Уголь для производства цемента

Обновлено: 12.05.2024

Запасы нефти и природного газа в недрах земли истощаются, что приводит к росту их стоимости. Разведанные запасы твердого топлива, в первую очередь каменного и бурого угля, способны удовлетворять потребности в нем более длительный период времени. Поэтому и стоимость твердого топлива более стабильна, а его применение для выпуска цемента перспективно.

В мире на данном этапе более 80 % цемента производится с использованием угля и топливосодержащих отходов. Так, к концу ХХ столетия в странах Западной Европы на долю углей и высокосернистого мазута приходилось 97 % и лишь 3 % – на природный газ (табл. 1).

В настоящее время в немецкой цементной промышленности более 15 % первичного топлива заменено вторичным, использование которого, к примеру, на цементном заводе Феникс в Вест­фалии (ФРГ) приближается к 90 %. Это стимулируется определенными доплатами, получаемыми при переходе на вторичное топливо, и дает возможность производить цементный клинкер с теплотехнической точки зрения бесплатно.

Основным технологическим топливом белорусских цементных заводов является природный газ, резервным – мазут.

С ростом цен на газ необходимость решения проблемы топливозамещения на цементных заводах республики становится все более актуальной. Проведенные УП “НИИСМ” расчеты показали, что при цене на природный газ более 130–140 USD/1 тыс. м3 перевод цементных заводов на твердое топливо может быть эффективным.

При ожидаемой к 2009 г. для Республики Беларусь цене на газ 210–230 USD/1 тыс. м3 стоимость 1 кг условного топлива при сжигании газа в печах окажется в два раза выше, чем при сжигании твердого топлива.

Обладая незначительными запасами топливноэнергетических ресурсов, Беларусь вынуждена большую их часть импортировать. Следовательно, целесообразность использования отработанных шин, лигнина, горючих бытовых и других промышленных отходов в качестве топлива возрастает (табл. 2).

Увеличение доли потребления вторичных местных видов топлива в республике возможно при решении вопросов его централизованной поставки на заводы и стимулирования потребления с учетом опыта европейских стран.

Что касается использования угля и альтернативного топлива в производстве цемента, здесь имеются как преимущества, так и недостатки:

– зола, образующаяся при сжигании угля, соединяется с обжигаемым клинкером, поскольку близка к нему по своему химическому составу, что уменьшает расход сырья на 2–3 %. Теоретическая температура горения при сжигании угольного топлива выше по сравнению с газообразным, поэтому его использование приведет к снижению расхода отходящих газов;

– строительство углеподготовительного отделения включает приемку, транспортировку, помол с сушкой, накопление и дозирование, что усложняет технологию производства цемента и увеличивает капитальные затраты по сравнению с применением газообразного топлива;

– взрывоопасность углей и пылеугольного топлива потребует принятия защитных мер (СО2, вода, датчики);

– с увеличением выбросов по NOх и SOх, поскольку с термическими оксидами азота образуются топливные оксиды азота и серы, понадобится дополнительная система очистки. Как показала практика на печах сухого способа производства цемента (линия Лафарж, завод Роберта, США), выбросы по NOх и SOх находятся в пределах допустимых: NOх – 415 мг/нм3; SOх – 25 мг/нм3 (табл. 3).

Планируемый перевод цементных заводов Республики Беларусь на угольное топливо потребует использования валковых мельниц. С их помощью, как показали исследования немецких ученых [3] (табл. 4), удельные энергозатраты на помол угля снижаются на 20–50 % по сравнению с шаровыми мельницами. Кроме того, максимально оптимизируются процессы подготовки и сжигания различных видов и смесей топлива.

Потребность цементных заводов Республики Беларусь в валковых мельницах: ОАО “Красносельскстройматериалы” – 1 мельница (с учетом реконструкции печи № 3); ПРУП “Кричевцементношифер” – 1 мельница (для 3 клинкерных печей); ПРУП “Белорусский цементный завод” – 2 мельницы производительностью 40 т/ч (с учетом строящейся новой линии).

Использование в качестве источника энергии утилизации старых автомобильных покрышек планируется в ОАО “Красносельскстройматериалы” и ПРУП “Белорусский цементный завод”. Для осуществления данного процесса также необходимы соответствующий уровень механизации приема, сортировки и подачи на печной агрегат, а также учет загружаемых шин для корректировки технологических параметров процесса обжига клинкера.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что перевод цементных заводов Республики Беларусь с газообразного топлива на уголь и альтернативные виды топлива (отработанные автомобильные шины) целесообразен.

1. Черноусов С.В. Энергетика Беларуси смотрит в будущее // Энергоэффективность. 2006. № 1. С. 5–8.

2. Сеймур Д., Шурек Дж. Новый завод Роберта: Самая большая печная линия Lafarge в Северной Америке // Цемент и его применение. 2005. № 4. С. 21–24.

3. Юнг О. Снижение производственных затрат путем использования альтернативного топлива и энергосберегающих мельниц // Цемент и его применение. 2004. № 4. С. 31–35.

Цемент сделан из смеси карбоната кальция (известняка), кварца, окиси железа и глинозема. Высокотемпературная печь, в основном питаемая углем, нагревается, до температуры 1450°C, преобразовывая приготовленную смесь путем частичного таяния в вещество, известное как шлак. Этот серый подобный гальке материал получает свойства присущие цементу. После чего шлак, землю и гипс измельчают в порошок и смешивают. получая цемент.

Уголь используется в качестве источника энергии в цементном производстве. Для производства цемента требуется большое количество энергии. Печи обычно жгут уголь в форме порошка и потребляют приблизительно 450 г угля для производства 900 г цемента.

Продукты сгорания угля, такие как пепел также играют важную роль в изготовлении цемента и в строительной промышленности вцелом.

Продукты сгорания угля - побочные продукты, произведенные от сжигаемого угля на электростанциях.

Пепел используется для добавления к цементу в бетоне или его полной замене. В США, например, более чем половина произведенного бетона смешана с пеплом.

Среди самых существенных экологических преимуществ использования пепла по сравнению с обычным цементом то, что выделение углекислого газа в атмосферу может быть значительно снижено. Одна тонна пепла, используемого для изготовления тонны портлендского цемента (наиболее распространенный тип цемента во всем мире), предотвращает одной тонне углекислого газа выйти в атмосферу земли. Пепел не требует энергоемкого процесса обжигания, требуемого портлендским цементом.

Использование продуктов сгорания угля понижает выброс углекислого газа, уменьшает потребность в месте для отходов, и избавляет от необходимости использовать основное сырье. Продукты сгорания угля, как ожидается, продолжат играть главную роль на этом конкретном рынке. Их применение в производстве других строительных изделиях, как также ожидается, вырастет, поскольку такое строительство становится более дальновидным, и все больше архитекторов, и владельцев зданий понимают выгоду использования продуктов сгорания угля.

Компания МИРТРАНС предлагает следующие услуги: перевозка тяжеловесных грузов железнодорожным, авиационным, автомобильным и морским транспортом. выдача разрешений (разовое и на конкретный срок), таможенные услуги, страхование и охрана грузов. Подробная информация и контакты на сайте фирмы.

Цементные заводы в качестве твердого топлива применяют в основном различные каменные угли и антрациты. Некоторые заводы, расположенные в районах с большими запасами горючих сланцев, используют последние в качестве топлива, в частности в Эстонской ССР, Ленинградской, Куйбышевской и Саратовской областях. Имеется опыт применения для обжига клинкера коксовой мелочи, образующейся при изготовлении кокса для металлургической промышленности.

Требования, предъявляемые к топливу для обжига клинкера в шахтных и вращающихся печах, различны. Для обжига во вращающихся печах топливо должно отличаться средним содержанием летучих (10—30%), что определяет длину зоны обжига. В шахтных печах могут быть использованы только короткопламенные угли с низким содержанием летучих (не более 7%).

Для цементной промышленности применяют следующие виды угля:

каменные угли: Д — длиннопламенный, Г — газовый, ПЖ — паровично-жирный, К — коксовый, ПС—-паровично-спекающийся, Т — тощий;

антрациты в зависимости от размера кусков: АП — антрацит плиточный (размер кусков более 100 мм); АК — антрацит кулак (50—100 мм), АО — антрацит орех (25—50 мм), AM — антрацит мелкий (13—25 мм), АС — антрацит семечко (6— 13 мм), АШ — антрацит штыб (мелочь, менее 6 мм), APLLI — антрацит рядовой (несортированный) со штыбом (менее 100 лш);

бурые угли: БК — бурый крупный (размер кусков более 50 мм), БО — бурый орех (25—50 мм), БМ — бурый мелкий (менее 20 мм), БР — бурый рядовой (несортированный).

Современная цементная промышленность применяет угольное топливо в измельченном виде. Степень измельчения принимается в зависимости от способа сжигания топлива (в шахтных или вращающихся печах), а также в зависимости от содержания в топливе летучих.

При обжиге во вращающихся печах топливо применяют в тонкоизмельченном состоянии, в виде пыли. Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) находился в пределах 9—12% по весу. При этом более грубый помол (близкий к 12%. остатка) должен быть у топлива с бол^е высоким содержанием летучих, а более тонкий — с низким содержанием летучих. Это требование исходит из условия преждевременной газификации топлива при подаче его в топочное пространство. Чем крупнее зерна топлива, тем относительно меньшее количество его успеет газифицироваться до момента воспламенения.

Однако если крупность помола топлива окажется значительной и не соответствующей содержанию летучих, зерна топлива не успеют сгореть при своем полете и будут падать на клинкер, догорая на нем и удаляясь из печи в несгоревшем состоянии. В результате снижается температура факела горения, повышается расход топлива и снижается качество клинкера.

Крупность измельчения топлива для шахтных печей должна находиться в пределах от 0,1 до 0,5 размера кусков (гранул) загружаемого материала. Нижний и верхний пределы размера зерен топлива также определяются содержанием в нем летучих.

Важнейшим показателем топлива, определяющим производительность печи, расход тепла на обжиг и качество обжига клинкера, является теплотворная способность. Для вращающихся печей твердое топливо должно иметь низшую теплотворную способность не менее 5500 ккал/кг. Применяемое для шахтных печей короткопламенное топливо имеет, как правило, высокую теплотворную способность — до 6500—7200 ккал/кг.

Среди разнообразия каменных углей только незначительная часть их удовлетворяет необходимым требованиям. Для получения топлива с определенными свойствами применяют смешанное топливо, состоящее из двух, а иногда трех видов углей. В 12 приводятся некоторые составы шихты топлива для вращающихся печей.

Наряду с приведенными требованиями топливо должно иметь и низкую влажность, так как с увеличением влажности уменьшается количество полезно используемого тепла.

Значительная часть тепла при этом затрачивается на испарение влаги. Топливо для вращающихся печей обычно применяют с влажностью до 2°/о;-

Сжигают пылеугольное топливо в распыленном состоянии.

Смотрите также:

Бурый уголь содержит до 50% золы и 20% влаги, в связи с чем является топливом невысокого качества.
Во всех печах твердое топливо (дрова, различные виды каменного угля, антрацит, кокс и др.) сжигается на колосниках слоевым способом, с периодической.

Ископаемый уголь можно разделить на три группы: бурый уголь, каменный уголь и антрацит.
Методом полукоксования пользуются также для получения из низкосортного твердого топлива значительного количества высокоценных побочных продуктов.

Угли ископаемые классифицируют по типам: бурые, каменные, антрациты.
Несгоревшая часть твердого топлива образует очаговые остатки, к-рые в общем случае включают золу и шлак топливный.

Во всех печах твердое топливо (дрова, различные виды каменного угля, антрацит, кокс и др.) сжигается на колосниках слоевым способом, с периодической .

Большое значение для экономичной работы печи имеет качество твердого топлива. Согласно стандартам для коммунально-бытовых нужд выделяют в основном каменные угли (марок Д, Г, Ж, К, Т и др.), а также бурые угли и антрациты.

твердое топливо — дрова, торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы; жидкое топливо — нефть, нефтепродукты; газообразное топливо — природный газ, биогаз, попутный газ.

Каменный уголь — топливо более ценное, чем бурый уголь.
Во всех печах твердое топливо (дрова, различные виды каменного угля, антрацит, кокс и др.) сжигается на колосниках слоевым способом, с периодической ..

Антрацит кокс уголь. особенности процессов сгорания твердого . Во всех печах твердое топливо (дрова, различные виды каменного угля, антрацит.
Бурый уголь. Антрацит. Топливо из угля.

УГЛИ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА ДЛЯ ЦЕМЕНТНЫХ И ИЗВЕСТКОВЫХ ПЕЧЕЙ И ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧА

Coals of the Far East for cement and lime furmaces and production of brick. Specification

Дата введения 2015-01-01

Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-97 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации Российской Федерации ТК 179 "Твердое минеральное топливо", Открытым акционерным обществом "Сибирский научно-исследовательский институт углеобогащения" (ОАО "СибНИИуглеобогащение")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол от 18 октября 2013 г. N 60-П)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по
МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 2022-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32355-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2015 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ВТОРОЕ ИЗДАНИЕ (январь 2015 г.) на основе обновленной электронной версии, предоставленной разработчиками стандарта

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на бурые и каменные угли Дальнего Востока, предназначенные для цементных и известковых печей и производства кирпича (обжига кирпича и в качестве компонента глиняной шихты).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ ISO 589-2012* Уголь каменный. Определение общей влаги

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52911-2013 Топливо твердое минеральное. Определение общей влаги

ГОСТ 1137-64 Угли бурые, каменные, антрацит, сланцы горючие и брикеты угольные. Правила приемки по качеству

ГОСТ ISO 1171-2012* Топливо твердое минеральное. Определение зольности.

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 55661-2013 (ИСО 1171:2010) Топливо твердое минеральное. Определение зольности

ГОСТ 1817-64 Угли бурые, каменные, антрацит, сланцы горючие и брикеты. Метод приготовления сборных проб

ГОСТ 2093-82 Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава

ГОСТ 8606-93 (ИСО 334:1992) Топливо твердое минеральное. Определение общей серы. Метод Эшка

ГОСТ 9326-2002 (ИСО 587:1997) Топливо твердое минеральное. Методы определения хлора

ГОСТ 9815-75 Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Метод отбора пластовых проб

ГОСТ 10742-71 Угли бурые, каменные, антрациты, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний

ГОСТ 11014-2001 Угли бурые, каменные, антрациты и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги

ГОСТ 11055-78 Угли бурые, каменные и антрацит. Радиационный метод определения зольности

ГОСТ 11223-88 Угли бурые и каменные. Метод отбора проб бурением скважин

ГОСТ 17070-87 Угли. Термины и определения

ГОСТ 17321-71 Уголь. Обогащение. Термины и обозначения

ГОСТ 19242-73 Угли бурые, каменные и антрацит. Классификация по размеру кусков

ГОСТ 22235-2010 Вагоны грузовые магистральных железных дорог колеи 1520 мм. Общие требования по обеспечению сохранности при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ

ГОСТ 25543-2013 Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам

ГОСТ 28663-90 Угли бурые (Угли низкого ранга). Кодификация

ГОСТ 30313-95 Угли каменные и антрациты (Угли среднего и высокого рангов). Кодификация

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 17070 и ГОСТ 17321.

4 Технические требования

4.1 Для цементных и известковых печей и производства кирпича предназначены угли марок Б (1Б, 2Б), Д, ДГ, Г, Т, СС по ГОСТ 25543 с размерами кусков по ГОСТ 19242.

4.2 По показателям качества и размеру кусков угли должны соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели качества углей для цементных и известковых печей и производства кирпича

Высокая энергоемкость цемента и извести связана с природными свойствами сырья – высокая естественная влажность и низкая прочность, что и предопределило в свое время выбор способа производства. Если влажность сырья при разработке существующих месторождений принципиально не изменяется, то используемые технические решения и оборудование претерпели значительные изменения.

В Республике Беларусь цемент производится на трех предприятиях: ОАО «Красносельскстройматериалы», ПРУП «Кричевцементношифер» и ПРУП «Белорусский цементный завод». Динамика выпуска и потребления цемента представлена на рис. 3.


Рис. 3. Производство цемента на цементных заводах Республики Беларусь

В Беларуси цемент производится двумя способами: мокрым – на цементных заводах в Волковыске и Кричеве и сухим – на Белорусском цементном заводе в Костюковичах. Средний расход топлива на тонну клинкера при изготовлении мокрым способом составил 210 кг у.т., сухим – 183,9 кг у.т. (по данным 2006 г.).

В то же время затраты электрической энергии при сухом способе производства по сравнению с мокрым выше в 1,73 раза (188,7/109). Как следствие, суммарные затраты энергии (топливо + электроэнергия) на цементном заводе в Волковыске несколько ниже, чем на БЦЗ (в 2006 г. – на 4 кг у.т.), однако затраты на единицу продукции невозобновляемого топлива здесь выше на 18 кг у.т. В целом на долю цемента, как указывалось выше, приходится 37,4 % всего объема энергоносителей, потребляемых в производстве стройматериалов.

На основе анализа уровня производства цемента в республике, эффективности технических решений и используемого оборудования, принято решение о модернизации цементной промышленности. Министерством архитектуры и строительства Республики Беларусь разработана Программа развития цементного производства до 2010 г., предусматривающая переход на сухой способ с использованием новейших мировых достижений, что позволит экономить 25–30 % энергоресурсов.

Вторым направлением экономии невозобновляемых видов топлива является применение топливосодержащих отходов при обжиге цементного клинкера, как это делается в мире, когда используется все, что горит. Таким образом, можно замещать основное топливо на 20–40 %.

На ПРУП «Кричевцементношифер» и в ОАО «Красносельск-стройматерилы» успешно внедрен новый процесс сжигания автомобильных покрышек, который не только утилизирует вторичное сырье, но до 10 % замещает расход основного топлива.

Особенности этого процесса заключаются в том, что составляющие автомобильных покрышек пригодны в качестве корректирующих добавок в цемент. Таким образом, при их использовании не остается каких-либо отходов. Дальнейшее увеличение установленного объема их потребления невозможно, т.к. отрицательно скажется на качестве конечной продукции.

На двух цементных заводах в Волковыске и Костюковичах идут работы по подготовке сжигания изношенных шин при обжиге клинкера.


Рис. 4. Установка по утилизации изношенных автомобильных покрышек во вращающейся печи обжига клинкера в ОАО «Красносельскстройматериалы»

Туровский. Л., Волоткович. Д. Проблемы перевода цементных заводов с природного газа на уголь и альтернативные виды топлива / Архитектура и строительство. - № 9. – 2007. – С.56 – 57.

Третье направление по снижению энергозатрат при производстве цемента – переход с природного газа на каменный уголь. Использование угля не снижает удельные расходы условного топлива, но на данном этапе уменьшает общие затраты на производство единицы продукции. Если при производстве лицевого кирпича, плитки, строительного стекла, сортовой посуды, фарфоро­фаянсовых и сантехнических изделий уголь применять нельзя из-за присущей ему зольности, то в производстве цемента использование угля не вызывает никаких отрицательных последствий для качества продукции, поскольку зола является компонентом цементносырьевой смеси. С учетом данного обстоятельства, а также доли затрат топлива, расходуемой на выпуск цемента, основные усилия в настоящее время направлены на перевод технологического оборудования цементной отрасли на каменный уголь.

В мире на данном этапе более 80% цемента производится с использованием угля и топливосодержащих отходов. Так, к концу ХХ столетия в странах Западной Европы на долю углей и высокосернистого мазута приходилось 97 % и лишь 3 % - на природный газ (таблица 1).

Анализ структуры топливо потребления в цементной промышленности мира

Страна - производитель Доля вида топлива при производстве цемента, % (по данным на 1989 г.)
уголь мазут газ
Дания
Финляндия
Германия
Франция
Италия
Люксембург
Норвегия
Португалия
Испания
Швеция
Швейцария
Турция
Англия

Основным технологическим топливом белорусских цементных заводов является природный газ, резервным – мазут.

Проведенные УП «НИИСМ» расчеты показали, что при цене на природный газ более 130-140 USD /1 тыс. м 2 перевод цементных заводов на твердое топливо может быть эффективным.

При цене на газ 210-230 USD /1 тыс. м 2 стоимость 1 кг условного топлива при сжигании газа в печах в два раза выше, чем при сжигании твердого топлива.

Перевод цементных заводов на угольное топливо потребует использования валковых мельниц. С их помощью удельные энергозатраты на помол угля снижаются на 20-50% по сравнению с шаровыми мельницами. Кроме того, максимально оптимизируются процессы подготовки и сжигания различных видов и смесей топлива.

В этих условиях возрастает целесообразность использования шин, лигнина, горючих бытовых и других промышленных отходов в качестве топлива.

Читайте также: