2.6.1. Mục đích của việc xử lý nước
Sự làm việc chắc chắn và ổn định của nồi hơi phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng nước cấp cho lò để sinh hơi.
Trong các nhà máy điện, nước cung cấp cho nồi hơi chủ yếu là nước do hơi ngưng tụ từ bình ngưng về. Tuy nhiên, trong quá trình làm việc của nhà máy điện ln ln có tổn thất hơi và nước ngưng. Về mặt lí thuyết, chu trình nhiệt của nhà máy nhiệt điện là một chu trình kín, lượng mơi chất làm việc trong chu trình là khơng đổi. Trên thực tế thì có một lượng nước bị thải ra khỏi lị do xả đáy lò, một lượng dùng cho sinh hoạt trong nhà máy; một lượng hơi hơi thoát ra do xả van an toàn hoặc để thổi bụi hoặc để sấy dầu; một lượng bì rị rỉ qua các khe hở của các chỗ nối, khe hở do van bị rị hoặc dùng vào các mục đích khác mà khơng được thu hồi nước ngưng. Khi đó, lượng nước ngưng từ bình ngưng trở về sẽ nhỏ hơn lượng nước cấp cấp cho lị, do đó cần có một lượng nước bổ sung cho lò để bù lại các tổn thất đó, lượng nước này được lấy từ ao, hồ gọi là nước thiên nhiên.
Trong nước thiên nhiên có hịa tan những tạp chất, mà đặc biệt là các loại muối canxi và magiê và một số muối cứng khác. Trong q trình làm việc của lị, khi nước sôi và bốc hơi, các muối này sẽ tách ra ở pha cứng dưới dạng bùn hoặc cáu tinh thể bám vào vách ống của nồi hơi. Các cáu và bùn này có hệ số dẫn nhiệt rất thấp, thấp hơn so với kim loại hàng trăm lần, do đó khi bám vào vách ống sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt từ khói đến mỗi chất trong ống, làm cho mơi chất nhận nhiệt ít hơn và tổn thất nhiệt do khói thải tăng lên, hiệu suất của lò giảm xuống, lượng tiêu hao nhiên liệu của lò tăng lên.
2.6.2. Các phương pháp xử lý nước cho lò
Xử lý nước trước khi đưa vào lò
Xử lý nước là loại bỏ các tạp chất cơ học ra khỏi nước và làm giảm đến mức nhỏ nhất độ cứng của nước, gồm hai bước: xử lí cơ học và xử lí độ cứng. Nhiệm vụ của phương pháp này là khử đến mức tối thiểu những vật chất tan hoặc không tan ở trong nước, có khả năng sinh cáu trong lò trước khi đưa nước vào lò. Tùy thuộc vào chất lượng nước thiên nhiên và yêu cầu của lò người ta dùng các biện pháp khác nhau.
- Xử lý cơ học: Xử lí nước cơ học là dùng các bể lắng và các bình lọc cơ khí để tách các tạp chất lơ lửng trong nước ra khỏi nước. Tuy nhiên xử lí cơ học chỉ loại bỏ được các tạp chất cơ khí ra khỏi nước.
- Xử lý độ cứng: Xử lí độ cứng là làm giảm đến mức nhỏ nhất nồng độ các tạp chất có thể tạo thành cáu hịa tan trong nước. Độ cứng chỉ có thể được khử bằng hóa chất hoặc bằng trao đổi ion anion.
Xử lý nước bên trong lò
Phương pháp xử lý nước bên trong lò dựa trên hai nguyên tắc sau:
- Dùng phương pháp nhiệt để phân hủy nhiệt đối với một số vật chất hòa tan, tạo ra những vật chất khó tan, tách ra pha cứng dưới dạng bùn và cũng được xả ra khỏi lò nhờ biện pháp xả lò.
- Dùng những chất chống đóng cáu đưa vào lị để làm cho các tạp chất khi tách ra pha cứng thì pha cứng đó sẽ ở dạng bùn và dùng biện pháp xả lị để xả ra khỏi lị, do đó nước khơng cịn khả năng đóng cáu trong lị nữa. Các chất thường dùng chống đóng cáu cho lị có thể là:
Dùng hóa chất như: NaOH, Na2CO3, Na3PO4.12H2O gọi là phương pháp phốt phát hóa nước lị.
Dùng những chất có thể lơ lửng trong nước để tạo thành các trung tâm tinh thể hóa, do đó hạn chế được q trình tinh thể hóa của pha cứng trên bề mặt kim loại.
Dùng những chất khi đưa vào lò sẽ tạo thành một lớp màng mỏng bao phủ
Chương 3 PHÂN TÍCH NHÀ MÁY XI MĂNG 3.1. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất xi măng
Qui trình sản xuất xi măng được trình bày trong hình 3.1
3.2. Các cơng đoạn của qui trình sản xuất xi măng
3.2.1. Khai thác đá vôi
Đá vôi được khai thác tại núi đá vơi bằng cách nổ mìn với kích cở khoảng 1 m, sau đó được vận chuyển vào máy nghiền thơ. Máy nghiền thơ có nhiệm vụ hạ kích thước những viên đá này thành 120mm trở xuống trước khi cho vào trạm phối liệu với đất sét. Máy nghiền thơ có thể là dạng máy nghiền hàm ếch, máy nghiền dạng va đập....v.v
3.2.2. Khai thác đất sét
Đất sét được khai thác từ mỏ sét bằng máy cào đất kiểu gầu múc và sau đó được vận chuyển băng tải phối liệu với đá vơi.
Hình 3.2: Máy cào sét
3.2.3. Vận chuyển và đồng nhất nguyên liệu sơ bộ
Vận chuyển:
Trước khi phối liệu, đá vôi và đất sét được qua cân băng định lượng để được đo lường và điều khiển giá trị cấp vào băng tải phối liệu. Tại băng tải này đá vôi và đất sét được trộn chung rồi đi cùng nhau về phía máy đánh đống và kho chứa.
Trước khi đến máy đánh đống, đá vơi và đất sét được phân tích bởi máy phân tích nhanh bằng tia nơ-trơn Gam-ma đã hoạt hóa. Nó cung cấp việc phân tích đầy đủ thành phần hóa học của vật liệu đi về phía đống. Máy làm việc bằng cách phóng các nơ-trơn vào trong liệu. Khi các nơ-trôn đụng vào các hạt nhân của các phân tử trong đá vôi và đất sét, những hạt nhân này trở nên mất cân bằng và giải phóng năng lượng dưới dạng tia gam-ma. Mỗi một nguyên tố có một quang phổ tia gam-ma đặc trưng, một ký hiệu được dùng bởi máy tính của P.G.N.A.A cho một sự mơ tả chính xác của những nguyên tố hóa học và tỷ lệ của chúng trong liệu thô. Thiết bị này cho những phân tích trực tuyến theo thời gian thực (real time on-line) và rút ra sự cần thiết để thiết lập một sự
chuẩn bị mẫu đầy đủ và sự phân tích dễ dàng. P.G.N.A.A cũng cung cấp một sự mơ tả khá chính xác về thành phần hóa học của tịan bộ đống liệu vào bất kỳ thời điểm nào. Điều này cho phép nhân viên phịng thí nghiệm điều chỉnh số lượng và tỷ lệ của liệu cấp vào để tỷ lệ của đá vôi và đất sét trong đống liệu được đặt đúng để duy trì hệ số vơi bão hịa (lime saturation factor - LSF) thực bằng hoặc hơi thấp hơn giá trị đặt.
LSF cho biết tỷ lệ của CaO (vơi) có trong liệu kết hợp với Al2O3, SiO2 và Fe2O3 (Alumina, Silica, Iron oxides) trong suốt các giai đọan của quá trình nung. Nếu LSF>100%, nghĩa là lượng vôi trong liệu quá dư thừa và sẽ có một phần vơi không phản ứng với các ơ-xít khác sau khi nung và gọi là vơi tự do (free lime). Sự hiện diện của vơi tự do có thể dẫn đến sự nứt do giãn nở trong bê-tơng (concrete). Nói cách khác, nếu LSF thấp sẽ không đủ vôi trong liệu để phản ứng với các ô xýt khác. Điều này sẽ dẫn đến thiếu các thành phần khóang cần cho độ cứng của xi măng.
Đồng nhất nguyên liệu sơ bộ
Đá vôi và đất sét được đánh đống với mục đích đồng nhất bột liệu. Có nhiều phương pháp đánh đống như phương pháp chevron (đánh đống hình chữ V xếp lớp); phương pháp windrow (đánh đống hình chữ V song song); phương pháp conical (đánh đống kiểu hình cone)
Máy cào liệu kiểu cầu trục sẽ chạy ở mặt trước của đống, lấy liệu theo hướng vng góc với chiều đánh đống. Nó bao gồm một cái cào (rake/harrow) có các răng (teeth) và một xích cào (scraper chain). Cào có góc nghiêng hơi nhỏ hơn góc nghỉ của liệu trong đống. Cào sẽ di chuyển tới lui ngang qua mặt trước của đống, răng cào sẽ làm cho liệu rơi xuống chân đống và được xích cào kéo đến băng tải để đưa liệu đến máy nghiền bột sống.
3.2.4. Nghiền nguyên liệu
Trong những nhà máy xi-măng hiện đại, lò và máy nghiền bột sống được coi như là một khối liên kết. Như chúng ta đã biết, hàm lượng của liệu cấp cho máy nghiền là được thay đổi tùy theo thành phần hóa học của liệu thơ từ đống liệu cũng
như của bụi lò thu hồi được từ lò và tháp tiền nung. Chức năng nghiền và sấy liên hợp diễn ra trong suốt quá trình vận hành phối hợp (compound operation - lò và máy nghiền chạy cùng nhau) thì hầu hết khí nóng cấp cho máy nghiền là được lấy từ lò và tháp tiền nung. Buồng đốt phụ (hot gas generator) là chỉ dùng cho việc khởi động hoặc cấp cho máy nghiền khi không đủ khí nóng cấp từ lị, ví dụ khi lị dừng, khi liệu cấp cho máy nghiền có độ ẩm cao hoặc khi lị chạy với năng suất thấp. Bột sống từ vùng nghiền sau đó đi qua bộ phân ly động (dynamic separator) và rời máy nghiền. Việc thu hồi bụi là diễn ra theo hai giai đọan. Đầu tiên, khí nóng được kéo bởi quạt chính qua các cyclone. Những cyclone này làm cho dịng khí đổi chiều nhanh chóng, hình thành những dịng xóay bên trong cyclone. Khi khí thay đổi chiều, nó mất tốc độ và những hạt bụi bị mất trạng thái lơ lửng. Tuy nhiên sự chuyển động vòng tạo ra lực ly tâm đẩy những hạt bụi vào thành của cyclone, khiến chúng rơi xuống. Bụi được hồi về dây chuyền bởi các phễu cấp liệu xoay (Rotary Feeder) và đi vào các máng trượt khí động (Air slide) rồi vào silô đồng nhất (Blending Silo). Các cyclone là các bộ lọc hiệu suất không cao. Khi khí nóng rời khỏi các cyclone, những hạt bụi mịn sẽ đi cùng nó. Bụi mịn này sẽ được thu hồi lại bởi lọc bụi túi.
3.2.5. Đồng nhất bột sống
Liệu sau khi ra khỏi máy nghiền bột sống sẽ đi vào silo chứa, silo chứa có 3 nhiệm vụ chính:
- Chứa nguyên - vật liệu (store materials)
- Bảo vệ nguyên - vật liệu (guar materials)
- Đồng nhất vật liệu (homogenizing materials)
3.2.6. Cơng nghệ lị nung
Lò nung là trái tim của bất kỳ nhà máy xi măng nào, vì vậy mục tiêu của người vận hành là giảm tối thiểu sự dừng và tăng tối đa thời gian chạy của nó. Lị bao gồm một vỏ thép hình trụ và bên trong được lót gạch chịu nhiệt (refractory brick) để tránh
sự quá nhiệt và hư hại do tiếp xúc với khí nóng và liệu nóng bên trong. Tuy nhiên gạch hoặc bê tơng chịu nhiệt được lót bên trong các ống hoặc cyclone ở tháp tiền nung và các chỗ tiếp xúc với bột nóng có tính ăn mịn. Dưới các điều kiện vận hành ổn định, vật liệu chịu nhiệt sẽ được thay sau mỗi 10-14 tháng. Đối với nhà máy mới có thể cần sự thay thế thường xuyên hơn.
Xung quanh chu vi phía ngồi là các vành (băng đai) lị để đỡ và làm giảm tối thiểu sự biến dạng đến hình dáng của vỏ lò gây ra bởi sự tiếp xúc với các con lăn (roller) lò. Các băng đai được lắp sao cho có khe hở giữa chúng và vỏ lị để cho phép sự giãn nở nhiệt của vỏ lò. Lò được đặt trên ba cột bê tông gọi là các bệ đở (station). Truyền động lò gồm một cơ cấu bánh răng truyền (pinion gear) và một motor để quay lò với vận tốc vòng 2-4 vòng/phút (rpm-revolution per minute). Lị có độ nghiêng ~3.5% (~2o), cộng với sự quay lò sẽ làm cho liệu trượt về phía vùng nung. Q trình trao đổi nhiệt là ngược chiều vì liệu và khí nóng đi ngược chiều nhau.
Q trình nung được chia thành 3 giai đọan rõ rệt:
Vùng can xi hóa (calcining zone): liệu đạt đến nhiệt độ 900 oC và CO2 được tách ra.
Vùng chuyển tiếp (transition zone): liệu đạt đến nhiệt độ 1150 oC và bắt đầu hóa lỏng.
Vùng nung (burning zone): Liệu đạt đến nhiệt độ 1450oC và hồn thành q trình chuyển từ bột nóng thành clinker. Biên giới giữa những pha này là khơng cố định và có thể thay đổi tùy theo đặc tính hóa học của nguyên liệu thô và biên dạng nhiệt (heat profile) –đường biểu diễn nhiệt độ tại các vị trí của lị- của khí lị.
Clinker thường nhận được ở dạng hạt kết khối kích thước 10 – 40mm, có cấu trúc
phức tạp, vì nó bao gồm hàng loạt những pha kết tinh và một số pha thủy tinh. Chất lượng clinker xác định tất cả các tính chất của ximăng pooclăng, cịn phụ gia đưa vào chỉ có tác dụng điều chỉnh các tính chất đó.
Chất lượng clinker phụ thuộc vào thành phần hóa học và thành phần khống vật của nó, vào việc lựa chọn thành phần phối liệu, vào các điều kiện tiến hành nung và chế độ làm nguội clinker.
Tại tháp trao đổi nhiệt này có một lượng khí nóng từ 350oC đến 360 oC thải ra môi trường với lưu lượng khoảng 270.000m3/giờ, vì vậy lượng nhiệt này ta cần tận dụng lại đưa đưa vào hệ thống phát điện.
3.2.7. Thiết bị làm nguội clinker
Hình 3.4: Thiết bị làm nguội clinker
Nhiệt độ của clinker sau khi ra khỏi lò khoảng 1450oC, vì vậy ta cần thiết bị để làm nguội clinker xuống đến khoảng 100-150oC. Thường thì làm nguội theo kiểu ghi.
Thiết bị làm nguội (cooler) bao gồm các tấm thép đúc (grate-ghi) xếp thành các hàng song song, chúng có các lỗ hoặc khe để gió làm mát đi qua. Các hàng ghi luân phiên nhau được gắn với hệ thống dẫn động và di chuyển tới lui (ghi động). Các ghi giữa những hàng di chuyển là đứng yên (ghi tĩnh). Hệ thống dẫn động cho cooler bao gồm xy lanh thủy lực được nối với các thanh sắt và các ghi động để tạo chuyển động tới lui. Sự di chuyển tới lui của các ghi làm cho clinker di chuyển qua cooler và được gọi là chuyển động tịnh tiến qua lại. Phía dưới cooler là các quạt, chúng sẽ thổi gió qua các ghi để làm nguội clinker. Trao đổi nhiệt là ngược chiều khi clinker đi qua dịng khí theo hướng vng góc. Khí cooler là được dùng như khí cho sự cháy cho lị và preheater, hoặc thốt ra khỏi cooler như khí thải (waste/exhaust air).
Tại khu tiết bị làm nguội clinker này có một lượng khí nóng từ 270 oC đến 420 oC thải ra mơi trường với lưu lượng khoảng 160.000m3/giờ, vì vậy lượng nhiệt này ta cần tận dụng lại đưa đưa vào hệ thống phát điện
3.2.8. Trữ clinker
Clinker sẽ được mang đi bởi gầu tải đến silô chứa clinker. Trước khi đi vào silô, clinker sẽ được lấy mẫu để kiểm tra chất lượng. Trọng lượng tính theo lít (litre weight) của clinker sẽ được đo để xác định tỷ trọng (density) của clinker (g/lít). Kết quả của việc đo này sẽ cho người vận hành biết các điều kiện bên trong lò. Tỷ trọng thấp nghĩa là clinker được nung chưa chín và lị q nguội. Ngược lại, nghĩa là clinker được nung quá chín lị q nóng, và lượng tiêu tốn nhiên liệu cao.
3.2.9. Nghiền xi măng
Trong công nghệ sản xuất xi măng, máy nghiền xi măng đóng vai trị rất quan trọng. Mục đích là nghiền clinker và một số phụ gia thành xi măng. Các dạng máy nghiền thông thường là máy nghiền bi và máy nghiền con lăn
Máy nghiền con lăn đứng thực hiện 4 chức năng chính:
Sấy
Nghiền
Phân loại
Vận chuyển liệu
Nghiền: vật liệu được nghiền giữa các con lăn và bàn nghiền khi chúng di chuyển từ
tâm bàn nghiền do lực ly tâm của bàn nghiền khi quay. Đây là phương pháp nghiền hiệu quả nhất so với các loại máy nghiền sử dụng trước đây (nghiền bi, trục ép..)
Sấy: Khí nóng được lấy từ lị trấu để ổn định nhiệt độ cũng như chất lượng xi măng, được sử dụng khi nghiền sản phẩm.
Phân loại:Khi nguyên vật liệu đã nghiền xong thì sẽ tách những hạt thơ và hạt mịn
qua hệ thống phân ly động, những hạt thô không qua được hệ thống phân ly sẽ quay trở lại bàn nghiền.
Vận chuyển liệu: Xi măng và khí sẽ được vận chuyển nhờ sức gió của quạt chính máy nghiền, sản phẩm sẽ được thu hồi thông qua hệ thống lọc bụi tay áo. Sau khi