xử lý khí thải nhà máy xi măng

Hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nên nhu cầu về xây dựng cở sở vật chất kỹ thuật, cơ sở hạ tầng cho các khu công nghiệp, xây dựng đường giao thông, nhà ở và các công trình khác tăng lên rõ rệt. Do đó nhu cầu về nguyên vật liệu xây dựng đặc biệt là nhu cầu về xi măng tăng cao.Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng. Xi măng đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng. Theo những dự đoán thì xi măng vẫn là chất kết dính chủ lực trong thế kỷ tới.Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động sản xuất ngành công nghiệp xi măng cũng thải ra nhiều chất ô nhiễm gây hại cho con người và môi trường sống. Công nghệ sản xuất xi măng chủ yếu sử dụng nhiên liệu như: than, dầu…để cấp nhiệt cho các quá trình nung lò trong quá trình sản xuất. Trong các loại nhiên liệu này có chứa các thành phần như C, S, N…khi đốt sẽ sinh ra các khí độc hại: CO, NOx, SO2…các khí này khi phát thải sẽ gây ảnh hưởng tới môi trường không khí.Hơn thế nữa hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí chủ yếu là do các khí CO, SO2, NOx…tạo ra đã gây ra nhiều hậu quả nặng nề và gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người và động thực vật trong đó quá trình nung clinker trong công nghệ sản xuất xi măng cũng là một nguyên nhân gây phát thải các khí độc hại gây ô nhiễm môi trường không khí. Do đó việc xử lý khí thải phát sinh trong quá trình đốt nhiên liệu cấp cho lò nung là hết sức quan trọng và cần thiết. Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xử lý các khí thải độc hại này tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ xử lý phụ thuộc vào điều kiện thực tế và công nghệ sử dụng trong quá trình sản xuất.Hiện nay, công nghệ sản xuất xi măng chủ yếu gồm 2 phương pháp là công nghệ sản xuất xi măng lò đứng và lò quay. Trong khuôn khổ bài tập lớn môn học chúng em xin được tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng lò quay và lựa chọn phương pháp, dây chuyền xử lý khí thải lò nung clinker sử dụng công nghệ sản xuất xi măng lò quay với công suất 4000 tấn clinkerngày.II. Tổng quan về xi măng1.Tình hình phát triển công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới 1Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng, tuy nhiên các nước có ngành công nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giới thuộc về Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước như khu vực Đông Nam Á là Thái Lan và Indonesia, Việt Nam.Nhu cầu về tiêu thụ xi măng trên toàn cầu không ngừng tăng lên. Từ năm 1950 cho đến nay, sản lượng xi măng liên tục tăng cùng với sự phát triển trong công nghệ sản xuất xi măng. Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng năm 3,6% năm nhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu vực trên thế giới: (nhu cầu các nước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á bình quân 5%năm, các nước phát triển xấp xỉ 1%năm.Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua phải kể đến: Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Braxin, Iran, Mê hy cô, Thổ Nhĩ Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức....2.Tình hình phát triển công nghệ sản xuất xi măng ở Việt Nam 1Xi măng là một trong những cơ sở công nghiệp được hình thành và phát triển sớm nhất ở Việt Nam (cùng với các ngành than, dệt, đường sắt)... Ngành công nghiệp xi măng của Việt Nam đã trải qua hơn 100 năm xây dựng và phát triển, bắt đầu từ Nhà máy xi măng Hải Phòng được thành lập năm 1899 với nhãn mác con Rồng Xanh, Rồng Đỏ đã có mặt tại Hội chợ triển lãm Liege (Pháp) năm 1904 và hàng vạn tấn xi măng Hải Phòng đã có mặt trên thị trường tiêu thụ ở các nước như vùng Viễn đông, Vladivostoc, Java (Indonesia), Hoa Nam (Trung Quốc), Singapore...Từ năm 1991 đến nay là giai đoạn phát triển mạnh nhất của ngành xi măng Việt Nam. Sau 19 năm, tổng công suất thiết kế đã gấp 13 lần và Việt Nam trở thành nước đứng đầu khối ASEAN về sản lượng xi măng. Năm 2012, tổng công suất thiết kế các nhà máy xi măng đạt 68,5 triệu tấn, năng lực sản xuất 63 triệu tấn, về cơ bản cung đã vượt cầu.Hiện nay có 46 doanh nghiệp tham gia sản xuất và kinh doanh trong ngành xi măng, với tổng công suất lên đến 68,5 triệu tấnnăm, trong đó gồm có: 68 dây chuyền lò quay với tổng công suất thiết kế 67.,32 triệu tấnnăm và 13 dây chuyền xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế 1,18 triệu tấnnăm.Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đều giữa các khu vực. Hầu hết các nhà máy tập trung nhiều tại miền Bắc nơi có vùng nguyên liệu đầu vào lớn, trong khi đó các nhà máy lớn phía Nam rất hạn chế. Do đó nguồn cung xi măng ở phía Bắc thì dư thừa trong khi miền Nam lại thiếu hụt.3.Các loại sản phẩm xi măng chính 2Hiện nay trên sản phẩm xi măng trên thị trường có nhiều loại, tuy nhiên thông dụng trên thị trường Việt Nam gồm hai loại sản phẩm chính: Xi măng Portland: chỉ gồm thành phần chính là clinker và phụ gia thạch cao. Ví dụ: PC 30, PC 40, PC 50. Clinker xi măng được sản xuất với thành phần chủ yếu gồm CaO liên kết với các oxit axit : CaO: 59 – 67%; SiO2: 16 – 26%; Al2O3: 4 – 9%; Fe2O3: 2 – 6%; MgO: 0.3 – 3%. Ngoài ra trong clinker còn chứa một hàm lượng nhỏ các oxit axit như TiO2 < 0.5%, R2O 85% và MgCO3< 5%. Thông thường các nhà máy xi măng ở nước ta đều sử dụng đá vôi có hàm lượng CaCO3= 90 – 98 % ( CaO = 50 – 55%), MgO < 3% và ôxít kiềm không đáng kể.Đá vôi sau khi khai thác được đập sơ bộ bằng máy đập hàm sau đó được chuyển vào máy đập búa để đạt kích thước thích hợp 5 25 mm. Đá vôi sau đó sẽ được chuyển về kho chứa và đồng nhất bằng hệ thống vận chuyển. Đất sét là là nguyên liệu chiếm thứ 2 trong sản xuất xi măng. Theo TCVN 6071:1996, hỗn hợp nguyên liệu sét dùng đểsản xuất xi măng phải có hàm lượng các ôxít trong khoảng sau: SiO2= 55 ÷ 70%, Al2O3= 10 ÷ 24%, K2O + Na2O ≤ 3%. Các nhà máy xi măng ở nước ta hầu hết đều sử dụng đất sét đồi có hàm lượng SiO2=58 ÷66%, Al2O3= 14 ÷ 20%, Fe2O3= 5 ÷ 10 %, K2O+Na2O = 2 ÷ 2,5%. Ngoài sét đồi, ở một số nơi có thể sử dụng sét ruộng hoặc sét phù sa. Những loại sét này thường có hàm lượng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn, nên phải có nguồn phụ gia cao silic để bổsung SiO2. Việc này trở nên khó khăn hơn khi yêu cầu sản xuất xi măng hàm lượng kiềm thấp.Đất sét được đập nhỏ bằng máy cán trục. Sau đó việc gia công lại tùy thuộc vào công nghệ sản xuất. Với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp ướt: Đất sét sau khi được đập nhỏ được cho vào máy bừa bùn, bùn ra có độ ẩm khoảng 60 70% được đưa vào bể chứa chuẩn bị đưa vào máy nghiền cùng đá vôi. Với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô: Đất sét được đập sơ bộ bằng máy cán trục hoặc máy thái đất sau đó được vận chuyển vào kho chứa và đồng nhất bằng hệ thống vận chuyển. 2.2 Nghiền phối liệu Quá trình nghiền phối liệu nhằm mục đích nghiền mịn đồng thời tăng độ đồng nhất của hỗn hợp phối liệu. Sau khi gia công nguyên liệu sơ bộ, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, hỗn hợp phối liệu được nghiền mịn trong các máy nghiền, đồng thời kết hợp với việc đồng nhất hoá hỗn hợp phối liệu. Với mỗi phương pháp sản xuất khác nhau, quá trình nghiền mịn, khuấy trộn và điều chỉnh hỗn hợp phối liệu lại có quy trình thích ứng khác nhau. Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô: đá vôi và đất sét được đồng nhất hoá sơ bộ trong kho đồng nhất bằng thiết bị rải đổ. Sau đó, hỗn hợp nguyên liệu và phụ gia điều chỉnh được định lượng để cho vào máy sấynghiền. Hệ thống này có thể là máy sấynghiền bi liên hợp hoặc máy sấynghiền đứng liên hợp. Hỗn hợp được nghiền mịn đồng thời tăng độ đồng nhất của hỗn hợp phối liệu. Bột liệu đạt độ mịn được vận chuyển lên silo chứa. Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp ướt: đá vôi, đất sét và phụ gia được nghiền trong máy nghiền bi thành bùn nhão, sau đó mới được bơm sang bể chứa. Tại đây dung dịch được kiểm tra, điều chỉnh thành phần, đồng thời được khuấy trộn để chống lắng và tăng độ đồng đều. Độ mịn của hỗn hợp phối liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nung luyện và chất lượng clinker. Độ mịn của hỗn hợp phối liệu càng cao, bề mặt tiếp xúc giữa các cấu tử nguyên liệu càng lớn, quá trình hoá lý xảy ra khi nung càng nhanh, chất lượng clinker càng cao. Độ mịn của phối liệu cao cũng đồng nghĩa với việc tiêu tốn năng lượng nghiền lớn. 2.3 Nung clinker Quá trình nung clinker sử dụng năng lượng nhiệt để làm các khoáng trong hỗn hợp phối liệu nóng chảy một phần, phản ứng và kết khối tạo thành clinker tại nhiệt độ 14001450oC. Trong quá trình nung nóng và làm nguội clinker, các quá trình hoá lý được diễn ra có lúc nối tiếp nhau, có lúc đồng thời chứ không tách biệt. Có thể tạm chia quá trình nung clinker thành các quá trình riêng rẽ sau: Sấy hỗn hợp phối liệu (mất nước lý học) Dehydrat hoá khoáng sét (mất nước hoá học) Phân huỷ CaCO3 và MgCO3 (decarbonat) Phản ứng trong pha rắn (phản ứng toả nhiệt)Phản ứng khi có mặt pha lỏng nóng chảy (phản ứng kết khối)Quá trình kết tinh khi làm nguội 2.4 Làm nguội clinker Để tăng cường chất lượng clinker, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển, lưu trữ và nghiền tiếp theo, quá trình làm nguội clinker được thực hiện nhằm giảm nhiệt độ clinker, thu hồi nhiệt dư bằng cách hoàn lưu một phần nhiệt của không khí nóng để nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống nung. Clinker được làm mát bằng không khí tới nhiệt độ 100 – 200oC trong bộ phận làm lạnh clinker. Khí nóng thu hồi được sử dụng làm khí cháy thứ cấp trong lò nung. Trong công nghiệp hiện đại thiết bị làm lạnh lò vệ tinh và ghi làm lạnh được sử dụng phổ biến nhất. Thiết bị làm lạnh lò vệ tinh: có cấu tạo gồm nhiều lò con ( 9 11 lò con) được lắp trực tiếp vào vỏ lò quay ở phần cuối zôn làm lạnh. Thiết bị làm lạnh lò vệ tinh thường chỉ đạt công suất 800 1000 tấn ngày. Các lò không thể được chế tạo với thể tích lớn do trọng lượng lò quá nặng. Lò vệ tinh có ưu điểm là vốn đầu tư cơ bản và chi phí sản xuất thấp, nhưng gây tiếng ồn, nhiệt độ clinker ra khỏi lò cao (200oC). Mặc dù thiết bị được làm lạnh một phần bằng nước, các chi tiết máy bị mài mòn cao. Thiết bị ghi làm lạnh: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại với hiệu suất cao và có thể điều chỉnh tốc độ làm lạnh hợp lý. Clinker trên sàn ghi làm lạnh, chuyển động theo phương thức chuyển động song song, đẩy dồn clinker từ đầu nóng đến đầu nguội. Với thiết bị ghi làm lạnh, clinker được làm lạnh nhanh bằng phương thức làm lạnh cưỡng bức, nhờ quạt cao áp và trung áp, đồng thời có thể thiết kế phân cấp nhiều lần theo chiều rộng sàn ghi. Thiết bị ghi làm lạnh thích hợp cho mọi loại công suất lò (thường lớn hơn 1200 tấn clinkerngày). Một ưu điểm nổi bật của thiết bị ghi làm lạnh là có thể tận dụng nhiệt khí thải sau quá trình làm lạnh clinker, hồi lưu sử dụng cho tháp trao đổi nhiệt, nhằm giảm thấp tối đa nhiệt lượng tiêu tốn riêng cho quá trình nung clinker. Thiết bị ghi làm lạnh có các dạng sàn ghi nằm ngang, nghiêng và liên hợp. 2.5 Ủ clinker Clinker sau khi ra khỏi lò nung được ủ 10 15 ngày nhằm mục đích làm nguội clinker đến nhiệt độ thường, đảm bảo hiệu quả đập nghiền trong máy nghiền. Trong kho ủ, CaO tự do trong clinker sẽ tác dụng với hơi nước trong không khí tạo thành Ca(OH)2, tạo cho xi măng ổn định thể tích trong quá trình đóng rắn sau này cũng như clinker giòn, dễ nghiền hơn. Người ta cũng có thể phun nước dạng sương mù để tăng hiệu quả làm lạnh, rút ngắn thời gian ủ. 2.6 Nghiền xi măng Clinker, thạch cao và phụ gia (nếu có) được định lượng và cấp vào máy nghiền xi măng để nghiền mịn. Xi măng sau nghiền có độ mịn nhỏ hơn 10% còn lại trên sàng 0,09 mm và blaine lớn hơn 2800 cm2g. Xi măng càng được nghiền mịn thì càng tăng diện tích bề mặt và tăng khả năng thủy hóa. Tuy nhiên, nếu xi măng nghiền quá mịn sẽ dẫn đến một số hệ quả như giảm năng suất của máy nghiền, tăng tiêu hao điện năng, khó đóng bao... Việc nghiền quá mịn xi măng còn làm giảm hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông. Clinker sau ủ được nghiền trong máy nghiền cùng với một lượng đá thạch cao (3 5%) để điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng. Máy nghiền có thể là loại máy nghiền bi nhiều ngăn làm việc theo chu trình kín hoặc máy nghiền đứng con lăn. Để cải thiện một số tính chất và tăng sản lượng của xi măng, trong quá trình nghiền còn bổ sung một lượng phụ gia khoáng và phụ gia công nghệ. Các loại phụ gia khoáng có thể nghiền chung với clinker, cũng có thể nghiền riêng sau đó trộn chung vào. Quá trình nghiền không cho phép nghiền clinker nóng vì sản phẩm thu được có nhiệt độ quá cao làm giảm năng suất nghiền, ảnh hưởng đến các chi tiết thiết bị trong máy nghiền. Ngoài ra, khi nghiền clinker nóng, đá thạch cao có thể bị dehydrat hoá ngay trong quá trình nghiền, làm giảm tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng. Xi măng bột từ máy nghiền ra thường có nhiệt độ từ 80 – 130oC, cũng có khi cao hơn. Xi măng được tiếp tục được vận chuyên lên các silô chứa.2.7 Đóng bao Xi măng bột từ các silô chứa được tháo xuống các thiết bị vận chuyển như vít tải, băng tải, gầu nâng, đổ xuống hệ thống sàng rung, nhằm loại bỏ những vật lạ, tiếp tục rơi xuống két chứa trung gian, cấp xi măng cho máy đóng bao. Xi măng sau khi được đóng bao đủ khối lượng, tự động rơi xuống băng tải vận chuyển về kho chứa xi măng bao.PHẦN III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI. Các phương pháp xử lý bụi1. Các tính chất cơ bản của bụi và hiệu quả tách bụi 1.1. Độ phân tán các phân tửKích thước hạt là một thông số cơ bản của nó. Việc lựa chọn thiết bị tách bụi tùy thuộc vào thành phần phân tán của các hạt bụi tách được. Trong các thiết bị tách bụi đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng của chúng như đại lượng đường kính lắng. Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau (dạng cầu, que, sợi …) nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh.Các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảng phân bố độ phân tán của chúng.1.2. Tính kết dính của bụiCác hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao thì bụi có thể dẫn đến tình trạng bết nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụiHạt bụi càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị. Với những bụi có 60 – 70% số hạt bé hơn 10 µm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 µm thì dễ trở thành tơi xốp. Tùy theo độ kết dính mà chia bụi làm 4 nhóm chính như sau :Bảng 2. Các nhóm bụi chínhĐặc tính bụiDạng bụiKhông kết dínhKết dính yếuKết dínhKết dính mạnhXỉ thô, thạch anh, đất khôHạt cốc, manhezit, apatit khô, bụi lò cao, tro bụi có chứa nhiều chất chưa cháy, bụi đáThan bùn, manhezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, oxyt chì, thiếc, xi măng khô, tro bay không chứa chất chưa cháy, tro than bùn…Bụi xi măng, bụi tách ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và amiang, clinke, muối natri… 1.3. Độ mài mòn của bụiĐộ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tốc dòng khí và cùng nồng đô bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước, khối lượng hạt bụi. Khi tính toán thiết kế thiết bị thì phải tính đến độ mài mòn của bụi 1.4. Độ thấm ướt của bụiĐộ thấm ướt bằng nước của các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn. Các hạt phẳng dễ thấm ướt hơn các hạt có bề mặt gồ ghề có thể bị bao phủ bởi một lớp vỏ khí hấp phụ làm trở ngại sự thấm ướt1.5. Độ hút ẩm của bụiKhả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc thành phần hóa học, kích thước, hình dạng, độ nhám, bề mặt của các hạt bụi. Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong các thiết bị tách bụi kiểu ướt1.6. Độ dẫn điện của lớp bụiChỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi ρb và phụ thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẽ ( độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện trong, kích thước, hình dạng …), cấu trúc lớp hạt và các thông số của dòng khí. Chỉ số này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc điện1.7. Sự tích điện của lớp bụiĐiện tích của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học, cả những tính chất của vật chất mà chúng tiếp xúc. Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đến hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí ( bộ tách bụi ướt, lọc …) đến tính nổ và bết dính của các hạt …1.8. Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí Các bụi cháy được dễ tạo với O2 của không khí thành hỗn hợp tự bốc cháy và phụ thuộc vào các tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dáng các hạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần các khí, kích thước và nhiệt độ nguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ ( không cháy ). Các loại bụi có khả năng bắt lửa như bụi các chất hữu cơ ( sơn, plastic, sợi ) và cả một số bụi vô cơ như Mg, Al, Zn1.9. Hiệu quả thu hồi bụi Mức độ làm sạch ( hệ số hiệu quả ) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi thu hồi được trong tổng số vật chất theo dòng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời gian Hiệu quả làm sạch η được tính theo công thức sau : η=(GG)G =(V CVC)VC=1VCVC= GVCTrong đó : G’, G’’ : khối lượng bụi chứa trong dòng khí vào và raG’’’ : lượng bụi thu hồi trong thiết bịV’, V’’ : lưu lượng thể tích dòng khí vào và ra ( ở đktc 00C, 1 atm )C’, C’’ : nồng độ hạt bụi trong dòng khí vào và ra2. Các phương pháp xử lý bụi 3Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý và làm giảm ô nhiễm bụi đang được ứng dụng trong thực tế, theo các phương pháp xử lý khô hoặc ướt. Nguyên tắc chung : Tách bụi khỏi dòng khí nhờ các cơ chế sau :Lắng trọng lực Va chạm li tâm Va chạm quán tính Chặn trực tiếpKhuếch tán Hiệu ứng tĩnh điện2.1. Phương pháp khôCó nhiều loại thiết bị cơ khí kiểu khô để làm sạch bụi nhờ lợi dụng các cơ chế lắng khác nhau như : lắng trọng trường ( buồng lắng bụi ), lắng quán tính ( buồng lắng có vật cản ), lắng ly tâm ( xyclon đơn, kép, nhóm, xoáy và động học …)Bảng 3.– Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô STTDạng thiết bịNăng suất tối đaHiệu quả xử lýTrở lựcGiới hạn nhiệt độm3h%Pa 0C1Buồng lắngKhông giới hạn(>50 µm), 40 ÷ 90%50 ÷ 130350 ÷ 5502Xyclon 85000(10µm), 50 ÷ 90%250 ÷ 1500350 ÷ 5503Thiết bị gió xoáy30000(2µm), 90%Đến 2000Đến 2504 Xyclon tổ hợp170000(5µm), 90%750 ÷ 1500350 ÷ 4505Thiết bị lắng quán tính127500(2µm), 90%750 ÷ 1500Đến 4006Thiết bị thu hồi bụi động42500(2µm), 90%Đến 4002.1.1. Buồng lắng bụi Hình III. 1 – Buồng lắngĐây là loại thiết bị lọc đơn giản nhất. Phương pháp thu gom bụi hoạt động theo nguyên lý sử dụng trọng lực để lắng đọng những phần tử bụi ra khỏi không khí. Cấu tạo là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo.Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 50 ÷ 70 µm trở lên. Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng. Có nhiều loại buồng lắng như : buồng lắng bụi có nhiều ngăn, buồng lắng “động năng”...Ưu điểm Cấu tạo đơn giản Đầu tư thấp Có thể xây dựng bằng vật liệu có sẵn như gạch, xi măng, thép Chi phí năng lượng, vận hành, bảo quản và sữa chữa thấp Tổn thất áp suất thấp Có thể làm việc ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhauHạn chế: Cồng kềnh, chiếm nhiều không gian Chỉ tách được bụi có kích thước tương đối lớnPhạm vi áp dụng : Thường được dùng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độ cao, kích thước lớn. Chủ yếu dùng cho bụi có kích thước : d > 50 m nếu tỉ khối của bụi nhỏ d >10 m nếu tỉ khối của bụi lớn2.1.2. Thiết bị tách bụi kiểu quán tính Nguyên lý cơ bản được áp dụng để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng nhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cả rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiết bị.Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1ms, còn ở ống vào khoảng 10ms. Hiệu quả lọc của thiết bị này đạt từ 65 ÷ 80% đối với các hạt bụi có kích thước 20 30 µm. Trở lực của chúng trong khoảng 150 ÷ 390 Nm2Có nhiều loại : thiết bị lọc quán tính Venturi, thiết bị lọc quán tính kiểu màn chắn uốn cong, thiết bị lọc quán tính kiểu “lá xách” …2.1.3. Cyclon Hình III. 2 – Cyclon lọc bụiCơ chế tách bụi: nhờ lực ly tâmDòng thiết bị được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của thiết bị nên sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thiết bị từ trên xuống. Do chuyển động xoáy, các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm chúng tiến dần (văng) về phía hình trụ của cyclon rồi chạm vào đó và tách ra dòng khí. Dưới tác dụng của trọng lực các hạt bụi này sẽ rơi xuống đáy phễu thu bụi ở dưới của cyclon. Khi chạm vào đáy hình nón, dòng khí bị dội ngược trở lại nhưng vẫn chuyển động được xoáy ốc từ dưới lên và thoát ra ngoài.Ưu điểm: Giá thành đầu tư thấp Cấu tạo đơn giản dễ vận hành Chi phí sửa chữa, bảo hành thấpCó khả năng làm việc liên tụcCó thể được chế tạo bằng các loại vật liệu khác nhau tuỳ theo yêu cầu về nhiệt độ, áp suất và mức độ ăn mòn.Hạn chế:Hiệu suất tách thấp đối với bụi có d < 5 mDễ bị mài mòn nếu bụi có độ cứng caoHiệu suất giảm nếu bụi có độ kết dính caoPhạm vi áp dụngThích hợp với bụi có kích thước hạt < 20 mThường dùng cho các lĩnh vực ximăng, mỏ, bột giặt, giấy, gỗ, lò đốtCòn dùng để thu hồi xúc tác trong dầu mỏ ...2.1.4.Thiết bị tách bụi bằng lực tĩnh điện. Hình III. 3 – Thiết bị lọc bụi tĩnh điệnCơ chế tách bụi: Tách bụi nhờ lực tĩnh điệnCấu tạo gồm hai tấm đặt song song với nhau được nối đất (tức có điện áp = 0). Đây chính là điện lắng của ESP (vì bụi sẽ được lắng trên điện cực này). Giữa hai điện cực lắng là các dây điện cực được nối với cực âm của một nguồn điện cao thế một chiều. Các dây này gọi là điện cực quầng.Như vậy giữa hai tấm điện cực lắng có một điện trường rất mạnh. Khi có một điện tử tự do xuất hiện trong không này, nó sẽ bị gia tốc rất nhanh và đạt được tốc độ cao. Do vậy, khi va chạm với các phần khí, nó sẽ có đủ năng lượng để bứt một hoặc nhiều điện tử, tức là ion hoá phân tử khí. Tương tự, các điện tử này lại được gia tốc bởi từ trường và tiếp tục làm bứt các điện tử khỏi các phân tử khí đến một lúc nào đó, lượng điện tử đủ lớn thì sẽ gây nên hiện tượng phóng điện tạo quầng sáng (một quầng sáng mờ bao quanh dây dẫn) ổn định. Các ion dương, được tạo thành trong quầng sáng, sẽ chuyển động về phía các dây dẫn (điện cực quầng) và bị phóng điện. Các điện sẽ chuyển động về phía các tấm (điện cực lắng). Khi nó cách điện cực quầng một khoảng đủ xa, cường độ điện trường ở đó trên nên quá nhỏ không đủ để gia tốc nó nữa thì quầng sáng tắt kể từ đó điện tử sẽ chuyển động như một điện tử tự do.Trên đường đi về phía điện cực lắng, các điện tử sẽ va chạm với các hạt bụi và có thể bị các hạt bụi bắt giữ và vì thế sẽ chuyền điện tích âm cho các hạt bụi.Ưu điểm:Còn dùng để thu hồi xúc tác trong dầu mỏ ...Hiệu suất tách bụi caoChi phí năng lượng thấp, thường 0,6 ÷ 0,8kw100m3 khíTách được bụi có kích nhỏ Có khả năng làm việc được trong dải t0, p lớnCó khả năng tự động hoá caoTổn thất áp suất nhỏHạn chế :Tổn thất áp suất nhỏKhông thể làm việc được với các khí dễ cháy, nổ( mêtan)Chí phí thiết bị caoKhông thích hợp với các xí nghiệp có quy mô vừa và nhỏ2.2. Phương pháp ướt Nguyên tắc: tạo ra sự tiếp xúc giữa dòng khí bụi với chất lỏng ( thường là nước), bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và được thải ra ngoài dưới dạng bùn cặn.

PHẦN I: TỔNG QUAN

I Mở đầu

Hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nướcnên nhu cầu về xây dựng cở sở vật chất kỹ thuật, cơ sở hạ tầng cho các khu côngnghiệp, xây dựng đường giao thông, nhà ở và các công trình khác tăng lên rõ rệt Do

đó nhu cầu về nguyên vật liệu xây dựng đặc biệt là nhu cầu về xi măng tăng cao

Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng Xi măng

đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con ngườivẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng Theo những dự đoán thì ximăng vẫn là chất kết dính chủ lực trong thế kỷ tới

Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động sản xuất ngành công nghiệp xi măng cũngthải ra nhiều chất ô nhiễm gây hại cho con người và môi trường sống Công nghệ sảnxuất xi măng chủ yếu sử dụng nhiên liệu như: than, dầu…để cấp nhiệt cho các quátrình nung lò trong quá trình sản xuất Trong các loại nhiên liệu này có chứa các thànhphần như C, S, N…khi đốt sẽ sinh ra các khí độc hại: CO, NOx, SO2…các khí này khiphát thải sẽ gây ảnh hưởng tới môi trường không khí

Hơn thế nữa hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí chủ yếu là do các khí CO, SO2,

NOx…tạo ra đã gây ra nhiều hậu quả nặng nề và gây ảnh hưởng trực tiếp đến conngười và động thực vật trong đó quá trình nung clinker trong công nghệ sản xuất ximăng cũng là một nguyên nhân gây phát thải các khí độc hại gây ô nhiễm môi trườngkhông khí Do đó việc xử lý khí thải phát sinh trong quá trình đốt nhiên liệu cấp cho lònung là hết sức quan trọng và cần thiết Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xử lýcác khí thải độc hại này tuy nhiên việc lựa chọn công nghệ xử lý phụ thuộc vào điềukiện thực tế và công nghệ sử dụng trong quá trình sản xuất

Hiện nay, công nghệ sản xuất xi măng chủ yếu gồm 2 phương pháp là công nghệsản xuất xi măng lò đứng và lò quay Trong khuôn khổ bài tập lớn môn học chúng emxin được tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng lò quay và lựa chọn phương pháp,dây chuyền xử lý khí thải lò nung clinker sử dụng công nghệ sản xuất xi măng lò quayvới công suất 4000 tấn clinker/ngày

II Tổng quan về xi măng

1. Tình hình phát triển công nghệ sản xuất xi măng trên thế giới [1]

Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng, tuy nhiên cácnước có ngành công nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giới thuộc về TrungQuốc, Ấn Độ và một số nước như khu vực Đông Nam Á là Thái Lan và Indonesia,Việt Nam

Nhu cầu về tiêu thụ xi măng trên toàn cầu không ngừng tăng lên Từ năm 1950 chođến nay, sản lượng xi măng liên tục tăng cùng với sự phát triển trong công nghệ sảnxuất xi măng Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàngnăm 3,6% năm nhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu vực trênthế giới: (nhu cầu các nước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á bình quân5%/năm, các nước phát triển xấp xỉ 1%/năm

Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua phải kể đến: Trung Quốc, Ấn

Độ, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha, Italya, Braxin, Iran, Mê hy cô, ThổNhĩ Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức

2. Tình hình phát triển công nghệ sản xuất xi măng ở Việt Nam [1]

Xi măng là một trong những cơ sở công nghiệp được hình thành và phát triểnsớm nhất ở Việt Nam (cùng với các ngành than, dệt, đường sắt) Ngành công nghiệp

xi măng của Việt Nam đã trải qua hơn 100 năm xây dựng và phát triển, bắt đầu từ Nhàmáy xi măng Hải Phòng được thành lập năm 1899 với nhãn mác con Rồng Xanh,Rồng Đỏ đã có mặt tại Hội chợ triển lãm Liege (Pháp) năm 1904 và hàng vạn tấn xi

măng Hải Phòng đã có mặt trên thị trường tiêu thụ ở các nước như vùng Viễn đông,Vladivostoc, Java (Indonesia), Hoa Nam (Trung Quốc), Singapore

Từ năm 1991 đến nay là giai đoạn phát triển mạnh nhất của ngành xi măng ViệtNam Sau 19 năm, tổng công suất thiết kế đã gấp 13 lần và Việt Nam trở thành nướcđứng đầu khối ASEAN về sản lượng xi măng Năm 2012, tổng công suất thiết kế cácnhà máy xi măng đạt 68,5 triệu tấn, năng lực sản xuất 63 triệu tấn, về cơ bản cung đãvượt cầu

Hiện nay có 46 doanh nghiệp tham gia sản xuất và kinh doanh trong ngành ximăng, với tổng công suất lên đến 68,5 triệu tấn/năm, trong đó gồm có: 68 dây chuyền

lò quay với tổng công suất thiết kế 67.,32 triệu tấn/năm và 13 dây chuyền xi măng lòđứng với tổng công suất thiết kế 1,18 triệu tấn/năm

Hiện nay các nhà máy xi măng phân bố không đều giữa các khu vực Hầu hết cácnhà máy tập trung nhiều tại miền Bắc nơi có vùng nguyên liệu đầu vào lớn, trong khi

đó các nhà máy lớn phía Nam rất hạn chế Do đó nguồn cung xi măng ở phía Bắc thì

dư thừa trong khi miền Nam lại thiếu hụt

Clinker xi măng được sản xuất với thành phần chủ yếu gồm CaO liên kết với cácoxit axit : CaO: 59 – 67%; SiO2: 16 – 26%; Al2O3: 4 – 9%; Fe2O3: 2 – 6%; MgO: 0.3– 3% Ngoài ra trong clinker còn chứa một hàm lượng nhỏ các oxit axit như TiO2 <0.5%, R2O <1%, P2O5 < 0.3%

Xi măng Portland hỗn hợp: vẫn với thành phần chính là clinker và thạch cao, ngoài

ra còn một số thành phần phụ gia khác như đá pudôlan, xỉ lò Ở thị trường các loại ximăng này có tên gọi như PCB 30, PCB 40

Hiện nay, Việt Nam đang song song tồn tại hai loại công nghệ sản xuất xi măng:

- Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng

- Công nghệ sản xuất xi măng lò quay

Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng: chủ yếu là lò đứng nhập từ Trung Quốc, pháttriển mạnh từ thập kỷ 80 thế kỷ trước Bên cạnh hạn chế về năng suất của mỗi lò (đạt80.000 tấn/năm), lò đứng còn bị hạn chế về việc nâng cao chất lượng sản phẩm Thịtrường hiện còn chấp nhận xi măng lò đứng sử dụng cho các công trình xây dựng nhỏ.Tuy nhiên, theo quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp ngành xi măng ở Việt Nam,tất cả các lò đứng và lò quay phương pháp ướt sẽ phải đóng cửa vào năm 2020

Công nghệ sản xuất xi măng lò quay: có nguồn cung cấp thiết bị chủ yếu là Châu Âu,Nhật Bản và Trung Quốc Công nghệ sản xuất xi măng lò quay có công suất lớn nênđược cơ giới hóa và tự động hóa cao, tiêu tốn ít nhiên liệu, tiết kiệm nhiên năng lượng

và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Hiện nay, công nghệ sản xuất xi măng lò quay

đang dần thay thế công nghệ sản xuất xi măng lò đứng và lò quay phương pháp ướt

PHẦN II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG LÒ QUAY

1 Các phương pháp sản xuất [2]

Công nghệ sản xuất xi măng lò quay có 2 phương pháp sản xuất là : phương pháp ướt

và phương pháp khô Quy trình sản xuất xi măng lò quay theo 2 phương pháp này về

cơ bản là giống nhau tuy nhiên có 1 vài nét khác nhau

Bảng 1 So sánh 2 phương pháp:

Chỉ tiêu CN CN lò quay khô CN lò quay ướt

1 Phối liệu - Đá vôi, đất sét, phụ gia, xỉ

pirit

- Phối liệu đưa vào ở dạng bộtmịn, độ ẩm 1 – 2 % và khôngtrộn lẫn với nhau

- Đá vôi, đất sét, phụ gia, xỉ pirit

- Phối liệu dạng bùn, độ ẩm 40%,phối liệu không trộn lẫn với than

2 Nhiên liệu - Có thể dùng than, dầu hoặc

khí

- Tiêu tốn ít năng lượng

- Có thể dùng than, dầu hoặc khí

- Tiêu tốn năng lượng lớn

3 Quá trình

nung

- Sử dụng lò quay, lò ngắn đỡtốn dienj tích mặt bằng

- Lò quay khô có hệ thống traođổi nhiệt, tháp xyclon

- Sử dụng lò quay, lò dài tốn diệntích mặt bằng

- Phải qua giai đoạn sấy giảm độ

ẩm từ 40% xuống 2%

4 Nguyên lý

làm việc

- Làm việc liên tục -Phối liệu được nạp từ đầu caocủa lò, đảo trộn đều theo vòngquay của lò

- Quá trình tạo khoáng đượcdiễn ra theo chiều dài lò

Chuẩn bị nguyên liệu

Nghiền, phối liệu

Ủ clinker (si lô chứa)

- Tương tự công nghệ lò quaykhô

- Tương tự công nghệ lò quaykhô

2 Quy trình sản xuất xi măng [2]

Quy trình sản xuất xi măng:

2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Chuẩn bị nguyên liệu bao gồm việc khai thác, vận chuyển và gia công sơ bộnguyên liệu (đá vôi, đất sét, phụ gia điều chỉnh…) nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật,chuẩn bị cho các công đoạn gia công tiếp theo Tuỳ từng loại nguyên liệu và tuỳ từngphương pháp sản xuất mà các yêu cầu kỹ thuật cần đảm bảo là khác nhau Nguyênliệu chính dùng để sản xuất xi măng là đá vôi, đất sét và các phụ gia điều chỉnh(Quặng sắt, bôxít, cao silic )

Đá vôi là nguyên liệu chính dùng trong sản xuất xi măng Theo TCVN6072:1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng portland phải thỏamãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là: CaCO3 > 85% và MgCO3< 5% Thôngthường các nhà máy xi măng ở nước ta đều sử dụng đá vôi có hàm lượng CaCO3=

90 – 98 % ( CaO = 50 – 55%), MgO < 3% và ôxít kiềm không đáng kể

Đá vôi sau khi khai thác được đập sơ bộ bằng máy đập hàm sau đó đượcchuyển vào máy đập búa để đạt kích thước thích hợp 5 - 25 mm Đá vôi sau đó sẽđược chuyển về kho chứa và đồng nhất bằng hệ thống vận chuyển

Đất sét là là nguyên liệu chiếm thứ 2 trong sản xuất xi măng Theo TCVN 6071:1996, hỗn hợp nguyên liệu sét dùng đểsản xuất xi măng phải có hàm lượngcác ôxít trong khoảng sau:

SiO2= 55 ÷ 70%, Al2O3= 10 ÷ 24%, K2O + Na2O ≤ 3%

Các nhà máy xi măng ở nước ta hầu hết đều sử dụng đất sét đồi có hàm lượngSiO2=58 ÷66%, Al2O3= 14 ÷ 20%, Fe2O3= 5 ÷ 10 %, K2O+Na2O = 2 ÷ 2,5% Ngoàisét đồi, ở một số nơi có thể sử dụng sét ruộng hoặc sét phù sa Những loại sét nàythường có hàm lượng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn, nên phải có nguồn phụgia cao silic để bổsung SiO Việc này trở nên khó khăn hơn khi yêu cầu sản xuất xi

măng hàm lượng kiềm thấp.

Đất sét được đập nhỏ bằng máy cán trục Sau đó việc gia công lại tùy thuộcvào công nghệ sản xuất

Với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp ướt: Đất sét saukhi được đập nhỏ được cho vào máy bừa bùn, bùn ra có độ ẩm khoảng 60 - 70%được đưa vào bể chứa chuẩn bị đưa vào máy nghiền cùng đá vôi

Với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô: Đất sétđược đập sơ bộ bằng máy cán trục hoặc máy thái đất sau đó được vận chuyển vàokho chứa và đồng nhất bằng hệ thống vận chuyển

2.2 Nghiền phối liệu

Quá trình nghiền phối liệu nhằm mục đích nghiền mịn đồng thời tăng độ đồngnhất của hỗn hợp phối liệu Sau khi gia công nguyên liệu sơ bộ, đảm bảo các yêu cầu

kỹ thuật, hỗn hợp phối liệu được nghiền mịn trong các máy nghiền, đồng thời kếthợp với việc đồng nhất hoá hỗn hợp phối liệu Với mỗi phương pháp sản xuất khácnhau, quá trình nghiền mịn, khuấy trộn và điều chỉnh hỗn hợp phối liệu lại có quytrình thích ứng khác nhau

Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô: đá vôi

và đất sét được đồng nhất hoá sơ bộ trong kho đồng nhất bằng thiết bị rải đổ Sau đó,hỗn hợp nguyên liệu và phụ gia điều chỉnh được định lượng để cho vào máy sấy-nghiền Hệ thống này có thể là máy sấy-nghiền bi liên hợp hoặc máy sấy-nghiềnđứng liên hợp Hỗn hợp được nghiền mịn đồng thời tăng độ đồng nhất của hỗn hợpphối liệu Bột liệu đạt độ mịn được vận chuyển lên silo chứa

Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp ướt: đá vôi,đất sét và phụ gia được nghiền trong máy nghiền bi thành bùn nhão, sau đó mớiđược bơm sang bể chứa Tại đây dung dịch được kiểm tra, điều chỉnh thành phần,đồng thời được khuấy trộn để chống lắng và tăng độ đồng đều

Độ mịn của hỗn hợp phối liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nung luyện

và chất lượng clinker Độ mịn của hỗn hợp phối liệu càng cao, bề mặt tiếp xúc giữacác cấu tử nguyên liệu càng lớn, quá trình hoá lý xảy ra khi nung càng nhanh, chấtlượng clinker càng cao Độ mịn của phối liệu cao cũng đồng nghĩa với việc tiêu tốn

năng lượng nghiền lớn

2.3 Nung clinker

Quá trình nung clinker sử dụng năng lượng nhiệt để làm các khoáng tronghỗn hợp phối liệu nóng chảy một phần, phản ứng và kết khối tạo thành clinker tạinhiệt độ 1400-1450oC Trong quá trình nung nóng và làm nguội clinker, các quátrình hoá lý được diễn ra có lúc nối tiếp nhau, có lúc đồng thời chứ không tách biệt

Có thể tạm chia quá trình nung clinker thành các quá trình riêng rẽ sau:

- Sấy hỗn hợp phối liệu (mất nước lý học)

- Dehydrat hoá khoáng sét (mất nước hoá học)

- Phân huỷ CaCO3 và MgCO3(decarbonat)

- Phản ứng trong pha rắn (phản ứng toả nhiệt)

- Phản ứng khi có mặt pha lỏng nóng chảy (phản ứng kết khối)

- Quá trình kết tinh khi làm nguội

2.4 Làm nguội clinker

Để tăng cường chất lượng clinker, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vậnchuyển, lưu trữ và nghiền tiếp theo, quá trình làm nguội clinker được thực hiệnnhằm giảm nhiệt độ clinker, thu hồi nhiệt dư bằng cách hoàn lưu một phần nhiệt củakhông khí nóng để nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống nung

Clinker được làm mát bằng không khí tới nhiệt độ 100 – 200oC trong bộ phậnlàm lạnh clinker Khí nóng thu hồi được sử dụng làm khí cháy thứ cấp trong lò nung.Trong công nghiệp hiện đại thiết bị làm lạnh lò vệ tinh và ghi làm lạnh được sửdụng phổ biến nhất

Thiết bị làm lạnh lò vệ tinh: có cấu tạo gồm nhiều lò con ( 9 - 11 lò con) được lắp

trực tiếp vào vỏ lò quay ở phần cuối zôn làm lạnh Thiết bị làm lạnh lò vệ tinhthường chỉ đạt công suất 800 - 1000 tấn/ ngày Các lò không thể được chế tạo vớithể tích lớn do trọng lượng lò quá nặng Lò vệ tinh có ưu điểm là vốn đầu tư cơ bản

và chi phí sản xuất thấp, nhưng gây tiếng ồn, nhiệt độ clinker ra khỏi lò cao (200oC).Mặc dù thiết bị được làm lạnh một phần bằng nước, các chi tiết máy bị mài mòn cao

Thiết bị ghi làm lạnh: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hiện đại với hiệu

suất cao và có thể điều chỉnh tốc độ làm lạnh hợp lý Clinker trên sàn ghi làm lạnh,chuyển động theo phương thức chuyển động song song, đẩy dồn clinker từ đầu nóngđến đầu nguội Với thiết bị ghi làm lạnh, clinker được làm lạnh nhanh bằng phươngthức làm lạnh cưỡng bức, nhờ quạt cao áp và trung áp, đồng thời có thể thiết kế phâncấp nhiều lần theo chiều rộng sàn ghi Thiết bị ghi làm lạnh thích hợp cho mọi loạicông suất lò (thường lớn hơn 1200 tấn clinker/ngày) Một ưu điểm nổi bật của thiết

bị ghi làm lạnh là có thể tận dụng nhiệt khí thải sau quá trình làm lạnh clinker, hồilưu sử dụng cho tháp trao đổi nhiệt, nhằm giảm thấp tối đa nhiệt lượng tiêu tốn riêngcho quá trình nung clinker Thiết bị ghi làm lạnh có các dạng sàn ghi nằm ngang,nghiêng và liên hợp

2.5 Ủ clinker

Clinker sau khi ra khỏi lò nung được ủ 10 - 15 ngày nhằm mục đích làm nguộiclinker đến nhiệt độ thường, đảm bảo hiệu quả đập nghiền trong máy nghiền

Trong kho ủ, CaO tự do trong clinker sẽ tác dụng với hơi nước trong không khí tạo

thành Ca(OH)2, tạo cho xi măng ổn định thể tích trong quá trình đóng rắn sau nàycũng như clinker giòn, dễ nghiền hơn Người ta cũng có thể phun nước dạng sương

2.6 Nghiền xi măng

Clinker, thạch cao và phụ gia (nếu có) được định lượng và cấp vào máynghiền xi măng để nghiền mịn Xi măng sau nghiền có độ mịn nhỏ hơn 10% còn lại

trên sàng 0,09 mm và blaine lớn hơn 2800 cm2/g

Xi măng càng được nghiền mịn thì càng tăng diện tích bề mặt và tăng khảnăng thủy hóa Tuy nhiên, nếu xi măng nghiền quá mịn sẽ dẫn đến một số hệ quả nhưgiảm năng suất của máy nghiền, tăng tiêu hao điện năng, khó đóng bao Việcnghiền quá mịn xi măng còn làm giảm hoạt tính, giảm độ bền vững của bê tông

Clinker sau ủ được nghiền trong máy nghiền cùng với một lượng đá thạch cao(3 - 5%) để điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng Máy nghiền có thể là loạimáy nghiền bi nhiều ngăn làm việc theo chu trình kín hoặc máy nghiền đứng conlăn Để cải thiện một số tính chất và tăng sản lượng của xi măng, trong quá trìnhnghiền còn bổ sung một lượng phụ gia khoáng và phụ gia công nghệ Các loại phụgia khoáng có thể nghiền chung với clinker, cũng có thể nghiền riêng sau đó trộnchung vào Quá trình nghiền không cho phép nghiền clinker nóng vì sản phẩm thuđược có nhiệt độ quá cao làm giảm năng suất nghiền, ảnh hưởng đến các chi tiết thiết

bị trong máy nghiền Ngoài ra, khi nghiền clinker nóng, đá thạch cao có thể bịdehydrat hoá ngay trong quá trình nghiền, làm giảm tác dụng điều chỉnh tốc độđông kết của xi măng Xi măng bột từ máy nghiền ra thường có nhiệt độ từ 80 –

130oC, cũng có khi cao hơn Xi măng được tiếp tục được vận chuyên lên các silôchứa

2.7 Đóng bao

Xi măng bột từ các silô chứa được tháo xuống các thiết bị vận chuyển như vít

tải, băng tải, gầu nâng, đổ xuống hệ thống sàng rung, nhằm loại bỏ những vật lạ, tiếptục rơi xuống két chứa trung gian, cấp xi măng cho máy đóng bao

Xi măng sau khi được đóng bao đủ khối lượng, tự động rơi xuống băng tảivận chuyển về kho chứa xi măng bao

PHẦN III: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Các kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của một khối hạt bụi đặc trưng cho khoảngphân bố độ phân tán của chúng

1.2 Tính kết dính của bụi

Các hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao thì bụi có thể dẫnđến tình trạng bết nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi

Hạt bụi càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị Với những bụi có

60 – 70% số hạt bé hơn 10 µm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10

µm thì dễ trở thành tơi xốp Tùy theo độ kết dính mà chia bụi làm 4 nhóm chính nhưsau :

Bảng 2 Các nhóm bụi chính

- Xỉ thô, thạch anh, đất khô

- Hạt cốc, manhezit, apatit khô, bụi lò cao, tro bụi có chứa nhiềuchất chưa cháy, bụi đá

- Than bùn, manhezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, oxyt chì, thiếc, ximăng khô, tro bay không chứa chất chưa cháy, tro than bùn…

- Bụi xi măng, bụi tách ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao vàamiang, clinke, muối natri…

1.3 Độ mài mòn của bụi

Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vậntốc dòng khí và cùng nồng đô bụi Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước,khối lượng hạt bụi Khi tính toán thiết kế thiết bị thì phải tính đến độ mài mòn của bụi

1.4 Độ thấm ướt của bụi

Độ thấm ướt bằng nước của các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc củacác thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn Các hạt phẳng dễthấm ướt hơn các hạt có bề mặt gồ ghề có thể bị bao phủ bởi một lớp vỏ khí hấp phụlàm trở ngại sự thấm ướt

1.5 Độ hút ẩm của bụi

Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc thành phần hóa học, kích thước, hình dạng, độnhám, bề mặt của các hạt bụi Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong cácthiết bị tách bụi kiểu ướt

1.6 Độ dẫn điện của lớp bụi

Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất của lớp bụi ρb và phụ thuộcvào tính chất của từng hạt bụi riêng lẽ ( độ dẫn điện bề mặt và độ dẫn điện trong, kíchthước, hình dạng …), cấu trúc lớp hạt và các thông số của dòng khí Chỉ số này ảnhhưởng rất lớn đến khả năng làm việc của các bộ lọc điện

1.7 Sự tích điện của lớp bụi

Điện tích của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thànhphần hóa học, cả những tính chất của vật chất mà chúng tiếp xúc Chỉ tiêu này có ảnh

hưởng đến hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí ( bộ tách bụi ướt, lọc …) đếntính nổ và bết dính của các hạt …

1.8 Tính tự bốc nóng và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí

Các bụi cháy được dễ tạo với O2 của không khí thành hỗn hợp tự bốc cháy vàphụ thuộc vào các tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dáng các hạt,nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần các khí, kích thước và nhiệt

độ nguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ ( không cháy ) Các loại bụi

có khả năng bắt lửa như bụi các chất hữu cơ ( sơn, plastic, sợi ) và cả một số bụi vô cơnhư Mg, Al, Zn

1.9 Hiệu quả thu hồi bụi

Mức độ làm sạch ( hệ số hiệu quả ) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi thu hồiđược trong tổng số vật chất theo dòng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời gian

Hiệu quả làm sạch η được tính theo công thức sau :

Trong đó :

G’, G’’ : khối lượng bụi chứa trong dòng khí vào và ra

G’’’ : lượng bụi thu hồi trong thiết bị

V’, V’’ : lưu lượng thể tích dòng khí vào và ra ( ở đktc 00C, 1 atm )

C’, C’’ : nồng độ hạt bụi trong dòng khí vào và ra

2 Các phương pháp xử lý bụi [3]

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý và làm giảm ô nhiễm bụi đang đượcứng dụng trong thực tế, theo các phương pháp xử lý khô hoặc ướt Nguyên tắc chung :Tách bụi khỏi dòng khí nhờ các cơ chế sau :

• Lắng trọng lực

có vật cản ), lắng ly tâm ( xyclon đơn, kép, nhóm, xoáy và động học …)

Bảng 3.– Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô

ST

T Dạng thiết bị

Năng suấttối đa

Hiệu quả

xử lý Trở lực

Giới hạnnhiệt độ

Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 50 ÷ 70 µm trởlên Tuy vậy, các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng.

Có nhiều loại buồng lắng như : buồng lắng bụi có nhiều ngăn, buồng lắng “độngnăng”

- Cấu tạo đơn giản

- Đầu tư thấp

- Có thể xây dựng bằng vật liệu có sẵn như gạch, xi măng, thép

- Chi phí năng lượng, vận hành, bảo quản và sữa chữa thấp

- Tổn thất áp suất thấp

- Có thể làm việc ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau

- Cồng kềnh, chiếm nhiều không gian

- Chỉ tách được bụi có kích thước tương đối lớn

 Phạm vi áp dụng : Thường được dùng để tách bụi sơ bộ khi bụi có nồng độ

cao, kích thước lớn Chủ yếu dùng cho bụi có kích thước :

- d > 50µm nếu tỉ khối của bụi nhỏ

- d >10µ m nếu tỉ khối của bụi lớn

2.1.2 Thiết bị tách bụi kiểu quán tính

Nguyên lý cơ bản được áp dụng để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làmthay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằngnhiều loại vật cản có hình dáng khác nhau Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thìbụi có quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào cácvật cả rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất đi động năng và rơi xuống đáy thiết bị

Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1m/s, còn ở ống vào khoảng 10m/s Hiệuquả lọc của thiết bị này đạt từ 65 ÷ 80% đối với các hạt bụi có kích thước 20 -30 µm.Trở lực của chúng trong khoảng 150 ÷ 390 N/m2

Có nhiều loại : thiết bị lọc quán tính Venturi, thiết bị lọc quán tính kiểu màn chắnuốn cong, thiết bị lọc quán tính kiểu “lá xách” …

2.1.3./ Cyclon

Hình III 2 – Cyclon lọc bụi

Cơ chế tách bụi: nhờ lực ly tâm

Dòng thiết bị được đưa vào theo phương tiếp tuyến với thân hình trụ của thiết bịnên sẽ chuyển động xoáy ốc bên trong thiết bị từ trên xuống Do chuyển động xoáy,các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm làm chúng tiến dần (văng) về phía hình trụ củacyclon rồi chạm vào đó và tách ra dòng khí Dưới tác dụng của trọng lực các hạt bụinày sẽ rơi xuống đáy phễu thu bụi ở dưới của cyclon Khi chạm vào đáy hình nón,dòng khí bị dội ngược trở lại nhưng vẫn chuyển động được xoáy ốc từ dưới lên vàthoát ra ngoài

- Giá thành đầu tư thấp

- Cấu tạo đơn giản dễ vận hành

- Chi phí sửa chữa, bảo hành thấp

- Có khả năng làm việc liên tục

- Có thể được chế tạo bằng các loại vật liệu khác nhau tuỳ theo yêu cầu vềnhiệt độ, áp suất và mức độ ăn mòn

- Hiệu suất tách thấp đối với bụi có d < 5µm

- Dễ bị mài mòn nếu bụi có độ cứng cao

- Hiệu suất giảm nếu bụi có độ kết dính cao

 Phạm vi áp dụng

- Thích hợp với bụi có kích thước hạt < 20µm

- Thường dùng cho các lĩnh vực ximăng, mỏ, bột giặt, giấy, gỗ, lò đốt

- Còn dùng để thu hồi xúc tác trong dầu mỏ

2.1.4.Thiết bị tách bụi bằng lực tĩnh điện.

Hình III 3 – Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Cơ chế tách bụi: Tách bụi nhờ lực tĩnh điện

Cấu tạo gồm hai tấm đặt song song với nhau được nối đất (tức có điện áp = 0).Đây chính là điện lắng của ESP (vì bụi sẽ được lắng trên điện cực này) Giữa hai điệncực lắng là các dây điện cực được nối với cực âm của một nguồn điện cao thế mộtchiều Các dây này gọi là điện cực quầng

Như vậy giữa hai tấm điện cực lắng có một điện trường rất mạnh Khi có mộtđiện tử tự do xuất hiện trong không này, nó sẽ bị gia tốc rất nhanh và đạt được tốc độcao Do vậy, khi va chạm với các phần khí, nó sẽ có đủ năng lượng để bứt một hoặcnhiều điện tử, tức là ion hoá phân tử khí Tương tự, các điện tử này lại được gia tốc bởi

từ trường và tiếp tục làm bứt các điện tử khỏi các phân tử khí đến một lúc nào đó,lượng điện tử đủ lớn thì sẽ gây nên hiện tượng phóng điện tạo quầng sáng (một quầngsáng mờ bao quanh dây dẫn) ổn định Các ion dương, được tạo thành trong quầngsáng, sẽ chuyển động về phía các dây dẫn (điện cực quầng) và bị phóng điện Các điện

sẽ chuyển động về phía các tấm (điện cực lắng) Khi nó cách điện cực quầng mộtkhoảng đủ xa, cường độ điện trường ở đó trên nên quá nhỏ không đủ để gia tốc nó nữathì quầng sáng tắt kể từ đó điện tử sẽ chuyển động như một điện tử tự do

Trên đường đi về phía điện cực lắng, các điện tử sẽ va chạm với các hạt bụi và cóthể bị các hạt bụi bắt giữ và vì thế sẽ chuyền điện tích âm cho các hạt bụi.

- Còn dùng để thu hồi xúc tác trong dầu mỏ

- Hiệu suất tách bụi cao

- Chi phí năng lượng thấp, thường 0,6 ÷ 0,8kw/100m3khí

- Tách được bụi có kích nhỏ

- Có khả năng làm việc được trong dải t0, p lớn

- Có khả năng tự động hoá cao

Như vậy bên cạnh việc tách bụi, một số chất ô nhiễm dạng khí cũng có thể được tách

ra, còn có thể kết hợp quá trình này để làm nguội hỗn hợp khí

2.2.1./ Cyclon ướt

Cấu tạo :

Hình III 4 – Cyclon ướt

- Dòng khí bụi được đưa vào phần dưới của than hình trụ của thiết bị Nướcđược phun ra từ rất nhiều đầu phun nhỏ đặt trên một trục quay ở tâm của thânhình trụ Nhờ đó, nước được phun thành tia từ tâm ra ngoài đi qua dòng khíđang chuyển động xoáy Nếu phần than của cyclon phía trên vùng phun nước

đủ cao thì có thể không cần đến bộ phận khử sương mù

- Các giọt nước sẽ bắt các hạt bụi Tiếp đó, các giọt nước chứa bụi, dưới tácdụng của lực ly tâm , sẽ văng ra phía ngoài và chạm vào thành ướt củacyclon Sau đó nó sẽ theo thành này chảy xuống dưới đáy của cyclon và sẽ bịloại bỏ

Hiệu suất tách bụi :

- Khoảng 100% cho các giọt ≥ 100 µm

- Khoảng 99% cho các giọt 50 ÷ 100 µm

- 90 – 98% cho các giọt 5 ÷ 50 µm

2.2.3 Thiết bị Ventury

Hình III 5 – Thiết bị Venturi

- Dòng khí bụi đi từ trên xuống Tại chỗ thắt tốc độ của nó sẽ tăng lên đột ngột, đạtđến 50 – 180 m/s Cũng tại chỗ thắt có một dãy các lỗ để phun nước vào Nước đượcphun vào khi gặp dòng khí có tốc độ cao sẽ bị dòng khí xé thành những giọt mịn Bụitrong dòng khí sẽ va đập với các giọt nước và sẽ bị các giọt nước bắt Khi qua chỗ

thắt, do tiết diện tăng dần nên tốc độ dòng khí giảm dần Các giọt nước sẽ lắng xuốngdưới đáy thiết bị tạo thành bùn và sẽ bị tách ra.

- Tỉ số giữa diện tích tiết diện của đầu vào và chỗ thắt của một thiết bị ventury là 4 : 1

Hiệu suất tách bụi rất cao :

- Đạt tới 99% đối với bụi có kích thước 1 µm

- Đạt tới 99,5% đối với bụi có kích thước d = 5 µm

2.2.4 Tháp trần

Nguyên tắc hoạt động: trong thiết bị này nước được phun từ trên xuống và dòngkhí được được dẫn ngược chiều từ dưới lên trên Do tiếp xúc, các hạt bụi sẽ dính kếtvới các giọt nước và lắng xuống đáy, khí sạch sẽ đi ra ngoài thiết bị

Vận tốc của dòng khí vào khoảng 0,6 – 1,2 m/s Nếu vận tốc khí lớn hơn, nước có thể

bị dòng khí mang đi nhiều mà tấm chắn nước không đủ khả năng để cản lại

Tháp trần đạt hiệu quả xử lý cao voái hạt bụi có kích thước d ≥ 10 µm và hiệu quảkém với bụi có kích thước d < 5µm

2.2.5 Tháp đệm

Nguyên lý hoạt động: thiết bị khử bụi có lớp đệm được tưới ước gồm 1 thùngtiết diện tròn hoặc hình chữ nhật bên trong có chứa 1 lớp đệm được đổ đống hoặc sắpxếp theo trình tự nhất định bằng vật liệu rỗng và được tưới nước Khí đi từ dưới lêntrên xuyên qua lớp vật liệu rỗng, khi tiếp xúc với bề mặt ướt của lớp vật liệu rỗng bụi

sẽ bị bám lại ở đó còn khí sạch thoát ra ngoài Một phần bụi bị nước cuốn trôi xuốngthùng chứa và được xả dưới dạng cắn bùn Định kì người ta thau rửa lớp vật liệurỗng

Gồm có 2 dạng: tháp phun nước kiểu đứng với chuyển động ngược chiều của khí vànước

Tháp đệm kiểu đứng Tháp phun kiểu nằm ngang nước từ trên xuống trực giao với dòng khí chuyển động

Thiết bị này cho phép làm việc với vận tốc lớn (có thể đạt 10m/s) nhờ đó kíchthước của thiết bị sẽ được gọn nhẹ hơn.

Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: cường độ tưới, nồng

độ bụi, độ phân tán bụi Thực tế hạt có kích thước 2-5µm được thu hồi 70% còn hạtlớn hơn 80-90%

2.2.6 Tháp sủi bọt

Cấu tạo:

Nguyên lý làm việc: Nước được cấp vào đĩa vừa đủ để tạo một lớp nước cóchiều cao thích hợp, dòng khí đi từ dưới lên trên qua đĩa trục lỗ, làm cho nước sủi bọt.Bụi trong khí tiếp xúc với bề mạt của những bong bong nước và bị giữ lại rồi theonước chảy xuống thùng chứa.

Không khí được đưa vào thiết bị, sau đó nó được thoát lên phía trên qua tấmthép đục lỗ làm cho lớp nước chảy phía trên sủi bọt Màng bọt tạo ra sẽ giữ lại bụi.Nước sạch được đưa vào từ ống cấp nước và mang bụi thoát ra ngoài theo ống xả

tương đối cao và trở lực không lớn