THIẾT kế NHÀ máy XI MĂNG POOCLĂNG CÔNG SUẤT 1 4 TRIỆU tấn CLINKE PC40NĂM THEO CÔNG NGHỆ lò QUAY, PHƯƠNG PHÁP KHÔ

Đểthực hiện mục tiêu thỏa mãn nhu cầu xi măng xây dựng trong nước, chiếm lĩnh thịtrường nội địa cần phải đầu tư xây dựng nhiều cơ sở sản xuất xi măng, nâng caonăng lực sản xuất hiện có t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA XÂY DỰNG CẦU ĐƯỜNG

BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY XI MĂNG POOCLĂNG CÔNG SUẤT 1.4 TRIỆU TẤN CLINKE PC40/NĂM THEO CÔNG NGHỆ

LÒ QUAY, PHƯƠNG PHÁP KHÔ

SVTH : Nguyễn Văn Khuê Nguyễn Thị Phương LỚP : 11VLXD

CBHD : Th.S Nguyễn Thị Tuyết An

CBPB :

TBM : Th.S Lê Xuân Chương

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên nhóm em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy côgiáo trong trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trongkhoa Xây dựng Cầu đường, bộ môn Vật liệu xây dựng nói riêng đã tận tình giảngdạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt khóa họcvừa qua

Đặc biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến đến cô Nguyễn Thị Tuyết An, cô

đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm

đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với cô, nhóm em không ngừng tiếp thuthêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiêncứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho chúng emtrong quá trình học tập và công tác sau này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ

án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Xi măng là loại vật liệu xây dựng quan trọng nhất của ngành xây dựng Với

sự phát triển nhanh chóng và rộng khắp của ngành xây dựng, nhu cầu về sản lượng,chất lượng và chủng loại của nó ngày càng tăng Hiện nay ở nước ta, ngành côngnghiệp sản xuất xi măng đóng vai trò đặc bệt quan trọng và chiếm tỉ lệ lớn nhất vềgiá trị sản lượng Nhận rõ vai trò quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất ximăng trong sự nghiệp phát triển nền kinh tế quốc dân, thủ tướng chính phủ đã kýquyết định số 108/2005/QD-TTg về việc quy hoạch phát triển công nghiệp xi măngViệt Nam đến 2010 và định hướng đến năm 2020 Mục tiêu của quy hoạch pháttriển công nghiệp xi măng là đáp ứng nhu cầu tiêu dùng xi măng trong nước về cả

số lượng và chất lượng, có thể xuất khẩu khi có điều kiện, đưa ngành công nghiệp

xi măng thành một ngành công nhiệp mạnh, có công nghệ hiện đại Ngành côngnghiệp xi măng nước ta phải có đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước vàquốc tế trong quá trình hội nhập Vì vậy ngành công nghiệp xi măng nước ta đã ưutiên phát triển các dự án đầu tư xây dựng mới tai các khu vực có nguồn nguyên liệudồi dào và chất lượng tốt, các dự án mới sử dụng các công nghệ tiên tiến thuộc cáctĩnh miền núi phía bắc và miền trung, cải tạo và chuyển đổi công nghệ nhà máy ximăng lò đứng hiện có sang công nghệ lò Mặt khác các nhà máy đang có xu hướng

sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sẵn có để pha vào xi măng Điều này giúp chocác nhà máy xi măng tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm tối đa tàinguyên, khoáng sản và năng lượng trong sản xuất xi măng, đảm bảo các chỉ tiêu vềbảo vệ môi trường theo tiêu chuẩn quy định

Năm mươi thế kỷ trước, người Ai cập đã dùng rơm trộn với đất sét để tạo ranhững viên gạch khô và sử dụng vữa vôi với thạch cao làm chất kết dính (cement)

để xây dựng các Kim tự tháp Đến thế kỷ XII, người La Mã đã phát minh ra ximăng La Mã để xây dựng các đấu trường, các đền thờ các vị thần ở Rome mà đếnnay vẫn còn làm thế giới kinh ngạc Vào giữa thế kỷ XVIII, John Smeaton (ngườiAnh) đã tìm ra xi măng thủy lực để xây dựng Hải đăng Eddystone nổi tiếng và đếngiữa thế kỷ XIX Joseph Aspdin (cũng là người Anh) đã phát minh ra quá trình côngnghệ sản xuất xi măng Poóc lăng mà nhờ đó các công trình xây dựng ngày càngphát triển hơn, bền vững hơn.Nhờ có xi măng Poóc lăng mà ở thế kỷ XX người ta

có thể tạo ra các kết cấu xây dựng lớn và vĩ đại như nhà hát ChampsElise ở Paris,đập nước lớn HooverDam ở bang Nevada - Mỹ, đập Itaipuởgiữa Brazil - Paraguay -Achentina, đập thuỷ điện Tam Hiệp lớn nhất thế giới ở Trung Quốc và tháp đôiPetronas ( cao 458 mét ) ở Malaisia Công trình xây dựng là biểu tượng cho sự pháttriển công nghệ của loài người và nó đưa lại giá trị của nền văn minh nhân loại

Ở Việt Nam, công nghiệp xi măng đã hình thành và phát triển hơn 100 năm,bắt đầu từ năm 1899 bằng việc xây dựng nhà máy xi măng lò đứng đầu tiên tại HảiPhòng Từ năm 1924 đến năm 1930 đã xây thêm 3 dây chuyền lò quay phươngpháp ướt theo công nghệ của Pháp Sau ngày hoà bình lập lại, Nhà nước ta đã đầu tư

tại nhà máy xi măng (XM) Hải Phòng thêm 6 dây chuyền lò quay sản xuất theophương pháp ướt với thiết bị của F.S Smidth (Đan Mạch) và công nghệ củaRumani cung cấp Ở miền Nam năm 1964, nhà máy XM Hà Tiên được xây dựngvới 2 lò quay phương pháp ướt do hãng Venot- pic của Pháp cung cấp Ngay từ năm

1975 sau khi thống nhất, để đáp ứng nhu cầu xây dựng tái thiết và phát triển đấtnước, Chính phủ đã quyết định xây dựng thêm các nhà máy xi măng mới có côngsuất lớn, đầu tiên là nhà máy XM Bỉm Sơn (Thanh Hoá) có công suất 1,2 triệutấn/năm với 2 dây chuyền thiết bị lò quay phương pháp ướt của Liên Xô, sau đó lànhà máy XM Hoàng Thạch (Hải Dương) công suất 1,1 triệu tấn/năm với 1 dâychuyền lò quay phương pháp khô hiện đại, thiết bị do F.S Smidth cung cấp Từnăm 1986 đến nay, công cuộc đổi mới đã tạo đà cho sự phát triển nhanh chóng vàmạnh mẽ của đất nước, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng đòi hỏi ngành công nghiệp

xi măng phải tiếp tục đầu tư và phát triển Hàng loạt nhà máy xi măng lò quay phươngpháp khô hiện đại đã được xây dựng và đi vào sản xuất như nhà máy XM Chinfon (HảiPhòng) 1,4 triệu tấn/năm, XM Bút Sơn (Hà Nam) 1,4 triệu tấn/năm, XM Nghi Sơn(Thanh Hoá) 2,15 triệu tấn/năm, XM Hoàng Mai (Nghệ An) 2 triệu tấn/năm Bên cạnh

đó, các nhà máy cũ cũng được đầu tư mở rộng hoặc cải tạo nâng cấp như XM HoàngThạch 2 (1,4 triệu tấn/năm), XM Bỉm Sơn 2 (1,4 triệu tấn/năm) Sự phát triển của ngành

xi măng đã đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng nhiều của đất nước đặc biệt đối vớinhững công trình lớn trọng điểm đã trở thành niềm tự hào của nhân dân ta

Trong giai đoạn 2016-2020, dự báo tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ xi mănghằng năm nước ta vào khoảng 2-3%, dự báo nhu cầu xi măng đến năm 2020 sẽ là66-70 triệu tấn bằng 1,18 lần so với năm 2015 và bằng 1,5 lần so với năm 2010 Đểthực hiện mục tiêu thỏa mãn nhu cầu xi măng xây dựng trong nước, chiếm lĩnh thịtrường nội địa cần phải đầu tư xây dựng nhiều cơ sở sản xuất xi măng, nâng caonăng lực sản xuất hiện có từ 48 triệu tấn lên 70 triệu tấn năm 2020

Để đảm bảo tính cạnh tranh cao của ngành xi măng Việt Nam trong bối cảnhhội nhập kinh tế khu vực và thế giới, đầu tư xây dựng các nhà máy mới phải đạttrình độ cộng nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại của thế giới thế kỷ 21, sản xuất sảnphẩm xi măng có chất lượng cao, và đồng thời làm sao giảm thiểu tối đa việc ônhiểm môi trường, do đó cần phải trang bị thiết bị xử lý khí thải, như thiết bị lọc bụitỉnh điện, lọc bụi tay áo lọc bụi xyclon để cho nồng độ bụi sau khi thải vào môitrường còn khoảng 30-40mg/Nm3

Về qui mô công suất các dây chuyền sản xuất, kết hợp quy mô lớn với quy

mô vừa dể đảm bảo hiệu quả kinh tế đầu tư Đối với nơi nào có điều kiện nguyênliệu, GTVT tốt có cảng nước sâu, có thị trường tiêu thụ lớn thì nên đầu tư xây dựngdây chuyền công nghệ với lò nung clinker 6000 tấn/ngày, 8000 tấn/ngày và hướngtới lò nung 10000 tấn/ngày, 12000 tấn / ngày Đồng thời có thể mạnh dạn đầu tư đểxây dựng những cụm công nghiệp xi măng Với sự phát triển trên 100 năm, lịch sửcủa ngành công nghiệp xi măng Việt Nam đã được đánh dấu bằng những sự đổi mới

và phát triển rất nhanh cả về quy mô đầu tư, phương thức đầu tư, trình độ công nghệsản xuất và đáp ứng kịp thời nhu cầu xây dựng và phát triển đất nước theo từng thời

kỳ lịch sử Cũng trong tiến trình phát triển này, việc ứng dụng tiến bộ về khoa học

và công nghệ, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường, môisinh luôn được quan tâm, đồng thời việc đào tạo nguồn nhân lực có đủ trình độ kỹthuật, quản lý để nhanh chóng tiếp nhận, làm chủ công nghệ tiên tiến, hiện đại củacông nghiệp xi măng trên thế giới cũng được chú trọng Viện Vật liệu Xây dựng -

Bộ Xây dựng là một viện đầu ngành về lĩnh vực công nghệ sản xuất vật liệu xâydựng với gần 200 tiến sỹ, thạc sỹ và kỹ sư, chuyên gia đã và đang có những đónggóp tích cực vào sự phát triển chung của ngành Việc nghiên cứu, học tập kỹ thuật

và công nghệ sản xuất xi măng và một số môn học liên quan nhằm giúp cho cán bộ,công nhân bắt đầu làm xi măng nắm vững được cơ sở lý thuyết, quá trình công nghệ

và những kinh nghiệm thực tế để nhanh chóng làm chủ công nghệ, làm chủ thiết bị

từ đó đưa vào vận hành khai thác an toàn dây chuyền thiết bị có trình độ công nghệcao mới được đầu tư, phát huy hết công suất thiết kế, góp phần tích cực vào sựnghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nước

Theo thông tư của thủ tướng chinh phủ trong công cuộc phát triển ngành ximăng hiện nay chỉ xây dựng những nhà máy xi măng công suất lớn Ngừng hoạtđộng những nhà máy xi măng chỉ có công suất vừa và nhỏ công nghệ lạc hậu so vớithế giới có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao Toàn bộ lãnh thổ trãi dài từ bắcvào nam đều giáp với biển nên cần loại xi măng có thể giúp các công trình chốnglại những xâm thực của biển Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đạihóa cần phải đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng chính vì vậy nhận thức được tầm quantrọng, xu thế phát triển của ngành công nghiệp xây dựng Việt Nam, chúng em nhómsinh viên gồm Nguyễn Văn Khuê và Nguyễn Thị Phương nhận nhiệm vụ đồ án tốt

nghiệp: “Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng pooc lăng công suất 1.4 triệu tấn clinke PC40 /năm theo công nghệ lò quay phương pháp khô”.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POOCLĂNG VÀ CÁC

SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY 1.1 Một số khái niệm cơ bản

- Xi măng pooclăng là một chất kết dính nhận được khi nghiền mịn clinke xi măngpooclăng với thạch cao và các phụ gia, khi trộn với nước tạo thành hồ dẻo dần dầnngưng kết rắn chắc trong không khí và nước

- Clinke xi măng pooclăng là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗnhợp phối liệu có thành phần xác định, đảm bảo tạo ra các khoáng canxi silicát độkiềm cao, canxi aluminat và canxi alumo ferit với tỉ lệ yêu cầu

- Phụ gia trong xi măng gồm phụ gia đầy và phụ gia khoáng

+ Phụ gia đầy: với mục đích đưa vào để tăng sản lượng xi măng

+ Phụ gia khoáng: cải thiện tính chất cơ lý của xi măng

- Phối liệu là hỗn hợp các loại nguyên liệu được trộn với nhau theo một tỷ lệ nào đó

đã được tính toán trước

1.2 Đặc trưng clinke xi măng pooclăng

1.2.1 Thành phần hóa của clinke

1.2.1.1 Hàm lượng các ôxit

Clinke xi măng pooclăng chứa 4 ôxit chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 chiếm

từ 94% đến 96% Ngoài ra, tùy theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phối liệu

mà trong clinke còn có thêm một số ôxit khác với hàm lượng nhỏ như MgO, TiO2,

SO3, Mn2O3, CrO3, P2O5, BaO, K2O, Na2O

Đối với clinke xi măng pooclăng, hàm lượng % của ôxit thường nằm tronggiới hạn sau (Theo Công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng pooc lăng – Nhà xuấtbản xây dựng – TS Vũ Đình Đấu )

1.2.1.2 Vai trò của các ôxit

a/ Ôxit canxi (CaO)

CaO tham gia vào phản ứng tạo các khoáng chính của clinke (C3S, C2S, C3A,

C4AF) Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO3) Hàm lượng CaOtrong clinke càng nhiều thì khả năng tạo thành C3S càng lớn, khi đóng rắn xi măng

sẽ phát triển cường độ càng nhanh, cho cường độ càng cao

Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lượng cao, yêu cầu hầu hết lượng CaO cótrong clinke phải phản ứng hết với các ôxit khác để tạo thành các khoáng canxi silicat,canxi aluminat, canxi alumo ferit Nếu CaO còn lại trong clinke ở dạng tự do (CaOtự do)lớn hơn 2% sẽ làm cho đá xi măng nở thể tích dẫn đến phá hủy cấu trúc đã bền vữnglàm giảm cường độ của nó Xi măng chứa nhiều CaOtự do tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn(có thể gây nứt bê tông), kém bền vững trong các môi trường xâm thực và làm giảm

độ bền nước của bê tông

b/ Ôxit silic (SiO2)

SiO2 là thành phần rất quan trọng của clinke và đứng thứ hai về số lượng sauCaO Nguồn cung cấp SiO2 chủ yếu là sét, đất cao silic hoặc cát và tro than Ôxitsilic phản ứng với ôxit canxi tạo thành các khoáng canxi silicat C3S và C2S Khihàm lượng SiO2 nhiều mà CaO vừa đủ thì xi măng sẽ đóng rắn chậm, cường độ banđầu thấp Tuy nhiên sau thời gian dài đóng rắn (khoảng sau 1 năm), đá xi măng sẽ

có cường độ cao Ngoài ra, xi măng còn có nhiều tính chất quý khác như tỏa nhiệt ítkhi đóng rắn, bền trong các môi trường xâm thực, độ bền nước cao

c/ Ôxit nhôm (Al2O3)

Al2O3 trong quá trình nung, Al2O3 tác dụng với CaO, Fe2O3 tạo thành cáckhoáng canxi aluminat C3A và canxi alumo ferit C4AF Nguồn cung cấp Al2O3 chủyếu là sét và tro than Clinke chứa nhiều Al2O3 sẽ cho xi măng có thời gian đông kếtngắn, tốc độ phát triển cường độ nhanh, cường độ cao, nhưng tỏa nhiều nhiệt khiđóng rắn và kém bền trong các môi trường xâm thực

d/ Ôxit sắt (Fe2O3)

Fe2O3 là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung phối liệu Nhờ chấtnóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clinke xảy ra dễ hơn và ở nhiệt độ thấphơn Fe2O3 phản ứng với CaO và Al2O3 tạo thành khoáng canxi alumo ferit C4AF.Nguồn cung cấp Fe2O3 chủ yếu là quặng sắt, xỉ pyrit, quặng laterit và một phần ôxitsắt có sẵn trong sét, tro than Clinke chứa nhiều ôxit sắt sẽ cho xi măng có cường độthấp và tốc độ đóng rắn chậm

Ngoài ra, nếu hàm lượng Fe2O3 quá lớn sẽ tạo nhiều chất nóng chảy gây dính

lò, khó nung Nếu hàm lượng Fe2O3 quá ít sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phảnứng tạo khoáng và clinke khó kết khối Vì vậy trong sản xuất cần khống chế chặtchẽ hàm lượng Fe2O3 trong khoảng cho phép

e/ Ôxit Magiê (MgO)

MgO là ôxit có hại trong clinke xi măng pooc lăng, thường lẫn trong đá vôi, sét,tro than, v.v Với hàm lượng nhỏ (0,2  0,5%) nó tạo thành dung dịch rắn với khoáng

C3S làm tăng hoạt tính của khoáng này Nhưng nếu hàm lượng MgO quá lớn nó sẽ nằm

ở dạng tự do, khi nung ở nhiệt độ cao bị hóa già thành periclaz Periclaz phản ứng rấtchậm với nước, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc đá xi măng sau này Vì vậy, hầuhết các nước đều qui định hàm lượng MgO trong clinke xi măng không được vượt quá

5 %, riêng Mỹ quy định MgO  6%

f/ Các ôxit khác

* Ôxit titan (TiO2): là tạp chất thường có trong sét Hàm lượng TiO2 trong clinkerất nhỏ nhưng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng

* Ôxit mangan (Mn2O3): thường có trong quặng sắt và đá vôi Hàm lượng nhỏ

Mn2O3 có vai trò như Fe2O3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng; nó có thểthay thế đồng hình cho Fe2O3 trong các khoáng canxi alumo ferit tạo thành dungdịch rắn

* Các ôxit crôm (Cr2O3), phốtpho (P2O5), bari (BaO): là các ôxit có lợi cho quátrình tạo khoáng clinke Với hàm lượng nhỏ, chúng có tác dụng giảm nhiệt độ nung

và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các khoáng khi tác dụng vớinước

* Anhydric sunfuric (SO3): khi nung clinke, lưu huỳnh có trong nhiên liệu vànguyên liệu bị đốt cháy thành SO3 và bay hơi theo khói lò gây ô nhiễm môi trường,

có hại cho sức khỏe SO3 còn lại trong clinke có tác dụng 2 mặt: nếu kết hợp vớiôxit kiềm tạo thành K2SO4 và Na2SO4 sẽ ảnh hưởng không tốt tới quá trình nung(nhất là đối với công nghệ lò quay phương pháp khô) và làm giảm cường độ của đá

xi măng, nếu nằm lại trong clinke ở dạng khoáng sunfo aluminat thì lại có lợi chocường độ của đá xi măng

* Ôxit kiềm (Na2O, K2O): là tạp chất có hại, chủ yếu do sét đưa vào phối liệu Khinung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoa bay theo khói vàbụi làm ảnh hưởng tới hoạt động của lò nung Phần kiềm còn lại trong clinke làmgiảm cường độ của xi măng Đối với xi măng dùng cho các công trình thủy côngyêu cầu hàm lượng kiềm tương đương (tính theo %Na2Otđ = %Na2O + 0,658

C3S, C2S, C3A (tricanxi aluminat), C4AF (tetracanxi alumo ferit)

Phản ứng hóa học tạo thành các khoáng này có thể đơn giản hóa như sau:4CaO + Al2O3 + Fe2O3 = 4CaO.Al2O3.Fe2O3 viết tắt là C4AF

3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3 viết tắt là C3A

2CaO + SiO2 = 2CaO.SiO2 viết tắt là C2S

CaO + 2CaO.SiO 2 = 3CaO.SiO2 viết tắt là C3S

Hàm lượng của các khoáng này trong clinke xi măng poóc lăng nằm tronggiới hạn sau: C3S: 37  60%, C2S: 15  40%, C3A: 5 15%, C4AF: 1018%

Tổng các khoáng chính 95  97%, trong đó C3S + C2S : 75  80%, C3A + C4AF :

18  25%

1.2.2.2 Vai trò các khoáng

a/ Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO = C54S16AM)

Khoáng Alit là khoáng chính của clinke xi măng poóc lăng Alit là dạngdung dịch rắn của khoáng C3S với ôxit Al2O3 và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thểthay thế vị trí của SiO2 Khoáng C3S được tạo thành ở nhiệt độ lớn hơn 12500C do

sự tác dụng của CaO với khoáng C2S trong pha lỏng nóng chảy và bền vững đến

20650C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vững của C3S từ 12500C  19000C).Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, có khối lượng riêng 3,15  3,25g/cm3, có kích thước 10  250 m

Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đanxen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh.Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền nước và nướcchứa ion sunphat

b/ Khoáng Bêlit (C2S)

Khoáng Bêlit có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạt Alit Bêlit làmột dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong clinke khi làm nguội nhanh Trongquá trình nung clinke, do phản ứng của CaO với SiO2 ở trạng thái rắn tạo thànhkhoáng C2S ở nhiệt độ 600  11000C Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau về hìnhdáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là , '- , - và - C2S

Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng

và khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tốkhác nhau Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đãđơn giản hóa rất nhiều Khi làm nguội clinke, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra

sự biến đổi thù hình từ dạng - C2S sang dạng - C2S kèm theo hiện tượng clinke bị

tả thành bột vì có sự tăng thể tích Nguyên nhân vì - C2S có khối lượng riêng là2,97 g/cm3, nhỏ hơn khối lượng riêng của - C2S là 3,28 g/cm3 - C2S không cótính kết dính ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tảclinke do sự biến đổi thù hình từ - C2S sang - C2S ở 5750C, cần ổn định bằngcách đưa một số ôxit khác như P2O5, BaO vào mạng lưới cấu trúc của nó thànhdung dịch rắn

Khi tác dụng với nước, khoáng Bêlit thủy hóa chậm, tỏa nhiệt ít và cũng tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đanxen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao Tốc độ phát triển cường độ củakhoáng Bêlít chậm hơn khoáng Alit, phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Bêlitmới bằng của Alit Bêlit thải ra lượng Ca(OH)2 ít hơn Alit nên nó tạo cho đá ximăng có độ bền ăn mòn rửa trôi cao hơn đá xi măng Alit.

c/ Khoáng canxi aluminat (C3A)

Khoáng canxi aluminat là chất trung gian màu trắng nằm xen giữa các hạtAlit và Bêlit cùng với alumo ferit canxi (C4AF) Trong thành phần của C3A cũngchứa một số tạp chất như SiO2 , Fe2O3 , MgO, K2O , Na2O

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầu của đá

xi măng Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu hoặckhông có thạch cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rất nhanh(không thể thi công được) C3A có tỷ trọng 3,04 g/cm3, là khoáng đóng rắn nhanh,cho cường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát

d/ Khoáng Canxi alumo ferit (C4AF)

Khoáng Canxi alumo ferit cũng là chất trung gian, có khối lượng riêng 3,77g/cm3, màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Bêlit cùng với khoáng C3A Khi nungclinke, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độthấp (600  700OC) như CaO.Fe2O3 (CF) , C2F Sau đó các khoáng này tiếp tụcphản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng Canxi alumo ferit có thành phần thay đổinhư C2F, C6A2F, C4AF,C6AF2 Các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ

1250OC và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môitrường cho phản ứng tạo thành khoáng C3S, nên chúng thường được gọi là chấttrung gian hoặc pha lỏng clinke Khi tác dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoáchậm, cho cường độ thấp

e/ Các khoáng khác

Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clinke còn chứa pha thuỷ tinh là chấtlỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clinke Nếu quá trình làm nguội nhanhthì các khoáng C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaO không kịp kết tinh để tách khỏipha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì pha thuỷtinh sẽ ít Khi làm nguội nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạng hoàtan nên có năng lượng dự trữ lớn làm cho clinke rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá ximăng có cường độ ban đầu cao Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoànchỉnh, kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaO tự

do sẽ kết tinh thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấutrúc của đá xi măng, bê tông về sau

1.2.2.3 Tính toán hàm lượng khoáng chính của clinke

Trong thực tế sản xuất, không phải lúc nào cũng có thiết bị phân tích hoá lý

để xác định thành phần khoáng của clinke Vì vậy, người ta thường tính toán thànhphần khoáng của clinke dựa vào thành phần hoá học của nó theo các công thức tínhđược nhiều nước sử dụng và đã được tiêu chuẩn hoá:

* Khoáng canxi silicat:

C3S = 4,071.%CaO - 7,6.%SiO2- 6,718.%Al2O3 - 1,43.%Fe2O3

C2S = 8,602.%SiO2 + 5,07.%Al2O3 + 1,07.%Fe2O3 - 1.43.%CaO

(hoặc là: C2S = 2,867.%SiO2 - 0,75 %C3S)

* Khoáng canxi aluminat và canxi alumo ferit:

Tuỳ theo tỷ lệ p = %Al2O3 / %Fe2O3 mà có công thức tính khác nhau :

C2(A,F) = 1,1.%Al2O3 + 0,7.%Fe2O3

1.3 Các hệ số đặc trưng của clinke xi măng pooc lăng

Tính chất của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng clinke Thành phầnkhoáng lại liên quan chặt chẽ với hàm lượng các ôxit tham gia phản ứng Bởi vậy cácnhà hóa học xi măng tiền bối đã đưa ra các khái niệm về hệ số đặc trưng của clinke.1.3.1 Biểu diễn quan hệ giữa các ôxit bằng các hệ số

1.3.1.1 Hệ số bão hoà vôi:

Theo công thức của V.A Kind, hệ số bão hòa vôi (KH) là tỷ lệ của lượngCaO còn lại trong clinke sau khi đã liên kết đủ với Al2O3 , Fe2O3 và SO3 so vớilượng CaO cần thiết đủ liên kết với tất cả lượng SiO2 để tạo thành khoáng C3S:

Khi hệ số bão hoà vôi càng lớn thì khả năng tạo thành C3S càng nhiều Đốivới các loại xi măng poóc lăng thông thường thì KH luôn nhỏ hơn 1 (từ 0,86 0,95) và LSF luôn nhỏ hơn 100 (từ 85  100) với LSF là mức độ vôi trong clinke là

tỉ số của hàm lượng vôi thực tế so với hàm lượng vôi lớn nhất trong clinke

Đặc trưng cho tỷ lệ giữa pha rắn (các khoáng silicat) và pha lỏng nóng chảy(các khoáng aluminat và alumo ferit) có trong clinke ở nhiệt độ cao, được biểu thịbằng công thức:

Khi n càng cao thì pha lỏng nóng chảy càng ít, clinke càng khó kết luyện

Đối với xi măng poóclăng thông dụng: 1,8 < n < 3

1.3.1.3 Mô đun Aluminat (p)

Đặc trưng cho độ nhớt của pha lỏng nóng chảy của clinke, được biểu thịbằng công thức:

Khi p càng cao thì pha lỏng nóng chảy có độ nhớt càng lớn, phản ứng tạo khoáng

C3S càng khó v.v

Đối với xi măng poóc lăng thông dụng: 1,0 < p < 2,5

Để sản xuất xi măng poóc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô, cácthông số chế tạo clinke có hoạt tính cường độ PC50 (theo TCVN 4240:2002) theo tổngkết của tài liệu và kinh nghiệm thực tế có thể lựa chọn như sau:

KH = 0,90 - 0,95; n = 2,2 - 2,5; p = 1,0 - 1,61.3.2 Biểu diễn quan hệ giữa thành phần khoáng và các hệ số

1.3.2.1 Tính các hệ số chế tạo khi muốn khống chế thành phần khoáng chọn trước

1.4 Giới thiệu các sản phẩm của nhà máy

Theo yêu cầu của đề tài đồ án nhà máy sản xuất có các loại sản phẩm:

1.4.1 Xi măng pooclăng PC40

1.4.1.1 Khái niệm PC40

Xi măng pooclăng thông dụng người ta thường gọi là xi măng PC (ở nướcngoài gọi là OPC) nghĩa là loại xi măng thông dụng nhất trong xây dựng Nó đượclàm “xi măng nền” để pha trộn với những bột mịn các khoáng khác nhau theonhững tên gọi khác nhau như :

- Xi măng pooc lăng hỗn hợp thông thường

n= % SiO 2

% Al 2 O3+% Fe 2 O3

p= % Al 2 O3

% Fe 2 O3

- Xi măng pooc lăng puzlan

- Xi măng pooc lăng xỉ lò cao…

Thành phần của xi măng PC gồm 95%-96% clinke pooc lăng và 4%-5% thạch caođược nghiền mịn 6%-15% trên sàng 0.09 mm hay đến 2800-3200 cm2/g và nhiệt độcủa đầu ra của xi măng không được vượt quá 80-90°C

1.4.1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng pooclăng PC40

Thời gian ninh kết:

+ Thời gian bắt đầu ninh kết

+ Thời gian kết thúc ninh kết

5 Hàm lượng Anhydric sunfuric (SO3) %  3,5

7 Hàm lượng cặn không tan (CKT) %  1,5

9 Hàm lượng kiềm quy đổi Na2Oqđ %  0,6

(Chú thích: Hàm lượng kiềm quy đổi quy định đối với xi măng Poóclăng khi

sử dụng với cốt liệu có khả năng xảy ra phản ứng kiềm-Silic và được tính theo công thức Na 2 O qđ = %Na 2 O + 0,658 %K 2 O).

1.4.1.3 Mục đích sử dụng

Xi măng pooclăng là chất kết dính quan trọng nhất trong việc xây dựng cáccông trình, đặc biệt là các công trình bê tông và bê tông cốt thép Người ta dùng ximăng để sản xuất bê tông và vữa dùng cho mọi công trình trên cạn, trong đất, trongnước không ăn mòn hoặc ít ăn mòn, dùng chế tạo cấu kiện bê tông và bê tông cốtthép Xi măng PC40 có thể dùng để chế tạo bê tông đến M80

Tuy nhiên không nên sử dụng xi măng mác cao cho các công trình có có thểtích lớn vì tỏa nhiều nhiệt và không nên sử dụng ở những môi trường có tính ăn

mòn mạnh ( nước biển, nước thải công nghiệp ), công trình chịu axit, công trìnhchịu nhiệt với những loại công trình này cần phải sử dụng những loại xi măng đặcbiệt.

1.4.2 Xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40

1.4.2.1 Khái niệm PCB40

Xi măng pooc lăng hỗn hợp là lọai xi măng được sản xuất bằng cách nghiềnchung 61-81% clinke xi măng, 15-35% phụ gia đơn khoáng hoặc đa khoáng va 4-5% thạch cao cũng có thể trộn chung xi măng PC và bột min phụ gia theo tỉ lệ thiết

kế trước tùy thuộc mác xi măng PCB yêu cầu Phụ gia đa khoáng có thể là hỗn hợpcủa các khoáng hoạt tính với khoáng trơ hoặc khoáng xử lý màu sắc xi măng Tỉ lệthạch cao tính theo hàm lương SO3 của clinke PC

Phương pháp sản xuất là nghiền chung hay trộn chung đã nói ở trên

1.4.2.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng pooc lăng hỗn hợp PCB40

Thời gian ninh kết:

+ Thời gian bắt đầu ninh kết

+ Thời gian kết thúc ninh kết Phút

 Khả năng tỏa ít nhiệt hơn xi măng PC do sau khi pha các loại phụ gia khoángnói trên vào xi măng PC thành PCB thì hàm lượng khoáng alit (C3S) vàalumiat (C3A) bị giảm thấp so với xi măng PC Vì vậy xi măng PCB có thểđúc khối lớn, bê tông các công trình ngầm có nông độ ăn mòn sunphat <400mg/lit.

 Khi sử dụng PCB là phải kiểm tra nghiêm ngặt tổng hàm lượng kiềm Na2O+0.658K2O để tránh sự ăn mòn bê tông cốt thép

 Xi măng PC không sử dụng được cho các công trình biển các công trinhngầm có nồng độ sunphat > 400 mg/lit

 Xi măng PCB có phụ gia là puzolan, diatomit, tro xỉ nhiệt điện, tro xỉ lò caokhông sử dụng được cho các trình đê, đập nước mà mực nước dao động hằngngày lúc cao, lúc thấp do sản phẩm đống rắn của sản phẩm xi măng có nhiềukeo gel nên dễ bị mất nước để co ngót lại và dễ dàng hút nước trở lại đểtrương nở thể tích

1.4.3 Clinke bán thành phẩm

1.4.3.1 Khái niệm

Clinke xi măng pooc lăng là loại bán thành phẩm của công nghệ sản xuất ximăng được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn

ở trạng thái đồng nhất phân tán mịn của đá vôi đất sét và một số phụ gia

1.4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với clinke bán thành phẩm

5 Hàm lượng Silic điôxít (SiO2) % 18,0  26,0

6 Hàm lượng Nhôm ôxít (Al2O3) % 3,0  8,0

7 Hàm lượng Sắt ôxít (Fe2O3) % 2,0  5,0

10 H.lượng kiềm tương đương (R2O) %  1,0

11 Hàm lượng cặn không tan (CKT) %  0,75

STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Mức quy định

12 Hàm lượng mất khi nung (MKN) %  1,0

CHƯƠNG 2: NGUYÊN NHIÊN LIỆU SẢN XUẤT

Như đã nêu ở chương 1, để sản xuất xi măng cần phải nung clinke từ phối liệu(hỗn hợp nguyên liệu) có thành phần hoá học yêu cầu, sau đó nghiền mịn nó cùng vớithạch cao và một vài loại phụ gia khác nhau Vì vậy, trong quá trình sản xuất cần phải

lựa chọn nguồn nguyên, nhiên liệu sao cho có thể chế tạo được phối liệu có đủ 4 ôxitchính là CaO, SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 (thoả mãn các hệ số chế tạo KH, n và p) và hạnchế đến mức thấp nhất các tạp chất có hại như MgO, K2O, Na2O và lưu huỳnh.

Hai nguyên liệu chính thường được sử dụng để sản xuất clinke xi măng là đávôi và sét Đá vôi là nguồn cung cấp CaO và sét là nguồn cung cấp SiO2, Al2O3 và

Fe2O3 Tuy nhiên để đảm bảo đủ các ôxit theo tỷ lệ yêu cầu nhằm thoả mãn các hệ

số chế tạo KH, n, p thì khó tìm được loại đá vôi và sét có đủ thành phần như ýmuốn Vì vậy trong sản xuất thường phải sử dụng thêm phụ gia quặng sắt, laterithoặc xỉ pyrit để bổ sung Fe2O3, đất giàu silic hoặc cát mịn để bổ sung SiO2, bôxit để

- Mục đích sử dụng: Dùng để chế tạo bột liệu nung luyện clinke xi măng pooc lăng

- Yêu cầu kỹ thuật: Đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng pooc lăngthỏa mãn TCVN 6072:1996

Bảng 2.1: TCVN 6072:1996STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị tính Mức quy định

3 Hàm lượng Silic điôxít (SiO2) %

-5 Kích thước đá vôi vào máy đập mm

-6 Kích thước đá vôi ra máy đập mm

-Đá không được lẫn dị vật, sắt thép, đất mặt, cỏ rác, rễ cây & tạp chất hữu cơ

Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô hoặc vỏ sònhưng phải khai thác và để lâu ngày cho mưa rửa trôi hết muối NaCl Đá phấn cóchứa CaCO3 98  99%, có cấu trúc tơi xốp có thể thay cho đá vôi và là nguyên liệuthích hợp để sản xuất xi măng trắng

2.1.2 Đất sét

- Mục đích sử dụng: Dùng để chế tạo bột liệu nung luyện clinke xi măng pooc lăng

- Yêu cầu kỹ thuật: Đất sét dùng làm nguyên liệu sản xuất clinke xi măng pooc lăngthỏa mãn TCVN 6071:1995

Bảng 2.2 : TCVN 6071: 1995

ST

T Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị tính Mức quy định

1 Hàm lượng Silic điôxit (SiO2)

TB đống

2 Hàm lượng Nhôm ôxit

3 Hàm lượng Sắt ôxít (Fe2O3) %

6 Kích thước đá sét vào máy

đập

-7 Kích thước đá sét ra máy đập mm

-Đá không được lẫn dị vật, sắt thép, đất mặt, cỏ rác, rễ cây & tạp chất hữu cơ

Ngoài sét đồi, ở một số nơi có thể dùng sét ruộng hoặc sét phù sa Những loại sétnày thường có hàm lượng SiO2 thấp hơn, Al2O3 và kiềm cao hơn, nên phải có nguồnphụ gia cao silic để bổ sung SiO2 Việc này trở nên khó hơn khi cần sản xuất ximăng yêu cầu hàm lượng kiềm thấp

2.2 Phụ gia

2.2.1 Phụ gia điều chỉnh thành phần phối liệu

Phụ gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu xi măng khi thành phầnhoá học của nó không đảm bảo yêu cầu đã định Để làm tăng hàm lượng SiO2

trong phối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trêpen, điatômit Khihàm lượng ôxít nhôm trong phối liệu thấp thì dùng bôxít làm phụ gia điềuchỉnh Với một số loại phiến thạch sét sử dụng trong sản xuất xi măng có hàmlượng nhôm thấp, vì vậy người ta thường dùng phụ gia điều chỉnh giàu quặngsắt

2.2.2 Phụ gia pha vào quá trình nghiền xi măng

Các loại phụ gia pha vào quá trình nghiền clinke xi măng pooc lăng để cải thiệnmột số tính chất của xi măng và hạ giá thành sản phẩm là thạch cao, phụ gia trơ, phụgia khoáng hoạt tính như xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện, puzolan

Đối với xi măng pooc lăng, khi nghiền clinke xi măng phải đưa thạch cao vào

để điều chỉnh thời gian đông kết và đóng rắn của xi măng Thạch cao có thành phầnkhoáng chủ yếu là CaSO4.2H2O, ngoài ra còn có các khoáng với hàn lượng nhỏ Màu

sắc của đá thạch cao tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất lẫn trong đá, thông thường đáthạch cao thường có màu trắng đục có ố vàng, mềm hơn đá vôi.

2.2.2.1 Phụ gia khoáng hoạt tính

Gồm chủ yếu các loại sau:

Phụ gia kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường qua các phản ứng silicát ngậmnước làm tăng khả năng chịu lực và độ bền trong môi trường nước cho sản phẩm.Phụ gia hoạt tính gồm có hai loại : Loại có nguồn gốc tự nhiên như khoáng puzơlan,trêpen, điatômíc, bazan, bọt núi lửa, tro núi lửa, Loại có nguồn gốc nhân tạo baogồm các phế thải công nghiệp như tro xỉ bazơ (thải phẩm của nhà máy thép), tro xỉaxít (thải phẩm của nhà máy nhiệt điện nồi hơi, ), tro trấu, gạch đất sét non lửa.Phụ gia hoạt tính còn có loại phụ gia cải thiện tính chất đặc biệt cho chất kếtdính, phụ gia này có khả năng tăng độ bền nhiệt, bền kiềm và bền axít cho chấtkết dính Các chất loại này thường là các vật liệu chịu nhiệt, chịu axít, chịu kiềm cótrong tự nhiên hoặc nhân tạo

Phụ gia hoạt tính bề mặt là loại phụ gia có khả năng hoạt tính bề mặt cao, khichất kết dính thuỷ hoá chúng sẽ tạo thành một màng mỏng trên bề mặt hạt chất kếtdính làm thay đổi trạng thái bề mặt hạt chất kết dính khi thấm nước, giảm ma sáttrượt tăng độ dẻo của hỗn hợp nên thường được gọi là các chất phụ gia tăng dẻo hayphụ gia siêu dẻo Một số phụ gia thuộc loại này là bã rượu sunfit, nước thải bã giấy,các loại axít béo tổng hợp

Phụ gia cải thiện một số tính chất của chất kết dính, đây là loại phụ gia làm tăngnhanh hay làm chậm thời gian đông kết của chất kết dính, phụ gia gây mầm tinh thểthúc đẩy quá trình kết tinh rắn chắc của chất kết dính

2.2.2.2 Phụ gia đầy

Là loại phụ gia không có khả năng kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường, nhưng

ở môi trường hơi nước bão hoà và có nhiệt độ áp suất cao chúng có khả năng kếthợp với Ca(OH)2 theo các phản ứng silicát nâng cao khả năng chịu lực và rắnchắc cho sản phẩm, phụ gia đầy thường là cát thạch anh và đá vôi nghiền mịn.Trong xi măng loại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng clinke.2.2.3 Phụ gia công nghệ

Ngoài các phụ gia trên, khi nghiền xi măng pooc lăng thường sử dụng các loạiphụ gia khác như phụ gia trợ nghiền, phụ gia bảo quản, phụ gia thúc đẩy quá trình tạokhoáng…Mục đích của việc đưa các loại phụ gia này vào khi nghiền xi măng để tăngnăng xuất máy nghiền, giảm điện năng tiêu tốn, giảm nhiệt độ và các sự cố xảy ratrong máy nghiền, tăng thời gian lưu trữ xi măng Hàm lượng phụ gia công nghệ đưavào thường nhỏ hơn 1.5% tùy thuộc vào loại phụ gia và nồng độ phụ gia

2.4 Nhiên liệu

Để cung cấp nhiệt cho quá trình phân huỷ đá vôi, sét, phụ gia thành các ôxit

và tạo ra điều kiện nhiệt độ cao để xảy ra phản ứng giữa các ôxit với nhau tạo thànhcác khoáng của clinke, cần phải đốt nhiên liệu để nung nóng phối liệu đến nhiệt độ

1450 1500oC Chất lượng nhiên liệu ảnh hưởng quyết định đến quá trình nung, vìvậy cần phải chọn loại nhiên liệu phù hợp với điều kiện thiết bị công nghệ của từngnhà máy cụ thể

Nhiên liệu khí: là loại nhiên liệu tốt nhất, khí thiên nhiên(chứa chủ yếu là khímêtal - CH4) vì dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt lượng cao và không có tro nên chấtlượng clinke tốt nhưng giá thành cao

Nhiên liệu lỏng: là loai nhiên liệu tốt thứ hai,nhiên liệu lỏng (thường dùng dầuFO) cũng có nhiệt lượng cao (hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy, nhưng thiết

bị đốt phức tạp hơn và phải có bộ phận hâm sấy

Nhiên liệu rắn: Loại nhiên liệu thứ ba không có các ưu điểm như hai loại trênnhưng lại được dùng phổ biến nhất là nhiên liệu rắn (thường dùng than antraxit có chứa

75  85% cacbon, có nhiệt lượng từ 6000  7000 kcal/kg) Sau khi than cháy để lạikhoảng 15  25% tro, có thành phần hoá học gần giống thành phần của sét đã nung(SiO2 = 58  68%, Al2O3 = 23  28%, Fe2O3 = 3  8 % và một ít tạp chất khác) giáthành tương đối thấp

Sau khi phân tích đặc điểm của những loại nhiên liệu và căn cứ vào tình hìnhnguồn tài nguyên của đất nước chúng em chọn nhiên liệu để sử dụng là than (nhiên liệurắn) Đối với công nghệ sản xuất xi măng bằng lò quay phương pháp khô, cần sửdụng loại than có hàm lượng tro ít, nhiệt lượng cao và hàm lượng lưu huỳnh (tạo ra

SO3 độc hại) càng thấp càng tốt Ngoài ra thành phần chất bốc cũng rất quan trọngcho tính cháy của than, than có hàm lượng chất bốc cao thì ngọn lửa càng dài vàngược lại Sử dụng than làm nhiên liệu phức tạp hơn dầu hoặc khí vì than phải đượcnghiền thật mịn và được phun vào lò (đối với lò quay) hoặc nghiền cùng với phối liệu(đối với lò đứng) Mặt khác, lượng tro than còn lại sau khi cháy cũng tham gia vàophản ứng tạo khoáng clinke nên khi tính toán phối liệu phải coi nó như 1 cấu tử nguyênliệu và cần khống chế đúng tỷ lệ yêu cầu trong quá trình sản xuất

Hiện nay hầu hết các nhà máy đều quy định chỉ sử dụng than cám có chấtlượng tốt, ví dụ nên dùng than cám Hòn Gai có mức chất lượng từ 3C- HG trở lên(có trị số tỏa nhiệt toàn phần khô Qk> 6500 kcal/kg, hàm lượng tro Ak< 20%, chấtbốc khô trung bình Vk 6 - 8%, hàm lượng lưu huỳnh Sk< 0,8%)

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY

3.1 Các yêu cầu đối với địa điểm xây dựng nhà máy

Việc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy là rất quan trọng bởi vì nó ảnh hưởngtrực tiếp đến hiệu quả kinh tế, khả năng cạnh tranh sản phẩm trên thị trường Chính

vì vậy một địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Yêu cầu về tổ chức sản suất: Địa điểm phải gần các nguồn cung cấp nguyên

liệu, nhiên liệu, điện nước và gần nơi tiêu thụ sản phẩm hoặc thuận tiện cho việcvận chuyển xi măng đi nơi khác

+ Yêu cầu hạ tầng kỹ thuật: Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông

quốc gia bao gồm: đường bộ, đường thuỷ, đường sắt Phù hợp và tận dụng tối đa hệthống mạng lưới cấp điện và thông tin liên lạc

+ Yêu cầu về quy hoạch: Phù hợp với quy hoạch vùng, lãnh thổ, quy hoạch

cụm kinh tế công nghiệp nhằm tạo điều kiện phát huy tối đa công suất nhà máy vàkhả năng hợp tác với các nhà máy lân cận

+ Yêu cầu về xây lắp và vận hành nhà máy: Thuận tiện trong việc cung cấp vật

liệu, vật tư, xây dựng nhằm giảm chi phí vận chuyển và cước vận chuyển từ nơi xađến Thuận tiện trong việc cung cấp nhân công cho nhà máy trong quá trình xâydựng cũng như vận hành nhà máy sau này

+ Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng: Về địa hình, khu đất có kích thước hình dạng

thuận lợi trong việc xây dựng trước mắt cũng như mở rộng nhà máy trong tương lai

và thuận lợi cho việc bố trí dây chuyền sản xuất Khu đất phải cao ráo, tránh ngậplụt về mùa mưa lũ có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước khi cómưa lũ, độ dốc tự nhiên thấp, hạn chế việc san lấp mặt bằng Về địa chất, địa điểmxây dựng phải không nằm trên vùng có mỏ khoáng sản hoặc vùng có địa chất không

ổn định

+ Yêu cầu về môi trường: Môi trường xây dựng nhà máy phải rộng rãi, thoáng

mát, sạch sẽ, xa khu dân cư, nằm cuối hướng gió

Nhận xét: Để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý, phải căn cứ theo các

yêu cầu trên Song trên thực tế rất khó có các địa điểm thoả mãn đầy đủ các yêu cầutrên

3.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng

Phân bố nhà máy xi măng Việt Nam thường tập trung ở các tỉnh phía bắc,nam và các tỉnh bắc trung bộ như là: XM Bút Sơn, XM Chinfon, XM Hoàng Mai,

XM Nghi Sơn, XM Holcim…Ở trung trung bộ cụ thể là ở Quảng Nam chỉ có XMXuân Thành Một số thông tin về nhà máy XM Xuân Thành- Quảng Nam:

Nhà máy xi măng Xuân Thành- Quảng Nam do Tập đoàn Xuân Thành đầu

tư Nhà máy được xây dựng tại thôn Đồm Râm, thị trấn Thạnh Mỹ, huyện NamGiang, tỉnh Quảng Nam Nhà máy có công suất 2 triệu tấn/ năm với tổng mức đầu

tư hơn 4.000 tỷ đồng có dây chuyền thiết bị công nghệ hiện đại nhất thế giới do

Haver & Boecker của Cộng hòa Liên Bang Đức Toàn bộ các thiết bị trong dâychuyền đều được điều khiển tự động gần như 100% Dây chuyền Haver & Boeckercung cấp cho xi măng Xuân Thành được đánh giá thân thiện nhất với môi trường vàhiện đại nhất Việt Nam hiện nay, ngay cả khâu bốc xếp cũng được vận hành bằngthiết bị tự động Hệ thống giám sát và điều khiển hoàn toàn bằng máy vi tính chophép vận hành các thiết bị một cách đồng bộ và an toàn Công nghệ sản xuất ximăng hoàn toàn khép kín Đá vôi, phụ gia đưa vào cổng nguyên liệu nhà máy và từ

đó quy trình sản xuất được tự động hóa Nhà máy được trang bị các phòng thínghiệm phù hợp với tiêu chuẩn Quốc tế ISO/IEC 17025-2005, số hiệu VILAS206

Vỏ bao xi măng được sản xuất trên dây chuyền công nghệ tự động, loại bao giấy đạttiêu chuẩn quốc tế, hệ thống máy đóng bao gồm 3 máy 8 vòi, cấp bao tự động năngsuất 100 tấn/giờ

Kết Luận : Nhìn chung sau khi nghiên cứu tất cả các yêu tố chúng em quyết

định chọn địa điểm xây dựng nhà máy xi măng tại thị trấn Thạnh Mỹ, huyện NamGiang, tỉnh Quảng Nam hợp lý nhất bởi vì:

- Nhà máy gần với hai nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất xi măng là đá vôi,đất sét với trữ lượng lớn và thành phần ổn định nên nhà máy rất chủ động trong việcsản xuất

- Thuận lợi trong giao thông, đặc biệt có thuận lợi lớn khi có giao thông đườngthủy, nên có hiệu quả rất cao trong vận tải, thuận lợi cho tiêu thụ sản phẩm

- Đảm bảo yêu cầu quy hoạch phát triển nhanh của công nghiệp xi măng, thúc đẩykinh tế kinh tế miền trung và Tây Nguyên

- Giá thành đất xây dựng ở đây không cao nên giảm chi phí đầu tư, có mặt bằngrộng nên có thể mở rộng nhà máy trong tương lai

- Nhà máy nằm ở vùng núi và xa khu dân cư nên dễ dàng trong việc xử lý môitrường

3.3 Nguồn nguyên liệu

-Công suất được phép khai thác : 2.183.000 tấn/năm

-Thời hạn được phép khai thác : 31 năm

-Diện tích khai thác : 36.00 ha

-Trữ lượng được phép khai thác :

Trữ lượng địa chất : 13.500.000 tấn

Trữ lượng khai thác : 8.500.000 tấn

-Công suất được phép khai thác : 430.000tấn/năm

-Thời hạn được phép khai thác : 30 năm

Phụ gia điều chỉnh thời gian ninh kết (Thạch cao): Mua từ các nhà cung cấp,

có xuất xứ từ nước Lào hoặc Thái Lan

3.5 Hệ thống giao thông vận tải

Nhà máy nằm trên tuyến đường giao thông khá quan trọng đó là quốc lộ 14BCách thành phố Đà Nẵng 50km về phía nam đặc biệt gần hệ thống giao thôngđường thủy một trong những hệ thống giao thông có hiệu quả kinh tế cao trongngành giao thông vận tải cách cảng Đà Nẵng khoảng 50km Vì thế nhà máy rấtthuận lợi cho việc vận chuyển nguồn nguyên liệu cũng như sản phẩm đi tiêu thụ nêngiảm được giá thành cho sản phẩm

3.6 Vệ sinh môi trường

Do địa điểm xây dựng nhà máy cách xa khu dân cu chính vì thế hoạt độngcủa nhà máy ít ảnh hưởng đến hoạt động của đời sông cũng như sinh hoạt của nhândân, mặt khác nhà máy xây dựng hệ thống lọc bụi xử ly khí thải kết hợp vơi trôngcây xanh trong khuôn viên nhà máy nên đảm bảo ít gây ảnh hưởng ô nhiễm đến môitrường xung quanh

3.7 Diện tích xây dựng

Nhà máy xi măng đặt ở Thị trấn Thạnh Mỹ, huyện Nam Giang, tỉnh QuảngNam là khu vực chủ yếu là đồi núi, dân cư thưa thớt nên giá thành đất xây dựngthấp Dựa vào dây chuyền công nghệ, các trang thiết bị phụ trợ cho quá trình sảnxuất xi măng, chọn diện tích đất xây dựng là 57ha

CHƯƠNG 4 : LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

4.1 Giới thiệu phương pháp sản xuất

Quá trình sản xuất xi măng poóc lăng gồm 2 giai đoạn chính là sản xuấtclinke xi măng và nghiền clinke với thạch cao và có thể với các phụ gia khác Sảnxuất clinke xi măng là quá trình phức tạp phụ thuộc vào thành phần và chất lượngcủa nguyên liệu, tỉ lệ giữa các cấu tử ban đầu, độ phân tán mịn và đồng nhất củahỗn hợp phối liệu, chế độ nung và làm lạnh clinke

Trên thế giới hiện nay tồn tại 2 phương pháp chính sản xuất xi măng poóclăng là phương pháp ướt và phương pháp khô Các phương pháp sản xuất xi măngđều bao gồm các giai đoạn sau:

- Chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu

- Chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu

- Nung hỗn hợp nguyên liệu thành clinke

- Nghiền clanke xi măng, thạch cao hoặc có thêm phụ gia khác

Phương pháp khô sản xuất xi măng pooc lăng là phương pháp nghiền và trộnnguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khó nghiền mịn, độ đồng nhất của hỗnhợp phối liệu kém nhưng tiêu tốn nhiên liệu khi nung thấp do sử dung hiệu quảnhiệt của khí thải và khí làm lạnh clinke, kích thước lò ngắn mức độ tự động hóacao Khi sản xuất theo phương pháp phô thể tích khí cháy nhỏ hơn 35 – 40% so vớiphương pháp ướt khi năng suất lò như nhau do đó giá thành làm sạch khói lò giảm,khả năng sử dụng nhiệt khí thải đẻ sấy nguyên liệu lớn hơn, làm giảm tiêu tốn nhiệt

đẻ sản xuất clinke

Phương pháp ướt sản xuất xi măng đã được sử dụng từ lâu, có ưu điểm cơbản là độ đồng nhất của phối liệu cao, nhưng tiêu tốn nhiệt để chế tạo clinke lớn gấp1,5 đến 2 lần so với phương pháp khô, lò nung dài, năng suất thấp và diện tích xâydựng lớn Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhược điểm cơ bản của phươngpháp khô là độ đồng nhất kém đã được khắc phục, đồng thời việc nghiên cứu chếtạo và đưa vào sử dụng các thiết bị tiền nung có hiệu quả cao, các thiết bị phân hủy

đá vôi có mức phân hủy lớn hơn đã cho thấy những ưu điểm nổi trội của phươngpháp khô so với phương pháp ướt Vì vậy hiện nay trên thế giới phương pháp khôsản xuất xi măng ngày càng chiếm ưu thế, phương pháp ướt ngày càng thu hẹp

Kết luận: Từ việc phân tích các ưu nhược điểm của hai phương pháp trên chọn

phương pháp sản xuất của nhà máy theo công nghệ lò quay, phương pháp khô Đểkhắc phục các nhược điểm trên thì quá trình gia công chuẩn bị phối liệu được chuẩn

bị kĩ càng hơn bằng cách qua nhiều bước đồng nhất để phối liệu đạt độ đồng nhấtcao nhất

4.2 Lựa chọn công suất

Nhà máy xi măng có các loại:

- Nhà máy xi măng cỡ lớn: công suất > 2 triệu tấn clinke/ năm

- Nhà máy xi măng cỡ vừa: công suất 1÷2 triệu tấn clinke/ năm

- Nhà máy xi măng cỡ nhỏ: công suất < 1 triệu tấn clinke/ năm

Với đề tài đồ án được giao: Thiết kế nhà máy xi măng có công suất là 1,4triệu tấn clinke/ năm nên chọn nhà thiết kế nhà máy xi măng cỡ vừa để đảm bảocông suất yêu cầu và có thể mở rộng sản xuất sau này

4.3 Tổng quan về các phân xưởng nhà máy sản xuất xi măng

4.3.1 Phân xưởng chuẩn bị phối liệu

4.3.1.1 Gia công sơ bộ

- Mục đích: Nghiền các loại nguyên vật liệu đến kích thước yêu cầu để đưa vào các

thiết bị nghiền mịn phối liệu sản xuất xi măng

- Phương pháp: Sử dụng các loại máy dùng lực ép và máy sử dụng lực tác động

- Thiết bị: Máy đập hàm, máy đập trục, máy đập nón, máy đập búa, máy đập búa

phản kích

- Lựa chọn:

+ Đá vôi: dùng máy đập hàm và máy đập búa

+ Đất sét: dùng máy đập trục

+ Quặng sắt: dùng máy đập hàm và máy đập búa

+ Thạch cao, đá bazan, đá mạt: dùng máy đập búa

Hình 4.1: Kho đồng nhấtPhương pháp rải liệu thành đống dài tương đối đơn giản và có chi phí thấp nênđược sử dụng rộng rãi hơn Nó cũng là phương pháp được áp dùng ở hầu hết cácnhà máy xi măng hiện đại của Việt Nam Thông thường mỗi đống liệu được hìnhthành và sử dụng hết trong thời gian 7- 10 ngày Chiều cao của đống liệu phụ thuộcvào góc chảy của vật liệu và chiều rộng được chọn tuỳ thuộc vào chiều cao Thôngthường tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng đống liệu nhỏ nhất là 4:1.

Phương pháp rải liệu thành đống tròn thì tiết kiệm diện tích xây dựng hơnnhưng chi phí đầu tư cao hơn

Nhược điểm của kho dài là chiếm nhiều diện tích đất xây dựng Vậy với nhiệm

vụ đồ án tốt nghiệp là diện tích đất xây dựng bé nên chọn

Kho tròn: Đồng nhất đá vôi và than

Kho dài: Đồng nhất đất sét và các phụ gia điều chỉnh.

- Phương pháp:

+ Phương pháp rải liệu hay sử dụng nhất hiện nay là phương pháp rải Chevron.

Hình 4.2: Phương pháp rải chevron

Ưu điểm: Tương đối đơn giản và có chi phí thấp nên được sử dụng rộng rãi hơn Nhược điểm: Dễ xấy ra sự phân tầng nếu thành phần hạt của vật liệu không đồng

đều

+ Phương pháp thứ hai hay sử dụng là rải theo luống Windrow

Hình 4.3: Phương pháp rải Windrow

Ưu điểm: Khắc phục nhược điểm được của phương pháp Chevron là hạn chế sự

phân tầng các hạt to dưới chân đống Phù hợp cho các loại đất có tính dính cao nhưđất sét

Nhược điểm: Cần có thiết bị rải phức tạp, làm tăng giá thành.

Ngoài ra hiện nay còn một số phương pháp rải liệu theo lớp ngang, rải liệu theo trụcdọc và rải liệu xen kẽ

Vậy với đất sét chọn kiểu rải : Windrow

Đá vôi, phụ gia điều chỉnh, than chọn kiểu rải : Chevron

4.3.1.3 Sấy khô và nghiền mịn

Theo tỷ lệ các thành phần nguyên liệu tính toán, từng loại nguyên liệu đượcđịnh lượng theo tỷ lệ đã định vận chuyển đến máy nghiền đến độ mịn yêu cầu là510% lượng sót sàng N0009

Để nghiền mịn hỗn hợp nguyên liệu, trong công nghiệp xi măng hiện nay có thể

sử dụng máy nghiền bi, máy nghiền đứng Thực tế hiện nay máy nghiền bi đangđược sử dụng rộng rãi để nghiền phối liệu Máy nghiền bi thường có hai loại là máynghiền bi không có hay có sấy kết hợp Khi không có sấy kết hợp, đất cần phải sấyđến độ ẩm <2%

Hiện nay trong các nhà máy lớn sản xuất xi măng theo phương pháp khôthường sử dụng máy nghiền sấy đồng thời để nghiền hỗn hợp phối liệu Khi đónguyên liệu không cần sấy trước, độ ẩm cho phép của nguyên liệu đưa vào máynghiền tới 1012%, trường hợp đặc biệt lên tới 1518% Sản phẩm đã nghiềnđược tách ra khỏi dòng khí nhờ hệ thống xyclôn, lọc bụi tay áo Nhiệt độ của khívào máy nghiền  3004000C và tiêu tốn điện năng để nghiền vật liệu (không kểtiêu tốn do vận chuyển, quạt ) là 1216 kW/ tấn sản phẩm Năng suất của máynghiền loại này có thể đạt 50200 tấn/giờ

Để nghiền phối liệu theo phương pháp khô có thể sử dụng chu trình nghiền kínhay nghiền hở, tuy nhiên chu trình nghiền kín hỗn hợp phối liệu có năng suất cao,chất lượng tốt hơn

4.3.1.3 Đồng nhất mịn

- Mục đích:

Để đảm bảo cho quá trình nung được thuận lợi, cho phép thu được clanhke

có chất lượng tốt với chi phí năng lượng thấp nhất thì phối liệu cấp vào lò nung phải

có thành phần hoá học đồng nhất, có độ mịn đạt yêu cầu và ổn định

- Phương pháp:

Khi sử dụng phương pháp khô chuẩn bị hỗn hợp phối liệu, mức độ đồng đềukém hơn, nhưng năng suất máy cao hơn Với việc đồng nhất bằng khí nén, bột phốiliệu sản xuất theo phương pháp khô cũng có thể có mức độ đồng nhất tương tự nhưphối liệu sản xuất theo phương pháp ướt Nhờ mức độ đồng nhất cao và chi phínhiên liệu thấp nên ngày nay phương pháp khô trở thành phương pháp sản xuất chủyếu trong công nghiệp sản xuất xi măng

Thiết bị đồng nhất phối liệu trong nhà máy sản xuất xi măng có chức năngchính là đảm bảo phối liệu có thành phần hoá học và độ mịn ổn định và đóng vai trònhà kho trung gian bảo quản bột phối liệu nhằm bảo đảm cho lò nung và máynghiền nguyên liệu hoạt động liên tục khi có một số thiết bị trong hệ thống cầnngừng để sửa chữa Quá trình đồng nhất bột liệu được thực hiện trong các xilô liên

tục hay gián đoạn Hiệu quả của quá trình đồng nhất được đánh giá thông qua tínhđồng nhất của phối liệu.

Hình 4.5: Hộp thông khí để hoá lỏng bột liệu1- Đường cấp khí vào; 2- Không khí nén; 3- Tấm xốp; 4- Áp lực của bột liệu;

- Các hệ thống đồng nhất mịn bột liệu:

* Hệ thống đồng nhất bột phối liệu một phần tư

Hệ thống đồng nhất bột liệu này còn được biết đến với tên gọi là phươngpháp “một phần tư” Các hộp thông khí dưới đáy xi lô kết hợp với nhau thành cụmgồm 4 phần tử, mỗi một phần tử lần lượt được cấp khí với áp lực lớn (là phần tử cóchức năng trộn), trong khi đó 3 phần tử còn lại được cấp khí với áp lực thấp hơn (làcác phần tử có chức năng hoá lỏng bột liệu) Không khí để trộn và để hoá lỏng bộtliệu được cấp bởi hai bơm khí nén riêng biệt Lượng không khi cấp vào phần tử trộn

và vào các phần tử hoá lỏng chiếm tương ứng là 75% và 25% tổng lượng khí sửdụng Do được cấp khí với áp lực lớn nên bên trên phần tử trộn sẽ hình thành mộtluồng bột liệu được thổi lên cao và có mật độ thấp Phần bột liệu có mật độ cao nằmbên trên các phần tử hoá lỏng sẽ liên tục thâm nhập vào cột bột liệu có mật độ thấp

và được cuốn lên cao, dẫn đến sự đối lưu mạnh mẽ của bột liệu theo phương thẳngđứng Mỗi phần tử trong số 4 phần tử qua những quãng thời gian nhất định được lầnlượt cấp khí để trộn, do đó cho phép thu được bột liệu có mức độ đồng nhất gần nhưhoàn toàn

* Hệ thống đồng nhất bột phối liệu liên tục hoặc gián đoạn

Hệ thống đồng nhất bột phối liệu này dựa trên nguyên lý chia đáy xi lô thànhcác phần tử hình quạt (hình 4.6)

Hình 4.6: Trình tự cấp khí dưới đáy xi lô khi đồng nhất hoá bột liệu

Theo phương pháp đồng nhất này, các phần tử hình quạt đối diện nhau vàvòng tròn trung tâm của đáy xi lô (vùng 1, 3, 5) được đồng thời cấp khí để hoá lỏngbột liệu, trong đó vùng 5 được cấp khí liên tục trong suốt quá trình Trong khi đócác phần tử hình quạt còn lại không được cấp khí Sau một khoảng thời gian nhấtđịnh, việc cấp khí nén được chuyển sang các phần tử 2 và 4 Trong hệ thống trộnnày, đáy xi lô được chi thành 9 phần tử và mỗi phần tử được cấp lượng không khíkhác nhau

* Hệ thống đồng nhất bột phối liệu sử dụng hình nón trung tâm

Đây là phương pháp đồng nhất liên tục, trong đó xi lô vừa là nơi xảy ra quátrình đồng nhất, vừa là nơi để dự trữ bột phối liệu cấp cho lò nung Sơ đồ phươngpháp đồng nhất sử dụng hình nón trung tâm được thể hiện trên hình 4.7

A A

A - A

Hình 4.7: Xi lô đồng nhất bột liệu với hình nón trung tâmViệc cấp bột liệu vào xi lô được thực hiện thông qua hệ thống máng khí độngphân phối (1) bố trí trên đỉnh xi lô Hệ thống phân phối này sẽ rải đều bột liệu thànhtừng lớp (2) trên toàn bộ tiết diện xi lô Quá trình đồng nhất xảy ra khi tháo bột phốiliệu Nhờ hình nón (4) ở trung tâm xi lô (xem hình 7), dòng chảy bột liệu dưới tácđộng của trọng lực sẽ chuyển về phía khu vực vành đai giữa thành xi lô và đáy hìnhnón Tại đây đáy xi lô được bố trí các hộp thông khí (6) (xem hình 8) Trong quátrình tháo liệu, van xả (5) bố trí bên trong hình nón trung tâm sẽ hoạt động đồngthời với phần tử hoá lỏng bột liệu (9), bố trí sát bên Một hệ thống điều khiển đượclập trình sẵn sẽ điều khiển hoạt động của xi lô

* Hệ thống đồng nhất bột phối liệu trong xi lô với buồng trộn trung tâm

Dựa trên kinh nghiệm vận hành hệ thống đồng nhất bột phối liệu theophương pháp “một phần tư”, nhiều loại xi lô trộn khác đó được phát triển sau này Hiện nay xi lô đồng nhất bột phối liệu với buồng trộn trung tâm có các cửa nạp vớidiện tích bề mặt lớn và một cửa xả trung tâm (hình 4.8)

a) b)

Hình 4.8: Sơ đồ xi lô đồng nhất bột liệu buồng trộn trung tâm

Việc làm đồng nhất thành phần bột phối liệu trong các xi lô nói trên là quátrình đồng nhất liên tục, xảy ra trong thời gian nạp liệu và tháo liệu Chúng được sửdụng không những để trộn và chứa phối liệu mà đồng thời cũng là thể tích đệm đểsan bằng những biến động do sự cố dừng đột xuất hoặc theo kế hoạch của các thiết

bị kết nối với xi lô

Hiện nay loại buồng dãn nở này là nền tảng cho tất cả các loại xi lô của hãng,

từ xi lô đồng nhất phối liệu đến xi lô chứa xi măng

Buồng dãn nở được sục khí, bố trí ở đáy xi lô sẽ tiếp nhận áp lực của cốt liệu trong

xi lô Để bột liệu chảy dễ dàng vào buồng và không bị tắc kẹt, hình nón được cấutạo với nhiều cửa mở với tổng diện tích mặt thoáng bằng khoảng 65% diện tíchxung quanh đáy hình nón Toàn bộ bề mặt của đáy buồng dãn nở được bố trớ cáchộp thông khí theo hình rẻ quạt Các hộp thông khí này kết hợp thành các phần tử,được cấp khí nén riêng biệt Một hệ thống điều khiển cấp khí nén được sử dụngnhằm đảm bảo cho xi lô hoạt động với mức tiêu tốn không khí thấp Sự cấp khí cóđiều khiển làm cho bột liệu chảy từ buồng chính của xi lô vào buồng dãn nở Doquãng đường vận chuyển ngắn nên loại trừ được sự hình thành các khu vực chết,tức là những chỗ bột liệu không chuyển động

Trong thời gian tháo liệu, hình nón của buồng dãn nở sẽ chuyển bột liệu raphía thành xi lô, và như vậy nó có vai trò tương tự hình nón trung tâm trong xi lôđồng nhất Quá trình trộn bột liệu xảy ra khi tháo liệu cũng tương tự, với tác độngxáo trộn của các phễu bột liệu hình thành

Hình 4.9: Nguyên lý hoạt động của buồng dãn nở

Để giải phóng năng lượng của dòng liệu đổ vào buồng trộn, tức là để giảm ápsuất của hỗn hợp bột khí xuống tới áp suất thường, không khí dư được thoát lênphần trên của buồng và được lọc tách bụi Việc giảm áp này rất quan trọng và nóđảm bảo cho việc tháo liệu đồng đều và dòng liệu ổn định, không có các xung độtngột, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác cấp liệu liệu tiếp theo So với bột liệuđược sục khí hoá lỏng hoàn toàn, bột liệu được tách khí một phần có tốc độ chảychậm hơn và do đó có mức độ mài mòn nhỏ hơn đối với cỏc thiết bị vận chuyểnphía sau

- Lựa chọn:

Từ việc phân tích các ưu nhược điểm trên, ta thấy việc đồng nhất bột liệu mịn theophương án buồng trộn trung tâm có nhiều ưu điểm vượt trội hơn Vậy chọn buồngtrộn trung tâm cho quá trình sản xuất xi măng là hợp lý nhất

4.3.2 Phân xưởng nung clinke

- Mục đích:

Để thu được clinke xi măng pooc lăng, hỗn hợp phối liệu phải được nung ởnhiệt độ cao trong lò nung Trong quá trình nung, các khoáng chất tự nhiên ban đầutrong các cấu tử nguyên liệu, vốn không có hoạt tính thuỷ lực, sẽ trải qua các quá

trình biến đổi hoá lý tạo thành các khoáng clinke nhân tạo, mà khi được nghiền mịn

sẽ đem đến cho xi măng các đặc tính quý báu của nó, trong đó có tính chất quantrọng nhất là khả năng rắn chắc sau khi được trộn với nước

- Các thiết bị nung clinke:

+ Lò nung đứng: Là loại lũ nung ra đời ở Việt Nam cách đây khoảng 50 năm,

có công nghệ cũ đó lạc hậu, trình độ thấp, đầu tư nhỏ nên xi măng lò đứng đó bộc lộnhững nhượt điểm như: năng suất thấp, chất lượng sản phẩm khụng cao, tiêu tốnnăng lượng lớn, đặc biệt là gây ô nhiểm môi trường nghiêm trọng Bụi phát sinhtrong quỏ trình sản xuất xi măng được xác định là dạng bụi hụ hấp (cú thể xâm nhậpxâu vào đường hô hấp) nên cú thể gây ra các bệnh như xơ phổi, ung thư phổi

+ Lò nung quay: Là loại lò nung mới, có công nghệ hiện đại, trình độ cao, đầu

tư lớn có ưu điểm như: năng suất lớn, chất lượng sản phẩm cao, tiêu tốn năng lượngnhỏ, đặc biệt là giảm thiểu ô nhiểm môi trường

- Lựa chọn:

Dựa vào điều kiện kinh tế của đất nước, dựa vào đặc điểm của các phương phápsản xuất ở trên và vào đặc điểm của nguồn cung cấp nguyồn nhiên liệu, ta chọncông nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò quay công suất lớn Với trình

độ khoa học kỹ thuật ngày nay các máy móc và thiết bị đó đáp ứng được yêu cầu về

độ mịn, độ đồng nhất của phối liệu trước khi đem đi nung luyện (khắc phục đượcnhược điểm tồn tại của phương pháp khô), tăng chất lượng cũng như sản lượng dẫntới hạ giá thành sản phẩm

4.3.2.1 Các hệ thống lò quay nung clinke xi măng

Về mặt hướng chuyển động của dòng khí, buồng phân huỷ đá vôi có thể bốtrí trong một nhánh với lò nung, hoặc một nhánh riêng rẽ Để ngắn gọn, từ đây trở

đi hệ thống lò có buồng phân huỷ đá vôi bố trí trong cùng một nhánh với lò nung sẽgọi là lò ILC (ILC là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh: In-Line Calciner) Còn hệthống lò có buồng phân huỷ đá vôi bố trí theo nhánh riêng rẽ với lò nung sẽ gọi là lòSLC (SLC- Separated Line Calciner)

Sự khác nhau cơ bản giữa hai hệ thống lò nung này là hướng chuyển độngcủa dòng khí thải thoát ra từ lò quay Đối với lò ILC thì dòng khí này sau khi rakhỏi lò quay sẽ đi qua buồng phân huỷ đá vôi, trong khi đó đối với lò SLC thì nókhông đi qua buồng phân huỷ

a Hệ thống lò SLC

Hệ thống lò SLC sử dụng một nhánh tháp tiền nung của lò quay và một hoặchai nhánh tháp tiền nung của buồng phân huỷ đá vôi đặt song song với ống đứngcủa lò quay Hệ thống lò này thường được trang bị 4 đến 6 xyclon trong mỗi nhánhtháp trao đổi nhiệt

Đặc điểm của hệ thống lò SLC là lưu lượng khí qua mỗi tháp tiền nung đượcđiều chỉnh độc lập với nhau, do mỗi tháp được bố trí quạt hút riêng Buồng phânhuỷ đá vôi phù hợp để đốt tất cả các loại nhiên liệu, kể cả nhiên liệu có hàm lượngchất bốc thấp, bởi quá trình cháy trong buồng phân huỷ xảy ra trong môi trường khínóng và do nhiệt độ trong buồng phân huỷ đá vôi có thể được điều chỉnh độc lập sovới nhiệt độ của phối liệu đi vào lò nung Năng suất của lò phụ thuộc vào số nhánhtháp tiền nung của buồng phân huỷ Thông thường đối buồng phân huỷ có 1 nhánhtháp tiền nung thì năng suất của lò từ 3.000-7.500 tấn clinke/ngày, nếu buồng phânhuỷ có 2 nhánh tháp tiền nung thì năng suất lò từ 7.500 đến 12.000 tấn clinke/ngày

b Hệ thống lò ILC

Hệ thống lò ILC có hai cấu hình Trong cấu hình lò thứ nhất, việc đốt nóngbuồng phân huỷ đá vôi và đốt cháy nhiên liệu đưa vào đây được thực hiện bằngcách sử dụng gió 3 lấy ghi làm nguội clinke theo một đường riêng Còn cấu hình lòthứ 2 sử dụng khí dư trực tiếp từ lò nung để đốt cháy nhiên liệu trong buồng phânhuỷ đá vôi Ưu điểm của hệ thống lò này là tận dụng được nguồn nhiệt của là nung

Vậy chọn hệ thống lò nung ILC cho quá trình sản xuất xi măng

4.3.2.2 Hệ thống làm nguội

Loại thiết bị làm nguội cơ bản được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp

xi măng đó là thiết bị làm nguội kiểu ghi vì từ thiết bị này có thể trích khí dư thừa

đưa vào buồng phân huỷ đá vôi Bộ phận quan trọng nhất ảnh hưởng đến mức độ

làm nguội, tốc độ làm nguội clinke và sự hoạt động ổn định của thiết bị làm nguội là

hệ thống ghi vận chuyển Hai hệ thống vận chuyển được sử dụng là hệ thống ghiđẩy và hệ thống ghi hộp đa kênh

Trong hệ thống vận chuyển bằng ghi đẩy, các ghi được đặt nghiêng xen kẽnhau Một ghi tĩnh và một ghi động Ghi động đặt trên các thanh dầm được truyềnchuyển động tĩnh tiến nhờ hệ thống thuỷ lực Không khí làm nguội được hệ thốngquạt đẩy thổi từ phía dưới qua các kẽ hở giữa các ghi sẽ làm nguội lớp clanhke nằmtrên ghi

Hiện nay, cơ cấu vận chuyển và làm nguội clinke trong thiết bị làm nguội sửdụng kiểu ghi hộp đa kênh tỏ ra có nhiều ưu việt Hệ thống vận chuyển của thiết bịlàm nguội ị-Cooler của hãng Claudius Peters sử dụng nguyên lý “sàn di động” Hệthống này bao gồm nhiều hộp ghi đặt song song nhau Các hộp ghi có thể chuyểnđộng đồng thời về phía trước theo hướng ra của clinke, và từng ghi một hoặc từngnhóm ghi có thể chuyển động về phía ngược lại Sự chuyển động của các ghi đượcthực hiện nhờ sử dụng các xi lanh thuỷ lực

Việc chuyển động độc lập của các ghi cũng như hệ thống thông gió củachúng cho phép khống chế một cách linh hoạt vận tốc vận chuyển của clinke cũngnhư chiều dày của lớp clinke trên bề mặt ghi Mặt khác, cấu trúc của ghi hộp kínkhít làm clanhke không bị rơi xuống dưới ghi, vì vậy trong thiết bị làm nguội này

không cần phải sử dụng băng tải để vận chuyển clinke lọt xuống dưới ghi Vậy chọn ghi hộp đa kênh để làm nguội clinke

4.3.3 Phân xưởng nghiền xi măng

4.3.3.1 Mục đích

Nghiền xi măng là công đoạn cuối cùng trong quá trình công nghệ sản xuất

xi măng Tính chất của xi măng không chỉ chịu ảnh hưởng của thành phần khoáng,thành phần hóa học của clinke xi măng và các loại phụ gia mà còn chịu ảnh hưởngcủa độ mịn và thành phần hạt của nó Vì vậy xi măng cần phẩn được nghiền đến độmịn và thành phần hạt hợp lý

4.3.3.2 Các chu trình nghiền xi măng

Hiện nay có hai sơ đồ chu trình nghiền thường được sử dụng để nghền ximăng là sơ đồ nghiền hở và nghiền kín:

+ Chu trình nghiền hở khó có độ mịn cao, tiêu tốn điện năng lớn và rất khókhăn khi nghiền nhiều loại xi măng với độ mịn khác nhau trong cùng một máynghiền

+ Chu trình nghiền kín thì vốn đầu tư lớn, vận hành phức tạp nhưng có thểnghiền được độ mịn cao, dể dàng thay đổi từ loại xi măng này sang dạng xi măngkhác, tăng năng xuất máy nghiền và giảm được các sự cố máy nghiền Khi nghiềntheo chu trình kín, vật liệu thô trở lại máy nghiền một vài lần Nhờ việc tách các hạtmịn ra khỏi máy nghiền, sản phẩm bột có thành phần hạt đồng nhất

Vậy chọn chu trình kín cho quá trình nghiền xi măng.

4.3.3.3 Các loại máy nghiền xi măng

Trong công nghiệp xi măng thì việc nghiền xi măng được sử dụng phổ biếnnhất là máy nghiền đứng và máy nghiền bi:

+ Máy nghiền đứng: chiếm ít diện tích xây dựng, vận hành phức tạp, nếu

cùng một độ mịn như nhau thì tiêu tốn năng nượng lớn hơn so với máy nghiền bi

+Máy nghiền bi: vận hành đơn giản, đặc biệt là có độ mịn rất cao, phù hợp

cho quá trình nghiền xi măng

Vậy chọn máy nghiền bi cho quá trình nghiền xi măng.

Kho bãi chứa

Kho ngoài trời

Hệ thống tháp trao đổi nhiệt

Clyclon lắng

Gầu nâng

Than

35

Xi lô đồng nhất(buồng trộn trung tâm)

Tháp điều hòa Lọc bụi Ống khóiMáy nghiền con lăn đứng

Xi lô đồng nhấtMáng khí động 2Máng khí động 1

Kho bãi chứa

BunkePhế phẩm

Thạch caocao

Tháp phun ẩm