CHƯƠNG 5 : Thiết lập và thuyết minh dây chuyền sản xuất
5.2. Thiết lập và thuyết minh dây chuyền nung
5.2.1. Dây chuyền công nghệ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
5.2.2. Thuyết minh dây chuyền
- Than sau khu được khai thác từ mỏ sẽ vận chuyển về kho chứa than
của nhà máy. Khi cần sử dụng than sẽ được xe xúc vận chuyển qua két chứa
để đưa lên băng tải cao su, từ đây than sẽ tự động được di chuyển
nhờ băng tải cao su qua máy sấy nghiền đứng để thực hiện quá trình sấy, nghiền và phân ly thành bột than đảm bảo kích thước của bột than. Sau
đó than sẽ được di chuyển đến két chứa thơng qua vít xoắn để chuẩn bị cho quá trình đốt.
- Về phối liệu sau khi được đưa vào silo chứa sẽ được vận chuyển
đến cyclon trao đổi nhiệt 5 tầng và calciner thông qua máng trượt khí động. Tại đây sẽ xảy ra các phản ứng khác nhau:
- Nguyên liệu được cấp vào ống nối giữa cyclon bậc 1 và cyclon bậc 2,
sau đó đi vào cyclon bậc 1 cùng với dịng khí nóng và được gia nhiệt
và lắng xuống tầng dưới. Nguyên liệu đựơc gia nhiệt rồi trút vào ống
nối giữa cyclon bậc 3 − cyclon bậc 2 sau đó đi vào cyclon bậc 2 cùng
với dịng khí nóng và sau đó lại tách ra từ dịng khí này và lắng xuống, các tầng cyclon khác cũng tương tự. Nhiên liệu và nguyên liệu được gia nhiệt ở buồng phân huỷ bởi dịng khí nóng có tốc độ cao và lơ lửng
trong buồng phân huỷ. Trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và gia nhiệt,
nguyên liệu được hấp thụ nhiệt và phân huỷ, quá trình này xảy ra nhanh chóng ở vị trí lơ lửng. Ngun liệu được phân huỷ gần như hoàn toàn
trước khi đi vào lị, cịn dịng khí nóng đi lên để trao đổi nhiệt với
ngun liệu, trong q trình đó dịng khí nóng giảm dần nhiệt độ rồi
đi ra khỏi hệ thống ở cyclon bậc 1.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
bùn lên đến 32 ~ 40%, năng suất quá trình sấy khô, chất lượng và ảnh hưởng lớn đến tiêu thụ nhiệt.
- Mất nước hóa học: Khi nhiệt độ của nguyên liệu tăng 450℃, cao
lanh sạch nước bị ràng buộc về mặt hóa học. 900°C ~ 950℃ khi
chuyển đổi sang các tài liệu vơ định hình và tinh thể, và giải phóng nhiệt.
- Cacbonat phân hủy: Cacbonat canxi và magne carbonat
được phân vào đầu 600℃, magne carbonat phân hủy ở 750℃, nghĩa là mạnh mẽ tiến hành và canxi cacbonat ở 900℃ khi phân hủy nhanh chóng.
MgCO3 → MgO + CO2
CaCO3 → CaO + CO2
- Phản ứng pha rắn:
Clinker xi măng khống sản chính ở 800 ~ 1300℃ khi vật liệu
rắn có thể phản ứng với nhau để sản xuất.
800 ~ 900℃ khi, CaO và Al2O3, Fe2O3 phản ứng của CA, CF; 900 ~ 1100℃, C12A7 kết quả, C2F, C2S;
1100 ~ 1300℃, C3A kết quả, C4AF.
Phát hành một số nhiệt trên số tiền thu được phản ứng, nhiệt độ bản thân vật liệu tăng lên nhanh chóng.
- Kết khối: tricalcium silicat hình thành trong giai đoạn chất lỏng rất nhiều. Khi nhiệt độ tăng lên đến gần 1300℃, C3A, C4AF, R2O
và thơng lượng khống sản khác trở thành chất lỏng, C2S và CaO được hòa tan trong pha lỏng ở nhiệt độ cao, mỗi phản ứng C3S; C3S và tỷ
lệ thế hệ của nhiệt độ nung. Tạo ra một phạm vi nhiệt độ thường là
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
- Sau khi được làm lạnh về nhiệt độ bình thường 50 − 90oC thì clinker sẽ được ủ trong kho chứa từ 10 − 15 ngày. Việc ủ sẽ giúp cho clinker giảm về nhiệt độ thường và giảm lượng CaO tự do vì CaO tự do sẽ tác dụng với nước tạo ra Ca(OH)2
CHƯƠNG 6: KIỂM TRA VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG PHÂN XƯỞNG SẤY NGHIỀN, PHÂN
XƯỞNG NUNG VÀ LÀM LẠNH 6.1. Tính tốn và lựa chọn thiết bị chính cho phân xưởng sấy nghiền
6.1.1. Tiếp liệu băng định lượng đá vôi, đất sét và đá Laterite
Tiếp liệu băng dùng để định lượng đá vơi và đất sét theo thể tích tính tốn trước để lượng đá vơi và đất sét vào băng tải chung phù hợp với tỷ lệ laterite. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như tiếp liệu băng định lượng đá vôi.
Tiếp liệu băng có năng suất đủ đáp ứng cho sản xuất trong 1 giờ. Theo tính tốn cân bằng vật chất, lượng đá vôi và đất sét vào máy nghiền trong 1 giờ là (số liệu lấy từ tính tốn cân bằng vật chất trang 70):
m3
Vđv+đs+đl = 293.51 + 43.9 + 7.88 = 345.3 ( h )
Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật tiếp liệu băng cho phối liệu [14]Loại thiết bị Loại thiết bị
Năng suất tối đa (m3/h)
Kích thước tối đa của vật liệu vào (mm)
6.1.2. Máy sấy nghiền đứng
Máy sấy nghiền đứng có nhiệm vụ nghiền nguyên liệu thành dạng bột mịn có dmịn sót sàng 90mm < 12%. Theo tính tốn cân bằng vật chất, lượng ngun liệu vào máy trong 1 giờ là 410.9 + 79 + 14.2 = 504.1 tấn, (số liệu lấy từ tính tốn cân bằng vật chất trang 70).
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Hình 6.1 Máy nghiền đứng HRM5600
Chọn máy sấy nghiền đứng HRM5600
Bảng 6.2 Thông số kỹ thuật máy nghiền đứng [15]
Tên thiết bị
Chiều cao Chiều rộng
Số con lăn 6.1.3. Lọc bụi điện
Lọc bụi tĩnh điện là thiết bị lọc bụi hiện đại. hiệu suất lọc bụi cao, lọc bụi với khối lượng dịng bụi khí lớn, hạt bụi nhỏ và nồng độ bụi thấp.
Hình 6.2 Lọc bụi điện
Bảng 6.3 Thông số kỹ thuật lọc bụi điện [16]Tên thiết bị Tên thiết bị
Số vùng Số hành trình
Khơng gian của hành trình khí (mm)
Bề mặt lọc bụi (m2)
Số động cơ và năng lượng cho bộ rũ (KW) Chiều dày của điện cực lọc (mm)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
Chiều dày tấm (mm)
Sự giảm áp giữa cửa vào và cửa ra (mmH2O)
Bề mặt cách điện (m2) Chiều dày cách điện (mm) Tổng trọng lượng (kg)
6.1.4. Silo chứa bột phối liệu
Silo có nhiệm vụ chứa và đồng nhất bột phối liệu sau khi nghiền. Do sử dụng máy nghiền đứng để nghiền phối liệu nên phối liệu có độ đồng nhất khơng cao. Vì vậy cần phải đồng nhất phối liệu sau khi nghiền trong silo đồng nhất để đạt độ đồng nhất cao.
Vpl=
Chọn 1 silo đồng nhất bột phối liệu. Silo có thể dữ trự phối liệu trong 6 ngày. Vậy thể tích cần thiết của silo là:
Vsilo = 6721.6 6 = 40329.6 (m3)
Chọn đường kính của silo là 30m. Chiều cao của silo:
V =
silo
Trong đó:
D: là đường kính của silo (m) H: là chiều cao của silo (m)
: là hệ số sử dụng thể tích của silo.
Vậy chọn 1 silo có sức chứa 40329.6 m3. Đường kính 30m và chiều cao có ích 64m.
6.2. Tính tốn và lựa chọn thiết bị chính cho phân xưởng nung và làm lạnh6.2.2. Tìm hiểu lị nung 6.2.2. Tìm hiểu lị nung
6.2.2.1. Lịch sử phát triển lò nung xi măng
- Sản xuất xi măng lò đứng đã được sử dụng đơn giản từ rất lâu về trước,
được người La Mã sử dụng để nung vơi puzolan gần vùng Riverside, Califonia vẫn cịn lò này dưới lòng đất. Từ rất sớm, khoảng năm 1877 tại nước Anh, cơng nghệ sản xuất lị quay đã được phát triển và chiếc lò quay đầu tiên được ghi nhận cấp bằng sáng chế vào năm 1885 do Frederich Ransome chế tạo. Tuy nhiên, phải đến năm 1895 sau khi được hai nhà phát minh người Mỹ Hurry và Seaman phát triển thì người ta mới biết tới lị quay rộng rãi.
- Lị quay có các ưu điểm vượt bật với lị đứng như vận hành cần ít cơng
nhân hơn, cơng suất vượt trội, tiết kiệm nhiên liệu hơn. Bên cạnh đó vì gây ơ nhiễm mơi trường nên lị đứng dần bị “khai tử” và mở ra kỉ nguyên lò quay
SVTH: VŨ QUỐC THỐNG
6.2.2.2. Lò đứng
- Cấu tạo:
- Lò đứng là thiết bị làm việc dạng đứng, tiết dọn trịn hoặc các hình dạng khác. Chiều cao lị thường từ 8−12m đường kính 2.4−3m. Nhiên liệu được trộn với phối liệu và được tạo thành viên trước khi nạo vào lò, nhờ vậy nhiên liệu cháy truyền trực tiếp cho phối liệu tạo hiệu quả sử dụng nhiệt tương đối cao
Hình 6.4 cấu tạo lị đứng
- Ngun lý hoạt động:
- Các quá trình biến đổi tạo clinker xảy ra ngay trong cục phối liệu ban đầu. Nhiệt khí thải và lượng nhiệt tổn thất qua thân lị khơng lớn. Trong quá trình nhiên liệu cháy, trong phối liệu xảy ra phản ứng phân huỷ, bay hơi khí, kích thước viên nhiên liệu giảm dần, tạo những lỗ trống thuận lợi cho sự thơng khí của lị. Nhiên liệu cho lị đứng nung xi măng là than cốc hoặc than gầy. Các loại than mỡ, than nâu ngọn lửa dài (dùng rất tốt cho lò quay) lại khơng thích hợp do nhiều chất bốc, dễ thốt khỏi nhiên liệu trước khi bắt đầu phản ứng cháy, gây tổn thất nhiên liệu nhiều hơn. Q trình hố lý xảy ra theo chiều cao lò. Phối
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
liệu (gồm cả nhiên liệu rắn) được tiếp vào lò từ trên cao, sao cho phân bố đều tiết diện ngang. Trong quá trình dịch chuyển từ trên cao xuống, phối liệu đều trải qua các giai đoạn sau:
- Giai đoạn sấy nung nóng
- Giai đoạn phân huỷ đất sét và cacbonate - Giai đoạn nung luyện và kết khối
- Giai đoạn làm lạnh
- Q trình hố lý cịn xảy ra theo tiết diện lò. Gần tường lò, trở lực thấp gió mạnh, nhiên liệu dễ cháy nên nhiệt độ cao. Theo chiều từ tường lò vào, lúc viên nhiên liệu đạt nhiệt độ cao bị co lại và theo xu hướng vẫn chuyển rơi theo chiều lịng chảo vào tâm làm cho trở lực gió càng vào tâm càng cao, tốc độ gió càng vào tâm càng yếu. Do đó, vùng tâm lị là vùng sấy đốt nóng, kế tiếp là vùng phân huỷ, tiếp theo là vùng liệu ở khu vực toả nhiệt và gần tường lị là vùng kết khối.
- Q trình hố lý khi nung clinker trong lò đứng còn diễn ra ngay trong một viên liệu, gió nóng từ phía dưới lên bao quanh viên liệu và sấy khô bề mặt viên liệu. Oxy khuếch tán vào bề mặt viên liệu làm cho hạt than trên bề mặt viên liệu cháy toả nhiệt thực hiện q trình sấy, nung nóng, phân huỷ nhiệt... - Khi bề mặt hạt phối liệu nóng đỏ đạt 1300 C thì lớp bên trong đang ở nhiệt độ dưới 1000 C, thực hiện q trình phân huỷ cacbonat cịn tâm hạt phối liệu còn đang ở giai đoạn sấy và đốt nóng. Khi nhiên liệu lớp bên trong cháy thì nhiên liệu lớp ngồi cùng đã cháy hết, nhiệt độ do bị đốt nóng toả ra và do các viên liệu xung quanh toả ra làm cho lớp ngoài kết khối, trong khi đó bên trong cịn ở giai đoạn toả nhiệt, tiếp theo là lớp phân huỷ cacbonat và trong cùng là
dùng nung những loại xi măng đặc biệt, lị đứng nung clinker nói chung khơng tồn tại.
+ Ưu điểm: Đầu tư rẻ
+ Nhược điểm: Chất lượng clinker không ổn định, tốn nhiều năng lượng, năng
suất thấp, không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, hiện tại phương pháp này không tồn tại ở những nước cơng nghiệp phát triển. Ở Việt Nam, có khoảng 100 lò đứng với tổng sản lượng khoảng 4 triệu tấn xi măng/ năm. Công nghệ xi măng lị đứng sẽ khơng được tiếp tục đầu tư, các nhà máy hiện có phải chuyển đổi công nghệ khác trong tương lai gần.
6.2.2.3. Lị quay
- Phương pháp ướt:
- Cấu tạo:
- Lị quay có ống thép hình trụ, nằm ngang, bên trong có gạch chịu lửa tùy theo từng zone.
- Trong phương pháp ướt lị quay thường có chiều dài L = 80 − 120m, đường kính 3 − 6m. Tỉ lệ L/D = 30 − 50 lần, hình dạng lị cũng khơng đơn giản. Lị đặt với tang góc nghiên 2 − 6% so với mặt đất trên bệ đỡ con lăn và quay tốc độ 0.5 − 0.75 vòng/ phút.
- Nguyên lý làm việc:
- Chuyển vận của ngun liệu và khí nóng trong lị quay theo nguyên tắc ngược chiều. Nguyên liệu ướt vào lò từ đầu cao, theo độ nghiêng và lực quay của lò, chuyển động dần tới phần thấp, cuối lò với vận tốc 35 – 45cm/phút. Trong q trình chuyển vận, phối liệu ln thay đổi bề mặt nhận nhiệt đốt nóng khí cháy, biến đổi hoá lý thành cục clinker. Nhiên liệu được phun từ đầu thấp, cháy và truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt độ rồi đi ra ngồi ở phía lị cao của lị. Nhiệt độ khí thải khoảng 200 − 300 C.
+ Ưu điểm: phối liệu nghiền mịn, chất lượng clinker cao + Nhược điểm: lị dài, tốn diện tích, vật liệu, chi phí. - Phương pháp khơ:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
- Cấu tạo:
- Lị quay có ống thép hình trụ nằm ngang, bên trong lót gạch chịu lửa tùy theo từng zone. Lị nung có tác dụng thực hiện các q trình lý hóa như sau: sấy, đốt, phân hủy cacbonat, kết khối, làm lạnh. Thiết kế của lò phải đảm bảo sao cho quá trình truyền nhiệt, kết khối là tốt nhất, tạo clinker có chất lượng nằm đáp ứng yêu cầu của sản phẩm.
- Trong phương pháp khơ lị quay lị thường được tối giản nhờ hệ thống calciner giảm tỉ lệ L/D = 15 − 17 lần.
- Nguyên tắc hoạt động:
- Phương pháp khô nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức độ cao nhất trong lò quay nung clinker. Các q trình lý hóa của phối liệu khơ xảy ra chủ yếu ở pha rắn (sấy, đốt nóng, phân hủy cacbonat canxi) được thực hiện trong thiết bị đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt treo. Phần phản ứng pha lỏng (tạo pha lỏng, kết khối tạo clinker, làm lạnh) thực hiện trong phần lò quay. Nhờ vậy lò quay giảm bớt chiều dài, năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với nung clinker bằng phương pháp ướt. Vấn đề môi trường cũng được coi là dễ giải quyết hơn.
- Bột phối liệu sau khi nghiền thơ ở phương pháp khơ có độ ẩm khoảng 1% được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt. Sau đó được đưa vào lị quay và cuối cùng là thiết bị làm lạnh. Phương pháp này tiết kiệm được lượng lớn nhiệt dùng để sấy hỗn hợp bùn paste có độ ẩm rất cao.
- Các quá trình biến đổi lý hóa chủ yếu:
+ Q trình sấy, mất nước hóa học và phân hủy cacbonat được xảy ra trong thiết bị trao đổi nhiệt và calciner. Còn các phản ứng khác như: tạo khoáng silicat canxi, aluminat canxi, alumoferit, tạo pha lỏng và kết khối clinker được
+ Nhờ thiết bị trao đổi nhiệt và calciner mà chiều dài của lò đã giảm một cách đáng kể so với lị quay ướt. Giảm được diện tích, vật liệu và chi phí.
Hình 6.5 Lị nung quay phương pháp khơ
Tính chọn lị nung.
Thời gian làm việc của lò:
T = 36
5 −35
=33
0 (ngày/ năm)
Số giờ làm việc trong năm:
H = 330 24 = 7920 (giờ/ năm)
Năng xuất xi măng của nhà máy
M M =1500000 (tấn/ năm) Năng suất thực G = tế trong năm: = 1 89.42 (tấn clinker/ giờ) Ta chọn cơng suất lị nung là G1 = 5000 (tấn clinker/ ngày)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
P= G1 −G 100% = 5000 − 4546.1 100% = 9.984%
G4546.1
Lượng dự trữ cần thiết theo kế hoạch sửa chữa:
P =1− K =1−0,904 = 0,096 = 9.6%
1
Lượng dự trữ công suất dư:
P = P − P = 9.984−9,6 = 0.384% 5%
2 1
Lị nung có cơng suất 5000 tấn clinker/ ngày là phù hợp
Lị nung clinker có calciner hiện đại có cơng suất riêng của lị từ khoảng 85- 185(kg clinker/ m3.h). ta chọn lị có cơng suất riêng
Năng suất của lị
N =
Thể tích của lị: V = S L =
Theo tài liệu hãng FCB thì L = 20( D −1) m
Mặt khác V = = 208333.33 180 = 11 57.457 (m 3) Suy ra ta có: 5 D 2 ( D − 1) =1157.457 D = 4.554 (m) L = 20 ( D − 1) = 71.071(m) Lị có có chiều dài 72 (m)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. HUỲNH THỊ HẠNH
trong dịng khí nóng. được xoáy nhiều lần trong cyclon. Tại các cyclon, vật