Технологический процесс портландцемента по сухому способу

«Сухой» способ в цементном производстве: медленное воплощение

Производство портландцемента включает ряд технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая – это операции по производству клинкера (обожженная смесь известняка и глины), вторая – измельчение клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Получение клинкера – сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Доля клинкера в себестоимости портландцемента достигает 70-80 %.

Рис. 1. Динамика производства цемента всего и «сухим» способом, тыс. тонн.
Источник: ФСГС РФ, *прогноз ABARUS Market Research

Химический состав исходного сырья меняется в широких пределах, поэтому получение сырьевой смеси постоянного состава – сложная задача. Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов шихты с минимальными энергетическими затратами. Это послужило причиной появления трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного. При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии – шлама влажностью 30-50 %. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. Комбинированный способ может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18 % и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10-14 % воды и подают на обжиг в виде гранул диаметром 10-15 мм.

Рис. 2. Доля производства цемента «сухим» способом, %.
Источник: ФСГС РФ

Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации. Также при сухом способе сложнее обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Однако одно из важнейших преимуществ сухого способа – более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи в 2-3 раза более мощные, чем для производства мокрым способом. Таким образом, по общим технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40 %, уменьшение себестоимости продукции на 10 % и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50 %.

Рис. 3. Сезонность в производстве цемента в 2008–2010 годы, тыс. тонн.
Источник: ФСГС РФ, светло-зеленым цветом выделен прогноз ABARUS Market Research

Все эти возможности обусловили интенсивное распространение сухого способа в мировой цементной промышленности. Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья сухим способом с влажностью более 20-25 % связана с высокими расходами теплоты на сушку, и тогда данный способ теряет свои преимущества по экономичности.

В 2008 году общее производство цемента в России составило 53 500 тыс. тонн. Из этого объема сухим способом было произведено 7 300 тыс. тонн, то есть около 14 % от всего производства. До 2008 года этот процент составлял в среднем 12-13 %. В 2009 году общее производство цемента составило 44 300 тыс. тонн, по сухому способу – приблизительно 6 200 тыс. тонн. В 2010 году прогнозируется общее производство цемента на уровне 47 000 тыс. тонн, из них сухим методом – 6 600 тыс. тонн.

Рис. 4. Динамика производства цемента «сухим» способом по заводам, тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

Таким образом, видно, что сухой метод производства цемента в России постепенно расширяет свое присутствие, однако происходит это довольно медленно.

Цемент сухим способом производится следующими заводами:
• ОАО «Спасскцемент»
• ЗАО «Липецкцемент»
• ОАО «Сланцевский цементный завод «Цесла»
• ЗАО «Невьянский цементник»
• ОАО «Новоросцемент»
• ЗАО «Катавский цемент»
• ЗАО «Метахим» (Волховский цементный завод)
• ООО «Кузнецкий цементный завод»
• ОАО «Верхнебаканский цементный завод»
• ООО «Атакайцемент»
• ЗАО «Подгоренский цементник»
• ОАО «Камчатцемент»
• ОАО «Кузнецкий цементный завод»

В 2009 году возобновил работу Кузнецкий цементный завод, ранее закрытый из-за того, что его выбросы превышали норму. Глобальной модернизации оборудования на заводе не произошло, и экологические показатели производства остались практически прежними. Допустимых нормативов выбросов руководству предприятия удалось добиться при помощи очистных фильтров, установленных на печах после судебного иска, а также уменьшением объемов производства цемента в два раза. Благодаря этим изменениям количество выбросов сократилось более чем в четыре раза.

Рис. 5. Динамика производства цемента «сухим» способом по заводам, %.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

До 2008 года лидером по производству цемента сухим способом был завод «Липецкцемент», в 2001 году на его долю приходилось целых 40 % общего объема выпуска «сухого» цемента в стране. Однако позднее его начали теснить другие производители, несмотря на то, что объемы выпуска завода оставались стабильными. В 2008 году на первое место вышел «Спасскцемент», а на третье – Сланцевский цементный завод «Цесла», который еще в 2006 году занимал пятую позицию (см. рис. 5).

Рис. 6. Динамика производства цемента «сухим» способом ЗАО «Липецкцемент», тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

ЗАО «Липецкцемент»
Липецкий цементный завод введен в эксплуатацию в 1963 году. Среди предприятий цементной отрасли Липецкий цементный завод во многом был первопроходцем: именно здесь в 1973 году смонтировали и ввели в строй первую российскую линию по производству цемента сухим способом. Позднее, также впервые в стране, на заводе был установлен сепаратор, благодаря которому стало возможным выпускать повышенные марки цемента. Мощность завода составляет 1,6 миллиона тонн цемента в год. В 2004 году впервые в России введено в эксплуатацию тиристорное пусковое устройство для плавного пуска шаровых цементных мельниц. Липецкий цементный завод поставляет продукцию в Москву, Липецкую, Нижегородскую, Ростовскую, Московскую, Самарскую, Тамбовскую и ряд других областей, а также в Краснодарский край, республики Татарстан, Марий Эл, Дагестан, Удмуртия и др. В октябре 2003 года начаты поставки продукции в Азербайджан и Таджикистан.

Рис. 7. Динамика производства цемента «сухим» способом ОАО «Спасскцемент», тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

ОАО «Спасскцемент»
ОАО «Спасскцемент» находится в городе Спасске Приморского края, основано на базе двух цементных заводов – Новоспасского и Спасского, является одним из гигантов российской промышленности строительных материалов. В 1935 году Спасский цементный завод выпустил первую продукцию, а в 1976 году вошел в строй Новоспасский цементный завод. Общая производственная мощность составляет 3 127 тысяч тонн цемента в год. «Спасскцемент» – завод-гигант, в настоящее время является единственным производителем цемента в Приморском крае. ОАО «Спасскцемент» – предприятие полного цикла производства: от добычи и переработки сырья до производства нескольких видов цемента. В 2008 году предприятие выпустило 2 073 тыс. тонн цемента сухим способом. Наряду с продажей готовой конечной продукции – цемента, – предприятием осуществляется продажа его полуфабриката – клинкера.

Рис. 8. Динамика производства цемента «сухим» способом ОАО «Сланцевский цементный завод «Цесла», тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

ОАО «Сланцевский цементный завод «Цесла»
Выбор площадки под строительство завода в г. Сланцы обусловлен возможностью использования в качестве сырья для производства цемента отходов от переработки горючих сланцев, получаемых на соседнем предприятии (завод «Сланцы»). Строительство завода закончено в 1960 году. В начале 1990-х годов Сланцевский цементный завод оказался в очень тяжелом положении. В стране резко сократился спрос на цемент, а его постоянные потребители оказались неплатежеспособными. В течение 1996-1997 годов фирма «Альфа-цемент» выкупила контрольный пакет акций предприятия, и ЗАО «Цесла» было преобразовано в Открытое акционерное общество. Для вывода производства из кризиса была усилена маркетинговая работа, направленная на поиск новых потребителей, увеличен выпуск продукции и проведены мероприятия по усилению режима экономии. В результате проведенной работы существенно возросла выработка цемента. В 2001 году сменился собственник завода, и сегодня 95 % акций принадлежит холдингу Heidelbergcement Group, занимающему четвертое место в мире по производству цемента и других строительных материалов. С приходом нового собственника значительно улучшилось техническое, технологическое и финансовое положение завода. С 2001 года выпуск цемента на предприятии только возрастал, достигнув в 2008 году 912 тыс. тонн.

Рис. 9. Динамика производства цемента «сухим» способом ЗАО «Невьянский цементник», тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

«Невьянский цементник»
Невьянский цементный завод – старейший завод по выпуску цемента на Урале, построен в 1914 году. С 1987 цемент на предприятии производится сухим способом по лицензии японских компаний Onoda и Kawasaki. В 2003 году «Невьянский цементник» вошел в состав холдинга «Евроцемент груп». ЗАО «Невьянский цементник» – одно из самых современных предприятий цементной промышленности в стране. Технологическая линия представляет собой законченный цикл – от добычи, дробления сырья и приготовления сырьевой муки до обжига ее во вращающейся печи. В 2004 году завод стал первым заводом в Уральском регионе среди предприятий цементной промышленности и вторым предприятием в компании, разработавшим и внедрившим систему менеджмента качества на соответствие требованиям ИСО 9001-2001. В планах завода – сертификация и производство тампонажного цемента. Цемент поставляется в Удмуртию, ЯНАО, ХМАО, Тюменскую, Омскую, Пермскую, Челябинскую и Свердловскую области.

Рис. 10. Динамика производства цемента «сухим» способом ОАО «Новоросцемент», тыс. тонн.
Источник: ABARUS Market Research по данным ФСГС РФ

ОАО «Новоросцемент»
Продукция ОАО «Новоросцемент» более 125 лет известна на российском и международном рынках. В его структуру входят три цементных завода с законченным циклом производства: «Пролетарий», «Октябрь» и «Первомайский». ОАО «Новоросцемент» является одним из крупных российских производителей строительной продукции и основным поставщиком цемента в Краснодарском крае. Производственная мощность равна 4,1 млн тонн, что составляет 6 % цементных мощностей России. Численность персонала более 3 000 человек. Цементное сырье находится вблизи заводов. В 2007 году ОАО «Новоросцемент» стал лауреатом учрежденного Советом Федерации конкурса «100 лучших организаций России. Экология и экологический менеджмент» и за обеспечение экологической безопасности производства награжден Золотой медалью и дипломом. «Новоросцемент» приступил к реализации инвестиционного проекта по строительству технологической линии по сухому способу производства годовой производственной мощностью 2,2 млн тонн цемента. С пуском ее в эксплуатацию в 2011 году выпуск продукции увеличится в 1,5 раза. За рассматриваемый период выпуск продукции только увеличивался, составив 563 тыс. тонн в 2008 году.

В. ПЫЖОВ, аналитик агентства ABARUS Market Research

Источник

Как делают сухой цемент: мокрый и сухой способ производства цемента, технология

Сухой цемент представляет собой искусственное вещество, которое поставляется в формате порошка и используется в качестве вяжущего в процессе замешивания разного типа бетонных растворов. В момент смешивания с водой цемент провоцирует прохождение химической реакции с изменением структуры материала, который застывает и превращается в камень, обеспечивая монолиту должные характеристики прочности, стойкости, способности выдерживать механические нагрузки.

Состав цемента может быть разным, что напрямую зависит от вида вяжущего и возложенных на него функций, требуемых свойств материала. Классический цемент делают из клинкера (обожженные и спаянные в куски известняк и глина, взятые в определенной пропорции), смешанного с гипсом и различными минеральными добавками.

• Известь (оксид кальция) – около 60%.
• Кремниевый диоксид – до 20%.
• Алюминий (глинозем) – 4%.
• Гипс, оксиды железа – до 2%.
• Магния оксид – 1%.

Данное процентное соотношение актуально для портландцемента – самого распространенного вида материала. Пропорции могут меняться, в соответствии с классном и технологией производства цемента. Ввиду существования большого числа марок и видов цемента точного рецепта его производства (и химической формулы) не существует – тут все зависит от показателей минералогического состава.

Производство цемента осуществляется из клинкера – продукта обжига глины и известняка, взятых в пропорции 1:3. Клинкер представляет собой полуфабрикат для создания цемента. После обжига при высокой температуре (до 1500 градусов) клинкер мелко измельчают до гранул величиной около 6 сантиметров. Потом клинкер измельчают до порошкообразного вида, вводя различные добавки.

1. Гипс, который регулирует длительность схватывания.
2. Корректирующие добавки для улучшения определенных характеристик цемента (присадки, пластификаторы и т.д.).

В качестве основного исходного сырья в производстве цемента используют различные горные породы – карбонатного типа (могут быть с кристаллической либо аморфной структурой, определяющей уровень эффективности взаимодействия материала с остальными компонентами состава в процессе обжига) и осадочного происхождения (глинистое сырье с минеральной базой, которое при сильном увлажнении разбухает и становится пластичным, увеличиваясь в объеме; материал вязкий, применяется при производстве сухим способом).

Мокрая технология производства цемента

Производство цемента мокрым методом начинается так же, как и в любом другом случае: с добывания твердого известняка из карьеров, который потом дробят на куски разной величины. Потом куски измельчают в специальных дробильных агрегатах до тех пор, пока фракция известняка не будет равна максимум 8-10 миллиметрам.

Потом на завод доставляют глину из карьера, ее обрабатывают в вальцевых дробилках до тех пор, пока размер кусков не будет равен максимум 100 миллиметрам. Измельченную смесь глины отмачивают в болтушках до момента получения глиняного шлама влажностью в пределах 70%. Потом шлам отправляют в мельницу, где его смешивают и размалывают вместе с известняком.

Далее шлам, влажность которого находится уже на уровне 40%, отправляют в вертикальный бассейн, где осуществляется окончательный процесс корректировки. Данная операция чрезвычайно важна, так как именно тут формируется и обеспечивается правильная химическая формула состава шлама.

После проверки качества шлама его транспортируют для реализации последующих этапов: цементную массу из вертикального бассейна транспортируют в горизонтальный, где смесь хранят до того, как отправить в печь для обжига. Сырье в горизонтальном бассейне постоянно перемешивается механически с использованием сжатого воздуха. Это не позволяет шламу выпадать в осадок и дает возможность полностью гомогенизироваться.

Далее шлам отправляют на обжиг в печь, где он превращается в клинкер. Клинкерная основа, полученная в итоге, отправляется в промышленный холодильник и там охлаждается. Потом клинкер дробят, подают в емкости мельниц, повторно измельчают до состояния порошка.

В случае, когда процесс обжига шлама требует применения твердого топлива, необходимо позаботиться о строительстве дополнительного помещения (где будет храниться, готовиться уголь). Если технологическая схема производства цемента требует применения газообразного/жидкого топлива, процесс обжига клинкера упрощается.

На завершающем этапе производства цемент из бункеров мельниц направляют в специальные помещения, где он хранится. Здесь лаборанты исследуют качество продукции, определяют марку. Только по завершении проверки цемент может отправляться на упаковочные аппараты.

Преимущества

Рассматривая мокрый способ производства цемента, стоит учитывать его плюсы и минусы. Как и любой технологический процесс, данный обладает своими особенностями.

• Понижение технологических затрат на измельчение сырьевой базы – глина и мел прекрасно намокают в воде в бассейне при первичной обработке, в связи с чем измельчаются легче и проще.
• Транспортировка, усреднение, корректировка шлама осуществляются проще, безопаснее с точки зрения экологии, особенно в сравнении с аналогичными процессами при производстве цемента сухим способом.
• Намного меньше образуется пыли.
• Печи обжига по конструкции простые, надежные, обладают высоким коэффициентом использования пространства (варьируется в пределах 0.89-0.91).
• Есть возможность использовать в производстве компоненты с достаточно «пестрым» (разным) химическим составом, а также обеспечена хорошая гомогенизация шлама.

Недостатки

Недостатков в мокром методе производства цемента мало, но они есть и не учитывать их нельзя.

1. Высокий удельный расход тепловой энергии в процессе обжига сырья. Сырье, которое поступает для обжига, обладает в среднем влажностью до 45%. И для испарения влаги, правильного прогрева компонентов необходимо до 6800 кДж/кг тепловой энергии либо 35% тепловой мощности печи. В связи с такими расчетами часть обжиговой печи функционирует в качестве сушильного агрегата с последующими сложностями.
2. Высокий уровень материалоемкости печей для обжига наряду с не очень большой производительностью.

Сухая технология производства

Сухой способ производства цемента использует другую технологическую схему. Известняк и глина, которые добывают из карьера, дробятся и отправляются в сепараторную мельницу. Тут они смалываются, смешиваются, сушатся. Полученную смесь доставляют в смесительные аппараты, окончательно перемешивают с использованием сжатого воздуха. Сейчас же корректируется и химический состав цемента.

При применении глинистого компонента сырье подают для смешивания в шнеки, где частично увлажняют водой. Создаются прочные гранулы со влажностью максимум 14%, потом они поступают для обжига в печь.

Обжиг сырья при сухом методе может осуществляться в разных печах – в данном случае особое внимание обращают на приготовление сырья. А дальнейшие этапы производства сходны с мокрым методом.

Плюсы технологии

В сравнении с мокрым, сухой метод обладает некоторыми преимуществами, которые обязательно нужно учитывать при расчетах (когда планируется организовать бизнес по производству цемента, к примеру).

• Сравнительно невысокий удельный расход энергии тепла на обжиг клинкера – в пределах 2900-3700 кДж/кг.
• Объем печных газов меньше на 30-40%, их можно вторично применять для сушки сырья и значительно снизить энергозатраты на создание клинкера, уменьшить затраты на обеспыливание.
• Значительно меньшая металлоемкость печей для обжига при повышенной производительности в сравнении с мокрой технологией. Мощность печей при «сухом» методе составляет 3000-5000 тонн в сутки, что больше в 1-2 раза аналогичного оборудования мокрого метода.
• Нет необходимости в мощных источниках воды.

Минусы технологии

Несмотря на явные преимущества, есть у технологии и свои минусы.

• Значительно больше выделяется пыли, что усложняет соблюдение санитарных норм, правил охраны окружающего пространства.
• Сложность конструкции печей для обжига и их требовательность в плане колебаний химического состава сырья, его степени влажности, дисперсности.
• Сравнительно низкий коэффициент использования печей – где-то 0.7-0.8.

Отличия мокрой технологии производства от сухой

Обе технологии производства цемента обладают своими нюансами, плюсами и минусами. Но есть ключевые особенности, которые необходимо учитывать в первую очередь при планировании бизнеса и просчете расходов, прибыли. Главный недостаток мокрого метода производства цемента – существенная энергоемкость всего процесса, которая отражается соответствующим образом на цене конечного продукта в сторону повышения.

Сухая же технология менее экологична и опасна для окружающей среды, в связи с чем требует значительных расходов на устранение этого фактора. При этом, сам процесс производства обходится дешевле по всем пунктам, позволяет понизить цену конечного продукта.

Особенности полусухого способа

Полусухой метод производства цемента достаточно схож с сухим, но предполагает некоторые отличия. Фракция сырья, что проходит стадию гранулирования, равна примерно 10-20 миллиметрам, уровень влажности 11-16%. Сначала сырье обжигают в печах Леполь, потом создавшиеся гранулы отправляют в конвейерный кальцинатор.

Из печи выходят газы, проходящие сквозь гранулы, находящиеся на решетке. Таким образом сырье нагревается до 900 градусов, полностью высушиваясь в процессе. Такая термообработка способствует декарбонизации смеси примерно на 25-30%, что нужно для производства. После сырье отправляют в печь – это завершающий этап производства цемента.

Комбинированный метод производства

Данный способ базируется на подготовке компонентов сырья по мокрому методу, а вот их обжиг осуществляется по схеме полусухого метода. Шлам, полученный в сырьевой мельнице, обладает влажностью в диапазоне 30-45%, он отправляется в фильтр: тут обезвоживается до уровня влажности в 15-20%, потом сырье смешивают с пылью, влажность доводят до показателя в 12-14%.

На следующем этапе смесь отправляется на обжиг, который осуществляется в печах полусухого способа изготовления цемента. Все остальные операции ничем не отличаются от аналогичных этапов мокрого метода производства.

Подходящий метод производства цемента выбирают в соответствии с технологическими и технико-экономическими факторами – качеством и типом сырья, влажностью и однородностью смеси, наличием соответствующего оборудования, возможностей и т.д. В Москве заводы работают по всем трем схемам и поставляют на рынок цемент высокого качества.

Источник