Đồ án Lò quay xi măng bằng phương pháp khô

Các phương pháp sản xuất xi măng : Quy trình sản xuất XM bao gồm các quá trình xử lý các phần nguyên liệu để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất, nung hỗn hợp trong lò nung để tạo thành clin

Chương I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT XM

I Các phương pháp sản xuất xi măng :

Quy trình sản xuất XM bao gồm các quá trình xử lý các phần nguyên liệu để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất, nung hỗn hợp trong lò nung để tạo thành clinker và cuối cùng là nghiền mịn clinker với sự thêm vào lượng nhỏ thạch cao để tạo ra dạng bột mịn

Hai quy trình sản xuất được biết như là quy trình “Khô” và “ướt”, mà theo đó nguyên liệu sẽ tương ứng được nghiền và trộân chung với nhau theo điều kiện khô hay ướt Trong một dạng khác của những quy trình này, nguyên liệu được nghiền khô và sau đó trộn với 10-14% nước và tạo hình thành những cục nhỏ

Quy trình ướt có nguồn gốc được dùng cho các loại nguyên liệu rất dễ nghiền như đá phấn và đất sét và sau đó được ứng dụng cho phạm vi các loại nguyên liệu cứng hơn như đá vôi và sét phiến nham Cùng với sự cải tiến về điều khiển, kiểm soát quá trình, ngày nay đã có thay đổi chuyễn sang ứng dụng quy trình khô đòi hỏi tiêu tốn ít nhiên liệu hơn trong quá trình nung so với quy trình ướt

Ngoài ra, sự phát triển hiện đại trong quá trình trộn các nguyên liệu dạng bột ngày nay đã loại bỏ những bất lợi của quy trình khô Tổ chức sản xuất theo quy trình khô được ưu thích tại Mỷ, nơi hầu hết các loại nguyên liệu sử dụng đều khá cứng như đá, nhưng sau này quy trình ướt đã được chọn lựa rộng rãi hơn bởi vì tính thuận lợi của nó trong việc điều chỉnh thành phần XM

Nguyên liệu để sản xuất clinker XMP là đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt được phối trộn theo đơn phối liệu cần thiết rồi được nghiền mịn trong những máy nghiền (máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng ) Nghiền ướt hay nghiền khô phụ thuộc vào hàm lượng độ ẩm phối liệu vào lò nung Tùy theo độ ẩm của phối liệu vào lò nung, ta có thể phân thành ba phương pháp sản xuất clinker XMP :

Phương pháp ướt ( phối liệu vào lò dạng bùn past, độ ẩm trong khoảng 18-45%)

Phương pháp khô ( độ ẩm phối liệu vào <1%)

Phương pháp bán khô ( phối liệu vào lò được ép thành viên với độ ẩm 12-18%)

1 Phương pháp ướt:

Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn past (độ ẩm tới 45%), đi vào lò quay từ đầu phía trên ( đầu cao của lò) trải qua một loạt các biến đổi hóa lý : sấy, đốt nóng, phân hủy đất sét và sau đó là cácbonnát canxi, kết khối và làm nguội nhanh thành clinker

Clinker được ủ trong silô, sau đó được nghiền với phụ gia(3-5% thạch cao và các phụ gia khác) thành xi măng Lò quay là ống trụ dài120-150m, đường kính 2.4-4m, đặt nghiêng 4-60, quay với tốc độ 40-70m/s Nhiên liệu là bột than, dầu, khí, phun vào lò theo hướng ngược với chiều chuyển động của phối liệu

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt của lò quay, người ta thường lắp thêm các thiết bị trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt, thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm…

2 Phương pháp khô:

Nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức cao nhất trong lò quay nung clinker XMP Các quá trình biến đổi hóa lý của phối liệu khô ( độ ẩm < 1%) xảy ra chủ yếu ở pha rắn ( sấy, đốt nóng, phân hủy cácbonát canxi ) được thực hiện trong các thiết bị đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo

Phần phản ứng pha lỏng ( tạo pha lỏng, kết khối tạo clinker, làm nguội ) thực hiện trong lò quay Nhờ vậy, lò quay được giảm bớt chiều dài ( còn khoảng 60-80m), năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với lò nung clinker bằng phương pháp ướt Vấn đề môi trường cũng được coi là dễ giải quyết hơn

Một thời chất lượng clinker sản xuất bằng phương pháp ướt được coi là tốt hơn clinker phương pháp khô, chủ yếu do khi nghiền ướt, phối liệu được trộn đều, phản ứng tốt hơn Hiện nay, kỹ thuật đồng nhất hóa bằng khí nén trong sản xuất clinker hoàn thiện hơn rất nhiều Sản xuất XMP phương pháp khô là phương pháp chủ yếu hiện nay trên thế giới cũng như ở VN Phương pháp ướt chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ, hoặc trong những điều kiện đặc biệt thuận lợi về khai thác nguyên liệu

3 Phương pháp bán khô :

Với thiết bị nung lò đứng ( còn gọi là xi măng lò đứng ) cho chất lượng clinker thấp, không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường,nên không tồn tại ở các nước phát triển Ở Việt Nam , xi măng lò đứng ở các địa phương cho sản lượng khoảng 2.5-3 triệu tấn XMP/năm, cũng sẽ không được đầu tư tiếp tục

II Các biến đổi hóa lý tạo clinker XMP từ bột phối liệu :

Bột phối liệu từ đá vôi, đất sét, quặng sắt được đem nung luyện sẽ trải qua một loạt biến đổi, ban đầu là những biến đổi riêng biệt trong từng loại nguyên liệu (sấy, phân hủy nước hoặc phân hủy cácbonat) sau đó là những quá trình hóa lý phức tạp để tạo clinker XMP (phản ứng pha rắn, tạo pha lỏng và kết khối) Phản ứng tạo clinker XMP xảy ra nhiều giai đoạn, các biến đổi cơ bản sau:

1 Quá trình sấy.

Với phương pháp ướt, độ ẩm rất cao (18-45%), với phương pháp khô, độ ẩm phối liệu thấp hơn nhiều (<1%) Đây là lượng ẩm liên kết vật lý, khi nhiệt độ phối liệu tới khoảng 1200C, quá trình chủ yếu sẽ là bay hơi lượng ẩm này

2 Quá trình đốt nóng.

Phối liệu khô có nhiệt độ tới khoảng 6500C Trong giai đoạn này, các tạp chất hữu cơ cháy tỏa nhiệt (trong khoảng 200-4000C); đất sét bị phân hủy do mất nước hóa học (trong khoảng 400-6000C) tạo mêta caolinhít hoạt tính cao

Al2O3.2 SiO2.2H2O400− 6000→ Al2O3.2SiO2 + 2H2O

3 Phân hủy cácbonát

Nhiệt độ phối liệu lên tới 10000C Quá trình chủ yếu là phân hủy cácbonát canxi CaCO3 (nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở khoảng 870-9000C), ngoài ra các muối cácbonát như MgCO3, đôlômít….cũng bị phân hủy ở những khoảng nhiệt độ khác nhau

MgCO3600 →0C

MgO + CO2CaCO3 870− 9000→ CaO + CO2Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh Sự phân hủy CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các oxit hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicat canxi như CA, C12A7, CS, C3S2,…bắt đầu tạo thành

Đặc trưng cơ bản của toàn bộ giai đoạn này là các biến đổi xảy ra ở pha rắn, theo sơ đồ: R1 → R2 + K Hoạt tính của các cấu tử do sự xuất hiện những sai sót lỗ trống do H2O, OH- và CO2 bị phân hủy để lại trong mạng tinh thể Tương tác lỗ trống trong mạng tinh thể với nhau tạo nên hợp chất mới hoặc kết tinh lại thành tinh thể khác

4 Kết khối.

Nhiệt độ tăng từ 1100-14500C Pha lỏng do các hợp chất eutectic nóng chảy (trong thành phần nguyên liệu lẫn nhiều tạp chất tạo pha lỏng, nhưng thành

phần chủ yếu của pha lỏng là Fe2O3) Nhiệt độ càng tăng, pha lỏng hình thành ngày càng nhiều tạo điều kiện cho quá trình kết khối clinker và hình thành các khoáng cần thiết CaO và C2S hòa tan tạo pha lỏng và phản ứng tạo C3S C3S hình thành trong mạnh trong pha lỏng từ 13000C Tỷ lệ hợp lý giữa hai pha lỏng/rắn trong khoảng15-25% Cơ chế chuyển chất chủ yếu trong quá trình kết khối là khuếch tán Quá trình có thể chuyển làm 3 giai đoạn:

• Pha lỏng bão hòa hoặc quá bão hòa các cấu tử cần thiết

• Tạo tâm kết tinh pha mới

• Tinh thể pha mới phát triển thành tinh thể thực Pha tinh thể chính hình thành là C3S

Sự kết khối các khoáng clinker XMP kèm theo biến đổi thể tích, tăng mật độ hạt Sự biến đổi thể tích và tăng mật độ phụ thuộc nhiều vào điều kiện kỹ thuật, quan trọng nhất là nhiệt độ và thời gian kết khối

Các quá trình tạo khoáng chính xảy ra, một cách hình thức có thể viết tóm tắt các phản ứng sau:

12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3 → 3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +

4CaO.Al2O3.Fe2O3

5 Làm nguội

Khi nguội, phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong clinker Thành phần pha của clinker gồm những khoáng chính như C3S, C2S, C3A, C4AF và pha thủy tinh Ngoài ra là những khoáng CaO, MgO do không phản ứng hết Nhiệt độ giảm các tinh thể C3S, C2S, C3A phát triển chậm tới kích thước nào đó cho tới khi ngừng hẳn Trong quá trình làm nguội ở nhiệt độ 12750C, C3S phân hủy tạo thành C2S và 6750C có sự biến đổi thù hình

2

600 2

III So sánh và ch ọn phương pháp sản xuất:

suất lao

động

T XM/1 người/

Vì vậy ta chọn sản xuất phương pháp khô

Chương II GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI CÁC LOẠI LÒ.

I Lò đứng:

Lò đứng nung clinker XMP có dạng là ống

thép hình trụ thẳng đứng, trong lót gạch chịu lửa

Chiều cao lò thường L = 8-12m , đường kính

D = 2.4-3m, nhiệt tiêu phí 3.78-5.46 kJ/kg clinker

(năng suất 5-12 tấn/giờ) Với những lò kích thước

lớn, có thể lắp đặt thêm các bộ phận thông khí Các

lò đứng nung XMP được cơ khí hóa phần nạp và

tháo liệu

Phối liệu nung trong lò đứng được tạo hình

bằng phương pháp bán khô thành những viên sỏi

hoặc hình trụ nhỏ Nhiên liệu được phân bố đều

trong phối liệu hoặc trộn nghiền cùng phối liệu

hoặc tạo viên riêng với kích thước không quá 5mm

rồi trộn với viên phối liệu Nhờ vậy, khi nhiên liệu

cháy trực tiếp truyền nhiệt cho phối liệu, tạo hiệu

quả nhiệt tương đối cao Nếu tính năng lượng tiêu

tốn cho một đơn vị khối lượng clinker (kcal/kg

clinker) các lò đứng tốn ít nhiên liệu hơn lò quay

Các quá trình biến đổi tạo clinker xảy ra ngay trong cục phối liệu ban đầu Nhiệt khí thải và lượng nhiệt tổn thất qua thân lò không lớn Trong quá trình nhiên liệu cháy, trong phối liệu xảy ra phản ứng phân hủy, bay hơi khí, kích thước cục nhiên liệu giảm dần, tạo những lỗ trống thuận lợi cho sự thông khí của lò

Nhiên liệu cho lò đứng nung xi măng là than cốc hoặc than gay Các loại than mỡ, than nâu ngọn lửa dài (dùng rất tốt cho lò quay) lại không thích hợp

do nhiều chất bốc, dễ thoát khỏi nhiên liệu trước khi bắt đầu phản ứng cháy, gây tổn thất nhiên liệu nhiều hơn

Quá trình hóa lý biến đổi phối liệu thành clinker trong lò quay và lò đứng là tương tự nhau Phối liệu (gồm cả nhiên liệu rắn) được tiếp vào lò từ trên cao, sao cho phân bố đều tiết diện ngang Trong quá trình dịch chuyển từ trên cao xuống, phối liệu đều trải qua các giai đoạn: sấy, đốt nóng, phân hủy cácbonat, tạo các silicat, aluminat, pha lỏng và kết khối, làm nguội Tương xứng với quá trình phản ứng là các “zone” cùng tên gọi phân bố theo chiều dọc lò đồng thời trong từng cục vật liệu trong quá trình chuyển dịch từ trên xuống

Sau khi nung, clinker cũng được nghiền với những phụ gia thích hợp thành XMP Do chất lượng clinker không cao, nghiền clinker lò đứng dễ hơn nghiền clinker lò quay.

XMP lò đứng chất lượng kém hơn XMP lò quay, không đảm bảo vệ sinh môi trường.Ở những nước công nghiệp phát triển, lò đứng có thể dùng nung những loại xi măng đặc biệt, lò đứng nung clinker nói chung không tồn tại

II Lò quay:

1 Phương pháp ướt:

1.1 Giới thiệu chung:

Lò quay là ống thép hình trụ, trong lót gạch chịu lửa (samốt hoặc cao nhôm vùng làm nguội, phần nung lót loại GCL kiềm tính manhêzi, manhêzi-crôm) Để tăng tuổi thọ lò, người ta có thể dùng thêm các loại gạch cách nhiệt

Thông thường, với phương pháp ướt, lò có chiều dài L = 80-120m, đường kính D = 3-6m Tỷ lệ L/D = 30-40, hình dạng lò cũng không đơn điệu Nhiều loại lò quay có kích thước đốt nóng phình to Lò đặt với tang góc nghiêng 2-6%

so với mặt đất trên bệ đỡ con lăn và quay với tốc độ 0.5-0.75 vòng/phút

Chuyển vận của nguyên liệu và khí nóng trong lò quay theo nguyên tắc ngược chiều Nguyên liệu ướt vào lò từ đầu cao, theo độ nghiêng và lực quay của lò, chuyển động dần tới phần thấp, cuối lò vớii vận tốc 35-45cm/phút Trong quá trình chuyển vận, phối liệu luôn thay đổi bề mặt nhận nhiệt đốt nóng khí cháy,biến đổi hoá lý thành cục clinker Nhiên liệu được phun từ đầu thấp, cháy và truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt độ rồi đi ra ngoài ở phía cao của lò Nhiệt độ khí thải khoảng 200-3000C

1.2 Các quá trình hóa lý xảy ra:

1.2.1 Zone sấy:

Phối liệu vào dạng bùn sệt, nhận nhiệt khí thải, đạt nhiệt độ khoảng

1200C – 2000C, xảy ra quá trình mất nước lý học Để tăng hiệu quả truyền nhiệt, ở zone này, người ta thường mắc thêm các mắc xích kim loại Vì vậy, còn gọi là zone xích Ngoài ra các xích sắt còn có tác dụng ngăn bụi thoát khỏi lò Chiều dài zone sấy khoảng 35% chiều dài lò

1.2.2 Zone đốt nóng:

Trong zone này, nhiệt độ phối liệu tăng từ 120-6500C quá trình chủ yếu là cháy tạp chất hữu cơ và mất nước hóa học của các khoáng sét Đất sét bị phân hủy tạo mêta caolinhit hoặc các dạng oxit tự do hoạt tính rất cao Bắt đầu phân hủy một phần cácbonát Zone đốt nóng chiếm khoảng 14% chiều dài của lò

Al2O3.2SiO2.2H2O → 3Al2O3.2SiO2 + H2O

1.2.3 Zone phân hủy cácbonat:

Nhiệt độ lên tới 10000C Đây là giai đoạn cuối cùng của các phản ứng pha rắn CaCO3 → CaO + CO2

1.2.4 Zone kết khối.

Nhiệt độ phối liệu từ 1000 tới 14500C Đây là zone có nhiệt độ cao nhất trong lò, pha lỏng hình thành nhiều 15-25% Các phản ứng tạo khoáng, kết tinh các khoáng xảy ra nhanh hơn nhờ pha lỏng Với sự có mặt pha lỏng có độ nhớt rất cao, cùng tác dụng chuyển động quay theo lò rồi trượt xuống do trọng lượng, các viên clinker dạng sỏi được hình thành

Tạo pha lỏng và kết tinh

12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3 → 3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +

4CaO.Al2O3.Fe2O3Zone kết khối chiếm khoảng 20% chiều dài của lò

1.2.5 Zone làm nguội

Sau zone kết khối, phối liệu đã kết khối tạo thành clinker với thành phần khoáng cần thiết Không khí lạnh lấy nhiệt từ khối clinker nóng làm nhiệt độ clinker giảm dần từ 1450-13000C Zone làm nguội chiếm 8% chiều dài của lò Ơû đây chưa kể tới thiết bị làm nguội clinker với tốc độ nhanh để ổn định thành phần pha có trong clinker XMP Các thiết bị này làm nguội clinker với

tốc độ rất nhanh từ 1300 xuống còn 100-1500C và thường đặt riêng Phổ biến nhất là thiết bị làm nguội kiểu ghi và kiểu hành tinh Clinker ra khỏi thiết bị làm nguội nhiệt độ còn khoảng 100-1500C và được chứa trong các xilo đặc biệt làm nguội tiếp trước khi đem nghiền với phụ gia.

• 1450-1380 clinker nguội tới nhiệt độ để nghiền

• 1380-100 tạo pha thủy tinh, các tinh thể nhỏ mịn Ngăn cản biến đổi thù hình:

C3S1250 →0C C2S +CaO

S C S

2

670 2

2 Phương pháp khô:

2.1 Giới thiệu chung:

Sự khác biệt nung clinker theo phương pháp khô ở trong thiết bị lò quay là không có vùng bay hơi ẩm phối liệu, bởi vì phối liệu đưa vào lò ở dạng bột khô hoặc có độ ẩm rất thấp Vì vậy mà chi phí nhiệt cho khâu nung clinker giảm tới 40%

Lò quay theo phương pháp khô khác nhau về kích thước, dạng hệ thống trao đổi nhiệt ngoài lò Vật liệu được đưa vào hệ thống dạng bột khô

Hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo đóng vai trò quyết định trong việc tiết kiệm năng lượng nhiệt của lò nung clinker XMP phương pháp khô

2.2 Hệ thống trao đổi nhiệt:

Hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu treo gồm hệ thống xyclon nhiều tầng (hoặc bậc) mắc nối tiếp Mỗi tầng có một hoặc nhiều xyclon (ban đầu chỉ một hoặc hai tầng, nay thường bốn hoặc năm, sáu tầng) phía trong các xyclon thường được lắp gạch chịu lửa cao nhôm Bột phối liệu đã nghiền mịn đi vào các xyclon ở trạng thái lơ lửng có khả năng trao đổi nhiệt rất mạnh với khí nóng do hầu như toàn bộ bề mặt hạt tham gia trao đổi nhiệt Hạt phối liệu rắn theo dòng khí nóng đi vào xyclon theo hướng tiếp tuyến, chuyển động xoáy vòng theo hướng từ trên xuống dưới, đi từ xyclon này vào xyclon khác có nhiệt độ cao hơn

Chuyển vận phối liệu và khí nóng trong hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo SP

Sau đây chúng ta sẽ phân tích chuyển vận hệ phối liệu _ khí nóng và những biến đổi hoá lý cơ bản trong các xyclon hệ bốn bậc

2.2.1 Xyclon bậc I:

Phối liệu (nhiệt độ khoảng 500C_ 600 C)

chuyển tới đổ vào ống giữa xyclon bậc I và xyclon

bậc II Khí nóng từ xyclon bậc II ( nhiệt độ khoảng

500 C ) thổi từ dưới lên cuốn bột phối liệu vào

theo phương tiếp tuyến với các xyclon bậc I Bột

phối liệu ở trạng thái lơ lửng nhận nhiệt từ khí

nóng tăng nhiệt độ rất nhanh, các phản ứng hoá lý

(sấy, mất nước hoá học của đất sét) xảy ra tương

ứng với nhiệt độ của bột phối liệu làm khối lượng

riêng hạt bột phối liệu thay đổi Đồng thời, hạt bột

phối liệu chuyển động xoáy trong xyclon, liên tục

va chạm với thành xyclon, va chạm với nhau mất

dần động năng, rơi xuống đáy xyclon, theo ống dẫn

rơi xuống xyclon tầng dưới (xyclon bậc II), lúc này

nhiệt độ phối liệu khoảng 2500C, nhiệt độ giảm

dần, theo ống dẫn khí thoát ra ngoài (nhiệt độ khí

thải ra khỏi xyclon khoảng 3000C )

Quá trình chủ yếu trong xyclon bậc I là sấy (

bay hơi ẩm ), bắt đầu đốt nóng bột phối liệu Khí

thải nhiều hơi ẩm H2O đi vào các hệ thống lọc bụi

và thoát ra ngoài

2.2.2 Xyclon bậc II:

Bột phối liệu từ xyclon bậc I (nhiệt độ

2500C) rơi xuống ống nối giữa xyclon bậc II và

xyclon bậc II Gặp dòng khí nóng từ xyclon bậc III

(nhiệt độ khoảng 6500C) thổi từ dưới lên, phối liệu

bị cuốn theo vào xyclon bậc II theo phương tiếp tuyến Tương tự như trên, hạt phối liệu có nhiệt độ tăng từ 2500C lên tới 5000C và rơi xuống ống dẫn khí thải giữa xyclon bậc III và xyclon bậc IV Khí nóng giảm nhiệt độ tự 650oC xuống còn 5000C đi vào xyclon bậc I

Quá trình hoá lý chủ yếu trong xyclon bậc II là mất nước hoá học của đất sét, cháy các tạp chất hữu cơ lẫn trong phối liệu, phân hủy MgCO3 và bắt đầu phân hủy CaCO3

2.2.3 Xyclon bậc III:

Bột phối liệu từ xyclon bậc II rơi xuống ống nôí giữa hai xyclon bậc III và IV, gặp khí nóng từ xyclon bậc IV thoát ra (nhiệt độ khoảng 8000C), bị cuốn theo khí nóng đi vào xyclon bậc III theo phương tiếp tuyến Trong xyclon bậc III, nhiệt độ bột phối liệu tăng từ 5000C lên tới 6500C và rơi vào ống nối giữa xyclon bậc IV và lò quay nung clinker, gặp khí thải từ lò nung hoặc từ máy làm nguội clinker (nhiệt độ khoảng 11000C) cuốn vào xyclon bậc IV theo phương tiếp tuyến

Quá trình chính trong xyclon bậc III là đất sét mất nước hoá học, phân hủy hầu hết MgCO3 và tăng cường sự phân huỷ CaCO3 Xyclon bậc IV:

Bột phối liệu từ xyclon bậc III rơi vào ống nối giữa xyclon bậc IV và khí thải từ lò quay Nhiệt độ khí đầu vào của xyclon bậc IV khoảng 11000C (là nhiệt độ khí thải từ lò quay, hoặc nhiệt độ khí làm nguội clinker từ thiết bị làm nguội (còn gọi là gió ba); và ra khoảng 8000C đi vào xyclon bậc III Nhiệt độ bột phối liệu tương ứng đầu vào 6500C và đầu ra khoảng 8000C đi vào lò quay nung clinker

Quá trình chủ yếu trong các xyclon này là tận dụng nhiệt khí thải từ lò nung đốt nóng bột phối liệu Mặc dù nhiệt độ khí thải cao:1000 – 11000C, nhưng quá trình cácbônát hoá trong xyclon bậc IV rất nhỏ (khoảng 10 – 15%) Như vậy, để tăng hiệu quả quá trình phân hủy cácbônát phải thiết kế thiết bị riêng (calciner)

Phân bố nhiệt trong hệ thống xyclon

2.3 Các hệ thống trao đỗi nhiệt:

2.3.1 ILC - Dạng buồng calciner tận dụng gió 3

2.3.2 SLC - D Dạng buồng calciner lắp độc lập có dòng gió 3 từ trên xuống:

2.3.3 SLC – Dạng buồng calciner lắp độc lập

2.3.4 SLC – I Dạng buồng calciner kết hợp:

2.4 Lò nung:

2.4.1 Thân lò quay :

Lò quay sẽ được giới thiệu là loại lò quay của Polysius, là loại lò quay tự chỉnh gồm các cơ cấu chính như bệ tự chỉnh, hệ thống dẫn động trực tiếp, đồ gá vành lăn răng

Để bảo vệ lò nung giảm bớt tác động của các yếu tố như nhiệt,ăn mòn hóa học thì lò cần có lớp gạch chịu lửa

Lò nung có thiết bị trao đổi nhiệt thường được thiết kế quy ước với tỉ lệ L/D là 14:1 đến 17:1.Những lò này chịu áp lực của quá trình kết khối lớn hơn

so với lò nung có tỉ lệ L/D từ 15:1 đến 19:1.Lò nung ngắn có tỉ lệ L/D từ 10:1 đến 13:1 thường dùng 2 bệ đỡ

2.4.2 Phần liệu vào:

Đầu bịt đầu lò được trang bị vòng

cung ngăn bụi thoát ra ngoài

Đầu bịt đầu lò sẽ bị hỏng trong

điều kiện chịu áp lực trong thời gian dài,

khí nóng và bụi có thể vào, gây ảnh hưởng

xấu đến đầu bịt của lò Vì vậy, đầu bịt cần

tăng cường để duy trì áp suất âm bên trong

hệ thống

2.4.3 Phần liệu ra:

Phía trước bộ phận làm lạnh, đầu bịt

lò nung được lắp giữa ống chụp và lò

quay.Bảo đảm áp suất âm bên trong lò

nung vẫn được giữ ổn định, không tiêu hao

nhiều

• Thiết bị làm lạnh dạng ghi được nối

với đầu bịt bằng ống chụp, có thể chịu

được sự chênh lệch giữa áp suất dương ở

thiết bị làm nguội, và áp suất âm ở trong

lò nung

• Đầu bịt và ống chụp được làm nguội

bằng quạt

2.4.4 Đồ gá vành lăn răng.

Đồ gá vành lăn răng bao bọc xung quanh vỏ lò có tác dụng truyền moment xoay từ bộ truyền động con lăn tới vỏ lò, dưới tác dụng của lực ma sát, làm cho lò có thể quay Đồ gá vành lăn răng này bao gồm các then bên trong kết nối với vỏ lò và bao bọc toàn bộ thân lò Khi con lăn quay, nhờ ma sát, vành lăn răng sẽ quay theo, kéo theo các then bên trong tác dụng lực theo phương tiếp tuyến với lò, làm cho lò chuyển động cùng chiều với vành lăn răng

Để tránh mài mòn vỏ lò và xảy ra tình trạng trượt giữa vành lăn răng và vỏ lò, các vành lăn này được lắp đặt sao cho có lớp đệm và khoảng trống, giữa nó với lò

• Do lực ma sát thấp nên gần như không phải bão dưỡng

• Khoảng trống lớn của vành lăn làm cho có thể đốt nóng lò nhanh

• Hao mòn vật liệu chịu lửa ít

2.4.5 Vòng răng:

Bộ phận truyền động của lò

nung là bánh răng truyền và vòng

răng

Để lò chuyển động hiệu quả và an toàn cần có những yếu tố cơ bản sau:

• Kích thước chính xác

• Phân bố tải trọng đồng đều trên sườn răng,không tập trong ở đỉnh

• Vòng răng và bánh răng truyền được bọc kín tránh bụi,được bôi trơn bằng dầu

Đối với lò 2 bệ đỡ,tải trọng phân bố đều 2 bệ đỡ này.Do đó có thể không sử dụng truyền động bằng vòng răng thay vào đó là bệ đỡ con lăn để truyền momen quay đến vòng đai

2.4.6 Hệ thống bánh răng truyền

Dẫn động một trục lăn với 2 động cơ điện

2.4.7 Trụ đỡ:

 Đối với lò 3 bệ đỡ

Trụ đỡ roller được bố trí một góc 300 với trục thẳng đứng của tiết diện lòĐể chống lại độ võng của lò nung khi xoay,trục roller của lò nhỏ được đặt một góc nhỏ dọc theo trục lục lò nung

Trong các lò nung lớn hiện nay,trục lò nung được đặt song song.Do đó lò nung có thể :

• Duy trì chuyển động lên xuống của lò

• Tăng sự vững chắc do khối lượng lò phân bố trên bề mặt trụ đỡ

Nhờ đó tốc độ lò nung cao hơn

 Đối với lò 2 bệ đỡ

Cấu tạo gồm:

• Bệ tự điều chỉnh:

Để đảm bảo các đặc điểm tiếp xúc mặt luôn được tốt giữa vành lăn răng và con lăn đỡ trong mọi điều kiện vận hành của lò quay, các trục đỡ con lăn đã được sử dụng

Trong bố trí ổ tâm bệ, ở mỗi trục

lăn có 2 ổ trục và được xếp song song

với vành lăn Bố trí ổ như thế đảm bảo

tính linh hoạt của trạm trục lăn trong

điều chỉnh hàng tự động

Các trục lăn đỡ tự chỉnh cũng

được làm cho chi phí bão dưỡng thấp do

thủ tục bão trì hàng năm trong việc đo lò

và chỉnh cặn kẽ các trục lăn đỡ được biết là không cần thiết nữa

• Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt:

Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt được xác định ở ma sát tối đa sử dụng được và hệ số lực dẫn động với lực tải giữa trục lăn đỡ và vỏ lò, lực tải là

do trọng lượng lò, và lực dẫn động là do moment lò liên quan đến điều kiện vận hành

Việc đo dữ liệu tạo ma sát tối đa sử dụng được cho thấy dẫn động ma sát có thể chuyển 8-9 lần lực vận hành của lò quay Vì trị số của lò quay này vượt

quá rất nhiều moment động cơ tối đa, tình trạng ép vuốt của trục lăn dẫn động được loại trừ trong những điều kiện có thể vận hành được.

• Cơ cấu dẫn động trực tiếp:

Lò quay tự chỉnh dẫn động trực tiếp

qua các trục quay, thay thế cho việc truyền

năng lượng qua cơ cấu bánh răng truyền

Các bộ dẫn động được nối trực tiếp với các

trục lăn tự chỉnh Việc loại bỏ những bộ

phận chịu ứng lực cao (cơ cấu bánh răng và

bánh răng truyền) tạo nên ưu điểm về tính

khả dụng cao của lò với bảo dưỡng thấp

Có thể sử dụng hệ thống dẫn động

thủy điện hoặc động cơ điện

• Hệ thống dẫn động thủy lực:

Trong trường hợp hệ thống dẫn động thủy lực, áp lực kiểm soát moment động cơ và thể tích kiểm soát vận tốc động cơ Sự tạo thành liên kết ngang của các động cơ thủy lực với bơm đảm bảo là mọi động cơ dẫn động luôn nhận được moment như nhau

Dẫn động thủy điện là dẫn động 2 trục lăn với 4 động cơ

 So sánh 2 quan niệm dẫn động:

• Độ tin cậy của 2 quan niệm là như nhau

• Với hệ thống dẫn động thủy lực, bản kê phụ tùng thay thế khống lớn

vì không đòi hỏi bộ cơ cấu Hơn nữa, nhà cung cấp cơ cấu thủy lực có dịch vụ tại chỗ 24/24 giờ trên toàn thế giới và ngay cả Việt Nam

• Hệ thống thủy lực phát sinh tiếng ồn ít hơn nhiều

• Hiệu quả của hệ thống dẫn động cơ điện từ đầu vào nguồn điện tới đầu chuyển giao nguồn điện ở lò tốt hơn

• Nếu một bộ phận dẫn động bị hư, thì lò có dẫn động thủy lực có thể tiếp tục đạt khoảng 70% công suất thiết kế Lò có dẫn động cơ điện phải ngừng

• Tổng chi phí về vốn của 2 quan niệm dẫn động gần như nhau

2.5 Gạch chịu lửa:

Các loại gạch chịu lửa sử dụng trong lò quay

2.5.1 Gạch Magnesia-Crome HDB – 70 :

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)

Có các đặc điểm kỹ thuật sau :

Khối lượng riêng (kg/m3) : 3.03

Cường độ nghiền (KG/cm2) : 450

Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm2, T2) : 1700

Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1

Độ dãn nở nhiệt tại 1000oC (%) : 1

Cr2O3 : 12

2.5.2 Gạch có hàm lượng alumina cao H-1, H-2:

Các đặc điểm kỹ thuật sau :

Đặc điểm kỹ thuật Loại gạch

Khối lượng riêng 2.4 2.25

Độ chịu lửa dưới tải trọng

Thay đổi chiều dài tại 1500oC x

Độ dãn nở nhiệt tại 1000oC (%) 0.7 0.6

Thành phần hóa (%)

MgO

Cr2O3

702

602.5

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)

Có các đặc điểm kỹ thuật sau :

Cường độ nghiền (KG/cm2) : 400

Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm2, T2) : 1700

Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1

Độ dãn nở nhiệt tại 1000oC (%) : 1.2

Cr2O3 : 8.5

2.5.4 Gạch block đơn WSC – 19 :

Các đặc điểm kỹ thuật :

Khối lượng riêng (300oC x 24h) : 3.15

Thành phần hóa (%) : Al2O3 : 88

SiO2 : 7 Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 3h (%) : +0.7

Cường độ nghiền (KG/cm2) (300oC x 24h) : 400

Đặc tính : chống rạn,chống ăn mòn

2.5.5 Gạch có hàm lượng alumina cao HACT – 165 :

Đặc điểm kỹ thuật :

Khả năng chịu được nhiệt độ cực đại (oC) : 1650

Cường độ vật liệu dự đoán (KG/cm2) : 2200

Thay đổi độ dài tại 110oC x 24h (%) : -0.1

Độ dẫn nhiệt (kcal/m.h.oC) :260oC : 0.65

:540oC : 0.75:800oC : 0.86 Thành phần hóa (%) :Al2O3 : 58

:SiO2 : 20

2.5.6 Phương pháp lót gạch chịu lửa trong lò quay:

Gạch lót lò quay

Gạch lót lò quay dạng hình cung

Lắp đặt gạch lót chịu lửa trong lò quay theo 3 cách :

• Lót gạch lò với vữa

• Lót gạch lò theo phương pháp khô

• Phương pháp dính bám; phương pháp này có thể thi công theo phương pháp khô cũng như phương pháp sử dụng vữa

2.6 Thiết bị làm nguội : 2.6.1 Thiết bị làm nguội kiểu thùng quay :

Là ống thép hình trụ đượng kính 2-5m, chiều dài 60-90m, lắp 7%, ngay sau lò quay Trong lò có lắp thêm những cánh thép để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt Lò chuyển động quay độc lập với lò nung Nhiệt độ clinker đầu vào là 1300-1350oC, nhiệt độ clinker đầu ra là 150-300oC Năng suất riêng khoảng 2.5-3.5 tấn clinker/ngày đêm Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh50-80 kcal/kg Để đạt mức trao đổi nhiệt cao nhất, tốc độ gió đầu vào khoảng 3.8-4.3 m/s, hệ số không khí dư 1.1

nghiêng4-Thiết bị làm nguội kiểu thùng quay chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ

2.6.2 Thiết bị làm nguội kiểu hành tinh :

Thiết bị làm nguội kiểu hành tinh là một hệ thống nhiều ống thép hình trụ gắn liền với lò nung (lò con) Khi lò nung quay, những ống này quay theo lò nung như các hành tinh Để tăng hiệu quả làm nguội, phía trong các lò con cũng lắp những cánh nâng clinker hoặc xích sắt

Clinker từ lò nung đi vào các lò con và được làm nguội bởi không khí lạnh thổi ngược chiều Các lò kiểu hành tinh được ứng dụng trong công nghiệp lần đầu tiên vào name 1910, liên tục cải tiến cho tới ngày nay Số lượng lò con xung quanh lò lớn là 10 hoặc 11 lò Đường kính 2.6m, năng lượng tiêu tốn riêng 0.6-1.3kWh/tấn clinker, năng suất tối đa 500-700 tấn/ngày đêm Đây là thiết bị tương đối phổ biến trong công nghệ sản xuất clinker theo phương pháp ướt, và giai đoạn đầu của những lò nung phương pháp khô

Việc lắp đặt thiết bị làm nguội kiểu hành tinh làm xuất hiện một số vấn đề nan giải như: tính toán tải trọng cơ học, ứng suất cơ vùng tiếp giáp có thể dẫn tới nứt lò, một phần clinker dính vào lò con rơi xuống ống phun, chế độ khí động của dòng khí qua các lò con không ổn định, khó điều chỉnh lửa, ồn ào khi làm việc…kinh phí đầu tư cho thiết bị làm nguội kiểu hành tinh và kiểu ghi được xem là tương đương.

2.6.3 Thiết bị làm nguội kiểu ghi

Hiện nay, phổ biến là các thiết bị làm nguội độc lập kiểu ghi đo có tốc độ làm nguội nhanh hơn, nhờ vậy, chất lượng clinker được cải thiện rất nhiều

So với các thiết bị làm nguội các kiểu khác, thiết bị làm nguội kiểu ghi kín, dễ đảm bảo vệ sinh môi trường hơn Trong đó, không khí chuyển động vuông góc với chiều chuyển động của clinker, dòng khí chuyển động ngang rất ít, tránh được hiện tượng truyền nhiệt lẫn nhau trong khối clinker, nhờ vậy tốc độ làm nguội rất cao và nhiệt độ của clinker có thể từ nhiệt độ khá cao( 13000C ) xuống còn rất thấp ( 65- 1000C)

Clinker di chuyển trên các tấm ghi,truyền nhiệt cho không khí, hạ nhiệt độ rất nhanh xuống còn 100 _ 1500C, thậm chí chỉ còn 650C Nhiệt độ clinker thấp rất thuận lợi cho những công đoạn sau (ủ và nghiền) Năng suất các thiết

bị làm nguội kiểu ghi cũng rất cao, có thể tới 10000 tấn clinker / ngày đêm

2.6.4 Thiết bị làm nguội kiểu buồng :

Buồng làm nguội là thiết bị đơn giản về nguyên tắc nhưng có thể đáp ứng tốt những yêu cầu kỹ thuật làm nguội clinker, năng suất có thể 3000 tấn/ ngày đêm Buồng được lắp ngay cuối lò nung Phía trong buồng lót gạch chịu lửa, thành buồng có những lỗ thông hút khí từ ngoài vào Clinker nóng từ lò nung rơi trong không gian buồng được làm nguội bởi không khí nén thổi ngược từ dưới lên Thời gian lưu clinker trong buồng được điều chỉnh nhờ hệ thống ghi ống trụ Gió vào buồng được phân phối theo tỷ lệ: 35% thổi từ dưới lên qua hệ thống ghi hình trụ, 45% cấp từ phần giữa lò và 20% từ các khe hở tường buồng

Tốc độ làm nguội clinker trong thiết bị kiểu này tương đương với thiết bị làm nguội kiểu ghi, vì vậy, chất lượng clinker tốt Nhiệt độ clinker qua ghi trụ khoảng 250- 280oC, tiếp tục được làm nguội trên băng tải Nhiệt độ khí nóng (làm gió 2) khoảng 900 _ 10000C Hệ số tác dụng nhiệt hữu ích của buồng làm nguội tới 83%, kín không gây bụi Chi phí xây dựng cao hơn thiết bị kiểu ghi (hơn khoảng 10%) và chi phí năng lượng cao hơn

2.7 Sự cháy nhiên liệu trong lò nung:

2.7.1 Kích thước vòi phun nhiên liệu rắn :

Hiện nay, than là loại nhiên liệu phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất xi măng Các vòi phun than có kết cấu tương đối đơn giản, có thể hình dung như những ống trụ với kích thước khác nhau

Tốc độ dòng khí quá nhỏ (20-25m/s) có thể dẫn tới hiện tượng cháy nhiên liệu ngay sát đầu vòi phun Vận tốc dòng khí không thích hợp, kích thước ngọn lửa (chiều dài và rộng) không đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt cho phối liệu Vì vậy, tốc độ phun phụ thuộc đường kính lò D Ngoài ra, tốc độ vòi phun còn phụ thuộc tính chất than, đặc biệt độ mịn bột than.

Trường hợp chất lượng than thấp, bất buộc phải dùng chung nhiên liệu khác (dầu hoặc khí), vòi phun phải thiết kế khác Tốc độ phun còn phụ thuộc lượng không khí hoà trộn cùng phối liệu, to gọi là gió một, trong công nghệ

XM, khoảng 6% lượng không khí cần cho quá trình cháy

• Đặt vuông góc: phối liệu nhận nhiệt trực tiếp, truyền nhiệt tốt hơn Hạn chế của kỹ thuật này là lửa ngắn, cháy không hết nhiên liệu, làm xáo trộn phối liệu và tăng tốc độ quá trình ăn mòn VLCL.

• Đặt song song với trục lò đảm bảo sự cháy nhiên liệu triệt để Để tăng nhiệt truyền từ nhọn lửa vào phối liệu, cần lựa chọn vị trí đặt vòi phun phù hợp Với những lò bán kính nhỏ, vòi phun đặt chính tâm lò, còn với những lò bán kính lớn, vị trí vòi phun không đặt ở chính tâm lò, mà ở mức thấp dưới tâm, sao cho lửa tiếp xúc được với khối phối liệu trong lò để tăng hiệu quả truyền nhiệt , nhưng lửa phun không chạm vào GCL ở phần trên thân lò

2.7.3 Quá trình cháy của nhiên liệu

Quá trình cháy là quá trình oxy hoá kèm theo sự phát lửa và toả nhiệt nói cách khác, cháy là quá trình phản ứng hoá học giữa oxy và nhiên liệu (oxy hoá), kết quả quá trình là sự phát lửa và toả nhiệt

Quá trình cháy bao gồm những giai đoạn chính như sau:

• Hoà trộn là quá trình hoà trộn nhiên liệu với không khí

• Phản ứng cháy: phản ứng hoá học giữa oxy và các thành phần cháy được của nhiên liệu ( C, P, S) quá trình toả nhiệt và phát sáng ( lửa)

• Phát tán sản phẩm cháy: sản phẩm sau khi cháy là hỗn hợp các oxít

CO, CO2, H2O, SO2, NOx….Không khí nóng và phần nhiên liệu chưa phản ứng hết Hỗn hợp có nhiệt độ cao phát tán trong không gian lò, hoàn tất quá trình cháy, truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt liệu rồi thoát ra khỏi lò

Tốc độ quá trình cháy phụ thuộc vào

giai đoạn chậm nhất trong các giai đoạn nói

trên Trong các hệ thống lò đốt công nghiệp

thông thường, giai đoạn chậm nhất thường là

giai đoạn hoà trộn Vòi phun nhiên liệu được

thiết kế sao cho hoà trộn nhiên liệu _không

khí tốt nhất để quá trình cháy được xảy ra

hoàn toàn.Không khí trong quá trình cháy

thường chia làm ba loại, tương ứng với ba giai

đoạn cháy gió 1, gió 2, gió 3

Gió 1 ( hoặc lượng khí sơ cấp ):

Lượng không khí hoà trộn với nhiên liệu trước khi xảy ra phản ứng cháy gọi là gió 1 đây là lượng khí cần cho quá trình cháy, thổi cưỡng bức, hoà trộn

rất nhanh cùng nhiên liệu qua vòi phun Nếu hoà trộn tốt, gió 1 sẽ cháy hết Gió 1 có tác dụng kiểm soát tốc độ hoà trộn khí + nhiên liệu, tốc độ dòng và ổn định hình dạng ngọn lửa trong quá trình cháy.

Gió 2 ( hoặc khí thứ cấp)

Lượng không khí bị cuốn tự nhiên theo dòng phun nhiên liệu cháy thành ngọn lửa do chênh lệch áp suất Lượng khí này phụ thuộc tỉ lệ hoà trộn của gió

1 và tốc độ dòng khí Gió 2 là

dòng khí đối lưu bên cạnh dòng

lửa khí ảnh hưởng nhiều tới hình

dạng, kích thước và nhiệt độ

ngọn lửa Trong công nghệ sản

xuất XM, gió 2 đóng vai trò

quan trọng tăng nhiệt độ cháy

của ngọn lửa, do không thể tăng

nhiệt độ, gió 1 ( không khí nóng

không thuận lợi cho quá trình

chuyển vận và hoà trộn với than

trong đường ống.)

Gió 3 : Lượng khí tự nhiên hoặc cưỡng bức thêm vào hỗn hợp sản phẩm

cháy sau khi quá trình cháy đã hoàn tất về cơ bản Gió 3 có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ hỗn hợp khi cháy

Trong công nghệ sản xuất clinker, XMP, lượng khí hồi lưu từ các thiết bị làm nguội thường là gió 3, nếu thiết bị ổn định, tăng dần khí trong thiết bị làm nguội làm giảm nhiệt độ gió 2 và do đó giảm nhiệt độ lửa, và do đó, thậm chí còn tốn nhiên liệu thêm chứ không tiết kiệm được nhiên liệu như mong chờ Lượng nhiên liệu tiêu tốn thêm lớn hơn lượng nhiên liệu dùng nâng nhiệt độ khí thải

III Lò tầng sôi:

1 Các nét đặc trưng chính của dây truyền:

So với hệ thống lò quay thông dụng, hệ thống lò tầng sôi có những nét đặc trưng sau:

• Cho phép sử dụng linh hoạt các loại nhiên liệu chất lượng khác nhau

• Hiệu suất sử dụng nhiệt thải đạt tới 80%

• Giảm tiêu hao nhiệt 25-10%, và như vậy, làm giảm 25-10% lượng

CO2 thoát ra môi trường

• Giảm hàm lượng NOx thoát ra môi trường tới 50% do sử dụng công

Gió một+nhiên liệu

Gió hai

Đốt nóng Vùng phân hủy

• Nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ nên đảm bảo chất lượng ổn định clinker

• Bố trí thết bị cho phép tiết kiệm mặt bằng và chi phí xây doing

• Giảm chi phí vận hành và chi phí bão dưỡng

2 Cấu hình hệ thống:

Sơ đồ công nghệ của hệ thống lò

nung mới kiểu tầng sôi FLUBECKS

được thiết kế để sản xuất các chủng

loại xi măng đặc biệt như xi măng đóng

rắn nhanh, xi măng belít ít tỏa nhiệt

Nó bao gồm hệ lò 2 tầng: tạo hạt và lò

nung

Hệ thống lò FLUBECKS bao gồm

tháp trao đổi nhiệt kiểu treo được trang

bị buồng tiền nung với chức năng phân

giải cacbonát, lò tầng sôi để nung

luyện clinker và máy làm nguội clinker

kiểu tầng sôi với kiểu thổi gió qua lớp

clinker cố định

2.1 Tháp trao đổi nhiệt :

Tháp trao đổi nhiệt thể treo SP trang bị buồng đốt phụ SC gồm tháp trao đổi nhiệt 4 tầng nhằm sấy khô nguyên liệu, buồng đốt phụ với chức năng phân giải cácbonat tương tự hệ thống lò quay phương pháp khô hiện tại

Lò nung luyện clinker kiểu tầng sôi có chức năng tạo hạt nguyên liệu có kích thước 1.2-2mm và nung luyện clinker ở nhiệt độ cao 13000C Trong công nghệ nung luyện này, không cần phải cấp các hạt clinker làm lõi trước khi nung và đây cũng chính là chìa khóa công nghệ dẫn đến thành công

2.3 Máy làm nguội:

Máy làm nguội clinker kiểu thổi gió trong tầng sôi có chức năng làm nguội nhanh clinker xuống dưới 10000C trong vùng nhiệt độ cao một cách nhanh chóng để đảm bảo chất lượng tối ưu của clinker

Máy làm nguội clinker qua lớp vật liệu cố định có chức năng làm nguội clinker tới nhiệt độ khoảng 1500C một cách kinh tế nhất

2.4 Hệ thống phân loại và tháo clinker tại đáy:

Hệ thống phân loại và tháo clinker ở đáy có chức năng tháo một cách có lựa chọn các hạt clinker đủ kích thước trở lên xuống máy làm nguội Các hạt nhỏ và các hạt bột được quay ngược trở lại để tiếp tục nung luyện và tạo hạt,

do đó thời gian lưu giữ nguyên liệu để tham gia phản ứng tạo khoáng cho clinker sẽ là như nhau Nhờ vậy, chất lượng clinker sẽ được đảm bảo Hệ thống này cho phép kiểm soát một cách tốt nhất chất lượng hạt clinker cũng như đường phân bổ cỡ hạt sản phẩm ra khỏi lò nung FCK và vật liệu trong lò

2.5 Cơ cấu thổi bột liệu:

Bột liệu được thổi vào một cách nhanh chóng nhằm tránh hiện tượng dính bám cũng như kết khối trước trong FCK Nó cũng đồng thời thực hiện chức năng kiểm soát quá trình tự tạo hạt của clinker trong suốt thời gian kết luyện ở nhiệt độ cao

2.6 Cơ cấu phân phối đặc biệt:

Cơ cấu phân phối

đặc biệt được trang bị

hàng loạt lỗ phun gió có

tác dụng tạo điều kiện

cho quá trình tạo hạt diễn

ra tốt nhất Các lỗ được

bố trí để không cho phép

tạo ra các vùng thụ động

gần cơ cấu phân phối

nhằm tránh hiện tượng

dính bám gây tắc nghẽn

Phần trung tâm hình côn được sử dụng để tạo điều kiện tốt nhất cho tầng sôi

Kết luận :

• Hệ thống lò nung kiểu tầng sôi cho phép kiểm soát cỡ hạt tại lò tạo hạt thông qua cơ cấu phân phối đặc biệt, hệ thống tháo clinker có phân loại theo cỡ hạt và hệ thống thổi bột liệu

• Chất lượng clinker trong các lò thử nghiệm được đảm bảo nhờ nguyên liệu có đủ thời gian lưu giữ trong zone nung với nhiệt độ cao, còn nhiên liệu sẽ cháy heat và không lẫn vào trong clinker

• Hiệu suất thu hồi tại các hệ lò thử nghiệm đều đạt mức cao

• Lượng CO2 thoát ra môi trường giảm 20-25% so với các lò quay thông dụng

• Lượng khí NOx trong khí thải giảm nhiều so với lò quay nhưng vẫn còn chưa đạt được mục tiêu ban đầu đề ra

IV.So sánh và chọn loại lò:

Ưu điểm • Do trộn than với

phối liệu nên khi nhiên liệu cháy trực tiếp truyền nhiệt cho phối liệu.Vì vậy năng lượng tiêu tốn cho 1 đơn vị khối lượng clinker ít hơn so với lò quay phương pháp ướt

• Chi phí xây dựng và bảo trì thấp thích hợp cho những nơi có nhu cầu XM thấp

• Phối liệu được nghiền ướt, có độ đồng nhất cao nên chất lượng clinker rất đồng đều do đó xi măng có chất lượng cao

• Có dạng ống trụ dài,đường kính lớn Do đó,lò quay có diện tích làm việc lớn, cho năng suất cao

• Tự động hóa sản xuất,hoạt động liên tục(so với lò đứng)

• Tiết kiệm nhiệt hơn phương pháp ướt nhờ hệ thống TĐN

• Nhờ thiết bị trao đổi nhiệt nên giảm đáng kể chiều dài lò,tiết kiệm vật liệu,diện tích xây dựng

• Giảm ô nhiễm

Nhược

điểm:

• Chất lượng clinker thấp do nhiệt sẽ làm lớp phối liệu bên ngoài kết khối trước trong khi lớp bên trong mới ở giai đoạn sấy hay phân hủy

• Năng suất thấp do cần thời gian để kết khối hoàn toàn phối liệu

• Ô nhiễm môi trường

• Tiêu tốn nhiều nhiệt lượng để làm bay hơi toàn bộ lượng nước có trong hỗn hợp bùn (1300 – 1450 kcal/kg clinker).Chi phí năng lượng này chiếm tỷ lệ cao nhất trong tổng chi phí năng lượng để nung clinker

• Kích thước lò quay

quá lớn, tiêu hao điện

năng, tiêu hao gạch chịu lửa cao, rủi ro khi vận hành lò cao, đồng thời đòi hỏi mặt bằng nhà máy rất lớn

• Vấn đề môi trường chưa được giải quyết

• Độ đồng nhất không cao bằng phương pháp ướt nhưng được cải tiến bằng hệ thống đồng nhất

Từ những ưu điểm trên ta thấy chọn lò nung phương pháp khô,hệ thống trao đổi nhiệt ILC, 5 tầng

Chương III TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY

Thành phần than cám 1 :

Tp làm

lv(độ ẩm) A

Q 81*Clv+300*Hlv-26*(Olv+Slv)

=

lv c

Q 81*79+300*1.8-26*(1.3+1.5)=6866.2(kcal/kg clinker)

2 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu :

lv th

Q = lv

c

Q - 6*(9*Hlv+Wlv)

lv th

Q = 6866.2 - 6*(9*1.8 + 6)

lv th

Q = 6733 (kcal/kg clinker)

II Lượng không khí cần thiết :

1 Lượng không khí lý thuyết :

)(

*0333.0

*265.0

*0889.0

⇒Vα = 1.1*7.51=8.261 (m3kk/kg nhiên liệu)

3 Lượng không khí dư là :

0

*)1

V = −

=(1.1-1)*7.51 =0.751 (m3)

III Xác định hàm lượng và thành phần của khói lò:

1 Tính ở điều kiện lý thuyết α =1 :

100

*867.10

2

lv CO

=1.47 (m3kk/kg nhiên liệu)100

*375.0

*867.10

2

lv SO

*375.0

*867.1 =0.01 (m3kk/kg nhiên liệu)

100

*8.0

*79

0

2

lv N

N V

=0.79*7.51+0.8*0.011

=5.94 (m3kk/kg nhiên liệu)

4.80

*94.80

2

lv lv O

H

W H

=

4.80

68.1

*94

=0.27 (m3kk/kg nhiên liệu)

2 Khi hệ số dư không khí α =1.1

Thể tích không khí dư là

0

*)1

V N = N0 +0.79*∆

2 2

2 2 2

,8

V

Q i

(kcal/m3)Giả thiết nhiệt độ cháy lý thuyết nằm trong khoảng (1900oC, 2000oC)Nhiệt dung riêng của các khí ở 2 nhiệt độ trên

Thành

phần

Thể tích(m3kk/nhiên liệu)

Phần trăm thể tích (%)

Tỷ nhiệt ở

19000C(Kcal/m3C)

Tỷ nhiệt ở

20000C(Kcal/m3 0C)

-Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy ở 19000C:

Cspc= %A1*C1 + %A2*C2 +%A3*C3+%A4*C4+%A5*C5

C1900=

100

1

*(23.09*0.5783+0.03*0.544+0.03*0.464+1.85*0.373+75*0.3529) =0.4054 (kcal/m3.oC)

i1900= C1900*1900 = 770 (kcal/m3)Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy ở 20000C:

Cspc = %A1*C1 + %A2*C2 +%A3*C3+%A4*C4+%A5*C5

C2000 =1001 *(23.09*0.5820+0.03*0.544+0.03*0.4689+1.85*0.3747+75*0.3545) =0.4075 (kcal/m3.oC)

i2000= C2000*2000 = 815 (kcal/m3)

⇒Ta có nhiệt độ calo như sau:

1915100

*770.3815

770.3777

1900100

*1i

iit

t

1 2

1 1

−

−+

=

−

−+

=

0CNhiệt độ cháy thực tế :

ξ

o cal

o

tt t

t = = 1915*0.8=1532 (0C)

Trong đó, ξ là hệ số thực tế, ξ=0.72-0.8 đối với lò quay

Ta chọn ξ=0.8 vì đối với lò quay ta chọn, chất bốc khá cao, lò kín khí, hàm lượng gió 1 và gió 2 vừa đủ nên quá trình cháy gần như hoàn toàn, nhiệt độ ngọn lửa khá gần với thực tế nên ξ=0.8 là hợp lý

Chương IV TÍNH NHIỆT LÍ THUYẾT TẠO CLINKER

Bảng thành phần phối liệu khô chưa nung:

Cấu tử SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN Tổng

MKN

A B a G

−

−

=100

*

*100

Trong đó,

c

G lượng tiêu hao nguyên liệu khô lý thuyết (kg/kg clinker)

• a độ lắng đọng tro trong lò nung, trong công thức a=0.8-1

Chọn a = 1

• B lượng than (nhiên liệu) tiêu hao để nung 1 kg clinker (kg/kg clinker) B= 0.25kg/kg clinker

• A hàm lượng tro của nhiên liệu (%) A= 10%

• MKNc hàm lượng MKN của phối liệu (%) MKNc = 34.57 %

Thay vào công thức ta có:

5.157.34100

10

*25.0

*1

II Xác định quá trình phản ứng riêng cho từng cấu tử:

1 Lượng cácbonat canxi:

19.156

32.44

*5.1

*

c CaCO

CaO

CaO G

05.048

57.15.1

*

c MgCO

MgO

MgO G

2 Lượng caolinite:

14.03.39

6.3

*5.1

*3 2

3 2

2

c H AS

O Al

O Al G

3 Lượng oxit Fe 2 O 3

037.0100

45.2

*5.1100

* 2 3

3

c t

c c

O Fe

O Fe G

4 Lượng oxit SiO 2

2.0100

49.13

*5.1100

c SiO

SiO G

5 Lượng meta caolinite:

12.0258

222

*14.0258

222

*

2 2

c H AS AS

• 222 là khối lượng phân tử của meta caolinite

• 258 là khối lượng phân tử của caolinite

III Cân bằng nhiệt quá trình nung tạo thành clinker :

*246.0

*2.0500

*

*

61.4500

*249.0

*037.0500

*

*

6.19500

*280.0

*14.0500

*

*

28.6500

*251.0

*05.0500

*

*

150500

*251.0

*19.1500

*

*

2 2

3 2 3 2

2 2 2 2

3 3

3 3

1

SiO

c SiO

O Fe

c O Fe

H AS H AS

MgCO

c MgCO

CaCO

c CaCO

v

C G

C G

C G

C G

C G

Trong đó

• 233 là hiệu ứng phân hủy caolinite