Hệ thống tháo TĐN và buồng Calciner

- Sau khi phối trộn các nguyên liệu lại với nhau, bước tiếp theo trong quy trình làđun nóng hỗn hợp hỗn hợp nguyên liệu thô hỗn hợp thô để chuyển hóa thành vậtliệu dạng hạt gọi là clinke

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về quá trình nung tạo clinker

Quá trình nung clinker là phần quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình sản xuất ximăng Ở giai đoạn này, nguyên liệu thô sẽ được gửi vào lò nung xi măng và được nung ởnhiệt độ cao để tạo ra các phản ứng hóa học với nhau, cuối cùng tạo thành clinker Ngoài

ra, các clinker sau khi hoàn thành quá trình nung sẽ có nhiệt độ cao, do đó, một máy làmmát thường được đặt phía sau lò quay để clinker có thể đi trực tiếp vào bộ làm mát đểgiảm xuống nhiệt độ bình thường

- Sau khi phối trộn các nguyên liệu lại với nhau, bước tiếp theo trong quy trình làđun nóng hỗn hợp hỗn hợp nguyên liệu thô (hỗn hợp thô) để chuyển hóa thành vậtliệu dạng hạt gọi là clinker xi măng

- Điều này đòi hỏi nhiệt độ tối đa đủ cao để làm tan chảy một phần hỗn hợp thô Bởi

vì các thành phần thô không được nấu chảy hoàn toàn, hỗn hợp phải được khuấytrộn để đảm bảo rằng clinker hình thành với thành phần đồng nhất

- Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng lò nung hình trụ dài dốc xuống vàquay chậm

- Để làm nóng lò nung, hỗn hợp nhiên liệu và không khí được bơm vào lò nung vàđốt cháy ở đầu dưới Các khí nóng đi lên lò nung lên đỉnh, thông qua một bộ thubụi và thoát ra một ống khói Một loạt các nhiên liệu có thể được sử dụng, bao gồmthan nghiền hoặc than cốc, khí tự nhiên, than non và dầu nhiên liệu Những nhiênliệu này tạo ra các loại và lượng tro khác nhau, có xu hướng có thành phần tương

tự như một số thành phần alumino silicate trong hỗn hợp thô Vì tro kết hợp vớihỗn hợp thô bên trong lò nung, điều này phải được tính đến để dự đoán chính xáclòng trắc ẩn của xi măng Cũng có một xu hướng ngày càng tăng để sử dụng cácsản phẩm chất thải như một phần của nhiên liệu, ví dụ như lốp xe cũ Trong trườnghợp tốt nhất, điều này giúp tiết kiệm tiền nhiên liệu, giảm lượng khí thải CO2 vàcung cấp một phương pháp xử lý an toàn

và làm mát

Bảng 1.1 - Quá trình phản ứng nhiệt hóa lò

Quá trình Nhiệt độ ( o C) Phản ứng Biến đổi hóa học

Sấy khô 20 – 100

Hỗn hợp thô trướctiên sẽ hoàn thành quátrình bay hơi nước saukhi vào lò quay

Al4Si4O10 → 2(Al2O3.2SiO2) +4H2O

600 – 900 Sự phân hủy của Al O.2SiO → AlO + 2SiO

oxit phản ứng

Nung 600 – 1000

Phân hủy đá vôi, CO2

được tạo ra, hìnhthành vôi tự do, với sựhình thành của CS(CaO.SiO2) và CA(CaO.Al2O3)

3CaCO3 → 3CaO + 3CO2

3CaO + 2SiO2 + Al2O3 →2(CaO.SiO2) +CaO.Al2O3

Nung kết 800 – 1550

Sự hấp thu vôi của CS

và CA, Sự hình thànhpha lỏng, sự hìnhthành: Belite (C2S),Aluminates (C3A) vàFerrites (C4AF)

CS + C C2S 2C + S → C2S

CA + 2C → C3A

CA + 3C + F → C4AF

Làm nguội

Vật liệu được làm máttrong thời gian nhanhchóng Mục đíchchính của nó là đểngăn chặn sự phânhủy của silicattricalcium

1.2 Tổng quan về lò nung

Lò nung thường dài khoảng 180m và đường kính 6m, có độ dốc xuống 3 – 4%

và quay với tốc độ 1 – 2 vòng/ phút Hỗn hợp thô đi vào đầu trên của lò và từ từ đixuống khu vực nóng nhất ở phía dưới trong khoảng thời gian 6 0 – 90 phút, trải quamột số phản ứng khác nhau khi nhiệt độ tăng Điều quan trọng là hỗn hợp di chuyển

đủ chậm để cho phép mỗi phản ứng được hoàn thành ở nhiệt độ thích hợp Bởi vì cácphản ứng ban đầu là phản ứng nhiệt (hấp thụ năng lượng), rất khó để làm nóng hỗnhợp đến nhiệt độ cao hơn cho đến khi phản ứng hoàn thành

Hình 1.2 - Sơ đồ lò quay Hình 1.3 – Sơ đồ tổng quát của một lò nung khô quá trình dài

 Vùng phản ứng chung như sau:

• Mặc dù nhiệt độ cần thiết để làm điều này không cao, nhưng điều này đòihỏi thời gian và năng lượng đáng kể

• Trong quy trình ướt, vùng mất nước sẽ cần tới một nửa chiều dài của lò,trong khi quy trình khô đòi hỏi khoảng cách ngắn hơn một chút

• Khi kết thúc vùng nung, hỗn hợp bao gồm các oxit của bốn nguyên tố chính

đã sẵn sàng để trải qua phản ứng tiếp theo vào khoáng sản xi măng

• Vì vôi hóa không liên quan đến sự tan chảy, hỗn hợp vẫn là một loại bộtchảy tự do tại thời điểm này

3) Vùng phản ứng trạng thái rắn (> 900˚ - 1300˚C )

• Vùng này hơi chồng lên nhau và đôi khi được bao gồm với vùng nung

• Khi nhiệt độ tiếp tục tăng trên ~ 900˚C vẫn không có hiện tượng nóng chảy,nhưng các phản ứng ở trạng thái rắn bắt đầu xảy ra

•CaO và silica phản ứng kết hợp với nhau tạo thành các tinh thể nhỏ C2S(dicalcium silicate; Belite), một trong bốn khoáng sản xi măng chính

• Ngoài ra, các hợp chất canxi aluminate trung gian (C3A) và canxi ferrite(C4AF) hình thành

• Những thứ này đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tạo nếp nhănnhư các chất gây chảy, trong đó chúng tan chảy ở nhiệt độ tương đối thấp

~1300˚C, cho phép tăng đáng kể tốc độ phản ứng Nếu không có các chất trợlực này, việc hình thành các khoáng chất xi măng canxi silicat sẽ chậm vàkhó khăn

• Trên thực tế, sự hình thành các chất trợ dung là lý do chính khiến xi măngPortland (canxi silicat) có chứa nhôm và sắt

• Các khoáng chất xi măng chứa nhôm và sắt cuối cùng (C3A và C4AF) trong

Xi măng Portland đóng góp rất ít vào các tính chất cuối cùng

• Khi hỗn hợp đi qua vùng phản ứng ở trạng thái rắn, nó sẽ trở thành dínhdính do quá trình đốt cháy theo xu hướng

4) Vùng clinkering (> 1300˚C - 1550˚C)

• Đây là vùng nóng nhất nơi hình thành khoáng sản xi măng quan trọng nhất,Alite (C3S), xảy ra

• Khu vực bắt đầu ngay khi các giai đoạn canxi aluminate trung gian (C3A)

và ferrite (C4AF) tan chảy

• Sự có mặt của pha nóng chảy làm cho hỗn hợp kết tụ thành các nốt tươngđối lớn có kích thước bằng các viên bi bao gồm nhiều hạt rắn nhỏ liên kết vớinhau bằng một lớp chất lỏng mỏng

• Bên trong pha lỏng, Alite (C3S) hình thành bằng phản ứng giữa tinh thểBelite (C2S) và CaO (C2S + C C3S) • Các tinh thể Alite rắn (C3S) phát triểnbên trong chất lỏng, trong khi các tinh thể Belite (C2S) hình thành giảm sốlượng trước đó nhưng tăng kích thước

• Quá trình nhăn hoàn thành khi tất cả silica nằm trong tinh thể C3S và C2S vàlượng vôi tự do (CaO) giảm xuống mức tối thiểu (<1%)

• Các nốt sần hình thành trong vùng nhăn nheo bây giờ cứng và sản phẩm tạo

ra được gọi là clanh xi măng

• Tốc độ làm mát từ nhiệt độ tối đa xuống khoảng 1100˚C rất quan trọng, vớiviệc làm lạnh nhanh tạo ra một loại xi măng phản ứng mạnh hơn

• Điều này xảy ra bởi vì trong phạm vi nhiệt độ này, C3S có thể phân hủy trởlại thành C2S và CaO, trong số các lý do khác Do đó, nó là điển hình để thổikhông khí hoặc phun nước vào clinker để làm mát nhanh hơn khi thoát rakhỏi lò Làm lạnh nhanh clanhke là điều cần thiết vì điều này cản trở sự hìnhthành các tinh thể, khiến một phần của pha lỏng hóa rắn thành thủy tinh Làmlạnh clinker càng nhanh thì các tinh thể sẽ càng nhỏ khi nổi lên từ pha lỏng

Hình 1.4 – Các vùng phản ứng trong lò quay

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI LÒ NUNG CLINKER XI MĂNG PORTLAND

Các quy trình sản xuất xi măng có thể được phân loại thành quy trình phươngpháp khô và quy trình phương pháp ướt Sự khác biệt chính giữa chúng nằm ở phươngpháp trộn và chuẩn bị nguyên liệu thô khác nhau Trong quá trình ướt , nước thườngđược thêm vào hỗn hợp thô để tạo thành bùn Trong quá trình khô, hỗn hợp thô là bộtmịn sau khi nghiền và sấy khô Việc lựa chọn quá trình chủ yếu dựa trên tính chất củanguyên liệu thô Khi độ ẩm của chúng hơn 20%, quy trình ướt sẽ được ưu tiên Trướcđây, quy trình ướt chủ yếu được sử dụng trong sản xuất xi măng vì dễ kiểm soát thànhphần hóa học của hỗn hợp thô, thành phần hóa học được phân phối đều hơn và clinker

có chất lượng tốt hơn, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn Hiện nay, hầu hết cácnhà máy xi măng áp dụng quy trình phương pháp khô

Hình 2.1 - Sơ đồ chức năng của từng vùng cho các công nghệ lò khác nhau

2.1 Lò quay nung clinker xi măng Portland theo phương pháp ướt

Hỗn hợp vào lò dưới dạng bùn với độ ẩm từ 30 đến 40% So với lò nungphương pháp khô có cùng đường kính, lò nung phương pháp ướt cần một vùng bổsung (vùng khử nước) để đẩy nước ra khỏi hỗn hợp phối liệu của lò Do đó, lò phảidài hơn đáng kể để đạt được cùng một tỷ lệ sản xuất Để sản xuất một lượng clinkertương đương, một lò quay phương pháp ướt đòi hỏi nhiều nhiên liệu hơn về mặt lýthuyết so với lò phương pháp khô vì cần thêm nhiệt để làm bay hơi nước Tuy nhiên,thực tế trong quá trình hoạt động này của một lò không phải lúc nào cũng hoàn toànđúng

Lò quay nung clinke XMP theo phương pháp ướt, còn gọi là lò quay có thiết bịtrao đổi nhiệt Cấu tạo lò là một ống km loại hình trụ rỗng, đặt nghiêng một góc α = 3– 5o so với mặt phẳng nằm ngang, tỷ lệ L/D = 30 – 40 lần, tốc độ quay 35 – 70cm/s

Lò quay nung clinke theo phương pháp ướt thường có các loại sau:

D × L = 3×100m; 3,6×120m; 4×150m; 4,5×170m; 5×185m; 7×270m

Hình 2.2 – Lò quay nugn clinke XMP theo phương pháp ướt

Toàn bộ chiều dài lò quay tựa trên hệ thống bệ đỡ con lăn, được đặt trên các trụ

lò bằng bê tông cốt thép, số trụ lò nhiều hay ít phụ thuộc vào chiều dài và đường kínhlò

Lò làm việc theo nguyên tắc ngược chiều Nguyên liệu vào đầu cao của lò,clinke ra đầu thấp của lò Nhiên liệu và không khí đi vào đầu thấp của lò Quá trìnhcháy và sự trao đổi nhiệt xảy ra dọc theo chiều dài lò.

Do nhiên liệu được đốt cháy, phối liệu và nhiên liệu đi ngược chiều nhau Kếtquả là phối liệu được đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ kết khối 1400 -1450°C, còn nhiệt độ của khí nóng giảm dần theo chiều dài lò Khí thải thoát ra ốngkhói, nhiệt độ khí thải khoảng 180 - 220°C

Dựa vào chiều dài lò quay, nhiệt độ của phối liệu và dòng khí, người ta phânchia là thành 6 vùng: vùng sấy, vùng đốt nóng, vùng phân hủy, vùng tỏa nhiệt, vùngkết khối, vùng làm lạnh Chiều dài từng vùng không hoàn toàn cố định mà thay đổiphụ thuộc vào điều kiện sử dụng nguyên liệu, nhiên liệu, trình độ vận hành của côngnhân, thường phân chia như sau:

- Vùng sấy và vùng đốt nóng chiếm 50 - 60 % chiều dài lò

- Vùng phân hủy (decarbonat hóa) chiếm 20 - 23 %

- Vùng tỏa nhiệt chiếm 5 - 7 %

- Vùng kết khối chiếm 10 - 15 %

- Vùng làm lạnh chiếm 2 - 4 %

Để đảm bảo tuổi thọ của lò và giảm tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh,trong là thường lót gach chịu lửa Tùy theo tính chất của từng vùng mà sử dụng cácloại gạch chịu lửa khác nhau, như : gạch cao alumin, gạch crom – manhezi

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong lò, người ta thường lắp các thiết bị trao đổinhiệt bên trong của các vùng sấy, vùng đốt nóng, vùng phân hủy

• Xích trao đổi nhiệt (phổ biến)

• Các tấm gốm kim loại trao đổi nhiệt

Tác dụng :

• Tăng bề mặt trao đổi nhiệt cho vật liệu

• Cản bụi mang ra ngoài

• Va đập và tạo viên phối liệu

• Vận chuyển phối liệu đều đặn , liên tục

Hình 2.3 - Hệ thống xích khác nhau Hình 2.4 - Sắp xếp xích theo hình xoắn ốc và

hang

 Sự phân khố nhiệt độ và sự truyền

nhiệt trong lò quay:

Sự tuyển việt của ngọn lửa và của sản phẩm cháy lên vật liệu nung và tường lò

có thể xảy ra dưới 3 dạng khác nhau:

- Sự bức xạ của ngọn lửa (ngọn lửa phát sáng)

- Sự bức xạ của khí cháy (ngọn lửa không phát sáng)

- Truyền nhiệt tối ưu (sự tiếp xúc giữa khí thải với phối liệu trong vùng đốtnóng, mà trước hết là vùng sấy)

Do sản phẩm nung chỉ chiếm một phần tiết diện nhỏ trong lò quay, vì vậy phầnlớn nhiệt lượng truyền cho tường lò, chỉ có một một phần nhỏ nhiệt lượng truyền trựctiếp cho sản phẩm nung Theo GYGI, người ta tính được sự truyền nhiệt trong mộtgiờ trong vùng kết khối là 200.000 kcal/m2

Ưu điểm của lò phương pháp ướt:

1 Nguyên liệu được pha trộn đồng đều hơn trong quy trình khô

2 Tổn thất bụi thường nhỏ hơn

3 Ở vùng khí hậu ẩm, phương pháp ướt của nguyên liệu phù hợp hơn khô vì độ

ẩm đã có trong các vật liệu pha trộn

2.2 Lò quay nung clinker xi măng Portland theo phương pháp khô

Độ ẩm của vật liệu trong lò nung xi măng phương pháp khô là dưới 1%, vì vậyloại lò này có thể làm giảm nhiệt cần thiết cho nước bay hơi Nhưng phương pháp nàycũng có nhược điểm của nó, đó là tính lưu động của vật liệu trong lò nung xi măngkém, dẫn đến thành phần clinker không đồng đều

Như tên gọi, trong quy trình này, nguyên liệu của lò được đưa vào lò nung ởdạng bột khô Kích thước lò xử lý khô tương tự như lò nung ướt ở chỗ chúng dài vàthường hiển thị tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính khoảng 30: 1 đến 35: 1 Các lò xử

lý khô hoạt động với nhiệt độ rất cao, nhiệt độ phía sau và yêu cầu các ống dẫn nước

ở đầu cấp liệu để làm mát khí thoát ra đến mức an toàn trước khi chúng đi vào nhà

máy đóng gói hoặc lọc bụi Hầu hết các lò sấy khô được trang bị các phần xích ở đầucấp liệu để truyền nhiệt, điều đó sẽ bị mất đi, đến nguồn cấp dữ liệu trước khi khí rờikhỏi lò

Xích hấp thụ nhiệt từ khí nóng và truyền nhiệt sang cấp liệu cho lò Có một lợithế được tìm thấy trong các lò sấy khô mà không có loại lò nào khác thể hiện Nhiệt

độ khí thoát cao trên các lò này cho thấy chúng hoàn toàn phù hợp để đồng phát nănglượng điện Vì thực tế, có một số nhà máy có lò sấy tạo ra năng lượng riêng và nhiềunhà máy hiện đang xem xét tính khả thi của việc thêm nhà máy điện vào cơ sở của họ

Lý do đơn giản là việc tạo ra năng lượng là tiết kiệm năng lượng và ở một số nơi, việc

bổ sung một nhà máy điện vào lò sấy hiện tại có thể mang tính kinh tế hơn là chuyểnđổi lò nung này sang trạng thái sấy sơ bộ kích hoạt

CHƯƠNG 3: THÁP TRAO ĐỔI NHIỆT

3.1 Xyclon

3.1.1 Xyclone preheaters ở Liên Xô

Ở Liên Xô sử dụng xyclone preheaters 4 giai đoạn hỗn hợp thô được xây dựng theo ViệnGiprocement, công thức sau đây được sử dụng để định cỡ cho preheater xyclones

 Ký hiệu:

− D: Đường kính xyclone, m

− V: Thể tích đi qua xyclone, m3/sec

− Vt: Trọng lực sp của khí tại nhiệt độ trung bình, kg/m3, i.e

là 950-1000 kcal/kg clinker, với mức tiêu thụ năng lượng cho hệ thống 25 kwh/t clinker;tải trọng bụi của khí thoát ra là 3 0/o, được gọi là trọng lượng của clinker

3.1.2 Tiêu thụ nhiệt cụ thể và nhu cầu năng lượng

Hình cho thấy mức tiêu thụ nhiệt cụ thể đối với xyclone preheaters 4 giai đoạn hỗnhợp thô với các kích cỡ khác nhau Preheaters hỗn hợp thô nhỏ hơn cho thấy mức tiêu thụnhiệt cụ thể cao hơn các đơn vị lớn hơn Một hệ thống Humboldt có công suất khoảng

350 tấn, cho thấy mức tiêu thụ nhiệt cụ thể là 920 kcal/kg clinker, trong khi đó preheatershuyền phù có công suất 3500 tấn/ 24 giờ, chỉ tiêu thụ 740 kcal/kg clinker Điều này chothấy, rõ ràng rằng tổn thất nhiệt cụ thể do bức xạ của các đơn vị lớn hơn là nhỏ hơn, do

đó, dẫn đến tổn thất nhiệt nhỏ hơn do lượng khí thoát ra thấp hơn

Hình 3.1 - Tiêu thụ nhiệt tính bằng kcal / kg clinker của xyclone 4 giai đoạn cho lò gia nhiệt hỗn hợp thô cho các kích cỡ khác nhau tùy thuộc vào công suất thông qua

Mức tiêu thụ năng lượng cụ thể của xyclone preheaters 4 giai đoạn hỗn hợp thô,trong phần từ điểm cấp liệu đến đến lò gia nhiệt, đến xích kéo của bộ làm mát clinker(bao gồm tất cả các bộ lọc bụi), lên tới khoảng 20-22 Wh/t clinker

3.1.3 Cân bằng nhiệt

Bảng 3.1 - Cân bằng nhiệt của lò nung hỗn hợp thô Humboldt được báo cáo như sau

Yêu cầu nhiệt theo lý thuyết

Bụi trong khí thoát

Bay hơi nước

Khí rời

Buồng làm mát khí rời

Clinker rời buồng làm mát

Bức xạ và đối lưu

Lò quay với nắp đậy

Thiết bị gia nhiệt huyền phù

Buồng làm mát

415351507834

37253

55.30.40.720.010.44.5

5.03.30.4

Bảng 3.2 - Cân bằng nhiệt giống nhau được chia thành 4 nhóm qui trình, có dạng sau

Yêu cầu nhiệt theo lý thuyếtBụi trong khí thoát

Bay hơi nước

7834

 Yêu cầu nhiệt theo lý thuyết cho đốt clinker

Lượng nhiệt của lò quay cho thấy sự khác biệt giữa nhu cầu nhiệt theo lý thuyết củaquá trình đốt clinker và sự tiêu thụ nhiệt thực tế trong lò quay Nhiệt độ lý thuyết đòi hỏi

là chuyển đổi hỗn hợp thô dạng khô thành các sản phẩm phản ứng của clinker và phảnứng enthalpy kết nối với quá trình này liên quan đến clinker 20oC và 1kg, hoặc chuyểnđổi khoảng 1,55kg hỗn hợp thô thành 1kg clinker

Việc xác định nhiệt của việc hình thành các nguyên liệu xi măng và các khoángclinker thu được bắt đầu từ năm 1906, vì các nỗ lực đầu tiên đã thực hiện để xác định khảanwng phản ứng nhiệt của quá trình đốt clinker Các giá trị liên quan đến các học giả khácnhau cho thấy thường có những sai sót thất thường, vì theo thời gian, ý kiến của các nhàkhoa học liên quan đến yêu cầu nhiệt của quá trình đốt xi măng đã thay đổi

Về lâu dài, các phương pháp tính toán phức tạp và tẻ nhạt cho yêu cầu nhiệt theo lýthuyết đã được phát triển H.zur Strassen đã bị thuyết phục rằng việc hoàn thành quy trìnhtính toán hoàn chỉnh là rất tốn công và đã phát triển một công thức đơn giản hóa cho phépđạt được yêu cầu nhiệt trực tiếp từ lý thuyết từ dữ liệu phân tích của hỗn hợp thô vàclinker

Hai công thức đã được phát triển, một công thức không có tác dụng kiềm và một côngthức khác có tác dụng kiềm Tất cả các thành phần nguyên liệu thô của clinker đều đượckết hợp một cách hợp lý vào các oxit tự do, theo đó lượng nhiệt cần thiết được tích điện.Hiệu ứng tỏa nhiệt xảy ra trong quá trình hình thành clinker có thể được tính toán từcác khoáng chất clinker, một lần nữa có thể được xác định theo công thức Bogue, dựa trênphân tích clinker Vì để tính toán hiệu ứng nhiệt, kiến thức rõ ràng về khoáng chất clinker

là không cần thiết, chúng đã bị loại khỏi tính toán Hơn nữa, người ta nói rằng hiệu ứngtỏa nhiệt của quá trình tạo clinker gần như độc lập với hàm lượng vôi tự do trong clinker;mỗi phần trăm vôi tự do trong clinker bằng 0,1 kcal/kg clinker Ở các yếu tố thấp củaalumina và oxit sắt, và hàm lượng nhỏ của chúng, ảnh hưởng của các thành phần nàycũng rất ít Từ đó có thể kết luận rằng hiệu ứng tỏa nhiệt hầu như chỉ được xác định bởicấu trúc silica trong clinker.

Các hiệu ứng nhiệt của khoáng sét là:

hoặc

Công thức này đề cập đến trường hợp nhiệt độ bay hơi không được xác định Nếuhàm lượng nước của hydrat hóa được xác định riêng biệt và nhiệt độ của hydrat hóa đượctính toán, thì chúng ta sẽ thu được:

trong đó hH đại diện cho nước kết tinh của đất sét trong hỗn hợp thô tính bằng gam/100gam clinker Nếu các thành phần đất sét không được biết đến, thì nên sử dụng giá trị trungbình để tính toán Do đó, nên sử dụng trung bình số học của ba yếu tố đất sét

Nếu tổng alumina có nguồn gốc từ trạng thái phụ của đất sét được xem xét thì côngthức

Struren của zur thu được biểu thức sau ( một lỗi có thể xảy ra do phép tính này có thể nằmtrong phak, vi 2 kacl/kg clinker)

Từ phân tích clinker được trích dẫn dưới đây, có thể tính mức tiêu thụ nhiệt theo lýthuyết sau đây để đốt clinker:

99,27% 409.0 kcal/kgViệc xác định các hiệu ứng kiềm đòi hỏi phải tính toán nhiều hơn, nhưng dựa trênbài báo Struren Zur được trích dẫn, có thể dễ dàng thực hiện Đối với mục đích địnhhướng, có thể nói rằng ở mức độ vừa phải của chất kiềm, yêu cầu nhiệt thấp hơn khoảng 2kcal/kg clinker, do đó mức tiêu thụ nhiệt tính toán ở trên có thể lên tới 407 kcal/kgclinker

Vì nhiên liệu là một trong những thành phần sản xuất đắt nhất của clinker, và cáccuộc đàm phán đề xuất luôn đi kèm với việc mặc cả gần như cho mỗi kcal duy nhất, nênnhân viên lò nung phải thực hiện các thử nghiệm đốt clinker với khách hàng nguyên liệuthô, để có thể dựa trên phân tích clinker hoặc nguyên liệu thô - để tính toán yêu cầu nhiệt

lý thuyết Dựa trên số liệu tiêu thụ nhiệt theo lý thuyết, nhà sản xuất lò nung có thể đảmbảo số liệu tiêu thụ nhiệt thực tế khi cung cấp hoặc tái cấu trúc cốt liệu lò Tất nhiên, điềunày cũng đề cập đến các bài kiểm tra chấp nhận

3.2 Hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt

Khoảng 15 năm trước, các nhà sản xuất xi măng Nhật Bản đã phải đối mặt vớicâu hỏi làm thế nào tốt nhất để tăng tỷ lệ sản xuất của các lò sấy sơ bộ hiện có Như

đã đề cập trước đó, lò nung gia nhiệt của họ đạt đến giới hạn trong các kích thước đãdẫn đến các vấn đề thiết kế kết cấu và vận hành đáng kể Những đường kính lò nungnày trở nên lớn đến mức các vấn đề về tuổi thọ vật liệu chịu lửa gây ra thời gianxuống lò thường xuyên và tốn kém Sau đó, cũng có những vấn đề về khả năng sửdụng nhiên liệu cấp thấp trong các lò nung xi măng phải được giải quyết Trong sốnhững cân nhắc này đã phát triển các khái niệm về bắn phụ trợ để làm sạch nguyên

527,4

-118,4

liệu bên ngoài lò quay Các lò nung trước về cơ bản là các lò sấy sơ bộ treo đượctrang bị hệ thống bắn thứ cấp (thường được gọi là lò flash) gắn liền với tầng dưới củatháp sấy sơ bộ Điều này cho phép các nhà sản xuất lò nung xây dựng các lò nung cóđường kính nhỏ hơn mà không phải hy sinh lò nung lò nung, đối với một lò tiền chếtạo ra lượng clinker nhiều hơn 50-70% so với lò sấy sơ bộ thông thường có đườngkính bằng nhau Tuy nhiên, một prealciner không hoạt động với tổng mức tiêu thụnhiên liệu cụ thể thấp hơn so với lò sấy sơ bộ; các giả định của họ gần giống nhau.Nhưng bằng cách đốt 30-50% tổng năng lượng đầu vào ở phía sau lò, tải nhiệt trongvùng đốt thích hợp sẽ giảm tạo ra hiệu ứng có lợi cho tuổi thọ của vật liệu chịu lửa.Ngoài ra, việc có thể sử dụng nhiên liệu rẻ hơn trong các đơn vị bắn phụ trợ giúpgiảm chi phí cho mỗi đơn vị trọng lượng của clinker Do đó, mặc dù mức tiêu thụnăng lượng là như nhau, chi phí cho năng lượng này thường thấp hơn - một yếu tốquyết định có lợi cho lò nung trước Như được thảo luận chi tiết hơn, việc đốt cháybất kỳ loại nhiên liệu nào cũng cần một lượng không khí nhất định, do đó không khínày phải được cung cấp cho bộ phận bắn phụ trợ ở phía sau lò Điều này được thựchiện theo hai cách, hoặc là không khí đến từ chính lò nung (không có ống cấp ba)hoặc nó được cung cấp bởi các khí thải dư thừa khổng lồ từ bộ làm mát clinker bằngống gió cấp ba chạy song song với lò Các máy nung không có ống dẫn khí cấp ba cóthể được trang bị bất kỳ loại máy làm mát nào kể cả máy làm mát hành tinh trong khi

lò nung có ống dẫn thứ ba không thể có máy làm mát hành tinh Các lò có ống dẫnthứ ba khó kiểm soát hơn đối với người vận hành vì các lò này chứa hai quá trình đốtriêng biệt và riêng biệt phải được kiểm soát chặt chẽ độc lập Tuy nhiên, máy lọctrước không có ống dẫn khí mát có xu hướng tiết kiệm nhiên liệu kém hơn so với loạikhác khi một tỷ lệ lớn khí thoát ra lò phải được bỏ qua trong tháp sấy sơ bộ Lắp đặtmột ống ar cấp ba cũng rất tốn kém và tạo thành một hạng mục bảo trì cao Trongkhoảng thời gian ngắn 90 năm, các lò quay đã trải qua những thay đổi lớn Những cảitiến lớn về hiệu quả nhiên liệu và công nghệ điều khiển đã được thực hiện và hầu hếtcác lò được xây dựng mới đều hoàn toàn tự động và được điều khiển bởi máy tính.Với mức đánh giá 55%, modem hiệu quả lò nung xi măng dường như đã đạt đến giớihạn về hiệu quả và sản lượng nhiên liệu đạt được tốt nhất Các nhà sản xuất lò nung

đã đạt được dấu hiệu tối ưu của lò chưa? Là lò nung lò trước là lò của tương lai? Tácgiả và nhiều kỹ sư xi măng không nghĩ vậy Công nghệ chưa bao giờ đứng yên trongthời đại thúc đẩy nhanh chóng những thay đổi công nghiệp Lò nung xi măng sẽkhông được miễn khỏi xu hướng này Mặc dù lò nung lò trước là một phần quan trọngcủa thiết bị xử lý, nhưng nó có rất nhiều điều ngắn gọn, chẳng hạn như sự khổng lồ

măng đã được cải tiến bởi vô số kỹ sư tiên tiến Lò phản ứng tầng chất lỏng, tách đávôi từ quá trình nung sơ bộ nguyên liệu khác, bộ sấy sơ bộ du lịch hai giai đoạn chỉ làmột số ý tưởng "kỳ lạ" đã được đưa lên hàng đầu Có lẽ một trong số đó sẽ là lò nungcủa tương lai, vì vậy điều quan trọng là phải giữ một tâm trí cởi mở đối với những ýtưởng như vậy và không coi chúng là "không thể."

 Hoạt động của xyclone

Bộ preheater treo là cơ sở của tất cả các hệ thống hiện đại Nguyên liệu thô ở dạngbột khô được bơm vào khí thải lò nung nóng trong ống dẫn thẳng đứng Vận tốc khí đi lên

là đủ để bột được nhấc lên và nâng ống dẫn "lơ lửng" trong khí Bởi vì trao đổi nhiệt xảy

ra trên diện tích bề mặt rộng lớn của các hạt khoáng riêng lẻ, khí và hỗn hợp thô đạt đếnnhiệt độ cân bằng chung trong một phần của giây Các chất rắn và khí sau đó được tách ratrong một cơn bão Quá trình này được lặp đi lặp lại một số lần - thường là ba đến sáu -bằng cách xếp các ống dẫn "riser" và lốc xoáy lên nhau trong một tòa tháp Bằng cáchtrao đổi nhiệt lặp đi lặp lại, hầu hết nhiệt trong khí thải lò nung có thể được thu lại, trongkhi làm nóng nguyên liệu đến nhiệt độ nung Nhiệt như thoát ra khỏi bộ preheater được sửdụng để làm nóng máy xay thô

Khái niệm về bộ preheater treo dần dần xuất hiện khi, từ những năm 1920 trở đi,một số lò bắt đầu được trang bị lốc xoáy để loại bỏ phần lớn bụi từ các lò sấy và đưa nótrở lại lò

Hình 3.2 – 4 giai đoạn của lò preheater

 Bố trí lò preheater 4 giai đoạn

Nguyên lý hoạt động của tháp trao đổi nhiệt kiểu xyclon như sau Bột phối liệu đượcđưa vào đường ống dẫn nối xyclon bậc II và bậc I Tại đây bột liệu được hộp tán liệu phântán đều vào dòng khí và không khí lọt và đường cấp liệu Do vận tốc của dòng khí trongống dẫn rất lướn so với vận tốc của nó trong xyclon nên bột liệu được cuốn lên trên vàoxyclon bậc I Dòng khí đi vào xyclon bậc I theo phương tiếp tuyến với thành xyclon, tạothành dòng khí xoáy trong xyclon Do lực ly tâm các hạt bột lieu văng ra chạm vào vàothành xyclon và mất động lượng và bị tách khỏi dòng khí rơi xuống đáy xyclon

Mặt khác do dòng khí đi từ đường ống dẫn có tiết diện nhỏ vào xyclon có tiết diệnlớn nên vận tốc dòng khí bị giảm đột ngột, do đó động lượng của dòng khí giảm nên trjnglực của các hạt bột liệu lớn hơn lực nâng của dòng khí làm cho các hạt bột liệu bị sa lắng.Trong khí thải đưa ra ngoài nhờ lực hút ID vẫn còn khá nhều bột liệu, chủ yếu là các hạtmịn không lắng được trong xyclon bậc I, vì vậy nó cần được làm sạch trong thiết bị lọcbụi trước khi thải ra môi trường

Từ xyclon bậc I bột liệu rơi vào đường ống dẫn giữa xyclon bậc III và xyclon bậc II

và lại được dòng khí nóng với vận tốc lớn từ cyxlon bậc III cuốn lên vào xyclon bậc II

Cứ như vậy quá trình sẽ tiếp diễn đến khi bột liệu từ xyclon bậc IV đi vào lò Trong quátrình chuyển động từ trên xuống dưới của các ống dẫn trong xyclon, bột liệu được phântán trong dòng khí nóng sẽ thu nhiệt của khí và nóng dần lên Trong khí đó khí nóngchuyển động từ lò lên đến xyclon bậc I sẽ trao đổi nhiệt cho bột liệu và nguội dần Vềtổng thể trong toàn bộ tháp trao đổi nhiệt, sự chuyển động giữa bột liệu và dòng khí nóng

là ngược chiều nhau, tuy nhiên trong các ống dẫn thì sự trao đổi nhiệt xảy ra khi dòng khí

và bột liệu và bột liệu chuyển động cùng chiều Mức độ lắng của bột liệu trong các xyclonphụ thuộc vào cấu tạo của xyclon, kích thước hạt bột liệu, vận tốc dòng khí,…Một trongcác yếu tố quyết định đến mức độ lắng của bột liệu là đường kính của xyclon Do lwujc lytâm tỷ lệ nghịch với đường kính xyclon nên đường kính xyclon càng nhỏ thì lực ly tâmcàng lớn và mức độ lắng càng lớn

Đối với tháp trao đổi nhiệt xyclon bốn bậc như trên, khí nóng đi ra từ lò nung cónhiệt độ khoảng 100°C được đưa vào hệ thống trao đổi nhiệt, khí thải có nhiệt độ khoảng

300 - 350°C đi vào hệ thống lọc bụi và thải ra ngoài trời ở nhiệt độ t = 200 °C Bột phốiliệu dựa vào ống dẫn giữa xyclon bậc II và bậc I có nhiệt độ khoảng 50oC , sau quá trìnhthay đổi nhiệt với khí nóng được đổi nóng dần lên và đi vào lò nung có thể đạt 800 –

xyclon Để quá trình trao đổi nhiệt xảy ra nhanh và đồng đều , yều cầu các hạt nguyên vậtliệu có kích thước nhỏ và đều nhau Nói chung thời gian đốt nóng nguyên vật liệu trong

hệ thống xyclon là rất ngắn, phụ thuộc không những vào kích thước của hạt vật liệu màcòn phụ thuộc vào loại nguyên vật liệu Các hạt có kích thước càng lớn thì khả năng tách

ra khỏi dòng khí nóng càng cao Đối với hệ thống xyclon trao đổi nhiệt, đường kính củacác xyclon có thể được xác định theo một nguyên tắc chung Các xyclon II , III và IV cókích thước giống nhau, chiều cao của phần ống trị của các xyclon này là thấp vì trong cácxyclon này mớc độ lắng không phải là đòi hỏi quan trọng Chỉ có xyclon bậc I là đòi hỏimức độ tích cao, vì vậy ở tầng trên cùng tháp trao đổi nhiệt thường gồm hai xyclon cóđường kính nhỏ với hiệu suất lắng cao Kích thước của thiết bị gia nhiệt được xác địnhdựa trên các nhân tố như thể tích khí và tốc độ khí trong ống dẫn khí

Lò quay với thiết bị trao đổi nhiệt xyclon có mức độ phân huỷ đá vôi trung bình 20-30% và đạt được năng xuất riêng 1,5 tấn/24giờ.m3 lò Nhiệt độ khí thải là khoảng 330 –350oC , tiêu tốn nhiệt từ 750 - 900 kcal/kg clinke phụ thuộc vào đặc tính của nguyênnhiên liệu, năng suất của lò nung Có thể tăng mức độ phân huỷ đá vôi trong bột liệu đến

35 – 40% bằng cách đốt một lượng nhiên liệu nhất định trong ống đứng từ lò lên xyclonbậc IV Hiện nay hệ thống trao đổi nhiệt xyclon có thể chế tạo theo hai dạng là một nhánhhay hai nhánh Việc phân dòng khí thành 2 nhánh cho phép sử dụng với cùng một thể tíchkhí như nhau, 2 xyclon có đường kính nhỏ hơn so với 1 xyclon Điều này cho phép đạtđược mức độ lắng cao hơn trong các xyclon, do đó làm tăng năng suất của thiết bị đồngthời giảm được lượng bụi trong khí thải Để tránh việc đốt nóng không đều trong hainhánh xyclon, hai dòng bột liệu được đưa vào buồng hoà trộn để trộn đều với nhau và traođổi nhiệt với khí nóng từ dưới lò đi lên

Đối với tháp tiền nung Dopol có 5 bậc , nhiệt độ của khí nóng vào tháp trao đổi nhiệt

là khoảng 1000oC và ra khỏi tháp với nhiệt độ khoảng 320oC Sau khi ra khỏi bậc dướicùng, bột liệu đi vào lò với nhiệt độ khoảng 800oC

Số bậc xyclon trong tháp trao đổi nhiệt phụ thuộc vào mức độ cần thu hồi nhiệt củakhí thải lò nung Tháp trao đỏi nhiệt có thể có 3, 4, 5 hoặc 6 bậc Khi số bậc càng cao thìnhiệt độ khí thải cũng thấp Vì vậy có thể tuỳ theo độ ẩm của hỗn hợp nguyên liệu hoặcthan cần phải sấy ở phân xưởng nghiên mà sử dụng hệ thống tháp tiền nung có số bậc phùhợp

Tác động của xyclone về cơ bản là ly tâm: khí bụi được hút vào tàu một cách tiếptuyến với vận tốc cao, khiến nó quay nhanh, do đó các hạt tương đối đậm đặc tập trung ởrìa ngoài Khi rút khí tương đối sạch khỏi xoáy trung tâm, các chất rắn tiến hành bằngcách bảo toàn động lượng về phía chóp, từ đó chúng có thể được rút qua một khóa khí