I Các phương pháp sần xuất clinker XMP
Quá trình biến đổi hoá lí của phôi liệu dược thực hiện như sau:
Quá trình sấy, đốt nóng, đất sét mất nước hóa học và phân hủy cacbonat được thực hiện trong thiệt bị trao đổi nhiệt kiểu treo, thiết bị calciner.Còn các phản ứng tạo các khoáng silicat canxi, aluminat canxi,alumoferit, tạo pha lỏng và kết khôi clinker được thực hiện trong lò quay.
Sau đó clinker được làm nguội nhanh nhằm ổn định những thành phần pha cần thiết và không chê kích thước các tinh thể nằm trong một giới hạn nhất định.
Nhờ có thiết bị trao đổi nhiệt kiểu treo làm giảm chiều dài lò quay một cách đáng kể so với lò quay phương pháp ướt. Chiều dài lò giảm giúp cho kết cấu ,vật liệu , diện tích xây dựng phần lò quay đơn giản hơn.
Phôi liệu sau khi phân hủy cacbonat đi vào lò quay bắt đấu quá trình phản ứng có mặt pha lỏng .Quá trình phản ứng có mặt pha lỏng , kết khôi clinker từ pha lỏng đạt hiệu quả cao nhất trong lò quay.Ở nhiệt độ tương đôi cao khoảng 1450-1500°c quá trình truyền nhiệt chủ yếu nhờ đôi lưu và bức xạ , trong phôi liệu xuất hiện
lượng pha lỏng ngày càng tăng theo nhiệt độ tă
4>CÁC BIẾN ĐỔI HOÁ LÍ KHI SAY NUNG
Bột phôi liệu từ đá vôi, quặng sắt, đất sét được đem nung luyện sẽ trải qua các biến đổi hoá lí để tạo thành clinker ximăng như sau:
l) Quá trình sây:với phương pháp ướt độ ẩm phôi liệu từ 18-45%, với phương pháp khô độ ẩm phôi liệu nhỏ hơn 1%.Trong khoảng nhiệt độ tới 120°c, quá trình chủ yếu là bay hơi lượng ẩm này.
2) Quá trình đôt nóng: 200-400°C.Phôi liệu khô có nhiệt độ tới khoảng 650°C.Trong giai đoạn này các tạp chất hữu cơ cháy tỏa nhịêt, dất sét bị phân hủy do mất nước hoá học tạo mêtacaolinhit hoạt tính rất cao(400-600°C)
AI2O3.2 SỈ02.2H20 400-600° > Al203.2Si02 + 2H20 3) ) Quá trình phân hủy cacbonat:
Nhiệt độ phôi liệu lên tới lOOOoC.Quá trình chủ yếu là phân hủy CaC03 và MgC03 .Các muôi cacbonat như MgCƠ3 ,dolornit bị phân hủy ở nhiệt độ thấp hơn khoảng 600°c.
MgCQ3 ° 6(X) C >MgO + Cơ2
Ở khoảng 8OO-IOOO0C thì CaC03 phân hủy mạnh nhất là ở nhiệt độ870uC.Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh.Sự phân hủy tạo CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các oxit hoạt tính của đất sét như Si02, A1203, các silicat canxi cs, C3S2... bắt đầu tạo thành.
CaCƠ3 87°-goo° > CaO + cơ2 4Quá trình k)ết khôi
Nhiệt độ tăng từ 1100-1450oC , pha lỏng do các hợp chất etecti nóng chảy (chủ yếu là hỗn hợp nóng chảy chứa Fe203) hình thành ngày càng nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tạo các khoáng cần thiết.ở 1000°c , lúc đầu AI2O3 phản ứng với CaO tạo thành CaO. A1203 và Si02 kết hợp với CaO tạo thành 2CaO. Si02 .Đến nhiệt độ 1200-1300oC CaO. A1203 lấy thêm CaO tạo thành
5Ca0.3Al203 từ đó chuyển sang 3CaO. A1203 (C3A), đồng thời C4AF cũng được tạo thành.Tới nhiệt độ 1300°c, C3A và C4AF chảy tạo thành pha lỏng.Một phần
CaO tự do và C2S hòa tan trong pha lỏng và kết hợp với nhau tạo thành C3S.TỈ lệ hợp lí của pha lỏng trong khoảng 15-25%.
5) Quá trình làm nguội
Khi làm nguội phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo thành pha thủy tinh trong clinker.Thành phần pha của clinker gồm nhữg khoáng chính như C3S, C2S, C3A, C4AF và pha thủy tinh.Nhiệt độ giảm các tinh thể C3S, C2S, C3A phát triển chậm tới kích thước nào đó cho tới khi ngừng hẳn.
Trong quá trình làm nguội ở nhiệt độ 12750C C3S phân hủy tạo thành C2S và 675°c có sự biến đổi thù hình.
C3S l275°c > C2S
J3-C2S 600 ° C > r-c2s
Đây là các biến đổi không tốt cho chất lượng xi măng do C3S là khoáng tạo cường độ chính cho xi măng và Ỵ- C2S là dạng thù hình không tạo cường độ cho xi măng còn làm giảm chất lượng nên cần hạn chế.Tôc độ làm nguội nhanh sẽ làm hạn chế lượng biến đổi chất sau này . Tôc độ làm nguội còn ảnh hưởng tới kích thước tinh thể, hạn chê sự hình thành các tinh thể lớn hơn 60ụm.
Khi hàm lượng pha lỏng trong phôi liệu đủ lớn (15-25%), sự quay của lò có tác dụng vê viên tạo nên những viên sỏi nhỏ kết khôi với kích thước khác nhau.Đường kính lò D=3-6m, chiều dài lò L = 40-80m , đặt với góc nghiêng 3-7° và quay với tốc độ 1-2 v/f.Thời gian lưu phôi liệu trong lò phụ thuộc kích thước lò,góc nghiêng và tốc độ quay của lò.
Nhiên liệu than đá , dầu hoặc khí đốt sẽ được phun vào lò qua vòi phun đặt ở cuối lò , ngược chiều chuyển động của phôi liệu .Khi nhiên liệu cháy , tạo ngọn lửa dài, có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cần để tạo clinker khoảng 100-200°c.
II. Nhiẽn liêu và SƯ cháy nhiên liêu
1-Nhiên liêu
l.PKhái niẽm:Là những chất khi cháy trong không khí toả nhiệt cung cấp năng lượng.
1.2)Yẽu cầu:
Nhiệt trị lớn , dễ cháy. Dễ bảo quản.
Gần nơi khai thác. Yêu tô kinh tế. 1.3> Phân loai: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Rắn:than đá , than nâu , than mỡ, than cốc, vỏ xe phế thải. b) Lỏng: các loại dầu, chủ yếu là dầu mazút.
c) Khí
Tự nhiên : Khí tự nhiên
Nhân tạo : Khí than , khí lò cốc
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay than là nhiên liệu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất ximăngP.
Các chỉ tiêu kĩ thuật thông thường để đánh giá nhiên liệu : nhiệt trị, hàm lượng chất bôc, tro , nhiệt độ lửa.
Nhiệt lượng tiêu hao trong quá trình sản xuất XMP có tỉ lệ phân bô" như sau: Phuơng pháp khô:83% cho lò nung,14% sấy nguyên liệu,3% sây than. Phuơng pháp ướt: 96% cho lò nung, 4% sây than.
2>- Quá trình cháy của nhiên liêu
Quá trình cháy là quá trình phản ứng với oxi, phát sáng và tỏa nhiệt.Các giai đoạn của nhiên liệu để cháy thành ngọn lửa phun trong lò:
- Hoá khí
- Hoà trộn với không khí, đô"t nóng hỗn hợp không khí và nhiên liệu tới nhiệt độ cháy.
-Tham gia quá trình cháy:các thành phàn cháy như cacbon,
hydrocacbon...trong nhiên liệu phản ứng tỏa nhiệt với ôxy trong không khí.
2.1) Cấu trúc ngon lửa
Khả năng truyền nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào câu trúc ngọn lửa. Dạng ngọn lửa bao gồm những thành phần cơ bản sau:
-Vùng hoá khí và đốt nóngmhững quá trình trung gian trước khi tham gia quá trình cháy.Nhiên liệu đuỢc đốt nóng, hoá khí, trộn lẫn với không khí và phân hủy . Tùy thuộc vào thành phần hoá của nhiên liệu, các sản phẩm phân hủy và màu sắc lửa khi cháy sẽ khác nhau.Thường các sản phẩm là
CO,hydrocacbon,hydro....Vùng này có màu xanh, trong so với những phần khác của lửa.Sau đó xảy ra qúa trình phân hủy nhiệt mạnh hơn, tạo mồ hóng, lửa có màu vàng muôi và sáng rực hơn.
-Vùng cháy : xảy ra phản ứng của ôxy trong không khí với các sản phẩm phân hủy của giai đoạn trước, lửa có thể màu xanh da trời hoặc sáng vàng
trắng.Đây là vùng xảy ra phản ứng mạnh, áp suất sinh ra đủ ngăn sự xâm nhập khí từ ngoài vào.
Sau khi cháy hết oxy sản phẩm cháy là khí nóng của sản phẩm cháy, phần chưa cháy hết,phần không thể cháy của nhiên liệu.Hỗn hợp này có nhiệt độ rất cao, thể tích tăng hơn nhiều so với thể tích các khí ban đầu.
3> Than dá:
Than là nhiên liệu rắn chủ yếu dùng trong công nghệ sản xuất ximăngP, do ưu thế lớn về giá thành , lưu trữ và vận chuyển đon giản so với những dạng nhiên liệu khác.
Nhiệt lượng than dùng trong công nghệ XMP từ 5500-6000kcal/kgthan, lượng chất bốc đủ lớn để đảm bảo ngọn lửa dài, ít tro.Than antraxít nhiệt lượng cao nhưng chất bốc ít,lửa ngắn, thành phần hóa không ổn định.Các loại than như than nâu, than than mỡ thích hợp hơn trong công nghệ ximang.Yêu cầu về chất lượng than còn phụ thuộc công nghệ sản xuất .Than dùng trong công nghệ sản xuất clinker theo phuơng pháp ướt có yêu cầu kĩ thuật khắt khe hơn , cần lửa dài ,lượng chất bốc cao. Theo phuơng pháp khô đặc biệt với những lò nung có bộ phận cacbonat hóa lắp riêng vấn đề lửa dài là không cần thiết.
Than antraxít nhiệt lượng cao nhưng chất bốc ít,lửa ngắn không thích hợp với công nghệ sản xuất XMP.Nêu dùng thì phải phôi trộn với dầu hoặc khí tự nhiên để tăng lượng chất bốc.
Khi dùng công nghệ nung theo phương pháp khô , vai trò của than atraxít được nâng lên do có thể đốt trực tiếp ,chay hoàn toàn trong buồng phân hủy cacbonat.Có thể trộn bột than với phôi liệu làm tăng hiệu quả truyền nhiệt.
Thành phần hoá của than: Thành phần cháy được : C,H,S.
Thành phần không cháy được : thành phần ẩm(W), thành phần tro (A).Khi đánh giá chất lượng nhiên liệu , người ta thường dựa vào thành phần c và H , còn s là thành phần không mong muôn trong nhiên liệu.
Vai trò của S: Tồn tại ở dạng muôi pyrit, S042
Tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ : micraptan Dạng S042 không cháy dược , tồn tại ở dạng tro xỉ.
Hai dạng còn lại cháy đuỢc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
s là thành phần không mong muôn có trong nhiên liệu vì khi cháy sinh ra SƠ2 trong môi trường có hơi nước tạo thành H2SƠ3, ảnh hưởng tới môi trường, làm hư hại chi tiết kim loại của lò do đó chọn hàm lượng s càng thấp càng tốt.
Tác dụng tích cực của s là lưu huỳnh sunfat hóa các oxyt kiềm tạo hợp chất bền, làm gỉam lượng kiềm tuần hoàn trong lò nung clinker.
Khí lò than , lò cốc , dầu mazut có s.
4>Tro xỉ: phần còn lại sau khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, là tạp chất trơ , không cháy.
Phần tro đọng lại trong clinker không đều , thường tạo dạng giọt nóng chảy giàu SiCb.Nơi giọt Si02 đọng lại sẽ giàu Si02 hơn , thiếu CaO cần thiết để tạo C3S .Trong hạt clinker sau đó dạo những vết khoáng C2S khá rõ.
Thành phần hoá của tro than trong khoảng : A1203 :15-21% SĨ02 :20-40% Fe203 :20-45% CaO :ĩ-5% MgO :0.5-ĩ % S03 :2-8% Clorít : 0.01-0.1% Florít <0.02%
Tro than làm thành phần clinker không ổn định , giảm chất lượng. Nếu nhiên liệu có nhiều tro xỉ:
Làm bẩn vật liệu nung, môi trường lò, ô nhiễm môi trường.
Qt giảm.
Tôn công tháo tro xỉ ra khỏi lò làm nhiệt độ lò thấp do đó phải tiêu tốn năng lượng nâng cao nhiệt độ lò.
Tôn công trộn đảo nhiên liệu để tro xỉ rớt ra. 5> Chất bốc
Khi nung nhiên liệu rắn trong điều kiện thiếu không khí ở nhiệt độ 700+ 750°c thì phần khí thoát ra là chất bốc, phần còn lại là than củi hay than cốc.
Chất bốc: C0,C02, hơi H20,H2, H2S.
Hàm lượng chất bốc ảnh hưởng lớn quá trình cháy của nhiên liệu: Nhiên liệu hàm lượng chất bốc lớndửa dài, thể tích ngọn lửa lớn.
Nhiên liệu hàm lượng chất bốcthấp :lửa ngắn, thể tích ngọn lửa nhỏ.
Hiện nay than có hàm lượng chất bốc lớn, lửa dài không còn là yêu cầu cần thiết với các lò nung clinker có hệ thông SP và đặc biệt với các lò nung có thiệt bị phân hủy cacbonat do lò quay đã ngắn lại.
Lượng chất bốc tôi ưu của than trong các lò quay nung clinker XMP khoảng 18-22% .Tỉ lệ này còn phụ thuộc vào kích thước hạt khi cháy và kiểu lò nung.
6>Nhiẽt sinhíO) :Là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị nhiên liệu.
Nhiệt sinh gồm 2 quá trình:
Quá trình tỏa nhiệt: Là quá trình oxi hoá các thành phần.
Quá trình thu nhiệt: Quá trình tiêu tốn nhiệt để tách ẩm,đốt nóng ẩm, đốt nóng tro xỉ.
Qt :nhiệt trị thấp :là luỢng nhiệt khi đã trô lượng nhiệt làm bay hơi ẩm trong nhiên liệu.luỢng nhiệt hữu ích lớn nhất chỉ có thể là nhiệt trị thấp.
Qc: nhiệt trị cao
Nhiên liệu rắn, lỏng hoặc kcal/m3khí: Qt = Qc - (VW+FW).R vw: lượng ẩm trong lkg nhiên liệu(kg)
Fw: lượng nước tách ra khi cháy 1 kg nhiên liệu rắn, lỏng hoặc 1 m3khí (kg). R : nhiệt bay hơi nước (539kcal/kg tại lOOoC)
Nhiệt trị của than:
Qt = 80,8C+287(H2 - 02/8) + 22,45S-6W
Nhiên liệu càng ẩm hay hàm lượng tro càng nhiều thì Qt càng giảm. So sánh Qt với nhiệt sinh chuẩn = 7000 Kcal/đvnl
Nếu Qt > 7000 :tốt Nếu Qt < 7000 :xấu
7) Chuẩn bi than làm nhiên liêu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi chuẩn bị than làm nhiên liệu, càn chú ý các mức giới hạn sau: -Hàm lượng bụi than :10-15% sót sàng 0.088mm là 150-1500g/Nm3.
-Tỉ lệ oxi trong hỗn hợp khí .'lượng oxi trong hỗn hợp khí trong các thiết bị sấy nghiền không vượt quá 14%.
a) Sây than
Tuỳ thuộc vào độ ẩm ban đầu của than (15-40%) lựa chọn chế độ sấy hợp lí.Thiết bị sây là máy sấy thùng quay hoặc máy nghiền đứng .Nhiệt độ khi sấy không vượt quá 350°c , nhiệt độ khí nóng 120°c, khí thải 70°C.Nhiệt lượng tiêu tốn với máy sấy thùng quay là 1500kcaĩ/kgẩm..ĐỘ ẩm than khi ra khỏi máy sấy khoảng 1-
1.5%.
b) nghiền và sấy than
Than dùng trong công nhệ sản xuất XMP phải được sấy khô và nghiền mịn trước khi đưa vào lò nung.Máy nghiền than có thểlà máy nghiền bi hoặc phổ biến hơn là máy nghiền đứng .Than được sấy khô bằng năng lượng nghiền hoặc bằng nguồn khí thải từ thiết bị làm nguội clinker.
Hệ thông nghiền than có thể chia thành 2 loại :trực tiếp và gián tiếp.
-Hệ trực tiếp :bột than mịn sau khi nghiền trực tiếp đưa vào lò quay.Chế độ làm việc của máy nghiền phải tương thích với chế độ làm việc của lò quay.Người ta dùng một bunker nhỏ để phân tách nước , giảm lượng ẩm trong khí lò.
-Hệ gián tiếp:Than nghiền được chứa trong bunker sau đó đua dần vào đốt.Trong giai đoạn dự trữ than được phân li hơi nước trước khi phun vào lò.
CHƯƠNG IV
I Khái niêm về PCB:
Ximăng Portland Blended(PCB) là loại ximăng portland hỗn hợp bền nước được chế tạo từ hỗn hợp Clinke ximăng và ph ụ gia ho ạt t ính pozuland, sản phẩm phụ trong công nghiệp xỉ lò, tro bụi.
st Chỉ Tiêu PCB(TCVN) PC(TCVN) 6260:1997 2682:1999 PCB30 PCB40 PC30 PC40 PC50 Cường độ nén N/mm2 > -03 ngày ± 45 phút -28ngày ± 8giờ(PCb ±2h) 50
Thời gian ninh kết (phút) -Bắt đầu, không sớm hơn
-Kết thúc, không muộn hơn 600 375
Độ nghiền mịn:
-Phần phần trên sàng 0.08nn, %không lớn hơn
-Bề mặt riêng (phương pháp Blaine)cm2/g không nhỏ hơn
2700 2700 2800
Độ ổn định theo phương pháp Lơ Satơlie,mm không nhỏ hơn
Hàm lượng SO3 %không nhỏ hơn
3.5 3.5
Hàm lượng MgO %không nhỏ hơn
Hàm lượng cặn không tan %không nhỏ hơn
1.5
Hàm lượng mất khi nung %không nhỏ hơn
1.5 1.5
phần Si02* , AI2O3, phản ứng với sản phẩm của quá trình hydrat hóa, chủ yếu là Ca(OH)2 tạo thành hợp chất có tính bền nước cao:
ySi02 + xCa(OH)2 + (z-x)H20 xCa0.ySỈ02.zH20 nAl203* + mCa(OH)2 + (p-m)H20 mCa0.nSi02.pH20 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
xCa0.ySi02.zH20, mCa0.nSi02.pH20 là những hợp chất bền trong môi trường nước .
Như vậy PC và PCB khác nhau chủ yếu ở giai đoạn nghiền clinke thành ximăng, nghĩa là về thành phần clinke sản xuất ximăng tương đốì giông nhau. Tuy nhiên trong quá trình tính toán phôi liệu, pha nóng chảy tít phôi liệu...để sản xuất clinke cũng có sự khác biệt.
Il.Vai Trò của PCB:
Đất nước ta đang trong quá trình công ngiệp hoá hiện đại hoá, nên việc phát triển xây dựng nông thôn là điều cần thiết, phần lớn điều kiện tự nhiên, môi trường xung quanh những công trình này là ẩm ướt hay nước. Vì vậy để đô thị hoá nông thôn thì việc cung cấp một lượng ximăng PCB trong quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng là rất lớn.
Mặt khác, một đất nước phát triển được đánh giá trước hết ở hệ giao thông, cầu đường, hệ thông cấp thoát nước đô thị, các công trình ngầm... các công trình này cần có một chủng loại ximăng có đầy đủ yêu cầu kỹ thuật để đáp ứng, đó chính là PCB:
+ Phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
+ Tăng độ bền vững chắc theo thời gian.Dễ thi công