинкера с добавкой 3-5% гипса получают портландцемент.

Гипс вводят с целью регулирования сроков схватывания цемента.

Качество клинкера, а, следовательно, цемента, зависит от химического и минералогического состава. Химический состав представлен следующими оксидами: СаО (64-67%), SiO2 (21-24%), Аl2Оз (4-8%), Fe2O3 (2-4%); в небольших количествах соединения: МgО, 8Оз, SO3, TiO2, P2O5, N2О, K2O (1,2%).

Сырьевые материалы: карбонатные породы, известняки, мел и мергели.

Имеется опыт использования нефелиновых шламов, доменных шлаков.

Используются добавки для регулирования температуры спекания: трепел, опока, ферритный агат.

1.2 Основные способы производства, технологии, достоинства и недостатки

Существует три основных способа производства портландцемента -мокрый, сухой и комбинированный. Они различаются по характеру переработки сырьевых материалов, а также по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей на обжиг.

При производстве портландцемента мокрым способом (рис. 1 [1]) применяют следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк с размерами кусков до 1 м подвергаются двух - или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8-10 мм. Поступающую из карьера глину с размерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0-100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью 60-70% подают в сырьевую мельницу, где он размалывается совместно с раздробленным известняком. При использовании мягкого известкового компонента (мел, известковый туф и др.) технологическая схема сменяется. Мел, раздробленный в вальцовых дробилках вместе с глиной, отмучивается в болтушках, а затем подвергается размолу в мельнице.

Полученный шлам, влажность которого находится в пределах 32-40%, центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется. Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится до подачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных - механическим путем и сжатым воздухом. Перемешивание предотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной его гомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав, корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных шламбассейнах большой емкости.

Обжиг шлама на клинкер осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола или же направляется на хранение в механизированный шихтовальный двор. Здесь складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером. Твердое топливо для обжига шлама поступает с шихтовального двора в дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола. Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь.

При использовании газообразного или жидкого топлива схема упрощается, так как в этом случае сооружения топливоподготовительного отделения не требуется.

Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах-цементовозах.

В настоящее время наблюдается тенденция к переходу от использования твердого топлива к газообразному при производстве портландцемента. Это связано, во-первых, с ухудшением экологической обстановки: при сгорании каменного угля выделяется очень большое количество вредных соединений в виде аэрозолей, пыли, золы и др., во-вторых, со стремлением к экономичности производственного процесса: при использовании твердого топлива возникает необходимость в дорогостоящих очистных сооружениях, в строительстве комплекса подготовки рабочей горючей смеси и других сооружений, в-третьих, у твердого топлива имеется склонность к взрывоопасности при низких концентрациях, в-четвертых, природные запасы каменного угля на сегодняшний день практически полностью истощены, в отличие от запасов природного газа. Стоит, однако, сказать, что при сгорании как твердого, так и газообразного топлива в атмосферу попадают оксиды азота, серы, углерода и др.

В целом способы производства портландцемента не сильно отличаются друг от друга, главное отличие состоит в способе приготовления сырьевой смеси: при сухом способе при подготовке смеси производят предварительную сушку сырьевых материалов отходящими газами печи, при этом процесс сушки совмещается с помолом. Мокрый способ применяют в том случае, если сырье имеет высокую влажность.

Достоинство сухого способа производства - экономичность технологического процесса (энергозатраты ощутимо ниже, чем при мокром способе производства), а преимущество мокрого способа - высокое качество получаемого продукта.

К достоинствам мокрого способа и недостаткам сухого способа производства портландцемента следует отнести то, что при мокром способе выделяется относительно малое количество пыли, нежели при сухом.

1.3 Описание технологических этапов, используемое оборудование

Производство портландцемента - сложный технологический процесс, состоящий из следующих этапов:

* Добыча и доставка сырья;

* Приготовление сырьевой смеси;

* Обжиг сырьевой смеси в печи до спекания;

* Помол клинкера с добавкой гипса;

* Тарирование и отгрузка.

Первым этапом является добыча сырья. Цементные заводы строят по возможности вблизи от сырьевой базы. Добыча представляет собой удаление вскрышных пород и добыча: мела при помощи экскаваторов, известняка с использованием буровзрывных работ и экскаваторов и др.

Транспортировка сырья осуществляется автотранспортом при небольших расстояниях от карьера (2-3 км), железнодорожным транспортом (при больших удалениях). Возможно также использование транспотреров и гидротранспорта.

Используемое оборудование: станки канатно-ударного и ударно-вращательного и вращательного бурения типа БУ - 20, 2М, БМК - 4, СВБ - 2 - 3 и др., перфораторы типа ПР - 18Л и др., экскаваторы различных групп, конструкций, периодичности действия, оборудования и назначения типа Э - 651, Э - 2503, ЭК - 4 и др., путедвигатели типа А и Б, роторные двигатели-мешалки, насосы для перекачки сырьевых шламов типа 6ФШ -7а и др. [6]

Второй этап - подготовка сырьевой смеси, состоящая в измельчении (двухстадийное: грубое в дробилках и тонкое в мельницах), смешении компонентов в установленных соотношениях, что обеспечивает полноту протекания химических реакций и однородность продукта.

Сырьевую смесь готовят либо сухим способом, либо мокрым (рис. 3), реже -- комбинированным. При использовании сухого способа производства портландцемента при подготовке сырьевой смеси производят сушку сырьевых материалов в сушильных барабанах или совместно с помолом в мельницах тонкого измельчения (в шаровых мельницах).

В настоящее время в цементной промышленности используются мощные валковые мельницы-сушилки и аэрофолы (мельницы самоизмельчения).



Рис. 3 Технологическая схема мокрого способа приготовления рабочей смеси

Мокрый способ применяют в случае повышенной влажности сырья, и в результате измельчения получают шлам влажностью 35-45%.

Помол сырья по мокрому способу может производиться так же, как и помол при сухом способе в открытом либо замкнутом цикле. В замкнутом цикле после мельницы установлен сепаратор (сито); крупная фракция, не прошедшая сквозь зерно сита отправляется на домол в мельницу.

Для снижения влажности шлама применяют добавки - разжижители (отходы химической промышленности): сульфидно-дрожжевая бражка, сульфидно-спиртовая барда (пластификатор) и суперпластификаторы.

Дробильное и помольное оборудование

Технологические схемы дробления, количество стадий и дробильное оборудование выбираются в зависимости от вида сырьевых материалов, их физико-механических свойств, твердости, прочности, влажности, а также от размера кусков (одно-, двух- и трехстадийное измельчение).

Первичное дробление твердых пород осуществляется чаще всего в щековых дробилках, а также в молотковых, конусных и ударно-отражательного действия.

Вторичное дробление производят в молотковых и ударно-отражательных дробилках.

Первичное дробление мягких пород производят в валковых дробилках, вторичное - в ударно-отражательных.

Чаще всего используют двухстадийное дробление.

При двухстадийном дроблении материал из щековой дробилки поступает на грохот или сито.

После второй стадии дробления материал направляется на помол.

По способу измельчения оборудование для дробления подразделяются на следующие виды:

* Раздавливающее оборудование с периодическим воздействием дробящих поверхностей (щековые и конусные дробилки);

* Раздавливающие с непрерывным действием дробящих поверхностей (валковые дробилки);

* Ударного действия (молотковые и ударно-отражательные дробилки).

Помольное оборудование

Для интенсификации реакций, протекающих между компонентами сырьевой смеси при обжиге, сырьевые материалы после дробления подвергаются тонкому измельчению (помолу) в сырьевую муку (при мокром способе производства) и в сырьевой шлам (мокрый способ производства).

Комплекс помольного оборудования включает:

* Мельницы различной конструкции (трубные, шаровые, самоизмельчения);

* Расходные бункеры;

* Питатели;

* Аспирационная установка с пылеосадительной аппаратурой, способствующей повышению производительности;

* Сепараторы (классификаторы) для разделения фракций;

* Транспортные механизмы, подающие материал в расходные бункеры, а измельченный материал в сепараторы, силосы или шламбассейны;

* Приборы автоматического регулирования процессов помола;

* Вентиляционная установка

Шаровые мельницы конструктивно практически не отличаются от трубных.

Измельчение материала в трубных и шаровых мельницах происходит в результате ударного и истирающего действия при вращении мельницы.

Эти мельницы способны работать по открытому и закрытому способу.

При открытом цикле материал только один раз проходит через мельницу и направляется на дальнейшие технологические этапы.

При замкнутом цикле материал после мельниц сортируется в сепараторе на крупку и готовый продукт помола; крупка подается на повторный помол.

При мокром способе производства для сепарации продуктов мокрого помола используют вибросита и гидроциклоны.

При сухом способе помола применяют систему аспирации (принудительное удаление запыленного воздуха из мельниц, который далее подается на очистку в циклоны или фильтры).

Помимо шаровых и трубных мельниц используют мельницы самоизмельчения: аэрофолы (при сухом способе производства) и гидрофолы (при мокром способе производства). В этих мельницах куски материала за счет ударов друг о друга и о футеровку мельницы, имеющую рифленую поверхность.

Вспомогательное оборудование дробильного и помольного оборудования.

Грохоты обеспечивают сортировку материалов по крупности зерен. По характеру рабочего органа делятся на ситовые и колосниковые.

Колосниковые грохоты представляют собой параллельно установленные стержни - колосники с определенными зазорами между ними, через которые проваливается мелкая фракция материала.

Ситовые грохоты состоят из плоских или цилиндрических сеток, выполненных из проволоки. Рассеивание материала происходит под действием вибрации.

Питатели и транспортирующие механизмы дробильных установок

Питатели предназначены для равномерной подачи материалов в дробилку.

По назначению они подразделяются на питатели для подачи крупных кусков твердого материала (сухого), питатели для подачи пластичных материалов (мел).

Для подачи крупного камня применяют колосниковые, лотковые и пластинчатые питатели.

Колосниковые по конструктивным особенностям не отличаются от полостного грохота. Они служат одновременно для подачи и отсева материала.

Лотковые питатели представляют собой наклонные качающиеся лотки, установленные под выходным отверстием бункера.

Пластинчатые питатели служат для подачи крупных кусков в дробилку. Они могут также выполнять транспортную функцию.

Транспортирующие механизмы дробильных установок

Этими механизмами могут служить конвейеры, элеваторы и грейферные краны.

Конвейеры предназначены для наклонного и горизонтального перемещения грузов под углом наклона 20-22%.

Они подразделяются на скребковые, ленточные, пластинчатые и ковшовые - элеваторы.

В скребковых конвейерах материалы перемещаются скребками, закрепленными на замкнутой цепи, огибающей приводной и натяжной барабаны.

Ленточные конвейеры представляют собой замкнутую ленту из резины или металла, огибающую барабаны и поддерживаемую роликами. При вращении приводного барабана, лента при движении увлекает за собой транспортируемый материал. Стальные ленты применяют для транспортировки высокотемпературных материалов (свыше 90°С).

Пластинчатые конвейеры представляют собой две замкнутые цепи, огибающие приводные и натяжные звездочки.

Элеваторы представляют собой вертикальную или наклонную под углом 60-70° шахту, внутри которой движется лента или цепь с закрепленными на ней ковшами. Материал по приемной течке подается в башмак элеватора, подхватывается движущимися ковшами, а при опрокидывании ковшов материал высыпается по течке.

Для дозирования глиняного шлама при мокром способе производства применяют шламовые питатели ковшового или черпакового типа. Транспортирующие механизмы помольных установок

Сырьевые материалы перемещаются внутри цехов пневматическим транспортом и механическими способами при использовании одноименных транспортеров.

В качестве механических средств транспортирования применяют конвейеры, элеваторы, а для шлама - гидротранспорт, в котором шлам перемещается при помощи шламовых центробежных насосов.

Пневматический транспорт - винтовые пневматические насосы, камерные пневматические насосы и аэрожелоба.

Винтовой конвейер представляет собой герметичный неподвижный желоб, внутри которого находится вал с винтовой лопастью.

Перечисленные выше транспортирующие устройства, питатели применяются не только в цементной промышленности, но и в целом в ПСМ.

Используемое оборудование: щековые дробилки УЗТМ СМД - 586 и др., конусные дробилки различного действия и исполнения типа ККД 500 - 75, КСД 2200/А, "Титан", ДПММ, С - 776 и др., валковые дробилки завода Электростальтяжмаш и др., болтушки Г - 12 и др., грохоты СМ -570, см - 653 и др., мельницы самоизмельчения МБ - 70 - 23, "Аэрофол" и др., мельницы различного исполнения, принципа действия типа "Минипебс", завода "Волгоцеммаш", дуговые грохоты СД - 1, С ДО - 3 и др., вспомогательные устройства дробильного и помольного оборудования: проходные сепараторы "Сенжак" (Франция) и др., сушильные барабаны типа 2,8*14м.идр., различные питатели типа ПЛ. 1, ЛДА, и др., автоматические весы ДУ - 200, ДКЛ - 500, и др. [6]

Третья стадия производства портландцемента - обжиг сырьевой смеси.

Как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется во вращающихся печах, редко - в шахтных.

Вращающаяся печь - длинный наклонный цилиндр, сваренный из листовой стали с огнеупорной внутренней футеровкой.

Длина печи при сухом способе производства составляет 95 м, при мокром способе - 150 м, 170 м, 185 м, 230 м.

Диаметр печи составляет 4,5 -7м.

Для улучшения теплообмена печи внутри нее ближе к холодному концу устраиваются цепные завесы или устанавливаются теплообменники различных конструкций.

Вращающаяся печь работает по принципу противотока: с верхнего холодного конца подается сырьевой шлам или мука, а с нижнего конца вдувается топливо.

Подача сырьевой смеси осуществляется автоматическими питателями, а подаваемое топливо (газ, мазут, угольно-воздушные смеси) сгорает в виде факела, длиной 20 - 30 м. Сырье занимает только часть печи и при медленном вращении печи (1-2 об/м) постепенно движется навстречу горячим газам, проходя различные температурные зоны.

Основы теории обжига клинкера были разработаны Юнгом. Он условно разделил печь на 6 температурных зон (рис. 4) в зависимости от характера протекающих в них процессов.

При поступлении сырьевого шлама в печь происходит его сушка в зоне испарения при постепенном повышении температуры от 70°С до 200 °С. При этом материал комкуется, а при перемещении превращается в более мелкие гранулы.

В зоне подогрева происходит выгорание органических примесей из глиняных минералов, удаляется кристаллохимическая вода и образуется минерал Аl2Оз*2SiO2 - безводный каолин.

В зоне декарбонизации расход энергии на 1 кг СаСОз составляет около 1780 кДж с наибольшим поглощением тепла. Здесь же происходит распад безводных глинистых минералов с образованием оксидов алюминия, кремния, железа, которые в дальнейшем вступают в реакции с СаО и в результате образуются белит, трехкальциевый алюминат и др.

В зоне экзотермических реакций образуются четырехкальциевый алюмоферрит, белит и др.

В зоне спекания образуется алит.

Затем клинкер охлаждается в зоне охлаждения, затем - в холодильных установках двух типов: рекуператорных и колосниковых.

Устройство вращающейся печи, узлы

* Корпус со встроенными теплообменными устройствами;

* Холодильник (для охлаждения клинкера и подогрева воздуха для горения топлива);

* Загрузочная установка для питания печи сырьевым шламом или мукой;

* Форсунки для подачи топлива в печь;

* Дымососные установки, создающие разрежение в барабане печи и транспортирующие дымовые газы по барабану печи к пылеочистительной установке (очистка газов от пыли);

* Установки для водяного охлаждения печи;

* Уплотнительные устройства.

Корпус представляет собой барабан, составленный из рядовых и подбандажных обечаек.

Для защиты внутренней поверхности корпуса печи от действия высокой температуры и истирания движущимся материалом его футеруют огнеупорными материалами, зону охлаждения и декарбонизации -шамотом, а зону спекания - магнезитовым и хромо-магнезитовым кирпичом.

После выхода из печи, отходящие газы очищаются в пылеосадительных камерах, затем - в электрофильтрах.

Холодильник вращающейся печи представляет собой несколько цилиндрических стальных барабанов, расположенных симметрично по окружности печи со стороны ее горячего конца (10 барабанов длиной 6 м и диаметром 1,3 м для печи длиной 150 м).

Барабаны крепят к корпусу печи. С ее внутренней частью барабаны сообщаются лейками, через которые клинкер высыпается из печи.

Воздух для охлаждения клинкера засасывается в рекуператор и проходя через него охлаждает клинкер и подогретым поступает в печь.

Рекуператорный холодильник охлаждает клинкер до 100 - 150°С. Колосниковые холодильники более эффективны, они охлаждают клинкер до температуры 50 - 100°С. Наиболее распространены колосниковые холодильники перетаскивающего типа. Они оборудуются тремя последовательно расположенными колосниковыми решетками и имеют подвижные и неподвижные колосники. Охлаждение клинкера осуществляется потоком холодного воздуха, который подается с нижней части колосников и продувается через клинкер вентилятором.

Используемое оборудование: вращающиеся печи мокрого способа производства 5Ч185 м. и др., печи с цепными завесами 7,6Ч220 м. и др, вращающиеся печи сухого способа производства с различными устройствами: 4,5Ч95 и др., а также печи, оборудованные циклонными теплообменниками Гумбольдт (ФРГ), "Дополь", конвейерными кальцинаторами., механизмы питания печей сырьевой смесью и топливом: ковшовые питатели СМ - 500, ПШ, и др., топливные горелки и форсунки типа ГВП и др., тарельчатые грануляторы типа СТ и др., холодильники различного устройства и принципа действия типа "Волга" и др., пылеуловители: циклоны типа ЦН и др., электрофильтры типа Ц, ГП и др., фильтры рукавные типа РФВ -- 1А и др. [6]

Четвертый этап - измельчение полученного клинкера и добавление гипса. Охлажденный клинкер подается в клинкерный склад, а затем в цех помола клинкера для измельчения, который осуществляется в шаровых трубных мельницах как по открытому, так и по замкнутому циклу. В последнем случае, после мельниц продукт измельчения поступает в сепаратор, где отделяются крупные фракции, которые отправляются на домол. При помоле добавляется гипс с целью регулирования сроков схватывания цемента.

Используемое оборудование: см. выше.

Пятая стадия производства портландцемента - тарирование и отгрузка. Готовый продукт может тарироваться раздаточными машинами в специальные бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах-цементовозах.

Используемое оборудование: см. выше.

Раздел 2. Обеспечение безопасности технологического процесса производства портландцемента

Обеспечение безопасности технологических процессов является одной из важнейших проблем в жизни общества в наше время. От решения этой задачи зависит здоровье и нормальная жизнедеятельность не только рабочего персонала предприятия, участвующего в процессе производства, но и людей, живущих рядом с производственной средой.

В настоящее время созданы организации, в частности по охране труда, гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям и обширная нормативная база, которые в совокупности должны обеспечивать безопасность.

При решении проблемы обеспечения безопасности можно пойти различными путями:

* Постараться максимально обезопасить рабочее место, находящееся в опасной зоне, используя СИЗ, СКЗ, ограждения, сигнализацию, знаки безопасности и др.;

* Попытаться удалить рабочее место из опасной зоны и тем самым обеспечить безопасность;

* Сводить долю участия человека в производственном процессе к минимуму, при помощи применения в технологической схеме средств автоматизации и кибернетики;

* Регулярно проводить необходимый контроль за технологическим процессом производства;

* Проводить анализ травматизма и несчастных случаев на производстве по показателям травматизма и в соответствие с результатами принимать необходимые меры;

* Следить за здоровьем персонала, создавать благоприятные условия труда и вести постоянный мониторинг за экологической обстановкой в зоне влияния вредных и опасных производственных факторов.

Основными мерами борьбы с запыленностью рабочих помещений является применение аспирационных установок в дробильных и помольных цехах, использование пневматического транспорта для перемещения сырьевой муки, угольного порошка и цемента, герметизация механического внутрицехового транспорта. Пылеобразование можно снизить за счет укрупнения дробильных агрегатов с целью сокращения их количества, уменьшения до минимума высоты падения материала, опрыскивания продукта водой -- чистой или с добавками (сульфанол, сульфитный щелок и др.).

Для устранения воздействия шума на обслуживающий персонал устанавливаются звукоизолирующие перегородки, оборудование размещается в отдельных закрытых помещениях, применяются дистанционное управление оборудованием и центральные телевизионные установки для наблюдения за работой всего дробильно-помольного узла, включая и транспортеры. Для снижения силы шума работающей мельницы до 50--60 дБ ее обкладывают слоем шлаковой ваты и резины, поверх которых надевают туго стягивающие металлические кожухи. Индивидуальная защита от шума достигается путем закладывания в уши ваты, которая уменьшает силу шума на 6 дБ, марли, смоченной жиром, -- на 18 дБ, или шерстяной ваты с воском -- на 30 дБ.

Для отвода избытка тепла от сушильных барабанов и печей большое значение имеет аэрация помещений, установка съемных экранов, устройство воздушных душей с введением в воздушную среду распыленной воды, снижающей температуру и увлажняющей воздух. Теплоизоляция сушильных барабанов, мельниц для одновременной сушки и помола, горячих трубопроводов также приводит к снижению температуры в помещении цеха. Наиболее эффективными мерами в создании нормальных условий для работы обслуживающего персонала является автоматизация технологических процессов с применением дистанционного управления и телевизионных установок, что позволяет персоналу большую часть времени находиться вне зоны тепловых излучений. Установка вращающихся печей и сушильных барабанов на открытых площадках при централизованном управлении и контроле производства с размещением приборов в небольших закрытых помещениях не только снижает стоимость строительства, но и улучшает условия труда для обслуживающего персонала.

Для ликвидации горения твердого топлива или его пыли в топливопомольном отделении размещается стационарная углекислотная установка Гидроцемента, которая автоматически включается при возникновении пожара, заполняя бункера с угольным порошком, циклоны, сепараторы, мельницы и трубопроводы углекислым газом из баллонов. Особое внимание соблюдению правил техники безопасности уделяют при обжиге клинкера, сушке материалов, работе котлов на газообразном топливе. Наибольшее число несчастных случаев и аварий в различных отраслях народного хозяйства происходит при пуске агрегатов. В связи с этим к розжигу печи приступают только после разрешения главного инженера завода и обязательно в присутствии начальника цеха. Проверяется плотность газопроводов и задвижек, закрываются люки и лазы пылеосадительной камеры и отверстие в питательной шламовой трубе. Продувают печь воздухом не менее 5 мин при полном открытом шибере дымовой трубы и работе дымососа. Через «свечу» не менее 3 мин продувают участки газопровода, а затем постепенно пускают газ в горелку печи, предварительно создав разрежение в 3--5 мм вод. ст. в пылеосадительной камере, и зажигают ветошь, подвешенную на обрезе горелки. Убедившись, что газ загорелся, понемногу увеличивают подачу газа. Обычно давление газа перед горелками составляет 0,6--0,9 ат.

Для создания безопасных условий работы необходимо обеспечить полную герметизацию газопроводов, арматуры и аппаратуры. Для определения мест утечки газа категорически запрещается пользоваться открытым огнем. Проверку ведут мыльным раствором, к которому в холодное время года добавляют глицерин и спирт. При кратковременной остановке печи оставляют небольшой факел. На рабочих площадках печей и сушильных барабанов находятся противопожарные средства и сигнализация.

Наиболее распространенным методом устранения причин несчастных случаев является установка различных ограждений у опасных мест производственного оборудования. Назначение этих ограждении -- не только изолировать опасные зоны, но и предупредить обслуживающий персонал о наличии таких зон. Ограждения являются неотъемлемой частью каждой машины, они должны надежно закрывать опасные места и не вызывать помех во время эксплуатации оборудования. Зубчатые шестерни снабжаются защитными кожухами. Наиболее чувствительным «ограждением» является фотореле, которое автоматически отключает электродвигатель в момент прерывания направленного луча света. Наибольшую опасность представляют движущиеся и вращающиеся части оборудования, если на них не установлены надежные ограждения, устраняющие возможность непосредственного соприкосновения с такими частями оборудования обслуживающего персонала во время эксплуатации. На ленточных и металлических транспортерах в случае необходимости перехода через них устанавливаются мостики с перилами высотой в 1 м со сплошной зашивкой внизу на высоту 15 см.

Для обслуживания транспортеров оставляют около них свободное пространство шириной в 1 м, а при расположении транспортеров в галереях и туннелях -- не менее 0,75 м. Лазы в бункерах и силосах устраиваются в стороне от проходов и имеют закрывающиеся на замок металлические крышки. Освещение бункеров и силосов производится электролампами напряжением 12--36 в. Спуск человека в бункер (или силос) может производиться лишь в особо исключительных случаях и обязательно с применением предохранительного пояса, укрепленного на прочной веревке [1].

При условии уделения должного внимания этой проблеме цель обеспечения безопасности технологического процесса производства может быть достигнута.

2.1 Анализ этапов технологического процесса производства по взаимному расположению зоны действия опасности и рабочей зоны и мерам по устранению или минимизации воздействия опасности

Наличие потенциальной опасности не всегда сопровождается ее негативным воздействием на человека.

Условия реализации опасности: нахождение человека в зоне действия опасности; отсутствие у работающего достаточных средств защиты; взаимное расположение зоны действия опасности и рабочей зоны; реализация потенциальной опасности.

Варианты взаимного расположения зоны действия опасности и зоны пребывания работающего:



На различных предприятиях вид этой таблицы может быть несколько иной вследствие сужения специализации и многообразия инженерных решений.

Основные методы обеспечения безопасности:

* Пространственное и (или) временное разделение зоны влияния опасности и рабочей зоны (путем организации деятельности и инженерных решений);

* Метод адаптации среды к возможностям человека (использование СКЗ);

* Метод приспособления работающего к окружающей среде и повышения его защищенности (подготовка персонала к безопасному труду путем использования средств СИЗ) и др.

Раздел 3. Расчетная часть

Производство портландцемента невозможно без большого числа производственного оборудования, от которого зависит качество производимого продукта, следовательно, необходимо проводить расчет этого технологического оборудования с целью определения его основных технологических параметров и обеспечения безопасной эксплуатации.

Также необходимо провести некоторые процедуры по определению безопасных условий, например, при добыче сырьевых материалов (глина).

3.1 Задача 1

Добыча сырьевых материалов является непременным этапом производства цемента. Безопасность карьерных работ во многом зависит от характеристик уступов карьера, в том числе от ширины площадок уступов.

Ширина площадок уступов карьера для меньших предельных значений высоты уступа и угла устойчивого откоса рабочего и нерабочего уступа при угле а=20°.

Исходные данные:

* Добываемая порода - глина;

* Н = 28м;

* б1 = 27°;

* б2=39°

Решение



Рис. 4 Схема уступа карьера

Из схемы (рис. 4) понятно, что если высота уступа Н=28м, угол откоса рабочего борта карьера а=20°, предельный угол устойчивого откоса нерабочего уступа б2=39°, предельный угол устойчивого откоса рабочего уступа б1=28°, а заложение соответствующих откосов b, b1, b2, то ширина площадки рабочего и нерабочего уступов определяются по формулам (1) и (2) соответственно.

B1=b-b1 = H/tgб - H/tgб1 = H; (1)

B2=b-b2 = H/tgб - H/tgб2 = H. (2)

B1 = 28 = 23,33 м.

B2= 28 = 43,45 м.

3.2 Задача 2

В карьере на разработке глины используют экскаватор марки Э -- 10011 с углом поворота платформы а = 135°. Рассчитаем эксплуатационную производительность экскаватора, м3/ч:

Решение

Эксплуатационная производительность экскаватора:

П=,

где - геометрическая емкость ковша, м3;

- фактическое количество циклов минуту (п=4 для карьерных экскаваторов);

- коэффициент наполнения ковша (0,5.. .1,5);

- коэффициент использования экскаватора во времени (0,7... 0,8);

- коэффициент разрыхленности грунта.

Коэффициент экскавации (0,87 для сыпучих пород)

Кэ=Кн/Кр N=60/tц,

где tц - фактическая продолжительность цикла, с.

q=1;

kн = 1; kи = 0,75; tц = 30; kР=1,25.

П = 3600Ч1Ч1Ч0,75/30Ч1,25 = 72 м3/ч/

Данные приведены из таблицы 3 (см. прилож. 2).

3.3 Задача 3

При производстве цемента транспортировка глины производится ленточными конвейерами с горизонтальной плоской лентой.

Рассчитать погонную нагрузку и производительность, если ширина ленты В = 1,2 м, = 40°, р = 1250 кг/м3, V = 2 м/с.

Решение

Производительность машин и установок непрерывного транспорта (т/ч) зависит от погонной нагрузки q, кг/м и скорости движения ленты транспортера V, м/с:

/

При линейном перемещении рабочего органа транспортера, когда груз располагается в виде равномерного слоя на ленте, погонная нагрузка определяется по формуле:

,

где F - площадь поперечного сечения материала, м2;

р - насыпная плотность материала на ленте.

Для определения величины F сыпучих материалов на ленте, необходимо знать его угол естественного откоса ц (рис. 5). При движении ленты под действием ударных нагрузок величина ц0 (начальная) снижается до ц:

ц = 0,55Ч ц0

Рис. 5 Формирование естественного откоса

Таким образом, производительность ленточного конвейера вычисляется:

П = 3,6ЧрЧVЧF.

С некоторой степенью приближения считается, что сыпучий материал на плоской ленте располагается в виде слоя, имеющего в поперечном сечении равнобедренный треугольник с основанием b = 0,8*В и высотой h = 0,5ЧbЧtgц.

F = 0,5ЧbЧh = 0,16ЧВЧ2 tgц,

П = 576ЧВ2ЧVЧрЧ tgц.

F = 0,16Ч1,44Чtg(0,55Ч400)=0,09 м2,

q = 0,09Ч1250 = 112,5 кг/м

П = 576Ч1,44Ч2Ч1250Чtg (0,55Ч40°)/3600 = 230,4 т/ч.

Данные приведены из таблиц 4, 5 (см. прилож. 2).

3.4 Задача 4

При тарировании и отгрузке, а также при производстве других технологических операций при изготовлении портландцемента используются грузоподъемные механизмы.

Проверить грузовую устойчивость башенного крана с учетом дополнительных нагрузок и уклона пути при подъеме груза, весом:

G = 15+0.5N

Исходные данные:

с = 0,25 м; V = 0,5 м/с; t = 5с;

W = 100 Па; р = 10 м;

W1 = 50 Па; n = 0,2 об/мин; h - 20 м; Н = 20м; б = 2°; b= 1,75м; а = 20м; h1 = 10 м; р1 = 20 м; Q = 10 кН.

Решение

Безопасная эксплуатация ГПМ при выполнении монтажных и других видов работ обеспечивается правильным выбором параметров крана и его устойчивостью.

При расчетах крана различают грузовую устойчивость, то есть устойчивость крана при действии полезных нагрузок при возможном опрокидывании его вперед, в сторону стрелы и груза.

Грузовая устойчивость самоходного крана обеспечивается при условии:

,

где k1 - коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый для горизонтального пути без учета дополнительных нагрузок равным 1,4, а при наличии дополнительных нагрузок равным 1,14;

Mr - момент, создаваемый рабочим грузом, относительно ребра опрокидывания, Нм;

Mн - момент всех прочих нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра с учетом допустимого уклона пути, Нм

K1 = Мн/Мr (G((b + с)соsб - h1Чsinб - QЧп2ЧаЧh/900 - п2ЧН - QЧVЧ (а - b)/gt - (WЧр + \W1Чр1)) / QЧ (а-b) 1,15

k1 = (20Ч ((1,25 + 0,25) Чсоs(2°) - 10sin(2°)) - 10Ч0,22Ч20Ч20/900 -0,22Ч20 - 10Ч0,5Ч (20 - 1,75)/9,81Ч5 - (100Ч10 - 50Ч20))/10Ч (20 - 1,75) = 2,19

В нашем случае k1 = 2,19, что выше нижнего предела в 1,15, следовательно, башенный кран устойчив.

3.5 Задача 5

Дробление материала при производстве исполняют на щековых дробилках.

Рассчитать предельные значения угла между щеками щековой дробилки марки СМ - 166А, если высота неподвижной щеки равна 1,23 м.

Исходные данные:

Размеры загрузочного отверстия 0,25Ч0,9 м.;

Размеры разгрузочной щели 0,13Ч0,08 м.

Решение:

Угол между щеками дробилки можно определять при помощи метода линейного измерения (рис. 6), или по формуле:

,

где b - ширина загрузочной щели дробилки, измеренная по перпендикуляру к неподвижной щеке, м.;

d - ширина разгрузочной щели (наименьшая), м.;

Н - высота неподвижной щеки (рис. 6 [7]).

Рис. 6 Схема линейного метода измерения угла между щеками щековой дробилки

Исходя из вышеуказанной формулы, получаем предельные значения угла между щеками

3.6 Задача 6

Рассчитать значение угла между щеками щековой дробилки марки СМ - 166А методом двух шаров (рис. 7 [7]).

Исходные данные:

Диаметр первого шара D = 0,38 + 0,01 = 0,39 м;

Диаметр второго шара d = 0,056 + 0,01 = 0,066 м.

Расстояние между шарами 1 = 0,647 м.

Рис. 7 Схема определения угла между щеками щековой дробилки методом двух шаров

Решение

По формуле определяем искомый угол б:

,

= 2 arcsin ((039-0.066)/(2Ч0,647+0,39+0,066)) = 15086'

3.7 Задача 7

Щековую дробилку С - 886 предполагают использовать для дробления известняка. Рассчитать мощность электродвигателя.

Исходные данные: с = 100; b = 0,25 м; l = 0,9 м

Решение:

По эмпирической формуле мощность электродвигателя, кВт:

N = сЧbЧl,

где с - коэффициент, принимаемый в зависимости от размеров загрузочного отверстия (с = 166 для дробилки с загрузочным отверстием менее 0,25Ч0,40 м; с = 100 при отверстии от 0,25Ч0,40 м до 0,9Ч1,2 м; с = 83 при отверстии более 0,9Ч1,2 м, [7]);

b и l - соответственно ширина и длина загрузочного отверстия, м.

N = 100Ч0,25Ч0,9 = 22,5 кВт

Это значение примерно соответствует технической характеристике.

Однако мощность двигателя дробилки в существенной степени зависит от физических свойств дробимого материала, и при более точных расчетах следует учитывать предел прочности при сжатии и модуль упругости Е дробимого материала, входящие в формулу:

;

;

.

где b=0,25 м, l =0,9 м, d=0,13 м, n=2,83 об/с - по технической характеристике дробилки [7].

=0,8 - КПД привода по данным, приведенным к формуле для уточненного расчета мощности привода;

=50Ч106, Н/м2 - среднее значение для известняка мягкого (табл.6, см. прилож. 2 );

=110Ч106, Н/м2 - среднее значение для известняка прочного (табл.6, см. прилож. 2 );

Е=42,5х10**6 Н/м2 - среднее значение для мягкого и прочного известняков (табл.6, см. прилож. 2 ).

Учитывая расхождения в величинах предела прочности при сжатии для мягкого и прочного известняка, находим мощность двигателя двух вариантов.

D = 0,85Ч0,25 = 0,21м; w = 2Ч3,14Ч2,83 = 17, 8 рад/с

N1 = 2500Ч17,8Ч0,9Ч0,027/24Ч42,5Ч0,8 = 13,3 кВт

N2 = 12100Ч17,8Ч0,9Ч0,027/24Ч42,5Ч0,8 = 64,1 кВт

Сравнивая полученные результаты, приходим к выводу о том, что физические свойства материала играют существенную роль в процессе дробления, и их необходимо учитывать при определении мощности двигателя дробилки, а эмпирическими формулами пользоваться для ориентировочных расчетов.

Раздел 4. Графическая часть

В этой части курсового проекта необходимо графически изобразить и пояснить (при помощи экспликации) технологическую схему производства портландцемента по мокрому способу (КПБТП11001066 [6]).

В качестве иллюстрации методов обеспечения безопасности технологических процессов производства цемента, а также достижения высокой эффективности работы оборудования и предприятия в целом, будет показана схема автоматического регулирования вращающейся печи мокрого способа производства цемента с рекуператорным холодильником, разработанная институтом ВИАСМ. (КПБТПП002066 [6])

Блок-схема автоматического регулирования вращающейся печи с рекуператорным холодильником, работающей по мокрому способу на газе, разработанная институтом ВИАСМ, действует по следующему принципу.

Регулятор Р1 стабилизирует давление газа и обеспечивает компенсацию колебаний его давления в сети. Регулятор Р2 поддерживает заданное соотношение между температурой зоны спекания и расходом газа. В качестве чувствительных элементов в нем используют радиационный пирометр, визированный с головки печи на футеровку или на материал в зоне спекания, и работающий на электронный потенциометр с реостатным датчиком, и расходометр газа с вторичным прибором. Регулируется открытие дроссельной заслонки, установленной перед газовой форсункой. Эта система связана с регулятором РЗ температуры материала в зоне кальцинирования так, что регулятор Р2 может только увеличивать подачу газа, если температура материала в зоне кальцинирования ниже заданной. Регулятор Р2 сблокирован с термомагнитным газоанализатором Д6 отходящих газов на кислород так, что при содержании в них кислорода ниже 0,8% регулятор не может увеличивать подачу газа, а при содержании кислорода 3% не может снизить ее.

Регулятор РЗ следит за температурой материала в зоне кальцинирования, действуя соответствующим образом на дроссельную заслонку в форсунке. Датчиком служит термопара, которая установлена в специальном, очищающемся при каждом повороте печи, кармане и измеряет температуру материала, характеризующую степень его подготовки. Регулятор Р4 синхронизирует частоту вращения и питание печи шламом с помощью устройства, включающего дифференциальный магнитный усилитель, к управляющим обмоткам которого подведено напряжение измерительных тахогенераторов, установленных на валах электродвигателей печи и шламового питателя. Этот регулятор настраивается по показаниям автоматизированного контрольного бачка, снабженного дистанционным секундомером.

В НИИЦементе разработана и в промышленных условиях проверена более простая и боле надежная схема регулирования вращающейся печи, в которой в качестве основной регулируемой величины принята температура материала на подходе к зоне кальцинирования. Для того, чтобы обеспечить эффективное сжигание топлива, в этой схеме принято регулирование расхода первичного воздуха по соотношению газ-воздух и корректирование расхода вторичного воздуха по содержанию кислорода в отходящих газах. [6]

...