Nhiên liệu trong sản xuất xi măng

Trong quy trình sản xuất xi măng, nhiên liệu đóng một vai trò quan trọng, thậm chí có tính quyết định tới chất lượng sản phẩm cũng như quá trình tối ưu hóa sản xuất. Chúng tôi xin phép mở chuyên đề giới thiệu lý thuyết cơ bản về nhiên liệu trong công nghệ sản xuất xi măng trích từ Giáo trình của PGSTS Nguyễn Đăng Hưng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Phần 1 – thành phần và tính chất nhiên liệu 1. Thành phần nhiên liệu Nhiên liệu có hai phần: Phần cháy được là các chất hữu cơ phức tạp và phần không cháy được là tro xỉ và hơi ẩm. Thành phần của phần cháy được phụ thuộc vào thành phần chất nguyên thủy tạo ra nhiên liệu đó: Ví dụ than đá, dầu mỏ có thành phần khác nhau do nguồn gốc tạo thành chúng khác nhau. Thành phần nhiên liệu rắn và lỏng được biểu thị bằng phần trăm khối lượng nguyên tố và ký hiệu thành phần nguyên tố đó. Độ tro là những khoáng không cháy được của nhiên liệu ký hiệu là A% và độ ẩm ký hiệu là W%. Có 4 loại thành phần nhiên liệu: thành phần hữu cơ, thành phần cháy, thành phần khô và thành phần làm việc. Trong bảng 1 cho 4 loại thành phần với ký hiệu của chúng. Thành phần nhiên liệu theo ký hiệu Tên thành phần Ký hiệu Thành phần nguyên tố (%) Tổng cộng (%) Thành phần hữu cơ H Ch, Hh, Oh, Nh 100 Thành phần cháy C Cc, Hc, Oc, Nc, Sc 100 Thành phần khô K Ck, Hk, Ok, Nk, Sk, Ak 100 Thành phần làm việc L Cl, Hl, Ol, Nl, Sl, Al, Wl 100 Thông thường các số liệu về nhiên liệu đều cho dưới dạng khô, vì độ ẩm của chúng thay đổi theo thời tiết. Trong kỹ thuật lại cần đến thành phần làm việc. Khi chuyển đổi thành phần khô, thành phần cháy sang thành phần làm việc ta áp dụng công thức sau: Từ thành phần khô (% khối lượng): Cl = Ck 100 Wl 100 % Từ thành phần cháy (% khối lượng): Cl = Cc 100 Al Wl 100 % Các thành phần khác cũng tính tương tự. Khi đã biết thành phần làm việc của than, chẳng hạn Cl1, Hl1, ... Wl1, song kiểm tra thực tế độ ẩm không phải là Wl1 mà là Wl2 do mưa gió hoặc bảo quản. Do đó thành phần nhiên liệu sẽ thay đổi thành Cl2, Hl2 ... và thành phần mới tính theo: Cl2 = Cl1 100 Wl2 100 Wl1 % Thành phần khí khác tính tương tự. 2. TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU. Từ các tính chất của nhiên liệu không những ta biết được nhiệt lượng tỏa ra khi cháy mà còn tìm được điều kiện tốt nhất khi cháy cũng như tổ chức việc vận chuyển và bảo quản chúng trong kho. Ngoài ra cũng căn cứ vào tính chất của nhiên liệu mà ta lựa chọn nhiên liệu thích hợp với mỗi kiểu lò nung khác nhau. 2.1 Nhiệt sinh hay nhiệt trị của nhiên liệu Tính chất của nhiên liệu là khả năng tạo ra nhiệt lượng khi cháy, tính chất này được biểu thị bằng nhiệt trị. Nhiệt trị là nhiệt lượng tỏa ra khi cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu rắn hay lỏng hoặc Kjkg hay kcalkg. Đơn vị thường dùng ở nước ta là Kcal, do đó có thể chuyển đổi như sau: Kcal kg = 4,187 Kj kg Kcal h = 1,163 W = 1,163 J s = 3,968 Btu h Lượng nhiệt tỏa ra khi cháy nhiên liệu là kết quả của các phản ứng tỏa nhiệt do quá trình oxi hóa các nguyên tố riêng biệt của nhiên liệu. Nhưng đồng thời cũng có những quá trình thu nhiệt cùng tiến hành song song như sấy khô, phân hủy các hợp chất phức tạp thành hợp chất đơn giản hơn. Cho nên nhiệt trị chính là tổng của các hiệu ứng nhiệt này tính theo một đơn vị khối lượng (hay thể tích của nhiên liệu khí). Người ta phân biệt nhiệt trị cao Qcl và nhiệt trị thấp Qtl, nhiệt trị cao không tính đến nhiệt tiêu tốn để bốc hơi của nước khi cháy hydro. Nhiệt trị thấp có tính đến lượng nhiệt này. Nhiệt trị của nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào thành phần của nhiên liệu và dao động trong một khoảng lớn. Lượng nhiệt tỏa ra nhiều nhất là từ hydro, sau đó là carbon; cho nên nhiên liệu nào giàu thành phần này thì nhiệt trị càng cao. Ví dụ mazut, xăng, dầu hóa có nhiệt trị cao và đạt đến 41000 Kjkg, nhiên liệu khí nhận được khi gia công dầu mỏ, chứa tới 98% hydrocarbon và hydro nên nhiệt trị gần bằng 36000 Kjm3. Nhiệt trị nhiên liệu rắn tăng lên theo tuổi hình thành của chúng. Tuổi càng lớn thì hàm lượng carbon càng lớn và hàm lượng oxi càng nhỏ. Ví dụ, củi hay than bùn có nhiệt trị khoảng 18840 Kjkg và nhiên liệu già hơn, như than đá có nhiệt trị khoảng 35580 Kjkg. Tro xỉ và lượng ẩm đều hạ thấp nhiệt trị của nhiên liệu. Trong kỹ thuật, cần phải so sánh tiêu tốn nhiệt riêng cho một đơn vị khối lượng (hay thể tích) sản phẩm khi nung sấy hay gia công nhiệt ở các lò khác nhau; cho nên người ta dùng khái niệm đơn vị nhiên liệu tiêu chuẩn hay quy ước. Đó là nhiên liệu “Tưởng tượng” có nhiệt trị bằng 29300Kjkg (7000Kcalkg). Để chuyển nhiên liệu bất kỳ nào đó sang nhiên liệu quy ước ta sử dụng hệ số nhiên liệu. K = Qtl29300 (14) Trong đó: Qtl là nhiệt trị nhiên liệu rắn hay lỏng Kjkg hoặc nhiên liệu khí Kjm3. Nếu nhiệt trị không dùng đơn vị Kjkg mà dùng Kcalkg thì: K = Qtl 7000 2.2 Vai trò lưu huỳnh trong nhiên liệu Lưu huỳnh trong nhiên liệu thường có ở ba dạng: a. Hợp chất hữu cơ b. Hợp chất sulfua sắt FeS2 c. Sulphat CaSO4, FeSO4. Lưu huỳnh trong hợp chất hữu cơ, sulffua là thành phần cháy được của nhiên liệu S+O2 = SO2 và tỏa ra 9240 KjkgS. Lưu huỳnh ở dạng sulphat không cháy được, hàm lượng của nó trong nhiên liệu không đáng kể. Như vậy chỉ có lưu huỳnh ở phần cháy được mới là chất bốc của nhiên liệu. Hàm lượng chung của lưu huỳnh trong nhiên liệu thiên nhiên dao động như sau: Củi gỗ 0 ¸ 2% Than bùn 0,2 ¸ 2,0% Than nâu 1,0 ¸ 1,5% Than đá 0,2 ¸ 7,0% Antraxit 0,1 ¸ 5,0% Dầu mỏ 0 ¸ 3,0% Mặc dù lưu huỳnh cháy được và tỏa nhiệt, nhưng sự có mặt của lưu huỳnh sẽ làm giảm chất lượng nhiên liệu vì sản phẩm cháy của nhiên liệu SO2 sẽ làm ô nhiễm môi trường và đôi khi có hại trực tiếp đến vật liệu gia công trong lò. Nhiên liệu có trên 5 ¸ 7% lưu huỳnh, giá trị sử dụng của nó trong công nghiệp rất kém. Than nâu có chứa lưu huỳnh dễ bị tả vụn trong không khí, vì FeS2 bị ôxi hóa thành Fe(SO4)3 là cho than bị vỡ vụn. Dầu mỏ chứa lưu huỳnh ở dạng nguyên tố S, mercaptan, disulfua, sulfua, những chất cháy này ăn mòn kim loại. Đặc biệt trong lò quay đốt bằng nhiên liệu chứa nhiều lưu huỳnh sẽ gây nên hiện tượng ngưng đọng muối sunphat kiềm làm tắc cyclon, đường ống. Điều này gây trở ngại cho hoạt động bình thường của lò vì phải phá các điểm tắc đó. Chính vì vậy mà hệ trao đổi nhiệt của lò quay phải trang bị các song khí nén để phá các tảng phối liệu bị đóng cục. Việc phá các điểm tắc này phải tuân thủ nghiêm khắc qui trình để tránh gây ra tổn thương đáng tiếc.

NHIÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG

Trong quy trình sản xuất xi măng, nhiên liệu đóng một vai trò quan trọng, thậm chí có tính quyết định tới chất lượng sản phẩm cũng như quá trình tối ưu hóa sản xuất Chúng tôi xin phép mở chuyên đề giới thiệu lý thuyết cơ bản về nhiên liệu trong công nghệ sản xuất xi măng trích từ Giáo trình của PGS-

TS Nguyễn Đăng Hưng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Phần 1 – thành phần và tính chất nhiên liệu

Có 4 loại thành phần nhiên liệu: thành phần hữu cơ, thành phần cháy, thành phần khô vàthành phần làm việc Trong bảng 1 cho 4 loại thành phần với ký hiệu của chúng

Thành phần nhiên liệu theo ký hiệu

Tên thành phần Ký hiệu Thành phần nguyên tố

(%)

Tổng cộng (%)

Từ thành phần khô (% khối lượng):

Cl = Ck 100 - Wl

Từ thành phần cháy (% khối lượng):

Nhiên liệu đóng vai

trò quan trọng

Cl = Cc 100 - Al - Wl

Các thành phần khác cũng tính tương tự

Khi đã biết thành phần làm việc của than, chẳng hạn Cl 1, H l 1, W l 1, song kiểm tra thực tế

độ ẩm không phải là Wl 1 mà là W l 2 do mưa gió hoặc bảo quản Do đó thành phần nhiênliệu sẽ thay đổi thành Cl 2, H l 2 và thành phần mới tính theo:

Cl 2 =

Cl 1

2 TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU.

Từ các tính chất của nhiên liệu không những ta biết được nhiệt lượng tỏa ra khi cháy màcòn tìm được điều kiện tốt nhất khi cháy cũng như tổ chức việc vận chuyển và bảo quảnchúng trong kho Ngoài ra cũng căn cứ vào tính chất của nhiên liệu mà ta lựa chọn nhiênliệu thích hợp với mỗi kiểu lò nung khác nhau

2.1 - Nhiệt sinh hay nhiệt trị của nhiên liệu

Tính chất của nhiên liệu là khả năng tạo ra nhiệt lượng khi cháy, tính chất này được biểuthị bằng nhiệt trị Nhiệt trị là nhiệt lượng tỏa ra khi cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu rắn

hay lỏng hoặc Kj/kg hay kcal/kg.

Đơn vị thường dùng ở nước ta là Kcal, do đó có thể chuyển đổi như sau:

Kcal / kg = 4,187 Kj / kg

Kcal / h = 1,163 W = 1,163 J / s = 3,968 Btu / h

Lượng nhiệt tỏa ra khi cháy nhiên liệu là kết quả của các phản ứng tỏa nhiệt do quá trìnhoxi hóa các nguyên tố riêng biệt của nhiên liệu Nhưng đồng thời cũng có những quá trìnhthu nhiệt cùng tiến hành song song như sấy khô, phân hủy các hợp chất phức tạp thànhhợp chất đơn giản hơn Cho nên nhiệt trị chính là tổng của các hiệu ứng nhiệt này tínhtheo một đơn vị khối lượng (hay thể tích của nhiên liệu khí) Người ta phân biệt nhiệt trịcao Qcl và nhiệt trị thấp Qt, nhiệt trị cao không tính đến nhiệt tiêu tốn để bốc hơi của nướckhi cháy hydro Nhiệt trị thấp có tính đến lượng nhiệt này

Nhiệt trị của nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào thành phần của nhiên liệu và dao động trongmột khoảng lớn Lượng nhiệt tỏa ra nhiều nhất là từ hydro, sau đó là carbon; cho nênnhiên liệu nào giàu thành phần này thì nhiệt trị càng cao Ví dụ mazut, xăng, dầu hóa có

nhiệt trị cao và đạt đến 41000 Kj/kg, nhiên liệu khí nhận được khi gia công dầu mỏ, chứatới 98% hydrocarbon và hydro nên nhiệt trị gần bằng 36000 Kj/m3.

Nhiệt trị nhiên liệu rắn tăng lên theo tuổi hình thành của chúng Tuổi càng lớn thì hàmlượng carbon càng lớn và hàm lượng oxi càng nhỏ Ví dụ, củi hay than bùn có nhiệt trịkhoảng 18840 Kj/kg và nhiên liệu già hơn, như than đá có nhiệt trị khoảng 35580 Kj/kg.Tro xỉ và lượng ẩm đều hạ thấp nhiệt trị của nhiên liệu

Trong kỹ thuật, cần phải so sánh tiêu tốn nhiệt riêng cho một đơn vị khối lượng (hay thểtích) sản phẩm khi nung sấy hay gia công nhiệt ở các lò khác nhau; cho nên người ta dùngkhái niệm đơn vị nhiên liệu tiêu chuẩn hay quy ước Đó là nhiên liệu “Tưởng tượng” cónhiệt trị bằng 29300Kj/kg (7000Kcal/kg)

Để chuyển nhiên liệu bất kỳ nào đó sang nhiên liệu quy ước ta sử dụng hệ số nhiên liệu

K = Qtl/29300 (1-4)

Trong đó: Qt là nhiệt trị nhiên liệu rắn hay lỏng Kj/kg hoặc nhiên liệu khí Kj/m3 Nếunhiệt trị không dùng đơn vị Kj/kg mà dùng Kcal/kg thì:

K = Qt /7000

2.2 - Vai trò lưu huỳnh trong nhiên liệu

Lưu huỳnh trong nhiên liệu thường có ở ba dạng:

a Hợp chất hữu cơ

b Hợp chất sulfua sắt FeS2

c Sulphat CaSO4, FeSO4

Lưu huỳnh trong hợp chất hữu cơ, sulffua là thành phần cháy được của nhiên liệu S+O2

= SO2 và tỏa ra 9240 Kj/kgS

Lưu huỳnh ở dạng sulphat không cháy được, hàm lượng của nó trong nhiên liệu khôngđáng kể Như vậy chỉ có lưu huỳnh ở phần cháy được mới là chất bốc của nhiên liệu Hàm lượng chung của lưu huỳnh trong nhiên liệu thiên nhiên dao động như sau:

Củi gỗ 0 ¸ 2%

Nhiên liệu có trên 5 ¸ 7% lưu huỳnh, giá trị sử dụng của nó trong công nghiệp rất kém.Than nâu có chứa lưu huỳnh dễ bị tả vụn trong không khí, vì FeS2 bị ôxi hóa thànhFe(SO4)3 là cho than bị vỡ vụn Dầu mỏ chứa lưu huỳnh ở dạng nguyên tố S, mercaptan,disulfua, sulfua, những chất cháy này ăn mòn kim loại.

Đặc biệt trong lò quay đốt bằng nhiên liệu chứa nhiều lưu huỳnh sẽ gây nên hiện tượngngưng đọng muối sunphat kiềm làm tắc cyclon, đường ống Điều này gây trở ngại chohoạt động bình thường của lò vì phải phá các điểm tắc đó Chính vì vậy mà hệ trao đổinhiệt của lò quay phải trang bị các song khí nén để phá các tảng phối liệu bị đóng cục.Việc phá các điểm tắc này phải tuân thủ nghiêm khắc qui trình để tránh gây ra tổn thươngđáng tiếc

Cuộc đâú tranh chống ô nhiễm môi trường và luật môi trường đã không cho phép sử dụngthan hay nhiên liệu chứa nhiều SO2 trong khói lò Đây cũng là vấn đề đáng quan tâm khilựa chọn nhiên liệu dùng trong lò

(Còn nữa)

Trích từ GT Hệ thống lò quay hiện đại.

PGS-TS Nguyễn Đăng Hưng

Tối ưu hóa quá trình cháy.

Việc sử dụng vòi đốt đa kênh đã chở thành phổ biến tại các nhà máy xi măng đây cũng chính là biện pháp tốt nhất để sử dụng trong tương lai đáp ứng việc sử dụng các nhiên liệu thay thế cho các loại nhiên liệu hiện có.

Tuy nhiên có hàng loạt các vấn đề nảy sinh cần quan tâm, đó là việc hình thành lớp cola, chất lượng clinker và tuổi thọ của gạch chịu lửa Có 2 biện pháp để giải quyết các vấn đề nêu trên: Thay đổi thành phần phối liẹu hoặc sử dụng vòi đốt phù hợp

Việc thay đổi thành phần phối liệu chỉ có thể được giải quyết trong khoảng hẹp (ảnh hưởng đến chất lượng clinker) nên giải pháp sử dụng vòi đốt phù hợp là hiệu quả hơn cả.Mỗi hệ vòi đốt/lò nung/ thành phần phối liệu nhất định phải được phù hợp theo 3 khía cạnh cơ bản, theo các nghiên cứu mới nhất, đó là:

- Chất lượng - clinhker xác định bằng kính hiển vi, cường độ xi măng và các điều kiện thiết đặt

- Chi phí - nhiên liệu, tiêu hao điện, nghiền, việc mất mát sản phẩm khi phải dừng lò

- Môi trường – kết hợp của các giới hạn khí thảiphát xạ như: NOx, SOx, THC, cáchạt rắn, CO…

Quá trình cháy tại vòi đốt chính được tối ưu hóa tại vị trí trong tam giác cơ bản

Các vấn đề thường gặp:

Sự kết hợp giữa nhiên liệu, ngọn lửa, lò nung và nguyên liệu có thể dẫn đến việc hình thành các vòng (vòng bờ côn) trong lò, bề dầy gạch chịu lửa trở nên quá dầy, hoặc một vàibiến đổi về chất lượng clinker Theo mô hình toán học của Greco thì quá trình nung

nguyên liệu theo chiều dài lò sẽ tạo ra 2 pik nhiệt độ Hiện tượng này sẽ làm tăng các vòng

bờ côn trong thân lò tại vùng nhiệt độ thấp giữa 2 pik Hiệu ứng này sẽ tránh được một cách tối thiểu nếu có sự phù hợp tương ứng giữa nhiên liệu và không khí phun vào lò qua vòi đốt chính

Hình 2 - Giản đồ nhiệt theo chiều dài của lò nung.

Hình 1 - Tam giác cơ

bản

Vấn đề tạo ra bờ côn và ảnh hưởng đến lớp lót gạch chịu lửa xuất hiện mạnh khi các hạt cốc mịn (tạo ra do quá trình cháy nhiên liệu) được phun vào lò Sự bắt cháy, phân hủy do nhiệt, nhiệt phân và các đặc tính cháy của cốc là rất khác nhau đối với các loại than và dầu Đối với các vòi đốt

có thiết kế đơn giản không có khả năng điều chỉnh thích ứng cao cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng clinker

và gạch chịu lửa do bức xạ nhiệt và các phản ứng giữa ngọn lửa, phối liệu và vật liệu làm gạch chịu lửa

Bức xạ nhiệt.

Một yếu tố hết sức quan trọng khi phân tích quá trình cháy là bức xạ nhiệt ngọn lửa Bức

xạ này rất mạnh ảnh hưởng bởi mức độ tập trung và kích thước cỡ hạt nhiên liệu phân bố tại vị trí cháy (Hình 3)

Khí động lực ngọn lửa.

Theo các nguyên lý chung, dòng chảy rối, vận tốc phun và dạng hình học cũng như đặc tính nhiên liệu sẽ tạo ra hình dạng ngọn lửa Theo cách này (từ gió thứ cấp và sơ cấp) được phun vào tạo ra dòng hỗn loạn và các vòng tuần hoàn nội và ngoại của ngọn lửa qua

đó khống chế được các vị trí của 2 pik ngọn lửa Các vòng tuần hoàn chịu ảnh hưởng bởi không chỉ các thành tố vận tốc mà chúng còn chịu ảnh hưởng của cấu trúc (dạng thiết kế) của đầu vòi đốt) Hình 4 cho thấy các vòng tuần hoàn này trong cùng khu vực thuộc zone nung của 2 đầu vòi đốt có cấu trúc hình học rất khác nhau nhưng hoạt động trong cùng điều kiện nhiên liệu như nhau, cùng vận tốc phun

Quá trình cháy của một hạt lỏng.

Một hạt cháy thường tạo ra các ngọn lửa khuếch tán xung quanh nó (Hình 5) Như vậy đã tạo ra một vùng bay hơi nhiên liệu xung quanh hạt cháy Nhiên liệu và ô xy khuếch tán theo hướng ngược nhau tạo ra một vùng bay hơi xác định tỷ lệ cháy Theo lý thuyết thời gian cháy tỷ lệ nghịch bậc ba với đường kính hạt ban đầu

Hình 5 - Sự cháy của một hạt nhiên liệu.

Quá trình cháy của một hạt rắn

Quá trình cháy của một hạt rắn sảy ra theo bốn bước,tuỳ thuộc nhiệt độ và mức độ phân huỷ

Bước thứ nhất

Đây là quá trình gia nhiệt và nhiệt phân của hạt, sản phẩm tạo ra là hyđrocacbon bay hơi bao phủ lấy hạy cháy Như vậy không có phản ứng trên bề mặt hạt vì trên bề mặt hạt lúc này chỉ có pha khí (CO2và H2O hình thành).Thành phần chất bay hơi chiếm ưu thế tại giai đoạn này

Hình 6 - Quá trình cháy của một hạt rắn.

Bước thứ hai (nhiệt độ lên đến 1300 0 C)

Tại bước này có phản ứng tại phần ngoài bề mặt hạt khi cháy CO.CO được tạo ra trên bề mặt hạt do kết quả của phản ứng C + 1/2 O 2=> CO

Bước thứ ba (nhiệt độ lên đến 1300 0 C)

Tại bước này có phản ứng tại phần bề mặt hạt khi cháy CO mãnh liệt Tại vị trí giữa hạt vàphản ứng nơI bề mặt có nồng độ O2 thấp đến mức dẫn đến C cháy trên bề mặt hạt theo phản ứng C + CO2 = 2CO Nhìn chung CO nằm ngay trên bề mặt hạt làm tăng độ rỗng chophép CO2 phân tán được

Bước thứ tư (kết thúc quá trình cháy)

Tại bước này tiếp tục xảy ra quá trình cháy CO giảm và nồng độ O2 tăng hầu như chỉ còn CO2 và O2.Như vậy C cháy trên bề mặt hạt theo phản ứng

C + CO2 => 2CO và C + 1/2 O2 > CO

Hình 7 - Cơ chế cháy trong các đám bao phủ.

Quá trình cháy của các đám bao phủ

Trong lò nung xi măng, thông tường, các hạt không cháy độc lập chúng cháy trong các đám bao phủ.H.H.Chiuet lý giải cơ chế cháy của các đám bao phủ các hạt lỏng vào năm

1982, tại Hội thảo chất đốt lần thứ 19 trong bài viết “ Quá trình cháy theo đám của các hạt lỏng ’’ Theo lý thuyết này có bốn cơ chế dẫn đến cháy theo đám, chúng tuỳ thuộc vào hệ

đáng kể các chất bay hơi hoặc bị khí hoá trong lõi của đám bao phủ không bị cháy Vùng 3.

- Các hạt cháy độc lập : hầu hết các hạt được cháy độc lập Vùng 4

Các hạt được phun với lượng lớn ở ngay tại khu vực đầu vòi đốt, khu vực này có chỉ số phân tán nhỏ bởi vậy sự cháy lớp vỏ xuất hiện ở vùng này (Vùng 1) Tuy nhiên với tỷ lệ nhiên liệu và không khí thích hợp, vùng 1 có thể bị thu ngắn lại và vùng 2 chiếm chỗ của

nó Như vậy đối với nhiên liệu và hỗn hợp không khí tốt, có độ hỗn loạn cao, và có các vòng tuần hoàn thì sự cháy ban đầu rất mạnh dẫn đến tạo ra pik nhiệt độ thứ nhất

Sau đó là đến các vùng có độ hỗn loạn cao hơn, lượng ôxi lớn hơn sản phẩm cháy bắt đầu hình thành từ các phản ứng, liên quan đến các đám mây của hạt Trong quá trình việc phântán ôxi tiến hành về phía vùng cháy (Vùng 3) Tuy vậy quá trình trao đổi nhiệt vẫn tiếp tục,nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn Pik thứ hai xuất hiện chỉ khi có đủ lượng ôxi tương tác với nhiên liệu, các hạt sẽ cháy độc lập và quá trình “ Tái bốc cháy’’ lại diễn ra (Vùng 4)

Để khống chế pik nhiệt độ thứ hai, cũng như kéo dài thời gian cháy lần hai, điều quan trọng là phải “ phá vỡ ’’ cơ chế phân tán và thay thế bằng cơ chế đối lưu, như vậy có thể cho phép ôxi phối trộn với nhiên liệu nhanh hơn

Tối ưu hoá quá trình cháy tại vòi đốt chính

Sự cháy hai giai đoạn bị khống chế bởi việc tối ưu hoá sự cháy tại vòi đốt chính Tại vị trí này có thể đạt được độ phân tán, tỷ lệ nhiên liệu/ không khí, các vòng tuần hoàn trong và ngoài, độ rối loạn của các hạt và tỷ lệ cháy Với nhiên liệu thích hợp và phun theo gió sơ cấp, điều có thể thấy là có thể khống chế được vận tốc và nhiệt độ trong lò, chiều dài ngọnlửa và khoảng cách giữa các pik và tối ưu hoá quá trình cháy tại vòi đốt chính

Để tối ưu hoá quá trình cháy điều quan trọng là vị trí đúng đặt vòi đốt chính trong lò

“ Làm thế nào’’ để xác định vị trí đúng của vòi đốt chính phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong bài viết này không để cập đến

Kết luận

Vấn đề cháy trong lò xi măng là vấn đề phức tạp vá chiệu ảnh hửng của nhiều nhân tố Sự phức tạp của vấn đề trên đã được khẳng định tuy nhiên, nếu dùng phương pháp loại trừ có thể chắc chắn khống chế tốt hệ thống đốt nhiên liệu Giải pháp dùng phương pháp loại trừ cần gắn chặt với sự phát triển của công nghệ và khoa học để đưa ra các giải pháp sử lý cácvấn đề :

- Đưa ra các thông tin đầy đủ về các đặc tính của vòi đốt

- Xác định phạm vi phân tích

- Các mô hình toán học

Thông qua đó xác định những biện pháp để tối ưu hoá quá trình cháy và quá trình sản xuất trong một điều kiện nhiên liệu nhất định cũng như các tính chất của phối liệu và ảnh hưởng của quá trình tới môi trường nằm trong khoảng nhất định

TS Clemente Greco, Công ty Tư vấn C Greco Termica Fluidos, Brazil.

Theo TTKHKT XM dịch từ World Cement.

1 Nguyên lí làm việc và đặc điểm

Máy làm nguội kiểu ghi HCFC-2500 là máy làm nguội kiểu răng lược đời thứ 3 được khai thác sử dụng công nghệ mới nhất, với những tính năng như kỹ thuật ưu việt, độ tin cậy cao nên càng thích ứng với các yêu cầu của các nhà máy xi măng qui mô lớn Cho đến nay đã có hơn 30 chiếcmáy làm nguội kiểu răng lược dòng điều khiển dòng máy HCFC được đưa vào sử dụng,

kỹ thuật của nó có trình độ quốc tế niên đại 90

Đặc điểm:

- Giảm thiểu hiện tượng ”hồng hà”, tiêu trừ ”người xếp tuyết”

- Hình thức kết cấu tấm răng lược tiên tiến, không chỉ dễ dàng lắp ráp, mà còn giảmthiểu sự rò nguyên liệu mịn, chống ăn mòn tấm răng lược, kéo dài tuổi thọ sử dụng

- Van làm kín liệu kiểu mới giảm thiểu sự rò rỉ không khí Kết cấu đơn giản, duy tu thuận tiện

- Cấp gió làm nguội theo từng khu vực, nâng cao chất lượng gió làm nguội, nâng cao nhiệt độ gió lần 2, tiết kiệm năng lượng rõ rệt

- Thiết bị vận hành đáng tin cậy, thao tác lò ổn định

2 Nguyên lí làm việc:

Căn cứ vào độ dày lớp nạp liệu lên sàn răng lược, tình trạng phân bổ kích cỡ hạt clinke, đểchia ra các vùng làm nguội hợp lí và để điều chỉnh gió làm nguội thích hợp, chỉ có các khuvực nhỏ mới có thể khiến cho không khí được phân bổ đồng đều, giữa gió mát và clinke được trao đổi nhiệt hết mức Với lượng gió làm nguội nhỏ nhất và quá trình làm nguội có hiệu quả cao nhất đối với một lượng clinke nhất định, giảm thấp lượng gió làm nguội đơn

vị nhằm giảm thiểu lượng không khí dư thừa, cuối cùng đạt mục đích thu hồi nhiệt hiệu quả nhất

Clinke đã nung chín chảy ra từ lò xuống sàn làm nguội Sàn răng lược do các rầm di động

và các rầm cố định đan xen nhau, dưới sự di chuyển qua lại của các tấm răng lược, clinke được rải đều ra khắp sàn làm nguội, hình thành một lớp liệu có độ dày nhất định Gió làm nguội từ đường ống không khí dưới sàn nguội, đi qua máy bù trượt thổi vào rầm không khí, thổi lên trên vào trong lớp nguyên liệu, tiến hành làm nguội clinke Sau khi làm nguội clinke thì gió mát trở thành gió nóng, gió nóng nhất trở thành không khí đốt (gió lần hai) thổi vào lò, gió lần 3 thì nạp vào Lò phân giải; một phần gió nóng dùng để sấy khô, lượng gió nóng nhiệt độ thấp còn lại thì qua xử lí hút bụi rồi thoát vào không khí

Clinke được làm nguội liên tục trong quá trình các tấm răng lược chuyển động qua lại Saukhi làm nguội, clinke cục nhỏ chảy qua các thanh răng lược vào bên trong máy vận chuyểnphía sau máy làm nguội, các viên to thì được nghiền nhỏ bằng máy nghiền, làm nguội lần nữa mới vào máy vận chuyển, clinke mịn qua khe và lỗ răng lược chảy vào van làm kín

Hiệu suất làm lạnh

có thể ảnh hưởng

nhiều đến chất

lượng clinker

liệu điện động, thiết bị đo độ cao vật liệu đo chỉnh tới một độ cao nhất định thì nguyên liệu chảy vào máy xích kéo chuyển đi.

Đoạn thứ 2 là đoạn làm nguội, thao tác với lớp vật liệu mỏng, có lợi cho việc làm nguội clinke, nhiệt độ vật liệu đầu ra thấp, hiệu quả làm nguội tốt Đoạn này được trang bị quạt

hạ thế, tiết kiệm điện, hiệu quả rõ rệt

Căn cứ theo yêu cầu công nghệ, với các khu vực khác nhau sử dụng các loại tấm răng lượckhác nhau, khu thu hồi nhiệt sử dụng tấm CPG, CFG, khu làm nguội sử dụng tấm CAG tỉ

lệ lọt liệu thấp kiểu mới Toàn bộ máy làm nguội sử dụng các tấm răng lược kiểu mới, không có tấm răng lược lỗ tròn kiểu cũ Mặc dùng giá thành chế tạo có tăng lên nhưng nâng cao được sự tiên tiến, tính ổn định và tuổi thọ sử dụng của máy làm nguội

B Hệ thống xung độc đáo:

Sáu hàng phía trước của sàn nguội là các rầm cố định, với kiểu cấp gió xung nên nâng cao tính ổn định của máy làm nguội, có lợi cho việc trộn lẫn clinke mịn và thô, lớp nguyên liệu trên sàn nguội càng đồng đều, hiệu quả làm nguội càng được nâng cao

Tấm răng lược tổ hợp : hoàn toàn tiêu trừ các vết nứt do giãn nở vì nhiệt độ cao, kéo dài tuổi thọ sử dụng của tấm răng lược, có hướng chảy không khí tốt hơn

Điều tốc truyền động: sử dụng hình thức điều tốc biến tần

Máy bù trượt: có thể bù sàn nguội di chuyển trong không gian ba chiều, tính thích ứng mạnh mẽ, tuổi thọ sử dụng dài

Kỹ thuật điều chỉnh khống chế đo kiểm hoàn thiện: khẳng định sự vận hành của máy làm nguội càng thêm tin cậy

Thiết bị lò quay sản xuất xi măng

Lò quay đã được Frederik Ransome đưa vào giới thiệu cho ngành công nghiệp xi măng Với phát minh của ông, đầu tiên Frederik Ransome nhận bằng phát minh tại Anh (bằng phát minh tại Anh số 5442 ngày 2/5/1885, với tên gọi: Sự tiến bộ trong thiết bị công nghệ sản xuất xi măng v.v…) và sau đó tại

Mỹ (bằng phát minh tại Mỹ số 340.357 ngày 19/8/1886 dưới đầu đề: Thiết bị sản xuất xi măng, v.v…).

Lò quay này sử dụng khí ga để đốt, sau đó sử dụng dầu mỏCấu trúc của lò quay

kiểu mới

trước khi việc đốt bằng than mịn được đem vào sử dụng Các lò quay xi măng đầu tiên cóđường kính khoảng 1,8 ¸ 2,0m, chiều dài khoảng 19 ¸ 25m, với năng suất vào khoảng 30 ¸

50 tấn clinker/ngày

Ransome đã sử dụng các lớp lót bằng gạch để việc trao đổi nhiệt của khí trong lò vớivật liệu cấp vào lò đạt hiệu quả cao nhất và cho đến ngày nay lớp lót gạch kiểu này được

sử dụng rộng rãi trong các lò quay xi măng

Khi tăng nhiệt độ của liệu cấp vào lò, quá trình phản ứng lý học và hoá học xảy ranhư sau:

100oC Bay hơi nước tự do

> 500oC Bay hơi nước liên kết

> 900oC Phân huỷ CaCO3 thành CaO và CO2

Phản ứng hoá học giữa CaO, Al2O3, Fe2O3 và SiO2 tạo ra CA, CF,C2F, C2S, C3A,

> 1.200oC Tạo thành pha lỏng

> 1.280oC Tạo thành C3S và hoàn thiện phản ứng của CaO (C2S và CaO tan

vào pha lỏng và tác dụng với nhau trong pha lỏng để tạo ra C3S)Trong pha lỏng CaO cũng tác dụng với các ôxit khác tạo thành những khoáng ximăng khác với tốc độ nhanh hơn so với phản ứng cùng loại ở thể rắn

Quá trình phản ứng pha lỏng để tạo ra C3S phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ nung,trung bình nhiệt độ nung tăng lên 50oC thì tốc độ phản ứng tạo thành C3S tăng gấp hơn hailần, vì vậy để tăng hàm lượng C3S thì nhiệt độ của Zôn nung phải được duy trì ở khoảng1.450oC

Ban đầu sau khi công bố bằng phát minh, lò quay được chế tạo có đường kính khôngđổi theo suốt chiều dài lò, sau đó được cải tiến với đường kính Zôn nung mở rộng; rồi đến

lò quay với đường kính Zôn canxi hoá mở rộng; lò quay với đường kính Zôn nung và Zôncanxi hoá mở rộng; lò quay với Zôn sấy, Zôn canxi hoá và Zôn nung mở rộng

Mục đích của việc mở rộng các zôn của lò là kéo dài thời gian lưu vật liệu trong từngzôn riêng biệt; đồng thời cũng nhằm mục đích giảm tốc độ khí trong đó làm cho quá trìnhtrao đổi nhiệt của khí lò với vật liệu tốt hơn Tuy nhiên, nguyên nhân này đã làm thay đổitốc độ chuyển động của liệu trong lò, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình vận hành của lònung Trong các zôn, liệu bị ứ đọng tại chỗ chuyển tiếp từ Zôn mở rộng sang Zôn tiếp theolàm mức tăng mức chà sát làm gạch chịu lửa tại phần này bị mài mòn nhanh hơn và hàmlượng bụi tăng lên theo Mặt khác, việc chế tạo phần chuyển tiếp đắt hơn nhiều so vớiphần lò thẳng đều Hơn nữa, quá trình xây lớp lót của phần thu hẹp là công việc rất khókhăn và phức tạp, đòi hỏi các gạch chịu lửa phải có hình dáng đặc biệt Từ kinh nghiệmthực tế cũng như các tính toán lý thuyết có thể đưa ra nhận xét rằng các lò quay có đườngkính đều theo suốt chiều dài lò là hiệu quả hơn cả Vì vậy, trên thế giới hiện nay các nhàcung cấp chỉ cung cấp những lò quay có đường kính đều nhau theo suốt chiều dài lò nung

2.1 Lò quay dài phương pháp ướt.

Lò quay với vỏ thép hình trụ tròn, trục lò được đặt nghiêng từ 3,5 - 4% so vớiphương nằm ngang Lò quay dài phương pháp ướt có tỷ lệ chiều dài/đường kính (L/D)khoảng từ 30/1 đến 38/1 Tuỳ theo hàm lượng nước trong bùn phối liệu và thành phần hoáhọc của bùn phối liệu mà suất tiêu hao nhiệt nằm trong khoảng 1300-1650 Kcal/kg