Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

ÆTrao đổi nhiệt là cùng chiều >Xét trên toàn bộ tháp thì liệu và khí nóng đi ngược chiều ÆTrao đổi nhiệt là ngược chiều • Khi lò quay và kết hợp với độ nghiêng nên bột liệu sẽ đi về hư

I Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

II Quá trình nung clinker

III Thiết bị hệ thống tách kiềm

I QUI TRÌNH

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG

1 Khai thác đá vôi và đất sét Æ Đ ập đá vôi và đất sét

2 Đồng nhất nguyên liệu thô

3 Nghiền nguyên liệu thô

8 Bơm cho nhà máy đóng bao và tải xuống tàu về Cát Lái

9 Xuất cho “thượng đế”

II LÒ QUAY CÓ BỘ PHẬN TÁCH KIỀM

» TÁCH VÔI (THU NHIỆT)

» NUNG NÓNG CHẢY (1450OC) (TỎA NHIỆT)

ÆTrao đổi nhiệt là cùng chiều

>Xét trên toàn bộ tháp thì liệu và khí nóng đi ngược chiều

ÆTrao đổi nhiệt là ngược chiều

• Khi lò quay và kết hợp với độ nghiêng nên bột liệu sẽ đi về hướng đuôi lò ÆTrao đổi nhiệt là ngược chiều

• Các chất bay hơi như các muối kiềm, muối clo được rút ra khỏi đầu lò bởi

hệ thống bypass; các chất bay hơi sun phua được kết hợp vói kiềm theo clinker ra khỏi lòÆ tránh vòng tuần hòan trong, tạo vòng trám

ÆCác chất bay hơi sinh ra càng nhiều khi nhiệt độ tăng

ÆCác chất bay hơi sun phua sinh ra càng nhiều khi thiếu O2

TIÊU TỐN NHIỆT & VỆ SINH

• QUÁ TRÌNH TÁCH VÔI Ở DDF LÀ PHẢN ỨNG THU NHIỆT

• QUÁ TRÌNH KHI NUNG Ở LÒ LÀ PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT

ÆLượng than ở DDF chiếm 65-70% do hầ u hết phản ứng

tỏa nhiệt đều ở nhiệt độ 850-900oC của DDF

• Khi nồng độ các chất bay hơi caoÆđầu lò & DDF nghẹt

Æthiếu O2 Ægiảm liệu

ÆCần vệ sinh đầu lò, DDF, hệ thống bypass thường xuyên

NUNG SƠ BỘ Ở PREHEATER

THU NHIỆT & TỎA NHIỆT

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN HÓA CLINKER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ XI MĂNG

Pha clinker Cường độ sớm Cường độ trễ

C3S

C2S

C2A

C4AF

Muối sun phát kiềm

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN PHỤ CLINKER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ XI MĂNG

K2O

SO3

C3A : độ đông kết ban đầu, sự tỏa nhiệt sớm (SR)

C4AF : tỷ trọng,màu sắc (AR)

– Pha phụ :

Vôi tự do : giảm thời gian đông cứng, cường độ sớm, độ đặc chắc

Kiềm / sun phát : tăng cường độ sớm, giảm cường độ trễ

Cao : Khó nung, tăng cường độ sớm, đông cứng chậm

Thấp : dễ nung, dễ tạo trám , giảm cường độ, tỏa nhiệt thấp

Æ KHI ĐÁ ĐỎ NGHẸT LÀM LSF, SR TĂNG

Æ LIỆU KHÓ NUNG, TIÊU TỐN NHIỆT CAO

– AR : (1,5-2,5)

Cao : Dễ nung, giảm cường độ sớm, bền sun phát, đông cứng nhanh ( cần

nhiều thạch cao hơn)

Thấp : Khó nung, tăng cường độ sớm, đông cứng chậm, tỏa nhiệt thấp, độ

co rút nhỏ

IV Thiết bị hệ thống tách kiềm

1: Nguyên tắc tách kiềm

Hệ thống trao đổi nhiệt có ống tách kiềm

™ Vấn đề kiềm trong XMP: nếu hàm lượng kiềm trong bêtông cao, kiềm sẽ phản ứng với các phụ gia, làm giảm độ bền

hóa dẫn tới sự phá hủy cấu trúc bê tông (hàm lượng

kiềm cho phép trong clinker nhỏ hơn 0,6% qui theo Na2O )

™ Ở 8000C kiềm bay hơi mạnh, phần còn lại nằm trong khoáng

KC23S12, NC8A8, KC8A3, K2SO4, Na2SO4 Ở nhiệt độ thấp hơn,

kiềm ngưng tụ K2O ngưng tụ tới 81 – 97%, Na2O ngưng tụ ít hơn

™ Tổng hàm lượng kiềm bay hơi khoảng 3 – 19% Như vậy, bụi khí thải chứa lượng kiềm khá lớn

Nguyên lý hoạt động của ống tách kiềm

™ Quá trình bay hơi ở các zôn có nhiệt độ cao, sau đó ngưng tụ lại

trong phối liệu ở những zôn có nhiệt độ thấp hơn tạo vòng tuần

hoàn kiềm trong lò nung clinker XMP bình thường

™ Nguyên tắc chung là lấy một phần khí thải ra khỏi hệ thống trao

đổi nhiệt, hạ nhiệt độ cho kiềm ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ

kiềm, (hoặc lọc kiềm) Sau đó, khí nóng có hàm lượng kiềm thấp

hơn được hồi lưu, trở lại thiết bị trao đổi nhiệt

™ Khí thải khi qua bộ phận này sẽ ngưng tụ kiềm và lượng kiềm này sẽ được tách riêng, không thể hồi lưu vào clinker Nhờ thiết bị

này, hàm lượng khí SO2 và Cl2 cũng giảm, khí thải sạch hơn

™

Nguyên tắc tách kiềm

• Những chất dễ bay hơi (bụi/gas) tại điểm cĩ số lượng nhiều nhất Sau đĩ

chuyển chúng vào dạng muối và tách ra khỏi hệ thống

• Mức độ tách = lượng bụi* bay hơi- nồng độ tập trung

• Khí kiềm là hỗn hợp của bụi lị và khí bay hơi cơ đặc

Khối hình muối(trong trường hợp này KCl và NaCl) được hình thành trong các thành phần khí (clo, lưu huỳnh, kiềm) ngưng tụ trên các hạt bụi lò

ứng dụng đặc trưng của hệ thống tách kiềm

• Nồng độ cao của các chất dễ bay hơi (Cl, S) trong nguyên liệu

• Nồng độ cao của các chất dễ bay hơi (S) trong các nhiên liệu truyền thống

(than, petcoke, )

• Tăng cường sử dụng nhiên liệu thay thế có chứa clo (dung môi, nhựa, động vật ăn)

Sản xuất xi măng kiềm thấp

Hiệu quả tách kiềm

Tách Cl mang lại hiệu quả cao hơn so với tách S hoặc alkali

Kích thước đặc trưng thiết bị tách kiềm

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

• Ca 10 kJ / kg cho mỗi% tách kiềm bỏ qua quá trình precalciner

• Ca 15-20 kJ / kg /% trong trường hợp chỉ làm nóng lò nung

Ví dụ:

SP lò với 40 S% tách kiềm : + 800 kJ / kg cli

PC lò với 5%-Cl tách kiềm: + kJ 50 / kg cli

• ảnh hưởng của hệ số tách kiềm đối với hỗn hợp khí nóng và hoạt động của lọ

Tạo van của thiết bị tách kiềm để kiểm soát quá trình làm sạch

ảnh hưởng của hệ số tách kiềm đến khối lượng và thành phần

Bypass Dust (at 830 g Cl / ton clinker)

Bypass dust [t/h] Cl concentration in dust [%]

Điều gì xảy ra khi hệ số tách kiềm không chính xác

• Tỉ lệ tách kiềm quá thấp

• Îvan khí bay hơi quá nhỏ không đủ để khí thoát ra khỏi lò

• Î Nhiệt độ khí lò quá cao không đảm bảo cho lò hoạt động ( hoặc trong

trường hợp sử dụng thiết bị làm sạch thông minh)

• ÎNồng độ chất bay hơi trong các bụi lọc là rất cao dẫn đến các vấn đề xử lý

(dính bụi) hoặc thậm chí vấn đề ăn mòn

Điều gì xảy ra khi hệ số tách kiềm không chính xác

• Hệ số tách kiềm quá cao

• - Vấn đề với cloggings trong hệ thống lò?

• - Vấn đề với nồng độ cao chất dễ bay hơi trong bụi kiềmvà vì thế vấn đề xử lý?

• - Tuy nhiên năng lượng (và vật chất trong trường hợp xử lý bụi kiềm) sẽ bị lãng phí vì nhiều khí nóng thoát ra khỏi lò

• Luôn điều chỉnh tỷ lệ tách kiềm chính xác

Cần thiết kiểm soát tình hình chất dễ bay hơi

càng thấp càng tốt để giảm thiểu năng lượng và vật chất thiệt hại

Tùy chọn: nước phun vào buồng trộn hoặc qua tháp điều

ống dẫn tách kiềm qua bộ lọc (tại sao? inclination!)

Bộ lọc kiềm (nhỏ nhất 200 ° C hoặc là EP hay BF)

Quạt tách kiềm

Thiết bị lọc kiềm cổ điển lọc không khí

• Đặc điểm:

• Khí vào thiết bị với nhiệt 1050 - 1150 ° C

- Khí kiềm được trộn với không khí xung quanh ở 200-250 ° C

- Các chất khí có chứa bụi kiềm(khí nóng và muối kết tinh) được đưa vào túi lọc Lọc bụi tĩnh điện kém hiệu quả nên chủ yếu là bộ lọc túi

- Các bụi kiềm được loại bỏ, tái sử dụng sau khi được lọc chiết hoặc sử dụng trong xi măng như thanhf phần phụ

Các khí kiềm sau lọc ra ngoài qua ống dẫn chính

Ưu điểm của không khí tách kiềm

• Thiết kế đơn giản ( chỉ có 1 ống dẫn chính và 1 quạt giữa thiết bị chiết và bể lọc)

• Không có các thiết bị bổ sung nước và phân phối ( xe tăng , máy bơm, vòi phun, máy nén ) cần thiết

• Giảm nguy cơ của sự ăn mòn của ống dẫn khí và lọc do cao hơn điểm sương của khí kiềm(ít độ ẩm)

• Chỉ có 1 bước làm mát khí và điều khiển nhiệt độ

Bộ lọc cổ điển với tháp điều hòa

Bộ lọc cổ điển với tháp điều hòa

• Đặc điểm:

• Nhiệt độ khí chiết 1050 – 1150 °C

• Khí được trộn với không khí xung quanh xuống ca 350 ° C

• Sau đó khí được làm lạnh xuống đến 150-250 bằng thiết bị của một tháp làm mát (điều không khí cho các bộ lọc)

• Ngoài ra bước 2 và 3 có thể được kết hợp bằng cách thêm trực tiếp nước vào

• Hiệu suất lọc tốt, so lượng khí đầu vào với đầu ra ( khoảng 50% khí được lọc sạch)

• Lượng khí kiềm ít và khí làm mát quạt ít( giảm điện năng tiêu thụ)

• Khí qua bộ lọc ít nên chi phí đầu tư thấp

• Có thể điều khí tốt hơn do độ ẩm cao hơn so với lọc bụi tĩnh điện (khả năng bảo vệ của lớp bảo vệ tốt hơn của các hạt bụi và các đặc tính ion hóa tốt hơn)

• Nhược điểm:

• nguy cơ ăn mòn Cao hơn trong ống dẫn khí đến bộ lọc và quạt tách kiềm do độ

ẩm khí cao(cao hơn điểm sương)

• Cần thêm trang thiết bị cần thiết (bể chứa nước, máy bơm, tháp điều, áp suất, máy nén, vòi phun chất lỏng)

• Nguy cơ làm ướt tháp trong trường hợp phun nước không đúng (phân tán không tốt)

• Hai giai đoạn làm sạch cần kiểm soát nhiều hơn

• Khí kiềm ẩm bị giữ lại bụi trở nên dính dẫn đến khó khăn trong xử lý lọc (chiết xuất từ các thùng lọc, từ một silo lưu trữ, bên trong ống vận chuyển bụi, )

•

Thiết bị tách kiềm tại “hòn chông”

Đặc điểm của thiết bị tách kiềm tại “ hòn chông”

• Khí kiềm được làm sạch sau khi trộn với không khí trong buồng trộn

• Các hạt bụi thô được phân tách trong cyclon và đi trực tiếp đến thiết bị vận chuyển clinker

• Phần còn lại được thải ra ngoài cùng với khí làm mát Khí kiềm được trộn với khí làm mát đi vào các thiết bị vận chuyển clinker đến silo

• Chi phí đầu tư thấp

• Chỉ có 1 thiết bị kết hợp khí làm mát và khí lọc kiềm

• Không lọc bụi giao thông vận tải

• Không lọc bụi lưu trữ và bụi trong quá trình nghiền xi măng

• Ít bảo trì thiết bị do số lượng ít

• Các vấn đề xảy ra trong silo clinker: các khí kiềm được tách từ clinker thô Bụi kiềm đa số xuất hiện ở đáy của các silo clinker do vậy có lượng lớn khí kiềm tồn tại trong xi măng

• Như vậy nó ảnh hưởng tới chất lượng xi măng

• Kém linh hoạt hơn ( không sản xuất được xi măng không có khí kiềm, tức là clinker luôn lẫn khí kiềm

Xử lý bụi

Bypass dust

bypass bag filter

bypass fan

To cem ent

m ill

bypass bag filter

bypass fan

To clinke r silo Clinker transport

Bypass dust

bypass bag filter

bypass fan

To cem ent

m ill

bypass bag filter

bypass fan

To clinke r silo Clinker transport

Kiểm soát lượng bụi nhà máy xi măng

Kiêm soát tốt chất lượng xi măng

Chi phí đầu tư cao

Bụi trong quá trình vận chuyên xi măng

Chi phí đầu tư thấp

Bụi kiềm phân tầng và biến đổi chất lượng clinker

• Bụi chất thành các mỏ ( đặc biệt là bụi S và alkali) quay lại môi trường

• Làm sạch khí với nước Bùn được lọc trong các thiết bị lọc ép Giống như nước

ra biển, các loại bánh bụi được tận dụng lại trong lò

• Định lượng bụi trong nhà máy xi măng

• Ít thiết bị, chi phí đầu tư ít hơn và bảo trì ít hơn (vấn đề xử lý có thể ít hơn)

• Định lượng biến động của bụi kiềm và vì thế có thể biến động về chất lượng xi măng

• lọc kiềm hoạt động chỉ có thể trong trường hợp các nhà máy xi măng đang

chạy, khí kiềm được thêm vào lò nung xi măng trong trường hợp này là đóng

cửa (ít linh hoạt)

• Thiết bị trung gian lưu trữ bụi được bỏ qua

• Thêm thiết bị, chi phí đầu tư cao hơn (vấn đề xử lý có thể nhiều hơn)

• Có thể xử lý vấn đề (bụi dính vào silo sau 1 thời gian hoạt đông nên cần thiết

kế silo linh hoạt)

Xử lý khí

• ống chính: đa số trường hợp bụi kiềm kết hợp với khí lò trog các ống chính

• ống riêng biệt: Trong trường hợp amoniac từ ống chính phản ứng với Cl hoặc SO2 từ khí kiềm nó là một cách tốt để tách hoàn toàn khí kiềm.( ví dụ

Missisauga)

• Làm lạnh : khí kiềm có thể được làm lạnh ơ các quạt đầu tiên nếu trong thành phần có (NH3, etc) và phải được đốt cháy Tuy nhiên làm cho nhiệt độ tăng,

hiệu suất sản xuất giảm và các vấn đề ăn mòn xảy ra ở khu vực làm mát

• Tháp làm nóng: thêm các khí kiềm vaò tháp làm nóng (SO2, Cl) tuy nhiên vậy vận tốc khí tăng lên và hiệu quả sản xuất giảm ( khí làm nguội= khí dập tắt)

• Tự làm sạch khí SO2, Cl mà không làm giảm năng suất nhà máy

• Lượng khí bổ sung phải được sử lý bằng bộ lọc

3 Hệ thống tách kiềm và buồng trộn

Cài đặt thiết bị tách kiềm

1 Khí khai thác (càng ngắn càng tốt! Tại sao?)

2 Buồn g trộn

3 quạt làm mát không khí

4 Tùy chọn: nước phun vào buồng trộn hoặc qua tháp điều

5 khí kiềm qua ống dẫn khí để qua bộ lọc (tại sao? inclination!)

6 khí kiềm qua bộ lọc (nhỏ nhất 200 ° C hoặc là EP hay BF)

7 quạt bụi

8 Bụi Giao thông vận tải trong nhà máy, hầm chứa hoặc xe tải

9 Cài đặt tùy chọn thiết bị xử lý bụi xi măng

Thiết bị tách kiềm và buồng trộn

• Mục đích của các thiết bị chiết kiềm Giải nén khí lò tại điểm có nồng độ cao nhất trong chương trình làm giàu chất dễ bay hơi (riser)

• Hoạt động như một "van" cho các chất dễ bay hơi trong hệ thống lò nung để các hoạt động của lò để kiểm soát và làm sạch hợp lý

• Giải nén khí với lượng bụi lò nhỏ nhất(mất năng lượng, vật liệu bị mất)

• Vận chuyển khí kiềm vào buồng trộn tránh các biến đổi xảy ra

• Mô tả thiết bị lọc chiết Thiết bị dẫn khí cần được đặt ưu tiên ở mặt trước của tháp làm nóng như nồng độ bụi lò thấp tại khu vực này (bụi ít được lấy ra và do

đó thiệt hại vật chất ít hơn và tổn thất nhiệt ít hơn)

• Các thiết bị xử lý trong phần này của thiết bịxử lý nên càng ngắn càng tốt bởi

•

MỤC ĐÍCH CỦA BUỒNG TRỘN Các khí lò nóng được đưa qua ống khai thác phải được làm lạnh (nguội) xuống khoảng 200 ° C để củng cố các thành phần khí (SO2, HCl, …)

PHÒNG TRỘN

• Các khí nóng vào buồng trộn từ dưới đáy và dòng khí cưỡng bức (không khí cung cấp bởi các máy quạt) đưa vào theo hướng tiếp tuyến thông qua một số

lỗ

• Sự phân bố của không khí bên trong buồng trộn (đồng nhất nhiệt độ) có thể được hỗ trợ bởi các kênh phân phối không khí

• Đầu phun nước bổ sung vào buồng trộn để sản xuất khối lượng ít khí dập tắt bỏ qua

1

2

3

4 Các vấn đề thường gặp: tắc nghẽn ống chiết hoặc buồng trộn Thường xuyên đóng cặn / tắc nghẽn ống chiết và / hoặc buồng trộn có thể được quan sát thấy

• tắc nghẽn ống chiết hoặc buồng trộn Có thể lý do: làm lạnh không khí vào ống chiết và do đó dẫn đến sự ngưng tụ của các chất dễ bay hơi trong các ống dẫn

này

• Giải pháp:

– Kiểm tra hệ thống được lắp đặt và sửa chữa nếu có sai sót

– Kiểm tra định kỳ cách nhiệt và sửa chữa nếu cần thiết

– Tránh làm lạnh cầu nối

– Kiểm tra phân phối khí trong thời gian dừng lại bảo trì và sửa chữa / tổ

chức lại

– Điều chỉnh tốc độ ống chiết nếu lượng khí thải ra quá nhỏ

– Cài đặt phun không khí ở khu vực nơi xảy ra tắc nghẽn

• Giảm đường kính của ống chiết nếu vận tốc chiết quá nhỏ (xấp xỉ 35 m / s)

bằng cách tăng độ dày của vật liệu chịu lửa (gạch/ hoặc bê tông)

2 Không hiệu quả ngưng tụ đối với các chất dễ bay hơi: còn lại lượng khí thải cao trong SO2, HCl, …

• Tăng tỷ lệ chiết để tách bụi lò nhiều hơn giúp các chất dễ bay hơi hấp thu tốt hơn

• Cài đặt hộp phun bụi lò nóng để tạo ra nhiều bụi trong không khí lò (càng nhiều bụi thì tốc độ chiết càng cao)

• Bơm bụi vài ống làm lạnh không khí

• Nếu lượng khí thải cao, ví dụ: hóa vôi trong buồng trộn

3 Không đủ làm mát dòng không khí qua ống chiết

• Kiểm tra tốc độ dòng khí làm lạnh

• Kiểm tra tốc độ chiết và điều chỉnh nó theo yêu cầu

4 Tổn thất nhiệt của hệ thống ống chiết

• Kiểm tra các hệ thống quạt làm lạnh không khí và đảm bảo tốc độ dòng khí thích hợp

• Kiểm tra vật liệu chịu lửa trong thời gian bảo trì và thay thế nếu cần thiết

• Kiểm tra xem dòng không khí làm lạnh vẫn còn chính xác (thường tổn thất ở cửa hút gió, bộ phận phân phối, …

4 Hoạt động và các khía cạnh môi trường của hệ thống tách kiềm

Điều khiển hệ thống tách kiềm

• Tỉ lệ chính xác của dòng không khí làm lạnh rất cần thiết trong bộ phận tách ki.ềm

3 Dựa vào năng suất hệ thống tách kiềm xác định lượng không khí cần thiết để làm lạnh đạt đến một nhiệt độ nhất định (ví dụ 200 ° C có thể được tính (tra bảng)

Kiểm soát hệ thống tách kiềm

4 Điều chỉnh sự thiết lập quạt làm lạnh không khí để cung cấp lượng không khí cần thiết

5 Điều chỉnh tốc độ quạt hệ thống tách kiềm theo điểm đặt nhiệt độ (ví dụ 200 ° C) sau buồng trộn:

• Bằng cách này đưa ra một lưu lượng không khí làm lạnh xác định, nhiệt độ điểm sẽ đạt được nếu năng suất hệ thống tách kiềm được đạt tới yêu cầu (nếu lượng khí đốt hệ thống tách kiềm là quá thấp, nhiệt độ sẽ nâng lên quá cao và ngược lại)

• Trong trường hợp năng suất hệ thống tách kiềm không ổn định dẫn đến lượng O2 ở đầu vào lò, quá trình đốt cháy, năng suất sản xuất, …sẽ bị ảnh hưởng

Hệ thống tách kiềm hoạt động

• Làm sạch 1lần/ca làm việc (hay thường xuyên hơn nếu cần thiết) ống chiết và buồng trộn để tránh tắc nghẽn hệ thống

• Làm sạch khe mọi lúc, nếu không sẽ làm tắc nghẽn hệ thống tách kiềm

• Trong quá trình làm sạch buồng trộn (kiểm soát được hệ thống tách kiềm theo tiêu chuẩn) (không xác định lượng không khí làm lạnh khi dòng không khí hoạt động không đúng yêu cầu) Các quạt hệ thống tách kiềm đã được hoạt động ở một tốc độ nhất định

Tắc nghẽn ống chiết bộ phận tách kiềm & Phòng trộn

• Bộ phận tách bụi kiềm là rất quan trọng Nếu nồng độ chất dễ bay hơi quá

cao hoặc nếu bụi bị ẩm ướt, nó trở nên dính kết