Công nghệ sản xuất xi măng

Các phương pháp công nghệ sản xuất xi măng thường được phân chia theo 2 cách : 1/ Theo độ ẩm của nhiên liệu trước khi vào lò nung : theo cách này có 4 phương pháp : Ướt wet , Bán ướt se

Ι Tổng quan tình hình của ngành phát triển của ngành công

nghiệp sản xuất xi măng trên thế giới

1.1 Vai trò của xi măng trong đời sống, tình hình sản xuất tiêu thụ:

- Hiện nay bê tông xi măng là loại vật chất loài người sử dụng nhiều thứ 2 sau nước

Tính trung bình cứ mỗi năm mỗi người sử dụng khoảng xấp xỉ một tấn bê tông Xi măng

là một thành phần không thể thiếu của bê tông Hiện nay mỗi năm trên thế giới sản xuất

khoảng 1,8 tỷ tấn xi măng poóc lăng Trong đó khu vực châu á tiêu thụ trên 60% Các

nước ASEAN có tổng công xuất thiết kế các nhà máy xi măng khoảng 180 triệu tấn/năm,

hàng năm tiêu thụ khoảng 100 triệu tấn xi măng Trung Quốc có tổng công suất thiết kế

các nhà máy xi măng là 718 triệu tấn, hàng năm sản xuất khoảng 650 triệu tấn

- Bình quân sản lượng xi măng trên đầu người của một số nước như sau (bảng 1)

Bảng 1 Bình quân lượng tiêu thụ xi măng/người năm ở một số nước

*Nguồn : Số liệu của hiệp hội xi măng các nước công bố trên mạng internet năm 2004

- 5 nước sản xuất, tiêu thụ, xuất khẩu xi măng hàng đầu thế giới ( bảng2) Bảng 2 Năm nước sản xuất ,tiêu thụ, xuất,nhập xi măng hàng đầu thế giới ,triệu tấn/năm

Thứ

tự

2 ấn Độ 104,8 Mỹ 112,6 Indonesia 9,5 Tâybannha 6,6

3 Mü 88,9 Ên §é 99,4 ThænhÜkú 8,6 Bangladesh (5,0)

4 NhËt b¶n 79,5 NhËt B¶n 68,6 NhËt b¶n 7,6 Singapore 4,1

5 Hµn quèc 53,7 Hµn quèc 50,1 T.Quèc 6,1 ArËpxªut 4,0

*Nguån: Sè liÖu cña hiÖp héi xi m¨ng NhËt b¶n c«ng bè n¨m 2004

S¶n l−îng xi m¨ng cña c¸c h·ng hµng ®Çu thÕ giíi n¨m 2003 ®−îc nªu trong b¶ng 3

B¶ng 3 S¶n l−îng xim¨ng cña c¸c h·ng xi m¨ng hµng ®Çu thÕ giíi n¨m 2003 , triÖu tÊn xi m¨ng

* Nguồn : Công bố của PRO Publications international Ltd trên tạp chí Global

cement and lime magazine năm 2004, http://www.propubs.com

1.2.Công nghệ sản xuất xi măng:

Có thể nói từ khi hình thành ngàng công nghiệp sản xuất xi măng (1824) đến nay những công đoạn công nghệ chính sản xuất xi măng poóc lăng không có gì thay đổi lớn , chúng vẫn bao gồm 4 công đoạn chính : Chế tạo hỗn hợp phối liệu tới kích thước hạt nhỏ ,nung clanhke ở nhiệt độ khoảng 1450◦C, làm nguội clanhke và nghiền ximăng thành dạng bột mịn

Các phương pháp công nghệ sản xuất xi măng thường được phân chia theo 2 cách : 1/ Theo độ ẩm của nhiên liệu trước khi vào lò nung : theo cách này có 4 phương pháp :

Ướt ( wet) , Bán ướt (semi- wet) , bán khô (semi- dry) ,khô (dry)

2/ Theo kiểu lò nung : Theo cách này có hai phương pháp là : Lò đứng và lò quay Gần đây tại Nhật Bản đã thiết kế một loại lò nữa là lò nung tầng sôi ( fluidized Bed Cement Kiln System)

Sự phát triển của công nghệ sản xuất xi măng được đánh giá trên sự phát triển của 4 công đoạn công nghệ cơ bản nêu trên , trong đó trung tâm của công nghệ là công đoạn lò

nung Ngoài 4 công đoạn trên , gần đây các thiết bị môi trường , vấn đề tự động hoá cũng

là những yếu tố cần phải quan tâm khi đánh giá mức độ phát triển công nghệ xi măng

ΙΙ, Tình Hình Phát triển công nghệ sản xuất xi măng ở việt nam 2.1 Tóm lược quá trình phát triển ngành công nghiệp xi măng Việt Nam :

2.1.1 Xi măng lò đứng :

- Việt Nam bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất xi măng là đứng đầu tiên vào năm

1899 tại Hải Phòng Đến năm 1993 , thực hiện chương trình 3 triệu tấn xi măng lò đứng , chúng ta đã nhập một loạt dây chuyền sản xuất xi măng lò đứng cơ giới hoá của Trung Quốc Đến nay chúng ta vẫn còn trên 50 cơ sở sản xuất xi măng lò đứng , trong đó đại bộ phận là các dây chuyền lò đứng cơ giới hoá có một phần nhỏ tự động hoá

2.1.2 Xi măng lò quay :

Lò quay phương pháp ướt : Được xây dựng đầu tiên tại Hải Phòng từ năm 1926 đến

1936 ( 3 lò của công ty F.L Smidth (FLS) - Đan Mạch cung cấp ) ở miền Nam , năm

1964 Tại Hà Tiên - tỉnh Kiên Giang , nhà máy xi măng Hà Tiên 2 đã được lắp đặt 2 lò quay của hãng Venot-pic , Pháp Năm 1981 xây dựng nhà máy xi măng Bỉm Sơn 2 lò quay của Liên Xô Hiên nay tại Việt Nam còn 4 lò quay của xi măng HảI Phòng (324 000 tấn/năm ), 1 lò của xi măng Bỉm Sơn (550 000 tấn/năm ) ,và 2 lò của xi măng Hà Tiên 2 (250 000 tấn/năm ) đang hoạt động

Lò quay phương pháp khô : Lò quay phương pháp khô đầu tiên của Việt Nam được xây dựng vào năm 1983 tại dây chuyền 1, nhà máy xi măng Hoàng Thạch , công nghệ của công ty FLSmidth (FLS) - Đan Mạch , lò không có calciner, công suất 3000 tấn/ngày (1,1 triệu tấn xi măng/năm)

Sau dây chuyền 1 của xi măng Hoàng Thạch , tất cả các nhà máy đầu tư xây dựng mới đều

sử dụng lò quay phương pháp khô có calciner Trong Bảng 4 thống kê các

dây chuyền của nhà máy xi măng lò quay phương pháp khô đang hoạt động tại Việt Nam Bảng 4 Các dây chuyền xi măng lò quay phương pháp khô của Việt Nam đang hoạt

động :

Stt

Nhà Máy

Số dây

CS th Kế (clanhke,t/ngày )

CS thiết kế (XM Toàn

Ghi Chú

2.2 Đánh giá tình hình phát triển công nghệ xi măng Việt Nam :

Có thể chia sự phát triển của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam thành 3 giai đoạn : Giai đoạn từ năm 1975 trở về trước : Ngành công nghiệp xi măng còn rất nhỏ bé , tổng công suất thiết kế xi măng cả nước chưa đến 1 triệu tấn XM/năm Công nghệ sản xuất lạc hậu , chỉ có lò quay phương pháp ướt thế hệ cũ và lò đứng thủ công

Giai đoạn từ 1976 đến 1990 : Ngành công nghệ xi măng bắt đầu có bước đột phá với việc xây dung 2 nhà máy mới là Hoàng Thạch và Bỉm Sơn Công nghệ của 2 nhà máy này tương đối hiện đại nhưng vẫn thuộc các thế hệ đã xuất hiện trên thế giới đó khoảng gần 10 năm

Giai đoạn từ 1991 đến nay :

+ Xi măng lò đứng : Có bước thay đổi đột phá về công nghiệp , quy mô công suất Các dây chuyền lò đứng đã được trang bị một số thiết bị cơ khí chất lượng cao, thiết bị điện tử , ứng dụng công nghệ thông tin trong sản xuất Tuy nhiên lò nung ( khâu quan trọng nhất

để đánh giá trình độ công nghệ ) thì vẫn rất lạc hậu , về cơ bản vẫn tương tự các lò đứng

đã có cách đây trên 50 năm

+ Lò quay : Trong giai đoạn này các dây chuyền lò quay được đầu tư tương đối hiện

đại , bắt kịp sự phát triển của thế giới ở thời điểm đầu tư

- Công nghệ : ở nước ta hiện nay có các loại hình công nghệ sau:

+ Công nghệ rất lạc hậu : lò đứng thủ công

+ Công nghệ lạc hậu vừa :

Lò đứng cơ giới hoá theo mô hình Trung Quốc ( 40 dây chuyền )

Lò quay phương pháp ướt : Xi măng Hải Phòng , Bỉm Sơn ( 2 dây chuyền đã cải tạo 1 , còn 1) Hà Tiên 2

+ Công nghệ trung bình : Lò quay phương pháp khô , không có thiết bị tiền nung : Hoàng Thạch 1

+ Công nghệ tiên tiến : Các dây chuyền xây dựng sau năm 1990 : Hoàng Thạch 2 , Bỉm Sơn cải tạo , Bút Sơn , Hoàng Mai , Sao Mai , Chinfon Hải Phòng , Nghi Sơn , Vân Xá Nhìn chung các dây chuyền này đạt trình độ tiên tiến trung bình thế giới hiện nay

3.Nhận xét chung về tình hình về xu hướng hiện nay hầu hết các nhà máy có xu hướng chuyển sang lò quay phương pháp khô vì :

- Lò quay phương pháp khô được sử dụng từ cuối những năm 60 của thế kỷ 20 Đây là thế hệ công nghệ mới và đang là phương pháp phổ biến để sản xuất

xi măng hiện nay

- Từ những năm 70 của thế kỷ 20 hầu hết các nước khi xây dựng nhà máy đều

sử dụng công nghệ lò quay phương pháp khô Ngày nay khi đánh giá trình

độ phát triển của ngành công nghiệp sản xuất xi măng người ta cũng chỉ xét trên dây chuyền lò quay phương pháp khô

-Những tiêu chí để đánh giá sự tiến bộ của lò quay phương pháp khô là :

+ Tiêu hao nhiệt năng nung clanhke

+ Chi phí điện năng vận hành lò

+ Khả năng đốt cháy hết nguyên liệu và giảm thiểu các khí có hại cho công nghệ và cho môi trường

+ Khả năng sử dụng các nhiên liệu khó đốt

+ Khả năng sử dụng nhiên liệu phế thải và sử dụng đa dạng nhiên liệu

+ Mức độ dễ vận hành và hoạt động ổn định của hệ thống lò

+ Độ bền của gạch chịu lửa

+ Công suất thiết kế và hiệu quả sử dụng lò

Sau đây chúng tôi đi sâu vào công nghệ sản xuất xi măng ' Lò quay phương pháp khô '

ΙΙΙ.Sơ lược các vùng nguyên liệu , nhiêu liệu của nhà máy ( vị trí

địa lý , cách thức khai thác và vận chuyển vật liệu về nhà máy )

1 Nguyên liệu và nhiên liệu nhà máy:

Nguồn nhiên liệu : Nguồn nhiên liệu đá vôi và đất sét để sản xuất xi măng ở nước ta khá phong phú và có chất lượng khá tốt là điều kiện thuận lợi để phát triển công nghệ xi măng Trong toàn quốc đã có 190 mỏ đá vôi là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất xi măng

được khảo sát , với tổng trữ lượng khoảng 22,2 tỷ tấn , trong đó tại 8 khu vực có tiềm năng phát triển xi măng là 8.731,89 triệu tấn Đất sét , nguồn nguyên liệu thứ hai được khảo sát ở 102 mỏ , với tổng trữ lượng khoảng 3,02 tỷ tấn , trong đó tại 8 khu vực có tiềm năng phát triển xi măng là 1.941,9 triệu tấn Nguồn phụ gia điều chỉnh và phụ gia khoáng hoá có ở nhiều nơi với chất lượng và trữ lượng đảm bảo cho yêu cầu phát triển xi măng

Sự phân bố nguồn nguyên liệu để sản xuất xi măng tập trung chủ yếu tại 8 khu vực có tiềm năng phát triển sau :

Số

tt

suất tiềm năng (Tr.t/n)

Công suất hiện có + đang

XD (Tr.t/n)

Đá Vôi (Tr.Tấn)

+Than : Theo quy hoạch phát triển của ngành than, hiện nay cácmỏ thanh đã khảo sát

được đánh giá trữ lượng khoảng 3,88 tỷ tấn , với kế hoạch khai thác của ngành than hiện nay hoàn toàn đủ khả năng cung cấp than cho nhu cầu phát triển xi măng trong thời gian tới

+ Dầu khí : ngành công nghiệp dầu khí nước ta đang phát triển nhanh trên các lĩnh vực tìm kiếm, thăm dò, khai thác, chế biến.hoàn toàn đáp ứng nhu cầu nhiên liệu cho sản xuất xi măng

+ nguồn cung cấo điện : theo quy hoạch tổng thể phát triển ngành điện, hiện nay tổng công suất các nhà máy điện của cả nước là 8.749MW , các nhà máy đang được triển khai xây dựng mới có công suất 10.740MW và tiếp tục được phát triển Với kế hoạch phát triển

của ngành điện sẽ đáp ứng được nhu cầu dùng điện của các ngành kinh tế, trong đó có xi măng

2 Cách thức khai thác và vận chuyển về nhà máy :

Đá vôi được khai thác bằng phương pháp khoan nổ cắt tầng theo quy trình và quy hoạch khai thác , đảm bảo chất lượng ổn định Sau khi khoan nổ mìn, đá vôi được xúc và vận chuyển bằng băng tải về kho đồng nhất sơ bộ

Đá sét được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc khoan nổ mìn và bốc xúc vận chuyển bằng các thiết bị vận tải có trọng tải lớn

4 Một số yêu cầu kỹ thuật của từng loại

2 Các loại nguyên liệu bổ xung :

Nhà máy dùng thêm các nguyên liệu phụ dùng để bổ xung một l−ợng oxít còn thiếu trong thành phần hoá của nguyên liệu sản xuất clinker xi măng pooclăng

Tiêu chuẩn kỹ thuật của quặng sắt :

Fe2O3 ≥ 40%

SiO2 ≥ 40%

MÊt khi nung :≤ 12%

IV.Dây chuyền Và Công nghệ sản xuất :

Phần 1 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất

1 Sơ đồ dây chuyền :

2.ThuyÕt minh d©y chuyÒn :

Silo xi măng

Silo clinke Đập clinke Làm nguội Can xi nơ

Nghiền liệu Tháp trao đổi nhiệt

Các Silo đồng nhất sơ bộ Đập nguyên liệu

Bôi ån

Bôi,ån Bôi ,ån

Khói lò Bụi , CO,NOx,

Bôi ,ån

Bụi bao

bì hỏng

Khí nóng

Khí nóng Điện

Qui trình công nghệ sản xuất xi măng lò quay công nghệ khô

Đá vôi tại các mỏ được khai thác bằng phương pháp khoan , nổ mìn được ô tô trọng tải lớn loại R 32 ( 32T ) vận chuyển về phễu cấp liệu cho máy đập búa kiểu Ev 200*

300 nhờ băng tải xích qua 2 ru lo dẫn liệu Các hạt vật liệu được phá huỷ ở máy đập búa, đạt kích thước yêu cầu lọt qua lỗ ghi ( 25 *25 ) rơi xuống thiết bị vận chuyển kiểu băng tải cao xu đi về kho để đồng nhất sơ bộ Tại kho đá vôi được đổ thành 2 đống , cứ 1đống để phục vụ sản xuất thì một đống đang được đổ đầy lên 1 đống chứa khoảng

15000 tấn dải thành 8 lớp , mỗi lớp 30 luống để tăng mức độ đồng nhất sơ bộ Hệ số

đồng nhất là 10/1 so với ban đầu

Đá sét sau khi được khai thác tại các mỏ theo phương pháp cắt tầng ,được xếp lên xe loại R32 vận chuyển về máy đập đá sét “ đập lần một ’’ kiêủ DMT 160 * 150 loại máy

đập 2 trục ro to quay ngược chiều nhau nhờ 2 động cơ Tại đây vật liệu được đập sơ bộ

đến nhỏ hơn khe hở giữa các thanh ghi cuối rơi xuống băng tải rồi đến máy cán sét ( 1M02M1) là loại máy cán F 150 *150 đập lần 2 có 2 trục cán đặt nằm ngang song song nhau , quay ngược chiều nhau Trên bề mặt 2 trục có các vấu , tại đây vật liệu

được cán xé đến kích thước đạt yêu cầu (25mm) rơi qua khe hở giữa 2 trục cán rơi xuống băng tải đi về kho ở kho đá sét cũng được chia làm 2 đống như đá vôi để đồng nhất sơ bộ

Để đảm bảo thành phần khoáng trong clinker xi măng và tăng khả năng đập nghiền , người ta bổ xung vào trong phối liệu một lượng quặng sắt hoặc boxit ,silic Những nguyên liệu nàyđược nhập từ nơi khác về dự trữ trong kho rồi được các máy xúc cấp cho băng tải vận chuyển tới két chứa

Vật liệu sau khi được đồng nhất sơ bộ trong kho đá vôi ,đất sét được các gầu xúc xúc lên qua cân định lượng xuống băng tải đi vào đầu máy nghiền Các nguyên liệu phụ bổ xung cũng được tháo từ két chứa xuống các băng tải cùng đi vào máy nghiền Tại đây hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào ngăn sấy , được các cánh xới phân và gầu nâng rải liệu vào dòng khí nóng , hỗn hợp nguyên liệu được sấy khô ở nhiệt độ 280 -

350 ◦ C trước khi đi sang ngăn nghiền Tại ngăn nghiền hỗn hợp vật liệu được đập và chà sát đến kích thước đạt yêu cầu Cuối máy nghiền một phần bụi nhỏ theo dòng khí

đi lên thiết bị phân ly Sepax , một phần bụi nhỏ theo các hạt mịn rơi qua lỗ ghi xuống máng khí động , đến gầu nâng rồi đưa xuống máng động đi vào thiết bị phân ly Sepax

Những hạt thô sẽ hồi lưu trở lại máy nghiền , những hạt mịn đạt kích thước yêu cầu theo dòng khí được đẩy lên 2 cyclon lắng Bột liệu sau 2 cyclon lắng qua máng khí

động theo gầu nâng lên cao theo máng khí động đổ xuống Silô chứa tại đây bột liệu

được đồng nhất sơ bộ trong Silô bằng khí nén trước khi cấp cho lò nung

Từ các Silô đồng nhất bột liệu được tháo theo chương trình cài đạt sẵn Chương trình tháo được thể hiện qua quá trình đồng nhất bằng cách tháo liệu ở nhiều vị trí trên một mặt phẳng nhờ các hệ thống khí nén Bột liệu được tháo xuống các máng khí

động , qua các van tháo Bột liệu được đưa vào hộp gom rồi xuống két can rồi được tháo xuống vít tải ,qua các van động cơ và van khí đồng thời được giàn khí nén sục từ

đáy lên làm linh động bột liệu Bột liệu được vít tải đưa đến đổ xuống máng động, thiết bị này đưa bột liệu đổ vào ống nối giữa cyclon tầng đỉnh và cyclon tầng 2 qua van cánh khế và van lật Tại đây bột liệu được dòng khí nóng thải từ lò đi lên đẩy bột liệu đi vào cyclon tầng đỉnh theo phương tiếp tuyến xoáy từ trên xuống , vật liệu văng vào thành cyclon , mất năng lượng rơi xuống đáy cyclon rồi qua van tháo xuống ống nối giữa cyclon tầng 2 và tầng 3, còn dòng khí thải được quạt hút sang tháp làm lạnh rồi đi vào lọc bụi tĩnh điện Quá trình trao đổi nhiệt giữa bột liệu và dòng khí nóng cứ tiếp tục diễn ra qua các tầng cyclon cho tới khi bột liệu đi vào cyclon tầng 4 thì bột liệu được chia ra làm 2 nhánh cửa đổ nhờ van điều chỉnh , bột liệu được phân bố 40% bột liệu đi vào buồng thổi và 60% bột liệu đi vào buồng phân huỷ của calciner Dưới tác dụng của nhiệt độ vòi phun cùng với khí thải của lò đi vào đáy calciner theo hướng trục kết hợp với đường gió 3 đi từ bộ làm nguội clinker thì phối liệu được để cacbonat hoá cao , sau đó được đẩy vào cyclon trước khi vào lò phải đạt 90 95% tổng lượng cacbonat bị phân huỷ Khi bột liệu được cacbonat hoá trong calciner thì được đẩy sang cyclon tầng 5 đi vào lò Dưới tác dụng quay cùng với độ nghiêng từ 3- 4 ◦C của lò bột liệu được luân chuyển qua các zone trong lò được kết khối ở nhiệt độ 1300 - 1400◦C , sau đó để hình thành clinker người ta làm nguội nhanh 1300 -1100◦C bằng dàn ghi làm lạnh , quạt cao áp và nước làm lạnh Những viên clinker đạt yêu cầu rơi thẳng xuống gầu xiên , còn những viên , tảng clinker chưa đạt yêu cầu được dàn ghi vận chuyển tới máy đập sơ bộ đến kích thước yêu cầu rơi xuống gầu xiên vận chuyển lên đổ xuống gầu nâng vận chuyển đổ vào xích cào, vận chuyển đổ vào silô clinke ủ