Tính toán quá trình Gia công nhiệt vàThiết kế lò quay nung clanhke xi măng pooclang theo phương pháp FL.SMITH cótrang bị tháp tiền nung SLC,2 nhánh,5 bậc,công suất 6000 tấn clanhke/ngày đêm

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG Giới thiệu chung xi măng pooclang…………………………………3 1.1 : Xi măng 1.2 Clanke…………………………………………………………………………….4 1.2.1 Thành phần hóa học 1.2.2 Thành phần khoáng 1.3 Công nghệ sản xuất clanhke xi măng pooc lăng 1.3.1 Nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng pooc lăng .7 1.3.1.2 Đất 1.3.1.3 Phụ gia .8 1.4 Lò nung clanhke xi măng 1.5: Lựa chọn thiết bị nung( lò quay theo phương pháp khơ) .12 1.5.1 Ngun lí hoạt động lò .12 1.5.2 Thiết bị……………………………………………………………………15 CHƯƠNG Tính tốn gia cơng nhiệt Nguồn ngun liệu…………………………………………………………… 27 Tính chọn hệ thống lị nung clanke xi măng…………………………………….28 Tính cháy nhiên liệu…………………………………………………………… 28 Tính cân vật chất tháp trao đổi nhiệt………………………………… 31 Tính cân nhiệt cho tồn thiết bị tồn lị…………………………………… 35 Thiết lập cân vật chất hệ thống…………………………………………… 41 Tính lượng khơng khí…………………………………………………………….41 Tính lượng vật chất vào lị……………………………………………………45 Tính cân nhiệt thiết bị làm lạnh………………………………………………46 10 Tính cân vật chất cho lị quay……………………………………………….47 11 Tính kích thước lị quay tháp trao đổi nhiệt……………………….49 12 Tính kích thước xyclon tháp trao đổi nhiệt………………………….51 13 Tính thiết bị phụ trợ .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….52 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta ngày phát triển, ngành sản xuất vật liệu xây dựng không ngừng vận động để tạo sản phẩm chất lượng cao với đặc tính ưu việt Trong xu đó, hoạt động sản xuất xi măng Pooclang có bước tiến đáng kể cải tiến sản xuất, ứng dụng khoa học công nghệ nghiên cứu dây chuyền sản xuất nhằm đáp ứng ngày tốt yêu cầu chất lượng chủng loại ngành xây dựng Xi măng Pooclang đóng vai trị đặc biệt vơ quan trọng chiếm tỉ trọng lớn giá trị sản lượng hoạt động sản xuất XD Trong sản xuất xi măng, q trình gia cơng nhiệt đóng vai trị đặc biệt quan trọng, chi phí q trình chiếm 7080% tổng giá thành xi măng Q trình gia cơng nhiệt đạt hiệu cao bước tiến lớn, góp phần vào thành cơng ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng Với mong muốn trang bị cho sinh viên kiến thức, kĩ thực tế công tác thiết kế thiết bị nhiệt dùng sản xuất vật liệu xây dựng, giúp cho sinh viên có kiến thức phục vụ công tác chuyên ngành sau trường, Bộ môn Vật liệu xây dựng Đại học kiến trúc Hà Nội giao cho em thực đồ án môn học “ Thiết bị nhiệt sản xuất vật liệu xây dựng” có nội dung ”Tính tốn q trình Gia cơng nhiệt Thiết kế lị quay nung clanhke xi măng pooclang theo phương pháp FL.SMITH có trang bị tháp tiền nung SLC,2 nhánh,5 bậc,công suất 6000 clanhke/ngày đêm” Trong trình thực đề tài, em nhận bảo hướng dẫn tận tình thầy giáo ThS.LÊ XUÂN HẬU thầy cô giáo môn.Em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ em nhiều q trình hồn thiện đồ án mơn học Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG 1.1 : Xi măng Xi măng chất kết dính vơ rắn nước, chứa khoảng 70 – 80% silicat canxi Nên có tên gọi xi măng silicat Nó sản phẩm nghiền mịn clanke với phụ gia thạch cao ( 3- 5%) Clanke dạng hat sản xuất cách nung kết khối ( 14500C ) hỗn hợp chứa cacbonat canxi alumosilicat Thạch cao có tác dụng điều chỉnh thời gian ninh kết xi măng Trong nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất hạ giá thành người ta cho thêm 15% phụ gia hoạt tính (puzơlan, tro… ) 10% phụ gia trơ (cát, thạch anh, ….) 1.2 Clanke Clanke thường dạng hạt có đường kính từ 10 – 40 mm, cấu trúc phức tạp (có nhiều khống dạng tinh thể số khống dạng vơ định hình) Chất lượng clanke phụ thuộc vào thành phần khống vật hóa học 1.2.1 Thành phần hóa học Thành phần hóa học clanke, biểu thị hàm lương oxyt có clanke, dao động giới hạn sau[3]: Bảng 1.1: Thành phần hóa học clanke Oxit CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 P2O5 K2O+Na2O TiO2+Cr2O3 % 63-66 21-24 4-9 2-4 0,1-0,3 0,4-1 0,2-0.5 0,5-5 0,3-1 Thành phần hóa xi măng thay đổi tính chất xi măng thay đổi theo Tăng CaO xi măng rắn nhanh bền nước, cịn tăng MgO tính chất ngược lại  Tổng quan clanhke xi măng  Xi măng pclăng chất kết dính có khả đơng kết, rắn phất triển cường độ môi trường khơng khí mơi trường nước, thường gọi chất kết dính rắn nước hay chất kết dính thủy  Xi măng poóclăng gồm có clanke xi măng poóclăng, thạch cao phụ gia khác Clanke xi măng pclăng bán thành sản phẩm cơng nghệ sản xuất xi măng (tồn dạng hạt có kích thước từ 10mm đến 40mm phụ thuộc vào dạng lò nung Theo cấu tr nhỏ nhiều pha tinh thể lượng nhỏ thủy tinh) cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ỏ trạng thái đồng nhất, phân tán mịn đá vôi, đất sét số phụ gia.úc vi mô, clanke xi măng Poóclăng hỗn hợp hạt nhỏ nhiều pha tinh thể lượng nhỏ thủy tinh) cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ỏ trạng thái đồng nhất, phân tán mịn đá vôi, đất sét số phụ gia  Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:1999, xi măng poóclăng (PC) loại chất kết dính thủy chế tạo cách nghiền mịn clanke xi măng poóclăng với lượng thạch cao cần thiết Trong q trình nghiền sử dụng phụ gia công nghệ không 1% so với khối lượng clanke Khi nghiền xi măng poóclăng có cho thêm phụ gia trơ hay phụ gia khống hoạt tính, sản phẩm lúc gọi xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB) Theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 quy định tổng lượng phụ gia đưa vào tính với khối lượng clanke khơng vượt q 40% phụ gia đầy không 20% Tên tiêu Cường độ chịu nén, N/mm2, không nhỏ hơn, sau: ngày 45 phút ngày Thời gian đông kết, phút: Bắt đầu không sớm Kết thúc, không muộn Độ nghiền mịn, xác đinh theo: Phần lại sàng 0,08mm, % không lớn PCB30 PCB40 PCB50 16 30 21 40 31 50 45 375 15 12 Bề mặt tỉ diện Blaine, cm2, không lớn Độ ổn định thể tích xác định theo phương pháp Le Chatelier, mm, không lớn Hàm lượng SO3, % không lớn Hàm lượng MgO, % không lớn Hàm lượng MKN, % không lớn Hàm lượng CKT, % không lớn 2700 10 2800 3,5 5,0 5,0 1,5 Bảng 1.1 : Chỉ tiêu chất lượng xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999) Tên tiêu Cường độ chịu nén, N/mm2, không nhỏ hơn, sau: 72 ngày 45 phút 28 ngày Thời gian đông kết, phút: Bắt đầu không sớm Kết thúc, không muộn Độ nghiền mịn, xác đinh theo: Phần lại sàng 0,08mm, % không lớn Bề mặt tỉ diện Blaine, cm2, không lớn Độ ổn định thể tích xác định theo phương pháp Le Chatelier, mm, khơng lớn Hàm lượng SO3, % không lớn Hàm lượng MgO, % không lớn Hàm lượng MKN, % không lớn Hàm lượng CKT, % không lớn PCB30 PCB40 14 30 18 40 45 10 15 2700 10 3,5 5,0 5,0 1,5 Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất lượng xi măng Poóclăng hỗn hợp (TCVN 6260:1997) 1.2.2 Thành phần khoáng Thành phần khoáng vật clanke gồm có khống là: alit, belit, aluminat tricanxit, feroaluminat tetracanxit - Khống Alít: ( kí hiệu: C3S) dung dịch rắn 3CaO.SiO2 (tricanxit silicat) chiếm 45÷60% hàm lượng Clanhke, khống quan trọng , có cường độ cao, đơng kết rắn nhanh có ảnh hưởng đến nhiều tính chất khác xi măng pc lăng Nó có đặc điểm tốc độ rắn nhanh, cường độ cao, tỏa nhiệt tương đối lớn Khi hàm lượng C3S tăng chất lượng xi măng tốt - Khống Bêlít (kí hiệu : C 2S): dung dịch rắn 2CaO SiO (dicanxit silicat) chiếm 20÷30% hàm lượng Clanhke, có cường độ trung bình, rắn chậm, nhiệt thủy hóa nhỏ Thời gian đầu tốc độ rắn chậm thời gian sau tốc độ rắn nhanh cường độ cao Nó có vai trị định vai trị xi măng thời gian sau Khi hàm lượng C 2S tăng cường độ xi măng cao tốc độ rắn xi măng chậm làm kéo dài thời gian thi cơng - Khống tricanxit auminat (3CaO.Al2O3 kí hiệu : C3A) chiếm 4÷12% hàm lượng Clanhke, định thời gian ninh kết rắn xi măng Nó có đặc điểm rắn nhanh cường độ thấp, nhiệt thủy hóa lớn dể bị ăn mịn hàm lượng C3A tăng xi măng rắn nhanh cường độ thấp, dễ gây ứng suất nhiệt bị ăn mòn sun phát, với loại xi măng bền sun phát yêu cầu lượng C3A 5% gây tính ổn định thể tích xi măng - Oxit canxi tự dạng hạt, thường có clanke nung xong Quy định hàm lượng khơng vượt q 1%, gây tính khơng ổn định thể tích xi măng - Oxit kiềm (Na2O, K2O) có pha feroaluminat clanke dạng sunfat Để tránh xẩy nứt nẻ kết cấu hàm lượng chúng phải hạn chế dùng với cốt liệu (cát, đá) có chứa oxit silic vơ định hình 1.3 Cơng nghệ sản xuất clanhke xi măng pooc lăng 1.3.1 Nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng pooc lăng Nguyên liệu để sản xuất clanhke xi măng pooc lăng là: đá cacbonat, đất sét phụ gia điều chỉnh thành phần phối liệu như: quặng sắt, nguyên liệu giàu silic,… phụ gia đưa vào nghiền clanhke xi măng nhằm mục đích kinh tế cải thiện số tính chất xi măng thạch cao, phụ gia khống hoạt tính, phụ gia đầy,… 1.3.1.1 Đá cacbonat Hàm lượng cấu tử cacbonat hỗn hợp nguyên liệu sản xuất xi măng pooc lăng thường khoảng 76 80%.Vì tính chất hóa học lí học đá ảnh hưởng đến định lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng Các loại đá thường dùng là: đá vơi, đá phấn, … Thành phần đá cacbonat CaCO lượng nhỏ oxit khác Ở nước ta sử dụng chủ yếu đá vôi 1.3.1.2 Đất Đất sử dụng để sản xuất clanhke xi măng pooc lăng chủ yếu cung cấp SiO 2, Al2O3 Fe2O3 bao gồm: đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Hiện chủ yếu sử dụng đất sét làm nguyên liệu sản xuất Thành phần khống loại đất sét khốn alumosilicat ngậm nước tồn dạng Al 2O3.SiO2.2H2O Thành phần hóa học dao động sau: SiO2=56 80% Al2O3=5 20% Fe2O3= 15% 1.3.1.3 Phụ gia Phụ gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu sản xuất xi măng thành phần hóa học khơng đảm bảo yêu cầu định Để làm tăng hàm lượng SiO phối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh cát, trepen, Khi hàm lượng oxit sắt phối liệu thấp dùng quặng sắt làm phụ gia Các loại phụ gia pha vào nghiền clanhke xi măng pooc lăng để cải thiện số tính chất xi măng hạ giá thành sản phẩm thạch cao, phụ gia trơ, phụ gia khống hoạt tính xỉ lò xao, xỉ nhiệt điện, puzơlan,… 1.4 Lò nung clanhke xi măng  Lò đứng Lò đứng thiết bị nhiệt có dạng tháp cấu thành từ phần: phần có hình trụ, phần có đường kính lớn hơn, phần có hình chóp cụt tương ứng với vùng: vùng sấy đốt nóng phối liệu, vùng nung vùng làm nguội Vật liệu lị đốt nóng trạng thái đứng yên (lò hoạt động theo chu kỳ), chuyển động từ xuống tác động lực hút trọng trường thiết bị tháo liệu (hoạt động liên tục) Tường lò cấu tạo từ lớp: lớp vật liệu chịu lửa, lớp vật liệu cách nhiệt lớp vật liệu bảo vệ Mỗi vùng thân lò tùy thuộc vào mức nhiệt độ mơi trường mà sử dụng vật liệu chịu lửa khác nhau, có chất lượng khác độ dày khác Ưu điểm: xây dựng đơn giản thích hợp cho cơng nghệ xi măng địa phương, cần thiết bị Nhược điểm: nung chậm, nguyên liệu tiếp xúc với vùng nhiệt khơng đều, sản phẩm khó Khi nung lị đứng cần ý khơng q lửa, quặng chảy đóng thành tảng lớn bám vào thân lò đáy lò, sản phẩm lò khó khăn, chất lượng xi măng khơng đồng  Lị quay Lị quay hình trụ dài vỏ thép dày, phía lót vật liệu cách nhiệt vật liệu chịu lửa Thân lò đặt nằm nghiêng 3-4 so với mặt nằm ngang, lị quay xung quanh trục dọc với tốc độ 0,5-1,5 v/phút lớn (phụ thuộc vào đường kinh suất lò) nhờ hệ thống động có nối bánh truyền động qua đai lò Lò quay đặt trụ đỡ đặt nghiêng, với đầu cao phía phối liệu vào đầu thấp phía clanhke Để chống khơng khí lạnh thâm nhập vào lị, đầu vào đầu lò thường bố trí hệ thống làm kín khí khí nénNhược điểm: q trình trao đổi nhiệt khơng hồn chỉnh, hiệu suất thấp, chi phí nhiệt cho đơn vị sản phẩm cao, vốn đầu tư cho thiết bị lớn  Ưu điểm: hoạt động liên tục, có hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian cao (0,980,99), chất lượng sản phẩm đồng đều, cơng suất lị lớn -Tùy theo độ ẩm nguyên liệu, tình hình thiết bị lò nung mà người ta chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp: khô, ướt hỗn hợp Nhưng sử dụng phổ biến hai phương pháp sản xuất: phương pháp khô phương pháp ướt dựa theo sở phương pháp gia công chế biến phối liệu, phương pháp có ưu nhược điểm riêng Chỉ tiêu Nhiệt bay ẩm phối liệu (kcal/kgclk) Nhiệt môi trường xung quanh (kcal/kgclk) Tiêu hao điện (kWh/tấn xi măng) Tiêu hao gạch chịu lửa (kg/tấn xi măng) Phương pháp khô Phương pháp ướt 2,7 (W = 1%) 54 (W = 36%) 52 207 100  110 145  165 1,0  1,5  2,5 Tiêu hao bi đạn nghiền (kg/tấn xi măng) Mức độ tự động hoá sản xuất (%) Năng suất lao động (tấn xi măng/người/năm) 0,6  0,8 1,5  90 95 10  15 800  1200 250  450 Bảng 1.3: Bảng so sánh tiêu hai phương pháp sản xuất XMPL Phương pháp ướt Ưu điểm Phương pháp khô - Dễ nhào trộn, độ đồng phối liệu cao - Tiêu tốn nhiên liệu nung thấp (725÷1200 kcal/kg clanhke) - Dễ điều chỉnh thành phần phối liệu - Kích thước lị nung ngắn - Dễ bơm, bụi phương pháp khơ - Khả tự động hóa cao - Giá thành làm khói lị giảm - Khả sử dụng nhiệt khí thải để sấy nguyên liệu lớn làm giảm tiêu tốn nhiệt dung để sản xuất clanhke 10 Lượng sản phẩm cháy (Vα=1,7): Vα=1,7 = ∑V = 1,11671+0,007+0,464+5,931+0,92 = 8,44 (Nm3/kg) %CO2 = VCO2/ Vα=1,7 = 1,11671/8,44= 0,13 %SO2 = VSO2/ Vα=1,7 = 0,007/8,44 = 8,3x10-4 %H2O = VH2O/ Vα=1,7 = 0,7464/8,44 = 0,088 %N2 = VN2/ Vα=1,7 = 5,931/8,44 = 0,7 %O2 = VO2/ Vα=1,7 = 0,92/8,44 = 0,11 Nhiệt dung riêng (Ck): Ck = CCO2 x %CO2+CH2O x %H2O+CSO2 x %SO2+CN2 x %N2+CO2 x %O2 = 0,3796 x 0,13+0,457 x 0,088+0,4683 x 8,3 x 10-4+0,314 x 0,7+0,3244 x 0,11 = 0,345 (kcal/kgCLK) = > q5 = Vα=1,7 x Ck x tkl x Gnhl = 8,44 x 0,345 x 300 x Gnhl = 873,54 Gnhl (kcal/kgCLK)  Nhiệt bụi mang ngoài: (với tkl=300oC) Gb = (Gp-Gnglkhô) x (1-MKN)xβ.10-2 Cb = 0,233 (kcal/kgoC) = > q6 = Gbx Cbx tkl = (Gp-Gnglkhô) x (1-MKN) x β.10-2 x 0,233 x 300 = 4,97 (kcal/kgCLK)  Nhiệt clinker mang ngoài: (tcl=100oC) Khối lượng clanhke: Gclk = Tỉ nhiệt clanhke 100oC: Cclk = 0,191 (kcal/kgoC) = > q7 = Gclkx Cclkx tcl = x 0,191 x 100 = 19,1 (kcal/kgCLK)  Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh = > q8 = qmt = 50 (kcal/kgCLK)  Nhiệt tiêu tốn khí dư đem ngồi: 36 Lượng khơng khí làm lạnh clinker: GLLCL = Vkkxγkkkx(1+d/1000) = 2,4x1,293x(1+20/1000) = 3,16 (kg/kgCLK) Lượng không cần để đốt cháy Gnhl kg than HSD (α = 1,15): Gα=1,15 = Lα=1,15x γkkkx(1+d/1000)x0,92xGnhl = 7,2x1,293x(1+18,39/1000)x0,92xGnhl = 8,72Gnhl (kg/kgCLK) Ckk = 0,244 (kcal/kgoC) = > q9 = (1/ γkkk)x( GLLCL- Gα=1,15)x Ckkx t = (1/1,293)x(3,16-8,72Gnhl)x 0,244x300 = 178,9-493,66Gnhl (kcal/kgCLK) = > Vậy tổng nhiệt tiêu tốn là: QR = ∑19q = 450+9,6985+4,1638+31,104+873,54 Gnhl +4,97 +19,1+50+178,9-493,66Gnhl = 734,5733 + 374,396Gnhl (kcal/kgCLK) c) Cân nhiệt: QV = QR = > 40,4945 + 5796,93 Gnhl = 742,96 + 379,88Gnhl = > Gnhl = 0,13 (kg/kgCLK) Vậy sai số: σ = (0,131-0,13)/0,131x100 = 0,3% Tổng nhiệt vào QV 37  Nhiệt tiêu tốn Kcal/kgCLK % - Nhiệt lý thuyết tao clinker q1 450 56,79 - Nhiệt tiêu tốn chuyển nước sang dạng q2 9,6985 1,22 - Nhiệt nước ẩm, hoá học mang q3 4,1638 0,525 - Nhiệt CO2 mang q4 31,104 3,92 - Nhiệt cháy nhiên liệu mang q5 113,56 14,33 - Nhiệt bụi mang q6 4,97 0,627 - Nhiệt clinker mang q7 19,1 2,41 - Nhiệt tổn thất môi trường q8 50 6,31 - Nhiệt khí dư đem ngồi q9 113,82 14,33 792,34 100 = > Tổng nhiệt tiêu tốn d) Nhận xét: - Lượng nhiệt tiêu tốn lớn lượng nhiệt lý thuyết tạo clinker chiếm tới 55,732 % - Lượng nhiệt khí thải mang khỏi xiclon tầng V: q3+ q4+ q5+ q6 = 19,462 % - Nhiệt khơng khí dư chiếm 14,748 % Thiết lập cân vật chất hệ thống lò – lượng vào lò - Lượng nhiên liệu khơ vào lị: Gnhl = 0,13 (kg/kgCLK) - Lượng nguyên liệu khô lý thuyết: Gnglkhô = 100/(100-MKN) = 100/(100-34,725) = 1,532 (kg/kgCLK) - Lượng phối liệu khơ vào lị: Gplk = (Gnglkhơ x 100)/(100-Bplb) = 1,532x100/(1005) 38 = 0,56 (kg/kgCLK) - Lượng ẩm phối liệu vào lò (Wlv=1%): GH = (Gplk x100)/(100-W) - Gplk = 1,532x100/(100-1) – 0,56 = 1,0033 (kg/kgCLK) Tính lượng khơng khí a) Lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu lượng khí cháy tạo thành  Khơng khí để đốt cháy nhiên liệu – Vkk: với hệ số khơng khí dư = 1,2 Vkk = Vkktt x Gnhl = αVkklt Gnhl = 1,2 x 6,27 x 0,13 = 0,97812 (m3/kgCLK) Trong đó: Vkk1 = 0,25Vkk = 0,25 x 0,97812 = 0,24453 (m3/kgCLK) – gió Vkkhl = 0,05Vkk = 0,05 x 0,97812 = 0,049 (m3/kgCLK) – không khí hở lị Vkk2 = Vkk - Vkk1 -Vkkhl = 0,97812-0,24453-0,049 = 0,685 (m3/kgCLK) – gió2  Lượng khơng khí dư đưa khỏi máy làm lạnh - Vkkdư: Vkkdư = Vkk2 + Vkkhl – Vkk1 = 0,685 + 0,049 – 0,24453 = 0,489 (m3/kgCLK)  Lượng khơng khí lọt vào phía sau lị qua thiết bị trao đổi nhiệt - Vkkxiclon: Vkkxiclon = Vkktt x (αxiclon1 – αlo) x Gnhl = 7,5 x (1,6-1,1) x 0,13 = 0,4875 (m3/khCLK)  Lượng khí thải đầu xiclon bậc I: Khí CO2: VCO2I = VCO2kh x Gnhl + VCO2ngl = 1,3x0,13+0,269 = 0,438 (m3/khCLK) Khí N2: VN2I = VN2kh x Gnhl = 5,95x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2OI = VH2Okh x Gnhl+VH2Ongl = 0,732x0,13+0,0193 = 0,11446(m3/khCLK) Lượng khơng khí dư: VkkdI = Vkklt x (αxiclonI – 1) x Gnhl = 6,27x(1,6-1)x0,13 = 0,489 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải sau xiclon I là: ∑ = VCO2I +VN2I +VH2OI +VkkdI = 0,438+0,77+0,11446+0,489 = 1,8 (m3/khCLK) 39  Lượng khí thải đầu xiclon bậc II: Khí CO2: VCO2II = VCO2kh x Gnhl + VCO2ngl = 1,3x0,13+0,269 = 0,438 (m3/khCLK) Khí N2: VN2II = VN2kh x Gnhl = 5,96x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2OI = VH2Okh x Gnhl = 0,732x0,13 = 0,09516 (m3/kgCLK) Lượng khơng khí dư: VkkdII = Vkklt x (αxiclonII – 1) x Gnhl = 6,27x(1,5-1)x0,13= 0,40775 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải sau xiclon II là: ∑ = VCO2II + VN2II + VH2OII + VkkdII = 0,438+0,77+0,09516+0,40775 = 1,7(m3/kgCLK)  Lượng khí thải đầu xiclon bậc III: Khí CO2 : VCO2III = VCO2kh x Gnhl + VCO2ngl = 1,3x0,13+0,269 = 0,438 (m3/khCLK) Khí N2: VN2III = VN2kh x Gnhl = 5,95x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2OIII = VH2Okh x Gnhl = 0,732x0,13 = 0,09516 (m3/kgCLK) Lượng khơng khí dư: VkkdIII = Vkklt x (αxiclonIII – 1) x Gnhl = 6,27x(1,4-1)x0,13 = 0,32604 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải sau xiclon III là: ∑ = VCO2III + VN2III + VH2OIII + VkkdIII = 0,438+0,77+0,09516+0,32604 = 1,63 (m3/kgCLK)  Lượng khí thải đầu xiclon bậc IV: Khí CO2 : VCO2IV = VCO2kh x Gnhl + VCO2ngl = 1,3x0,13+0,269 = 0,438 (m3/khCLK) Khí N2: VN2IV = VN2kh x Gnhl = 5,95x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2OIV = VH2Okh x Gnhl = 0,732x0,13 = 0,09516 (m3/kgCLK) 40 Lượng khơng khí dư: VkkdIV = Vkklt x (αxiclonIV – 1) x Gnhl = 6,27x(1,3 -1)x0,13 = 0,24453 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải sau xiclon IV là: ∑ = VCO2IV + VN2IV + VH2OIV + VkkdIV = 0,438+0,77+0,09516+0,24453 = 1,54 (m3/kgCLK)  Lượng khí thải đầu xiclon bậc V: Khí CO2 : VCO2V = VCO2kh x Gnhl + VCO2ngl = 1,3x0,13+0,269 = 0,438 (m3/khCLK) Khí N2: VN2V = VN2kh x Gnhl = 5,96x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2OV = VH2Okh x Gnhl = 0,732x0,13 = 0,09516 (m3/kgCLK) Lượng không khí dư: VkkdV = Vkklt x (αxiclonV – 1) x Gnhl = 6,27x(1,2 -1)x0,13 = 0,16302 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải sau xiclon V là: ∑ = VCO2V + VN2V + VH2OV + VkkdV = 0,438+0,77+0,09516+0,16302 = 1,46 (m3/kgCLK)  Lượng khí thải đầu buồng khói (sau buồng khói): Khí CO2: VCO2bkh = VCO2kh Gnhl + VCO2lo + VCO2canxiner = 1,3x0,13+0,2678+0,2 = 0,6368 (m3/kgCLK) Khí N2: VN2bkh = VN2kh x Gnhl =5,95x0,13 = 0,77 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2Obkh = VH2Okh x Gnhl = 0,732x0,13 = 0,09516 (m3/kgCLK) Lượng khơng khí dư: Vkkdbkh = Vkklt x (αbkh – 1) x Gnhl = 6,27x(1,1-1)x0,13 = 0,08151 (m3/kgCLK) = > tổng lượng khí thải đầu buồng khói là: ∑ = VCO2bkh + VN2bkh + VH2Obkh + Vkkdbkh = 0,6368+0,77+0,09516+0,08151 = 1,58 41  Lượng khí thải đầu lị quay (sử dụngN% than): với N = 40% Khí CO2: VCO2lo = 0,4 x VCO2kh x Gnhl + VCO2lo = 0,4x1,3x0,13+0,2678 = 0,3354 (m3/kgCLK) Khí N2: VN2lo = 0,4VN2kh xGnhl =0,4x 5,95x0,13 = 0,3 (m3/kgCLK) Lượng nước: VH2Olo = 0,4VH2Okh x Gnhl = 0,4 x 0,732x0,13 = 0,038 (m3/kgCLK) Lượng khơng khí dư: Vkkdlo = 0,4Vkklt x (αlo – 1) x Gnhl = 0,4x6,27x(1,1-1)x0,13 = 0,0326 = > tổng lượng khí thải đầu lò quay là: ∑ = VCO2lo + VN2lo + VH2Olo + Vkkdlo = 0,3354+0,3+0,038+0,0326 = 0,706 (m3/kgCLK) Tính lượng vật chất vào lị a) Lượng khí vào hệ thống lị có - GV: Gió I + khí làm lạnh + khí lọt  Gió I vào vịi phun than (chọn =8% khơng khí cần thiết) – Gkk1 với: α = 1,15; ρkkk = 1,293 (kg/Nm3) Gkk1 = Lα=1,15 x 0,08 x ρkkk x (1+d/1000) x XT = 7,2 x 0,08 x 1,293 x (1+16,29/1000) x XT = 0,757XT (kg/kgCLK)  Lượng khơng khí lọt vào hệ thống xiclon trao đổi nhiệt - Gl: Gl = (Lα=1,7- Lα=1,15) x ρkkk x (1+d/1000) x XT = (10,659-7,2) x 1,293 x (1+16,29/1000) x XT = 4,545 XT (kg/kgCLK)  Lượng khơng khí làm lạnh clinker – GLLL: GLLL = Vkk x ρkkk x (1+d/1000) = 2,5 x 1,293 x (1+16,29/1000) = 3,2852 (kg/kgCLK = > GV = Gkk1 + Gl + GLLL = 0,757XT + 4,545XT + 3,2852 = 3,2852 + 5,302XT (kg/kgCLK) 42 b) Lượng khí lò- GR:  Lượng clinker lò: 1kgCLK  Luọng khơng khí dư từ máy làm lạnh - Gdư: Gdư = Vkk x ρkkk x (1+d/1000) - Lα=1,15 x ρkkk x (1+d/1000) x 0,92 x XT = 2,5 x 1,293 x (1+16,29/1000) - 7,2 x 1,293 x (1+16,29/1000) x 0,92 x XT = 3,2852 – 8,704 XT (kg/kgCLK)  Lượng khí CO2 phân huỷ phối liệu: GCO2 = 0,54 (kg/kgCLK)  Lượng nước hoá học phối liệu: GH2O = 0,0155 (kg/kgCLK)  Lượng nước ẩm phối liệu: GH = 0,0163 (kg/kgCLK)  Lượng bụi bay theo khói lị - Gb: (mức phân huỷ cacbonat bụi β = 0,3÷0,6) Gb = (GP-Pt) x (1-MKNcxβx10-2)= (1,613-1,532) x (1-35,886x0,3x10-2) = 0,0723 (kg/kgCLK)  Lượng khói lị mang to = 300oC – Gkl: Gkl = Vα=1,7 x ρkl x XT = 10,659 x 1,441 x XT = 15,355XT (kg/kgCLK) = > GR = + Gdư + GCO2 + GH2O + GH + Gb + Gkl = 1+3,2852 – 8,704 XT – 0,54+0,0155+0,0163+0,0723+15,355XT = 3,8493 + 6,651XT (kg/kgCLK) Tính cân nhiệt cho thiết bị làm lạnh a) Nhiệt vào - Nhiệt lý học clanke từ lò rơi xuống thiết bị làm lạnh - qclklò: qclklò = Cclk x Tclklò = 0,246x1200 = 295,2 (kcal/kgCLK) - Nhiệt khơng khí vào thiết bị làm lạnh để làm nguội clanke – qkkII: qkkII = VkkII x Ckk x Tkk = 2,8 x 0,238 x 30 = 26,544 (kcal/kgCLK) 43 b) Nhiệt - Tổn thất nhiệt clanke mang khỏi thiết bị làm lạnh- qclkII: qclkII = Cclk x TclkII = 0,188 x 100 = 18,8 (kcal/kgCLK) - Tổn thất nhiệt không khí dư khỏi thiết bị làm lạnh - qkkdư: qkkdư = 95,93 (kcal/kgCLK) - Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh: qttII = 10 (kcal/kgCLK) c) Xác định nhiệt độ gió 2: - Nhiệt khơng khí - qkk2: qkk2 = qclklò + qkkII - qclkII - qkkdư - qttII = 295,2+26,544-18,8-95,93-10 = 197,014 (kcal/kgCLK) - Nhiệt gió – Tkk2: Tkk2 = Tkk12 + (qkk2-qkk12)/(qkk22-qkk12) Với Tkk12 = 700oC = > qkk12 = Vkk2xCkkxTkk12 = 0,721x0,3278x700 = 165,4407 (kcal/kgCLK) Với Tkk22 = 800oC = > qkk22 = Vkk2xCkkxTkk22 = 0,721x0,3301x800 = 190,4017 (kcal/kgCLK) = > Tkk2 = 700 + (197,014-165,4407)/(190,4017-165,4407) = 701,2649 oC 10 Tính cân vật chất cho lị quay a) Lượng vật chất vào - Khối lượng nguyên liệu khô lý thuyết để sản xuất 1kg clanke: Gnglkhô = 100/(100-MKN) = 100/(100-34,725) = 1,532 (kg/kgCLK) - Lượng nguyên liệu khô thực tế kể không thu bụi: với a = 0,058% Gngl = Gnglkhô x 100/(100-a) = 1,532x100/(100-0,058) = 1,5329 (kg/kgCLK) - Lượng nguyên liệu khô thực tế kể ẩm: với Wngl = 1,5 44 Gwngl = Gnglx100x(100-Wngl) = 1,5329x100/(100-1,5) = 1,5562 (kg/kgCLK) - Chi phí nhiên liệu: Gnhl = 0,13 (kg/kgCLK) - Chi phí khơng khí đốt nhiên liệu: với ρkk = 1,293 (kg/kgCLK) Gnhlkk = Gnhl x Vkktt x ρkk = 0,13x7,5x1,293 = 1,26 (kg/kgCLK) - Lượng bụi thu hồi đưa trở lại trình: với ηlb = 0,95 GA-a = GA-Ga = (a/100-a)x(ηlb/1- ηlb) = (0,058/100-0,058)x(0,95/1-0,95) = 0,011 (kg/kgCLK) b) Lượng sản phẩm kể mát - Khối lượng sản phẩm: G = (kgCLK) - Lượng nước vật lý từ nguyên liệu: Gw = Gwngl – Gngl = 1,5562 – 1,5329 = 0,0233 (kg/kgCLK) - Lượng khí CO2 lượng nước liên kết hoá học: với β = (q trình phân huỷ xảy hồn tồn nhiệt độ nung 1450oC) GMKN = Gngl x MKN x β/100 = 1,5329x34,725x1/100 = 0,5323 (kg/kgCLK) - Lượng khí thải: Gkthnhl = Gnhl x Vnhlkth x γnhlkth = Gnhl x Vkh x γokh = 0,13x8,07x1,33 = 1,05 (kg/kgCLK) - Lượng tro nhiên liệu: với tro trung bình lẫn than A = 23,76% Gtronhl = GnhlxA = 0,13x23,76/100 = 0,03005 (kg/kgCLK) - Tổng lượng bụi khỏi thiết bị lò: với Ga = ηlb/(1- ηlb) = 19 (kg/kgCLK) GA = Ga/(1-ηlb) = 19/(1-0,95) = 380 (kg/kgCLK) 11 Tính kích thước lò quay tháp trao đổi nhiệt a) Tính kích thước lị – xác định thể tích lị Với suất 6000 CLK/ngày đêm nên Blq = 250 CLK/h = 250000 kgCLK/h 45 = > Ta chọn suất riêng lò Gr = 150 (kgCLK/m3h); Vlò = Blq/Gr = 250000/150 = 1666,66 (m3) - Chiều dài lò - Llò: Llò = 20(Dlị – 1) - Ta có Slị = piDlị2/4; Vlò = Slò x Llò = > Vlò = piDlò2/4)x20x(Dlò – 1) = > Dlò = 5,09 (m) = > Llò = 20x(5,09-1) = 81,8 (m); với: L1 = 30%Llò = 24,54 (m) L2 = 40%Llò = 32,72(m) L3 = 30%Llò = 24,54 (m) b) Chiều dày lớp vật liệu bao che qtt = 120Blq/Llò = 120x250000/82 = 365853,66 (W/m)  Vùng I: (là vùng t = 800÷1000oC, sau qua canxiner,đá vôi phân huỷ 95%) Kết cấu bao che: - Lớp gạch samots chịu lửa dày 100mm (với nhiệt độ cho phép t = 1200oC): λsm = 0,21 + 0,00043t = 0,21 + 0,00043x1200 = 0,726 (W/moC) Lớp vật liệu cách nhiệt diatomit có nhiệt độ làm việc t = 900oC: λdia = 0,27 + 0,00023t = 0,27 + 0,00023x900 = 0,477 (W/moC) Lớp bảo vệ chịu lực thép hợp kim dày 80mm Tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt – δDAI: - Theo cơng thức nhiệt truyền qua vách trụ: với Dlị = 5,09m 2.3,14.(1000  60) I qlt = ln Dlo  0,3  ln Dlo  0,3  2. da sm Dlo  Dlo  0,3 = 365853,6585 (W/m) + => = > δDAI = 0,1933m Tổng chiều dày: 373mm  Vùng II – Vùng toả nhiệt: nhiệt độ đến 1300oC Là vùng tạo C2S; C3S; C3A; C4AF phản ứng toả nhiệt (100kcal/kg) 46 - Gạch chịu lửa dày 120mm, gạch samots chiu t = 1300÷1500oC λsm = 0,21 + 0,00043t = 0,21 + 0,00043x1300 = 0,769 (W/moC) Lớp thép bảo vệ dày 80mm Lớp vật liệu diatomit có nhiệt độ làm việc t = 900oC: λdia = 0,27 + 0,00023t = 0,27 + 0,00023x900 = 0,477 (W/moC) Tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt – δDAII: (tương tự trên) + = > δDAII = 0,28m Tổng chiều dày:480  Vùng III – Vùng thiêu kết (chịu nhiệt độ lớn t = 1300÷1450oC) Là vùng tiếp tục tạo C2S; đồng thời C3A; C4AF nóng chảy nên chọn vật liệu sau: - Lớp gạch samots chịu lửa dày 150mm - Lớp thép bảo vệ dày 80mm - Lớp cách nhiệt amiang dày δami mm Tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt – δami : - Định mức dòng mát là: qđm = 50 + 1450/2 = 775 (kcal/moCh) - Nhiệt độ mặt lớp samots nhiệt độ mặt lớp Diatomit: tng = 310,2oC; tmta = 1323 oC - Ta có: tng = tmta – qđmxδami/[0,2408 +0,1978.10-3(tmtatng)1/2] = > δami = 0,24 ÷ 240mm = > Tổng chiều dày vùng là: 150+80+240 = 470 (mm) = 0,47 (m)  Vùng IV – Vùng làm lạnh Là vùng làm lạnh clanke xuống t = 1000÷1100oC đến 100oC khơng khí để thu hồi nhiệt, nên ta chọn vật liệu sau: - Lớp gạch samots chịu lửa dày 100mm - Lớp cách nhiệt amiang dày δami mm 47 - Lớp htép chịu lực dày 80mm Tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt – δami: - Định mức dòng mát là: qđm = 50+1100/2 = 600 (kcal/moCh) - Nhiệt độ mặt lớp samots nhiệt độ mặt lớp Diatomit: tng = 300oC; tmta = 967,2oC - Ta có: tng = tmta – qđmxδami/[0,2408 +0,1978.10-3(tmtatng)1/2] = > δami = 0,2 ÷ 200mm = > tổng chiều dày vùng là: 100+80+200 = 380 (mm) = 0,38 (m) 12 Tính kích thước xiclon tháp trao đổi nhiệt Bảng Thông số xiclon Xiclon I Xiclon II Xiclon III Xiclon IV Xiclon V D (m) 4,35 6,6 6,6 6,6 6,6 h= 0,6D (m) 2,61 3,96 3,96 3,96 3,96 H = 0,7D (m) 3,045 4,26 4,62 4,62 4,62 13 Tính chọn thiết bị phụ trợ a) Quạt Theo tính tốn phần cháy nhiên liệu, sản xuất 1kgCLK, lượng khí thải là: - Vkh = 5,9xGnhl = 5,9x0,13 = 0,767 (m3/kgCLK) Do lượng khí thải là: - Vltkh = 0,767xBlq = 0,767x250000 = 191750 (m3) Vậy thể tích quạt là: Vquạt = 1,1xVltkh = 1,1x191750 = 210925 (m3) Tra bảng ta chọn quạt B-300/400 có : - Năng suất: V = 212.103 (m3/h) 48 - Áp suất: P = 2650 - Tốc độ vòng quay: n = 580 (v/ph) - Cơng suất động cơ: N = 325 (Kw) Do lị quay hoạt động liên tục nên chọn thêm quạt mắc song song thành cụm quạt hình vẽ sau đây: b) Chọn vòi phun nhiên liệu cho lò Cùng với suất lò 6000 TCLK/ngày đêm, dựa theo tài liệu hãng F.L.Smidth thực tế Việt Nam số nhà máy dùng mang lại hiệu kinh tế cao nên ta chọn vịi phun cho lị có thơng số kỹ thuật sau: - Loại vịi đốt: kênh - Cơng suất phun than cám thông thường: 12 (T/h) - Công suất phun than cám lớn nhất: 16 (T/h) - Tốc độ di chuyển vòi đốt: 3,74 (m/ph) - Tỉ lệ gió sơ cấp: ≤ 8% - Vận tốc khí than: 20÷30 (m/s) - Tốc độ quạt gió bên trong: 100÷250 (m/s) c) Chọn canxiner máy làm lạnh  Canxiner: - Kích thước: DxH = 6800x17700 (mm) 49 - Cơng suất: 6000 (tấn/ngày đêm) - Mức phân huỷ đá vôi: 85÷90% TAI LIÊU THAM KHAO Vũ Đình Đấu - Cơng nghệ thiết bị sản xuất xi măng poóc lăng ; NXB Xây Dựng 2010 Vũ Đình Đấu – Cơng nghệ chấtết dính vơ cơ; NXB Xây Dựng Bạch Đình Thiên _ Nguyễn Kim Huân - Thiết bị mhiệt sản xuất vật liệu xây dựng NXB Khoa học Kỹ thuật Hà nội 2006 Phùng Văn Lự _ Phạm Duy Hữu _ Phan Khắc Trí-Vật liệu xây dựng, NXB Giáo dục 1993 Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết bị nhiệt sản xuất vật liệu xây dựng 2011 TCVN 5438-2004:Xi măng – thuật ngữ định nghĩa 50 ... 2S): dung d? ??ch rắn 2CaO SiO (dicanxit silicat) chiếm 20÷30% hàm lượng Clanhke, có cường độ trung bình, rắn chậm, nhiệt thủy hóa nhỏ Thời gian đầu tốc độ rắn chậm thời gian sau tốc độ rắn nhanh... lên, chuyển d? ??ch d? ??n từ đầu vào lò (đầu cao hơn) đến đầu lò (đầu thấp hơn) Trong q trình chuyển d? ??ch d? ??ng liệu khí ngược chiều diễn trao đổi nhiệt d? ??ng liệu d? ??ng khí D? ??ng liệu nung nóng d? ??n từ 1000... d? ?y 80mm Tính chiều d? ?y lớp vật liệu cách nhiệt – δDAI: - Theo cơng thức nhiệt truyền qua vách trụ: với Dlị = 5,09m 2.3,14.(1000  60) I qlt = ln Dlo  0,3  ln Dlo  0,3  2. da sm Dlo  Dlo