Chłodniki klinkieru

Chłodnik klinkieru jest integralną częścią układu piecowego i ma decydujący wpływ na wskaźniki i oszczędności procesu obróbki termicznej. Chłodnik spełnia dwa zadania: (a) odzyskuje jak najwięcej ciepła z gorącego klinkieru (1450 C), które jest następnie zwracane do procesu oraz (b) obniża temperaturę klinkieru do poziomu odpowiedniego dla urządzeń w dalszej przeróbce.

Ciepło jest odzyskiwane przez podgrzewanie powietrza spalania dla podstawowego i wtórnego opalania, możliwie jak najbliżej granicy termodynamicznej. Jednakże jest to utrudnione przez wysokie temperatury, ekstremalne własności ścierne klinkieru oraz jego znaczną rozpiętość granulometryczną. Gwałtowne chłodzenie utrwala skład mineralny klinkieru poprawia jego mielność i optymalizuje reaktywność cementu.

Typowe problemy związane z chłodnikami to duże obciążenie cieplne, erozja, nieprawidłowy rozkład powietrza i słaba dyspozycyjność. Stosowane są obecnie dwa główne typy chłodników:

obrotowe i rusztowe.

Chłodniki obrotowe Chłodnik rurowy

Chłodnik rurowy działa na tej samej zasadzie co piec obrotowy, przy odwrotnym kierunku wymiany ciepła. Druga obrotowa rura, wyposażona w osobny napęd, instalowana jest u wylotu pieca, często w przeciwnym kierunku, tj. pod piecem. Po opuszczeniu pieca klinkier wpada do pośredniej głowicy, a stamtąd do chłodnika, który wyposażony jest w elementy podnoszące, rozpraszające materiał w strumieniu powietrza. Ilość chłodzącego powietrza jest określona wymaganą ilością powietrza do spalania. Oprócz prędkości obrotowej, na efektywność pracy chłodnika wpływa wewnętrzna zabudowa. Optymalizacja elementów podnoszących musi uwzględniać zarówno wymianę ciepła (efekt dyspersji), jak i zawrót pyłów do pieca.

Chłodnik planetarny (satelitarny)

Chłodnik planetarny (satelitarny) jest specjalnym typem chłodnika obrotowego. Składa się on z kilkunastu rur chłodzących, najczęściej 9 do 11, przytwierdzonych do płaszcza pieca przy jego wylocie. Gorący klinkier dostaje się do chłodnika przez kołowe otwory wlotowe w miejscach umocowania każdego z walczaków. Ilość chłodzącego powietrza jest określona wymaganiami powietrza potrzebnego do spalania paliwa; powietrze dopływa do walczaków od strony ich wylotu umożliwiając wymianę ciepła w przeciwprądzie. Podobnie jak w chłodnikach rurowych istotne są tutaj wewnętrzne elementy dla podnoszenia i dyspersji klinkieru. Parametry pracy tego chłodnika nie zmieniają się. Znaczne ścieranie oraz szoki termiczne w połączeniu z obiegiem pyłów oznaczają wysoką temperaturę końcową klinkieru i zazwyczaj nieoptymalny odzysk ciepła. Temperatura końcowa klinkieru może być obniżona tylko przez wtrysk wody do walczaków lub na płaszcz.

Ponieważ praktycznie nie jest możliwy odciąg powietrza trzeciego, chłodniki planetarne nie nadają się do układów z prekalcynacją. Jednakże możliwe jest wtórne opalanie w ilości do 25% paliwa wprowadzanego do komory wzniosowej pieca.

Chłodniki rusztowe

Chłodzenie w chłodnikach rusztowych osiąga się przez przejście strumienia powietrza od dołu do góry przez warstwę klinkieru (złoże klinkieru), leżącą na przepuszczającym powietrze ruszcie.

Stosuje się dwie metody transportu klinkieru w chłodniku: ruszt wędrowny oraz ruszt posuwisto-zwrotny (schodki z popychającymi krawędziami).

Ponieważ gorące powietrze ze strefy dochładzania nie jest wykorzystywane do spalania, można je używać do celów suszenia, np. surowców, dodatków do cementu lub węgla. Jeżeli nie wykorzystuje się go do suszenia, to jako powietrze odpadowe z chłodnika musi być należycie odpylone.

Chłodnik z rusztem wędrownym

W chłodnikach tego typu klinkier transportowany jest przez ruszt wędrowny. Ruszt ten ma podobne cechy konstrukcji co podgrzewacz rusztowy (Lepola). Powietrze chłodzące wdmuchiwane jest wentylatorami do komór podrusztowych. Zaletami tego rozwiązania są równomierne złoże klinkieru (brak stopni) oraz możliwość wymiany płyt bez zatrzymywania pieca. Z uwagi na

skomplikowany mechanicznie układ i stosunkowo niski odzysk ciepła, wynikający z ograniczenia grubości warstwy klinkieru (spowodowanego trudnością zapewnienia efektywnego uszczelnienia między rusztem a ścianami), konstrukcję tę zaprzestano stosować w nowych instalacjach około roku 1980.

Chłodnik z rusztem posuwisto-zwrotnym, konwencjonalny

Transport klinkieru w chłodnikach z rusztem posuwisto-zwrotnym dokonuje się przez schodkowy, popychający ruch przednich krawędzi ruchomych rzędów płyt. Względny ruch przednich krawędzi wytwarzany jest przez napęd hydrauliczny lub mechaniczny (wały korbowe) powiązany z co drugim rzędem płyt. Przesuwa się jedynie klinkier od wlotu do wylotu, ale nie ruszt.

Płyty rusztu wykonane są z żaroodpornych odlewów staliwnych zwykle o szerokości 300 mm i zaopatrzone w otwory przepuszczające powietrze.

Powietrze chłodzące jest wdmuchiwane wentylatorami o sprężu 300-1000mm H2O przez komory umieszczone pod rusztem. Komory te oddzielone są przegrodami w celu utrzymania właściwego rozkładu ciśnień. Wyróżnia się dwie strefy chłodzenia:

- strefa odzysku ciepła, z której gorące powietrze jest wykorzystywane do spalania paliwa w palniku głównym (powietrze wtórne) oraz w kalcynatorze (powietrze trzecie);

- strefa dochładzania, gdzie dodatkowe powietrze schładzające chłodzi klinkier do niższych temperatur.

Największe z używanych obecnie jednostek mają powierzchnię aktywną około 280 m² i chłodzą 10000 ton klinkieru na dobę. Typowe problemy związane z tymi chłodnikami to segregacja i nierównomierny rozkład klinkieru, prowadzące do zaburzeń bilansu powietrze-klinkier, fluidyzacji drobnego klinkieru (czerwona rzeka), tworzenia się narostów (bałwany) oraz krótszej żywotności płyt rusztowych.

Chłodnik z rusztem posuwisto-zwrotnym, nowoczesny

Wprowadzenie i rozwój nowoczesnych chłodników posuwisto-zwrotnych klinkieru miało miejsce około 1983 roku. Celem tej konstrukcji było wyeliminowanie problemów związanych z konwencjonalnymi chłodnikami, czyniąc dalszy krok na drodze do optymalizacji wymiany ciepła, a także bardziej zwartej konstrukcji zużywającej mniej powietrza chłodzącego i mniejszych układów odpylania.

Kluczowe cechy nowoczesnej technologii chłodzenia klinkieru to (w zależności od dostawcy):

- nowoczesne płyty rusztowe o zmiennym lub stałym spadku ciśnienia, przepuszczalne dla powietrza ale nie dla klinkieru,

- wymuszona aeracja płyt poprzez kanały i belki, - indywidualnie regulowane strefy podmuchu, - stały ruszt wlotowy,

- szersze płyty, mniejsza ilość, - kruszarka walcowa, - ekrany cieplne.

Chłodniki pionowe

Niepylący dodatkowy chłodnik zwany chłodnikiem grawitacyjnym (G-cooler) opracowano dla instalowania za chłodnikami planetarnymi lub krótkimi chłodnikami rusztowymi. Powietrze

chłodzące nie styka się tutaj w ogóle z klinkierem, ponieważ wymiana ciepła jest spowodowana ruchem w dół klinkieru poprzez poprzecznie rozmieszczone w złożu stalowe rury, przez które z kolei tłoczone jest powietrze chłodzące.

1.2.5 Przemiał i magazynowanie cementu