Thiết kế lò quay cyclone và tính nhiệt trong sản xuất xi măng (thuyết minh+ bản vẽ)

Tổng quan các phương pháp sản xuất xi măng Phân loại lò nung Tính toán kích thước hệ thống lò nung Tính toán nhiên liệu cho quá trình cháy Tính nhiệt lý thuyết tạo clinker Tính toán hệ thống trao đổi nhiệt

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT XM

I Các phương pháp sản xuất ximăng:

Quy trình sản xuất XM bao gồm các quá trình xử lý các phần nguyên liệu để tạo

thành một hỗn hợp đồng nhất, nung hỗn hợp trong lò nung để tạo thành clinker và

cuối cùng là nghiền mịn clinker với sự thêm vào lượng nhỏ thạch cao để tạo ra dạng

bột mịn

Hai quy trình sản xuất được biết như là quy trình “Khô” và “ướt”, mà theo đó

nguyên liệu sẽ tương ứng được nghiền và trộn chung với nhau theo điều kiện khô hay

ướt Trong một dạng khác của những quy trình này, nguyên liệu được nghiền khô và

sau đó trộn với 10-14% nước và tạo hình thành những cục nhỏ

Quy trình ướt có nguồn gốc được dùng cho các loại nguyên liệu rất dễ nghiền

như đá phấn và đất sét và sau đó được ứng dụng cho phạm vi các loại nguyên liệu

cứng hơn như đá vôi và sét phiến nham Cùng với sự cải tiến về điều khiển, kiểm soát

quá trình, ngày nay đã có thay đổi chuyễn sang ứng dụng quy trình khô đòi hỏi tiêu

tốn ít nhiên liệu hơn trong quá trình nung so với quy trình ướt

Ngoài ra, sự phát triển hiện đại trong quá trình trộn các nguyên liệu dạng bột

ngày nay đã loại bỏ những bất lợi của quy trình khô Tổ chức sản xuất theo quy trình

khô được ưu thích tại Mỷ, nơi hầu hết các loại nguyên liệu sử dụng đều khá cứng như

đá, nhưng sau này quy trình ướt đã được chọn lựa rộng rãi hơn bởi vì tính thuận lợi

của nó trong việc điều chỉnh thành phần XM

Nguyên liệu để sản xuất clinker XMP là đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt được phối

trộn theo đơn phối liệu cần thiết rồi được nghiền mịn trong những máy nghiền (máy

nghiền bi hoặc máy nghiền đứng ) Nghiền ướt hay nghiền khô phụ thuộc vào hàm

lượng độ ẩm phối liệu vào lò nung Tùy theo độ ẩm của phối liệu vào lò nung, ta có

thể phân thành ba phương pháp sản xuất clinker XMP :

Phương pháp ướt ( phối liệu vào lò dạng bùn past, độ ẩm trong khoảng 18-45%)

Phương pháp khô ( độ ẩm phối liệu vào <1%)

Phương pháp bán khô ( phối liệu vào lò được ép thành viên với độ ẩm 12-18%)

1 Phương pháp ướt

Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn past (độ ẩm tới 45%), đi vào lò quay

từ đầu phía trên ( đầu cao của lò) trải qua một loạt các biến đổi hóa lý : sấy, đốt nóng,

phân hủy đất sét và sau đó là cácbonnát canxi, kết khối và làm nguội nhanh thành

clinker

Clinker được ủ trong silô, sau đó được nghiền với phụ gia(3-5% thạch cao và các

phụ gia khác) thành xi măng Lò quay là ống trụ dài120-150m, đường kính 2.4-4m,

đặt nghiêng 4-60, quay với tốc độ 40-70m/s Nhiên liệu là bột than, dầu, khí phun vào

lò theo hướng ngược với chiều chuyển động của phối liệu

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt của lò quay, người ta thường lắp thêm các thiết bị

trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt, thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm

2 Phương pháp khô

Nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức cao nhất trong lò quay nung clinker

XMP Các quá trình biến đổi hóa lý của phối liệu khô ( độ ẩm < 1%) xảy ra chủ yếu ở

pha rắn ( sấy, đốt nóng, phân hủy cácbonát canxi ) được thực hiện trong các thiết bị

đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 2

Phần phản ứng pha lỏng ( tạo pha lỏng, kết khối tạo clinker, làm nguội ) thực

hiện trong lò quay Nhờ vậy, lò quay được giảm bớt chiều dài ( còn khoảng 60-80m),

năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với lò nung clinker bằng phương pháp ướt Vấn đề

môi trường cũng được coi là dễ giải quyết hơn

Một thời chất lượng clinker sản xuất bằng phương pháp ướt được coi là tốt hơn

clinker phương pháp khô, chủ yếu do khi nghiền ướt, phối liệu được trộn đều, phản

ứng tốt hơn Hiện nay, kỹ thuật đồng nhất hóa bằng khí nén trong sản xuất clinker

hoàn thiện hơn rất nhiều Sản xuất XMP phương pháp khô là phương pháp chủ yếu

hiện nay trên thế giới cũng như ở VN Phương pháp ướt chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ,

hoặc trong những điều kiện đặc biệt thuận lợi về khai thác nguyên liệu

3 Phương pháp bán phô

Với thiết bị nung lò đứng ( còn gọi là xi măng lò đứng ) cho chất lượng clinker

thấp, không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường,nên không tồn tại ở các nước phát

triển Ở Việt Nam , xi măng lò đứng ở các địa phương cho sản lượng khoảng 2.5-3

triệu tấn XMP/năm, cũng sẽ không được đầu tư tiếp tục

II Các biến đổi hóa lý tạo clinker XMP từ bột phối liệu:

Bột phối liệu từ đá vôi, đất sét, quặng sắt được đem nung luyện sẽ trải qua một

loạt biến đổi, ban đầu là những biến đổi riêng biệt trong từng loại nguyên liệu (sấy,

phân hủy nước hoặc phân hủy cácbonat) sau đó là những quá trình hóa lý phức tạp để

tạo clinker XMP (phản ứng pha rắn, tạo pha lỏng và kết khối) Phản ứng tạo clinker

XMP xảy ra nhiều giai đoạn, các biến đổi cơ bản sau:

1 Quá trình sấy

Với phương pháp ướt, độ ẩm rất cao (18-45%), với phương pháp khô, độ ẩm

phối liệu thấp hơn nhiều (<1%) Đây là lượng ẩm liên kết vật lý, khi nhiệt độ phối liệu

tới khoảng 1200C, quá trình chủ yếu sẽ là bay hơi lượng ẩm này

2 Quá trình đốt nóng

Phối liệu khô có nhiệt độ tới khoảng 6500C Trong giai đoạn này, các tạp chất

hữu cơ cháy tỏa nhiệt (trong khoảng 200-4000C); đất sét bị phân hủy do mất nước hóa

học (trong khoảng 400-6000C) tạo mêta caolinhít hoạt tính cao

Al2O3.2 SiO2.2H2O4006000

Al2O3.2SiO2 + 2H2O

3 Phân hủy cacbonat

Nhiệt độ phối liệu lên tới 10000C Quá trình chủ yếu là phân hủy cácbonát canxi

CaCO3 (nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở khoảng 870-9000C), ngoài ra các muối

cácbonát như MgCO3, đôlômít….cũng bị phân hủy ở những khoảng nhiệt độ khác

nhau

MgCO3600 0C MgO + CO2

CaCO3 8709000 CaO + CO2

Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh Sự phân hủy CaO hoạt tính cao dễ phản

ứng với các oxit hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicat canxi như CA,

C12A7, CS, C3S2,…bắt đầu tạo thành

Đặc trưng cơ bản của toàn bộ giai đoạn này là các biến đổi xảy ra ở pha rắn, theo

sơ đồ: R1  R2 + K Hoạt tính của các cấu tử do sự xuất hiện những sai sót lỗ trống

do H2O, OH- và CO2 bị phân hủy để lại trong mạng tinh thể Tương tác lỗ trống trong

mạng tinh thể với nhau tạo nên hợp chất mới hoặc kết tinh lại thành tinh thể khác

4 Kết khối

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 3

Nhiệt độ tăng từ 1100-14500C Pha lỏng do các hợp chất eutectic nóng chảy

(trong thành phần nguyên liệu lẫn nhiều tạp chất tạo pha lỏng, nhưng thành phần chủ

yếu của pha lỏng là Fe2O3) Nhiệt độ càng tăng, pha lỏng hình thành ngày càng nhiều

tạo điều kiện cho quá trình kết khối clinker và hình thành các khoáng cần thiết CaO

và C2S hòa tan tạo pha lỏng và phản ứng tạo C3S C3S hình thành trong mạnh trong

pha lỏng từ 13000C Tỷ lệ hợp lý giữa hai pha lỏng/rắn trong khoảng15-25% Cơ chế

chuyển chất chủ yếu trong quá trình kết khối là khuếch tán Quá trình có thể chuyển

làm 3 giai đoạn:

 Pha lỏng bão hòa hoặc quá bão hòa các cấu tử cần thiết

 Tạo tâm kết tinh pha mới

 Tinh thể pha mới phát triển thành tinh thể thực Pha tinh thể chính hình thành là

C3S

Sự kết khối các khoáng clinker XMP kèm theo biến đổi thể tích, tăng mật độ hạt

Sự biến đổi thể tích và tăng mật độ phụ thuộc nhiều vào điều kiện kỹ thuật, quan trọng

nhất là nhiệt độ và thời gian kết khối

Các quá trình tạo khoáng chính xảy ra, một cách hình thức có thể viết tóm tắt các

phản ứng sau:

12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3  3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +

4CaO.Al2O3.Fe2O3

5 Làm nguội

Khi nguội, phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong clinker

Thành phần pha của clinker gồm những khoáng chính như C3S, C2S, C3A, C4AF và

pha thủy tinh Ngoài ra là những khoáng CaO, MgO do không phản ứng hết 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 6750C có sự biến đổi thù hình

C3S1275  0C C2S

S C S

C2 600  0C  2



Đây là các biến đổi không tốt cho chất lượng xi măng do C3S là khoáng tạo

cường độ chính cho xi măng và  - C2S là dạng thù hình không tạo cường độ cho xi

măng còn làm giảm chất lượng nên cần hạn chế.Tốc độ làm nguội nhanh sẽ làm hạn

chế lượng biến đổi chất sau này Tốc độ làm nguội còn ảnh hưởng tới kích thước tinh

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 4

Do phương pháp khô chiếm ưu thế hơn phương pháp ướt về nhiều chỉ tiêu kinh

tế kĩ thuật môi trường theo bảng so sánh trên ta thấy năng lượng tiêu tốn chỉ còn 55-60

% so với phương pháp ướt.Chất lượng clinker sinh ra theo phương pháp khô được

nâng cao ngang bằng phương pháp ướt do sự phát triển kĩ thuật đồng nhất khí

nén,đồng nhất phối liệu dạng bột

Vì vậy ta chọn sản xuất phương pháp khô

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI CÁC LOẠI LÒ

I Lò đứng

Lò đứng nung clinker XMP có dạng là ống thép hình trụ thẳng đứng, trong lót

gạch chịu lửa Chiều cao lò thường L = 8-12m , đường kính D = 2.4-3m, nhiệt tiêu phí

3.78-5.46 kJ/kg clinker (năng suất 5-12 tấn/giờ) Với những lò kích thước lớn, có thể

lắp đặt thêm các bộ phận thông khí Các lò đứng nung XMP được cơ khí hóa phần nạp

và tháo liệu

Phối liệu nung trong lò đứng được tạo hình bằng phương

pháp bán khô thành những viên sỏi hoặc hình trụ nhỏ Nhiên

liệu được phân bố đều trong phối liệu hoặc trộn nghiền cùng

phối liệu hoặc tạo viên riêng với kích thước không quá 5mm

rồi trộn với viên phối liệu Nhờ vậy, khi nhiên liệu cháy trực

tiếp truyền nhiệt cho phối liệu, tạo hiệu quả nhiệt tương đối

cao Nếu tính năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị khối lượng

clinker (kcal/kg clinker) các lò đứng tốn ít nhiên liệu hơn lò

quay

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 lò không lớn Trong quá trình nhiên liệu cháy, trong phối

liệu xảy ra phản ứng phân hủy, bay hơi khí, kích thước cục

nhiên liệu giảm dần, tạo những lỗ trống thuận lợi cho sự

thông khí của lò

Nhiên liệu cho lò đứng nung xi măng là than cốc hoặc than gay Các loại than

mỡ, than nâu ngọn lửa dài (dùng rất tốt cho lò quay) lại không thích hợp do nhiều chất

bốc, dễ thoát khỏi nhiên liệu trước khi bắt đầu phản ứng cháy, gây tổn thất nhiên liệu

nhiều hơn

Quá trình hóa lý biến đổi phối liệu thành clinker trong lò quay và lò đứng là

tương tự nhau Phối 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: sấy, đốt nóng, phân hủy cácbonat, tạo các silicat, aluminat,

pha lỏng và kết khối, làm nguội Tương xứng với quá trình phản ứng là các “zone”

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 5

cùng tên gọi phân bố theo chiều dọc lò đồng thời trong từng cục vật liệu trong quá

trình chuyển dịch từ trên xuống

Sau khi nung, clinker cũng được nghiền với những phụ gia thích hợp thành

XMP Do chất lượng clinker không cao, nghiền clinker lò đứng dễ hơn nghiền clinker

lò quay

XMP lò đứng chất lượng kém hơn XMP lò quay, không đảm bảo vệ sinh môi

trường.Ở những nước công nghiệp phát triển, lò đứng có thể dùng nung những loại xi

măng đặc biệt, lò đứng nung clinker nói chung không tồn tại

II Lò quay

1 Phương pháp ướt

1.1 Giới thiệu chung

Lò quay là ống thép hình trụ, trong lót gạch chịu lửa (samốt hoặc cao nhôm

vùng làm nguội, phần nung lót loại GCL kiềm tính manhêzi, manhêzi-crôm) Để

tăng tuổi thọ lò, người ta có thể dùng thêm các loại gạch cách nhiệt

Thông thường, với phương pháp ướt, lò có chiều dài L = 80-120m, đường

kính D = 3-6m Tỷ lệ L/D = 30-40, hình dạng lò cũng không đơn điệu Nhiều loại

lò quay có kích thước đốt nóng phình to Lò đặt với tang góc nghiêng 2-6% so với

mặt đất trên bệ đỡ con lăn và quay với tốc độ 0.5-0.75 vòng/phút

Chuyển vận của nguyên liệu và khí nóng trong lò 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 vớii vận tốc 35-45cm/phút Trong quá

trình chuyển vận, phối liệu luôn 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 ngoài ở phía cao của lò Nhiệt độ khí thải

khoảng 200-3000C

1.2 Các quá trình hóa lý xảy ra:

1.2.1 Zôn sấy

Phối liệu vào dạng bùn sệt, nhận nhiệt khí thải, đạt nhiệt độ khoảng 1200C

– 2000C, xảy ra quá trình mất nước lý học Để tăng hiệu quả truyền nhiệt, ở

zone này, người ta thường mắc thêm các mắc xích kim loại Vì vậy, còn gọi là

zone xích Ngoài ra các xích sắt còn có tác dụng ngăn bụi thoát khỏi lò Chiều

dài zone sấy khoảng 35% chiều dài lò

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 6

1.2.2 Zôn đốt nóng

Trong zone này, nhiệt độ phối liệu tăng từ 120-6500C quá trình chủ yếu là

cháy tạp chất hữu cơ và mất nước hóa học của các khoáng sét Đất sét bị phân

hủy tạo mêta caolinhit hoặc các dạng oxit tự do hoạt tính rất cao Bắt đầu phân

hủy một phần cácbonát Zone đốt nóng chiếm khoảng 14% chiều dài của lò

Al2O3.2SiO2.2H2O  3Al2O3.2SiO2 + H2O

1.2.3 Zôn phân hủy cacbonat

Nhiệt độ lên tới 10000C Đây là giai đoạn cuối cùng của các phản ứng pha

rắn CaCO3  CaO + CO2

1.2.4 Zôn kết khối:

Nhiệt độ phối liệu từ 1000 tới 14500C Đây là zone có nhiệt độ cao nhất

trong lò, pha lỏng hình thành nhiều 15-25% Các phản ứng tạo khoáng, kết tinh

các khoáng xảy ra nhanh hơn nhờ pha lỏng Với sự có mặt pha lỏng có độ nhớt

rất cao, cùng tác dụng chuyển động quay theo lò rồi trượt xuống do trọng lượng,

các viên clinker dạng sỏi được hình thành

Tạo pha lỏng và kết tinh

12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3  3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +

4CaO.Al2O3.Fe2O3 Zone kết khối chiếm khoảng 20% chiều dài của lò

1.2.5 Zôn làm nguội

Sau zone kết khối, phối liệu đã kết khối tạo thành clinker với thành phần

khoáng cần thiết Không khí lạnh lấy nhiệt từ khối clinker nóng làm nhiệt độ

clinker giảm dần từ 1450-13000C Zone làm nguội chiếm 8% chiều dài của lò Ơ

đây chưa kể tới thiết bị làm nguội clinker với tốc độ nhanh để ổn định thành phần

pha có trong clinker XMP Các thiết bị này làm nguội clinker với tốc độ rất

nhanh từ 1300 xuống còn 100-1500C và thường đặt riêng Phổ biến nhất là thiết

bị làm nguội kiểu ghi và kiểu hành tinh Clinker ra khỏi thiết bị làm nguội nhiệt

độ còn khoảng 100-1500C và được chứa trong các xilo đặc biệt làm nguội tiếp

trước khi đem nghiền với phụ gia

 1450-1380 clinker nguội tới nhiệt độ để nghiền

 1380-100 tạo pha thủy tinh, các tinh thể nhỏ mịn Ngăn cản biến đổi thù hình:

C3S1250 0C

C2S +CaO

S C S

C2 670  0C  2



2 Phương pháp khô

2.1 Giới thiệu chung

Sự khác biệt nung clinker theo phương pháp khô ở trong thiết bị lò quay là

không có vùng bay hơi ẩm phối liệu, bởi vì phối liệu đưa vào lò ở dạng bột khô

hoặc có độ ẩm rất thấp Vì vậy mà chi phí nhiệt cho khâu nung clinker giảm tới

40%

Lò quay theo phương pháp khô khác nhau về kích thước, dạng hệ thống trao

đổi nhiệt ngoài lò Vật liệu được đưa vào hệ thống dạng bột khô

Hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo đóng vai trò quyết định trong việc tiết kiệm

năng lượng nhiệt của lò nung clinker XMP phương pháp khô

2.2 Hệ thống trao đổi nhiệt

Hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu treo gồm hệ thống xyclon nhiều tầng (hoặc

bậc) mắc nối tiếp Mỗi tầng có một hoặc nhiều xyclon (ban đầu chỉ một hoặc hai

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 7

tầng, nay thường bốn hoặc năm, sáu tầng) phía trong các xyclon thường được lắp

gạch chịu lửa cao nhôm Bột phối liệu đã nghiền mịn đi vào các xyclon ở trạng

thái lơ lửng có khả năng trao đổi nhiệt rất mạnh với khí nóng do hầu như toàn bộ

bề mặt hạt tham gia trao đổi nhiệt Hạt phối liệu rắn theo dòng khí nóng đi vào

xyclon theo hướng tiếp tuyến, chuyển động xoáy vòng theo hướng từ trên xuống

dưới, đi từ xyclon này vào xyclon khác có nhiệt độ cao hơn

Chuyển vận phối liệu và khí nóng trong hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo

SP

Sau đây chúng ta sẽ phân tích chuyển vận hệ phối liệu và khí nóng và

những biến đổi hoá lý cơ bản trong các xyclon hệ bốn bậc

2.2.1 Xyclone bậc 1:

Phối liệu (nhiệt độ khoảng 500C_ 600 C) chuyển tới đổ vào ống giữa

xyclon bậc I và xyclon bậc II Khí nóng từ xyclon bậc II ( nhiệt độ khoảng 500

C ) thổi từ dưới lên cuốn bột phối liệu vào theo phương tiếp tuyến với các

xyclon bậc I Bột phối liệu ở trạng thái lơ lửng nhận nhiệt từ khí nóng tăng nhiệt

độ rất nhanh, các phản ứng hoá lý (sấy, mất nước hoá học của đất sét) xảy ra

tương ứng với nhiệt độ của bột phối liệu làm khối lượng riêng hạt bột phối liệu

thay đổi Đồng thời, hạt bột phối liệu chuyển động xoáy trong xyclon, liên tục

va chạm với thành xyclon, va chạm với nhau mất dần động năng, rơi xuống đáy

xyclon, theo ống dẫn rơi xuống xyclon tầng dưới (xyclon bậc II), lúc này nhiệt

độ phối liệu khoảng 2500C, nhiệt độ giảm dần, theo ống dẫn khí thoát ra ngoài

(nhiệt độ khí thải ra khỏi xyclon khoảng 3000C )

Quá trình chủ yếu trong xyclon bậc I là sấy ( bay

hơi ẩm ), bắt đầu đốt nóng bột phối liệu Khí thải nhiều

hơi ẩm H2O đi vào các hệ thống lọc bụi và thoát ra

ngoài

2.2.2 Xyclone bậc 2

Bột phối liệu từ xyclon bậc I (nhiệt độ 2500C)

rơi xuống ống nối giữa xyclon bậc II và xyclon bậc

II Gặp dòng khí nóng từ xyclon bậc III (nhiệt độ

khoảng 6500C) thổi từ dưới lên, phối liệu bị cuốn

theo vào xyclon bậc II theo phương tiếp tuyến

Tương tự như trên, hạt phối liệu có nhiệt độ tăng từ

2500C lên tới 5000C và rơi xuống ống dẫn khí thải

giữa xyclon bậc III và xyclon bậc IV Khí nóng giảm

nhiệt độ tự 650oC xuống còn 5000C đi vào xyclon

bậc I

Quá trình hoá lý chủ yếu trong xyclon bậc II

là mất nước hoá học của đất sét, cháy các tạp chất

hữu cơ lẫn trong phối liệu, phân hủy MgCO3 và bắt

đầu phân hủy CaCO3

2.2.3 Xyclone bậc 3

Bột phối liệu từ xyclon bậc II rơi xuống ống nôí

giữa hai xyclon bậc III và IV, gặp khí nóng từ xyclon

bậc IV thoát ra (nhiệt độ khoảng 8000C), bị cuốn theo

khí nóng đi vào xyclon bậc III theo phương tiếp tuyến

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 8

Trong xyclon bậc III, nhiệt độ bột phối liệu tăng từ 5000C lên tới 6500C và rơi

vào ống nối giữa xyclon bậc IV và lò quay nung clinker, gặp khí thải từ lò nung

hoặc từ máy làm nguội clinker (nhiệt độ khoảng 11000C) cuốn vào xyclon bậc

IV theo phương tiếp tuyến

Quá trình chính trong xyclon bậc III là đất sét mất nước hoá học, phân

hủy hầu hết MgCO3 và tăng cường sự phân huỷ CaCO3 Xyclon bậc IV:

Bột phối liệu từ xyclon bậc III rơi vào ống nối giữa xyclon bậc IV và khí

thải từ lò quay Nhiệt độ khí đầu vào của xyclon bậc IV khoảng 11000C (là nhiệt

độ khí thải từ lò quay, hoặc nhiệt độ khí làm nguội clinker từ thiết bị làm nguội

(còn gọi là gió ba); và ra khoảng 8000C đi vào xyclon bậc III Nhiệt độ bột phối

liệu tương ứng đầu vào 6500C và đầu ra khoảng 8000C đi vào lò quay nung

clinker

Quá trình chủ yếu trong các xyclon này là tận dụng nhiệt khí thải từ lò

nung đốt nóng bột phối liệu Mặc dù nhiệt độ khí thải cao:1000 – 11000C, nhưng

quá trình cácbônát hoá trong xyclon bậc IV rất nhỏ (khoảng 10 – 15%) Như

vậy, để tăng hiệu quả quá trình phân hủy cácbônát phải thiết kế thiết bị riêng

(calciner)

Phân bố nhiệt trong hệ thống xyclon

2.3 Các hệ thống trao đổi nhiệt

2.3.1 ILC – dạng buồng calciner tận dụng gió 3

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 9

2.3.2 SLC - D Dạng buồng calciner lắp độc lập có dòng gió 3 từ trên xuống:

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 10

2.3.3 SLC – Dạng buồng calciner lắp độc lập

2.3.4 SLC-I dạng buồng calciner kết hợp

2.4 Lò quay

2.4.1 Thân lò quay

Lò quay sẽ được giới thiệu

là loại lò quay của Polysius, là

loại lò quay tự chỉnh gồm các cơ

cấu chính như bệ tự chỉnh, hệ

thống dẫn động trực tiếp, đồ gá

vành lăn răng

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 11

Để bảo vệ lò nung giảm bớt tác động của các yếu tố như nhiệt,ăn mòn hóa

học thì lò cần có lớp gạch chịu lửa

Lò nung có thiết bị trao đổi nhiệt thường được thiết kế quy ước với tỉ lệ

L/D là 14:1 đến 17:1.Những lò này chịu áp lực của quá trình kết khối lớn hơn

so với lò nung có tỉ lệ L/D từ 15:1 đến 19:1 Lò nung

ngắn có tỉ lệ L/D từ 10:1 đến 13:1 thường dùng 2 bệ đỡ

2.4.2 Phần liệu vào

Đầu bịt đầu lò được trang bị vòng cung ngăn bụi

thoát ra ngoài

Đầu bịt đầu lò sẽ bị hỏng trong điều kiện chịu áp

lực trong thời gian dài, khí nóng và bụi có thể vào, gây

ảnh hưởng xấu đến đầu bịt của lò Vì vậy, đầu bịt

cần tăng cường để duy trì áp suất âm bên trong hệ

thống

2.4.3 Phần liệu ra

Phía trước bộ phận làm lạnh, đầu bịt lò nung

được lắp giữa ống chụp và lò quay Bảo đảm áp

suất âm bên trong lò nung vẫn được giữ ổn định,

không tiêu hao nhiều

 Thiết bị làm lạnh dạng ghi được nối với

đầu bịt bằng ống chụp, có thể chịu được sự chênh lệch giữa áp suất dương ở

thiết bị làm nguội, và áp suất âm ở trong lò nung

 Đầu bịt và ống chụp được làm nguội bằng quạt

2.4.4 Đồ gá vành lăn răng

Đồ gá vành lăn răng bao bọc xung quanh vỏ lò có tác dụng truyền

moment xoay từ bộ truyền động con lăn tới vỏ lò, dưới tác dụng của lực ma sát,

làm cho lò có thể quay Đồ gá vành lăn răng này bao gồm các then bên trong

kết nối với vỏ lò và bao bọc toàn bộ thân lò Khi con lăn quay, nhờ ma sát,

vành lăn răng sẽ quay theo, kéo theo các then bên trong tác dụng lực theo

phương tiếp tuyến với lò, làm cho lò chuyển động cùng chiều với vành lăn

răng

Để tránh mài mòn vỏ lò và xảy ra tình trạng trượt giữa vành lăn răng và

vỏ lò, các vành lăn này được lắp đặt sao cho có lớp đệm và khoảng trống, giữa

nó với lò

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 12

Ưu điểm

Tiếp nối tối ưu giữa vành răng và vỏ lò, do đó không có tình trạng trượt

giữa vỏ lò và đồ gá vành lăn răng

 Khoảng trống lớp lớn, nên vỏ lò được tự do hơn trong việc co giãn lúc vận

hành

 Điểm quyết định cho việc dẫn động trực tiếp các trục quay là sự tiếp nối tối

ưu giữa lò và vành lăn, ngăn ngừa tình trạng trượt giữa vành lăn và đồ gá

 Do lực ma sát thấp nên gần như không phải bão dưỡng

 Khoảng trống lớn của vành lăn làm cho có thể đốt nóng lò nhanh

 Hao mòn vật liệu chịu lửa ít

2.4.5 Vòng răng

Bộ phận truyền động của lò nung là bánh răng truyền và vòng răng

Để lò chuyển động hiệu quả và an

toàn cần có những yếu tố cơ bản sau:

 Kích thước chính xác

 Phân bố tải trọng đồng đều trên sườn

răng, không tập trong ở đỉnh

 Vòng răng và bánh răng truyền được

bọc kín tránh bụi,được bôi trơn bằng

dầu

Đối với lò 2 bệ đỡ,tải trọng phân bố

đều 2 bệ đỡ này.Do đó có thể không sử

dụng truyền động bằng vòng răng thay vào

đó là bệ đỡ con lăn để truyền momen quay

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 13

 Đối với lò 3 bệ đỡ

Trụ đỡ roller được bố trí một góc 300 với trục thẳng đứng của tiết diện lò

Để chống lại độ võng của lò nung khi xoay,trục roller của lò nhỏ được đặt

một góc nhỏ dọc theo trục lục lò nung

Trong các lò nung lớn hiện nay,trục lò nung được đặt song song.Do đó lò

nung có thể :

 Duy trì chuyển động lên xuống của lò

 Tăng sự vững chắc do khối lượng lò phân bố trên bề mặt trụ đỡ

Nhờ đó tốc độ lò nung cao hơn

 Đối với lò 2 bệ đỡ

Cấu tạo gồm:

a Bệ tự điều chỉnh:

Để đảm bảo các đặc điểm tiếp xúc mặt luôn được tốt giữa vành lăn răng

và con lăn đỡ trong mọi điều kiện vận hành của l-ò quay, các trục đỡ con lăn

đã được sử dụng

Trong bố trí ổ tâm bệ, ở mỗi trục

lăn có 2 ổ trục và được xếp song song

với vành lăn Bố trí ổ như thế đảm bảo

tính linh hoạt của trạm trục lăn trong

điều chỉnh hàng tự động

Các trục lăn đỡ tự chỉnh cũng được

làm cho chi phí bão dưỡng thấp do thủ

tục bão trì hàng năm trong việc đo lò và

chỉnh cặn kẽ các trục lăn đỡ được biết là

không cần thiết nữa

b Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt:

Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt được xác định ở ma sát tối đa sử

dụng được và hệ số lực dẫn động với lực tải giữa trục lăn đỡ và vỏ lò, lực tải

là do trọng lượng lò, và lực dẫn động là do moment lò liên quan đến điều kiện

vận hành

Việc đo dữ liệu tạo ma sát tối đa sử dụng được cho thấy dẫn động ma sát

có thể chuyển 8-9 lần lực vận hành của lò quay Vì trị số của lò quay này

vượt quá rất nhiều moment động cơ tối đa, tình trạng ép vuốt của trục lăn dẫn

động được loại trừ trong những điều kiện có thể vận hành được

c Cơ cấu dẫn động trực tiếp:

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 14

Lò quay tự chỉnh dẫn động trực tiếp qua

các trục quay, thay thế cho việc truyền năng

lượng qua cơ cấu bánh răng truyền Các bộ

dẫn động được nối trực tiếp với các trục lăn

tự chỉnh Việc loại bỏ những bộ phận chịu

ứng lực cao (cơ cấu bánh răng và bánh răng

truyền) tạo nên ưu điểm về tính khả dụng cao

của lò với bảo dưỡng thấp

Có thể sử dụng hệ thống dẫn động thủy

điện hoặc động cơ điện

d Hệ thống dẫn động thủy lực:

Trong trường hợp hệ thống dẫn động thủy lực, áp lực kiểm soát moment

động cơ và thể tích kiểm soát vận tốc động cơ Sự tạo thành liên kết ngang

của các động cơ thủy lực với bơm đảm bảo là mọi động cơ dẫn động luôn

nhận được moment như nhau

Dẫn động thủy điện là dẫn động 2 trục lăn với 4 động cơ

 So sánh 2 quan niệm dẫn động:

 Độ tin cậy của 2 quan niệm là như nhau

 Với hệ thống dẫn động thủy lực, bản kê phụ tùng thay thế khống lớn vì

không đòi hỏi bộ cơ cấu Hơn nữa, nhà cung cấp cơ cấu thủy lực có dịch vụ

tại chỗ 24/24 giờ trên toàn thế giới và ngay cả Việt Nam

 Hệ thống thủy lực phát sinh tiếng ồn ít hơn nhiều

 Hiệu quả của hệ thống dẫn động cơ điện từ đầu vào nguồn điện tới đầu

chuyển giao nguồn điện ở lò tốt hơn

 Nếu một bộ phận dẫn động bị hư, thì lò có dẫn động thủy lực có thể tiếp tục

đạt khoảng 70% công suất thiết kế Lò có dẫn động cơ điện phải ngừng

 Tổng chi phí về vốn của 2 quan niệm dẫn động gần như nhau

2.5 Gạch chịu lửa

Các loại gạch chịu lửa sử dụng trong lò quay

2.5.1 Gạch Magnesia-Crome HDB – 70

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 15

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)

Có các đặc điểm kỹ thuật sau :

Khối lượng riêng (kg/m3) : 3.03

Cường độ nghiền (KG/cm2) : 450

Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm2, T2) : 1700

Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1

2.5.2 Gạch có hàm lượng alumina cao H-1, H-2

Các đặc điểm kỹ thuật sau:

Đặc điểm kỹ thuật Loại gạch

2.5.3 Gạch Magnesia-Crome HDB -78

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)

Có các đặc điểm kỹ thuật sau :

Cường độ nghiền (KG/cm2) : 400

Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm2, T2) : 1700

Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 16

Khối lượng riêng (300oC x 24h) : 3.15

Thành phần hóa (%) : Al2O3 : 88

SiO2 : 7 Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 3h (%) : +0.7

Cường độ nghiền (KG/cm2) (300oC x 24h) : 400

2.5.5 Gạch có hàm lượng alumina cao HACT – 165

Đặc điểm kỹ thuật :

Khả năng chịu được nhiệt độ cực đại (oC) : 1650

Cường độ vật liệu dự đoán (KG/cm2) : 2200

Thay đổi độ dài tại 110oC x 24h (%) : -0.1

Độ dẫn nhiệt (kcal/m.h.oC) :260oC : 0.65

:540oC : 0.75 :800oC : 0.86

:SiO2 : 20

Phương pháp lót gạch chịu lửa trong lò quay

Lắp đặt gạch lót chịu lửa trong lò quay theo 3 cách :

 Lót gạch lò với vữa

 Lót gạch lò theo phương pháp khô

 Phương pháp dính bám; phương pháp này có thể thi công theo phương

pháp khô cũng như phương pháp sử dụng vữa

Gạch lót lò quay

Gạch lót lò quay dạng hình cung

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 17

2.6 Thiết bị làm nguội

2.6.1 Thiết bị làm nguội kiểu thùng quay

Là ống thép hình trụ đượng kính 2-5m, chiều dài 60-90m, lắp

nghiêng4-7%, ngay sau lò quay Trong lò có lắp thêm những cánh thép để tăng cường

quá trình trao đổi nhiệt Lò chuyển động quay độc lập với lò nung Nhiệt độ

clinker đầu vào là 1300-1350oC, nhiệt độ clinker đầu ra là 150-300oC Năng

suất riêng khoảng 2.5-3.5 tấn clinker/ngày đêm Nhiệt tổn thất ra môi trường

xung quanh50-80 kcal/kg Để đạt mức trao đổi nhiệt cao nhất, tốc độ gió đầu

vào khoảng 3.8-4.3 m/s, hệ số không khí dư 1.1

Thiết bị làm nguội kiểu thùng quay chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ

2.6.2 Thiết bị làm nguội kiểu hành tinh

Thiết bị làm nguội kiểu hành tinh là một hệ thống nhiều ống thép hình

trụ gắn liền với lò nung (lò con) Khi lò nung quay, những ống này quay theo

lò nung như các hành tinh Để tăng hiệu quả làm nguội, phía trong các lò con

cũng lắp những cánh nâng clinker hoặc xích sắt

Clinker từ lò nung đi vào các lò con và được làm nguội bởi không khí

lạnh thổi ngược chiều Các lò kiểu hành tinh được ứng dụng trong công

nghiệp lần đầu tiên vào name 1910, liên tục cải tiến cho tới ngày nay Số

lượng lò con xung quanh lò lớn là 10 hoặc 11 lò Đường kính 2.6m, năng

lượng tiêu tốn riêng 0.6-1.3kWh/tấn clinker, năng suất tối đa 500-700

tấn/ngày đêm Đây là thiết bị tương đối phổ biến trong công nghệ sản xuất

clinker theo phương pháp ướt, và giai đoạn đầu của những lò nung phương

pháp khô

Việc lắp đặt thiết bị làm nguội kiểu hành tinh làm xuất hiện một số vấn

đề nan giải như: tính toán tải trọng cơ học, ứng suất cơ vùng tiếp giáp có thể

dẫn tới nứt lò, một phần clinker dính vào lò con rơi xuống ống phun, chế độ

khí động của dòng khí qua các lò con không ổn định, khó điều chỉnh lửa, ồn

ào khi làm việc…kinh phí đầu tư cho thiết bị làm nguội kiểu hành tinh và

kiểu ghi được xem là tương đương

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 18

2.6.3 Thiết bị làm nguội kiểu ghi

Hiện nay, phổ biến là các thiết bị làm nguội độc lập kiểu ghi đo có tốc

độ làm nguội nhanh hơn, nhờ vậy, chất lượng clinker được cải thiện rất nhiều

So với các thiết bị làm nguội các kiểu khác, thiết bị làm nguội kiểu ghi kín,

dễ đảm bảo vệ sinh môi trường hơn Trong đó, không khí chuyển động vuông

góc với chiều chuyển động của clinker, dòng khí chuyển động ngang rất ít,

tránh được hiện tượng truyền nhiệt lẫn nhau trong khối clinker, nhờ vậy tốc

độ làm nguội rất cao và nhiệt độ của clinker có thể từ nhiệt độ khá cao(

13000C ) xuống còn rất thấp ( 65- 1000C)

Clinker di chuyển trên các tấm ghi,truyền nhiệt cho không khí, hạ nhiệt

độ rất nhanh xuống còn 100 _ 1500C, thậm chí chỉ còn 650C Nhiệt độ clinker

thấp rất thuận lợi cho những công đoạn sau (ủ và nghiền) Năng suất các thiết

bị làm nguội kiểu ghi cũng rất cao, có thể tới 10000 tấn clinker / ngày đêm

2.6.4 Thiết bị làm nguội kiểu buồng

Buồng làm nguội là thiết bị đơn giản về nguyên tắc nhưng có thể đáp

ứng tốt những yêu cầu kỹ thuật làm nguội clinker, năng suất có thể 3000 tấn/

ngày đêm Buồng được lắp ngay cuối lò nung Phía trong buồng lót gạch chịu

lửa, thành buồng có những lỗ thông hút khí từ ngoài vào Clinker nóng từ lò

nung rơi trong không gian buồng được làm nguội bởi không khí nén thổi

ngược từ dưới lên Thời gian lưu clinker trong buồng được điều chỉnh nhờ hệ

thống ghi ống trụ Gió vào buồng được phân phối theo tỷ lệ: 35% thổi từ

dưới lên qua hệ thống ghi hình trụ, 45% cấp từ phần giữa lò và 20% từ các

khe hở tường buồng

Tốc độ làm nguội clinker trong thiết bị kiểu này tương đương với thiết

bị làm nguội kiểu ghi, vì vậy, chất lượng clinker tốt Nhiệt độ clinker qua ghi

trụ khoảng 250- 280oC, tiếp tục được làm nguội trên băng tải Nhiệt độ khí

nóng (làm gió 2) khoảng 900 _ 10000C Hệ số tác dụng nhiệt hữu ích của

buồng làm nguội tới 83%, kín không gây bụi Chi phí xây dựng cao hơn thiết

bị kiểu ghi (hơn khoảng 10%) và chi phí năng lượng cao hơn

2.7 Sự cháy nhiên liệu trong lò nung

2.7.1 Kích thước vòi phun nhiên liệu rắn

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 19

Hiện nay, than là loại nhiên liệu phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất xi măng Các vòi phun than có kết cấu tương đối đơn giản, có thể hình

dung như những ống trụ với kích thước khác nhau

Tốc độ dòng khí quá nhỏ (20-25m/s) có thể dẫn tới hiện tượng cháy nhiên liệu

ngay sát đầu vòi phun Vận tốc dòng khí không thích hợp, kích thước ngọn lửa (chiều

dài và rộng) không đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt cho phối liệu Vì vậy, tốc độ phun

phụ thuộc đường kính lò D Ngoài ra, tốc độ vòi phun còn phụ thuộc tính chất than,

đặc biệt độ mịn bột than

Trường hợp chất lượng than thấp, bất buộc phải dùng chung nhiên liệu khác (dầu hoặc khí), vòi phun phải thiết kế khác Tốc độ phun còn phụ thuộc

lượng không khí hoà trộn cùng phối liệu, to gọi là gió một, trong công nghệ

XM, khoảng 6% lượng không khí cần cho quá trình cháy

 Đặt vuông góc: phối liệu nhận nhiệt trực tiếp, truyền nhiệt tốt hơn Hạn

chế của kỹ thuật này là lửa ngắn, cháy không hết nhiên liệu, làm xáo trộn phối liệu và tăng tốc độ quá trình ăn mòn VLCL

 Đặt song song với trục lò đảm bảo sự cháy nhiên liệu triệt để Để tăng

nhiệt truyền từ nhọn lửa vào phối liệu, cần lựa chọn vị trí đặt vòi phun phù hợp Với những lò bán kính nhỏ, vòi phun đặt chính tâm lò, còn với những lò bán kính lớn, vị trí vòi phun không đặt ở chính tâm lò, mà ở mức thấp dưới tâm, sao cho lửa tiếp xúc được với khối phối liệu trong lò

để tăng hiệu quả truyền nhiệt , nhưng lửa phun không chạm vào GCL ở phần trên thân lò

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 20

2.7.3 Quá trình cháy của nhiên liệu

Quá trình cháy là quá trình oxy hoá kèm theo sự phát lửa và toả nhiệt

nói cách khác, cháy là quá trình phản ứng hoá học giữa oxy và nhiên liệu

(oxy hoá), kết quả quá trình là sự phát lửa và toả nhiệt

Quá trình cháy bao gồm những giai đoạn chính như sau:

 Hoà trộn là quá trình hoà trộn nhiên liệu với không khí

 Phản ứng cháy: phản ứng hoá học giữa oxy và các thành phần

cháy được của nhiên liệu ( C, P, S) quá trình toả nhiệt và phát sáng ( lửa)

 Phát tán sản phẩm cháy: sản phẩm sau khi cháy là hỗn hợp các

oxít CO, CO2, H2O, SO2, NOx….Không khí nóng và phần nhiên liệu chưa

phản ứng hết Hỗn hợp có nhiệt độ cao phát tán trong không gian lò, hoàn tất

quá trình cháy, truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt liệu rồi thoát ra khỏi lò

Tốc độ quá trình cháy phụ thuộc vào

giai đoạn chậm nhất trong các giai đoạn nói

trên Trong các hệ thống lò đốt công nghiệp

thông thường, giai đoạn chậm nhất thường là

giai đoạn hoà trộn Vòi phun nhiên liệu được

thiết kế sao cho hoà trộn nhiên liệu _không

khí tốt nhất để quá trình cháy được xảy ra

hoàn toàn.Không khí trong quá trình cháy

thường chia làm ba loại, tương ứng với ba

giai đoạn cháy gió 1, gió 2, gió 3

Gió 1 ( hoặc lượng khí sơ cấp ):

Lượng không khí hoà trộn với nhiên liệu trước khi xảy ra phản ứng cháy

gọi là gió 1 đây là lượng khí cần cho quá trình cháy, thổi cưỡng bức, hoà trộn

rất nhanh cùng nhiên liệu qua vòi phun Nếu hoà trộn tốt, gió 1 sẽ cháy hết

Gió 1 có tác dụng kiểm soát tốc độ hoà trộn khí + nhiên liệu, tốc độ dòng và

ổn định hình dạng ngọn lửa trong quá trình cháy

Gió 2 ( hoặc khí thứ cấp)

Lượng không khí bị cuốn tự nhiên theo dòng phun nhiên liệu cháy thành

ngọn lửa do chênh lệch áp suất Lượng khí này phụ thuộc tỉ lệ hoà trộn của

gió 1 và tốc độ dòng khí Gió 2 là dòng khí đối lưu bên cạnh dòng lửa khí ảnh

hưởng nhiều tới hình

thuận lợi cho quá trình chuyển vận và hoà trộn với than trong đường ống.)

Gió 3 : Lượng khí tự nhiên hoặc cưỡng bức thêm vào hỗn hợp sản phẩm

cháy sau khi quá trình cháy đã hoàn tất về cơ bản Gió 3 có tác dụng điều

chỉnh nhiệt độ hỗn hợp khi cháy

Gió

Gió

Đốt Vùng phân

Vùng

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 21

Trong công nghệ sản xuất clinker, XMP, lượng khí hồi lưu từ các thiết

bị làm nguội thường là gió 3, nếu thiết bị ổn định, tăng dần khí trong thiết bị

làm nguội làm giảm nhiệt độ gió 2 và do đó giảm nhiệt độ lửa, và do đó, thậm

chí còn tốn nhiên liệu thêm chứ không tiết kiệm được nhiên liệu như mong

chờ Lượng nhiên liệu tiêu tốn thêm lớn hơn lượng nhiên liệu dùng nâng nhiệt

độ khí thải

III Lò tầng sôi

1 Các nét đặc trưng chính của dây chuyền

So với hệ thống lò quay thông dụng, hệ thống lò tầng sôi có những nét đặc

trưng sau:

 Cho phép sử dụng linh hoạt các loại nhiên liệu chất lượng khác nhau

 Hiệu suất sử dụng nhiệt thải đạt tới 80%

 Giảm tiêu hao nhiệt 25-10%, và như vậy, làm giảm 25-10% lượng CO2

thoát ra môi trường

 Giảm hàm lượng NOx thoát ra môi trường tới 50% do sử dụng công nghệ

đốt nhiên liệu tiên tiến trong tầng sôi nhiệt độ 13000C

 Nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ nên đảm bảo chất lượng ổn định clinker

 Bố trí thết bị cho phép tiết kiệm mặt bằng và chi phí xây doing

 Giảm chi phí vận hành và chi phí bão dưỡng

2 Cấu tạo hệ thống

Sơ đồ công nghệ của hệ thống lò nung

mới kiểu tầng sôi FLUBECKS được thiết kế

để sản xuất các chủng loại xi măng đặc biệt

như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng belít ít

tỏa nhiệt Nó bao gồm hệ lò 2 tầng: tạo hạt

và lò nung

Hệ thống lò FLUBECKS bao gồm tháp

trao đổi nhiệt kiểu treo được trang bị buồng

tiền nung với chức năng phân giải cacbonát,

lò tầng sôi để nung luyện clinker và máy làm

nguội clinker kiểu tầng sôi với kiểu thổi gió

qua lớp clinker cố định

2.1 Tháp trao đổi nhiệt

Tháp trao đổi nhiệt thể treo SP trang bị

buồng đốt phụ SC gồm tháp trao đổi nhiệt 4 tầng nhằm sấy khô nguyên liệu, buồng

đốt phụ với chức năng phân giải cácbonat tương tự hệ thống lò quay phương pháp

khô hiện tại

2.2 Lò nung

Lò nung luyện clinker kiểu tầng sôi có chức năng tạo hạt nguyên liệu có kích

thước 1.2-2mm và nung luyện clinker ở nhiệt độ cao 13000C Trong công nghệ nung

luyện này, không cần phải cấp các hạt clinker làm lõi trước khi nung và đây cũng

chính là chìa khóa công nghệ dẫn đến thành công

2.3 Máy làm nguội

Máy làm nguội clinker kiểu thổi gió trong tầng sôi có chức năng làm nguội

nhanh clinker xuống dưới 10000C trong vùng nhiệt độ cao một cách nhanh chóng để

đảm bảo chất lượng tối ưu của clinker

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 22

Máy làm nguội clinker qua lớp vật liệu cố định có chức năng làm nguội clinker

tới nhiệt độ khoảng 1500C một cách kinh tế nhất

2.4 Hệ thống phân loại và tháo clinker tại đáy

Hệ thống phân loại và tháo clinker ở đáy có chức năng tháo một cách có lựa

chọn các hạt clinker đủ kích thước trở lên xuống máy làm nguội Các hạt nhỏ và các

hạt bột được quay ngược trở lại để tiếp tục nung luyện và tạo hạt, do đó thời gian lưu

giữ nguyên liệu để tham gia phản ứng tạo khoáng cho clinker sẽ là như nhau Nhờ

vậy, chất lượng clinker sẽ được đảm bảo Hệ thống này cho phép kiểm soát một cách

tốt nhất chất lượng hạt clinker cũng như đường phân bổ cỡ hạt sản phẩm ra khỏi lò

nung FCK và vật liệu trong lò

2.5 Cơ cấu thổi bột liệu

Bột liệu được thổi vào một cách nhanh chóng nhằm tránh hiện tượng dính bám

cũng như kết khối trước trong FCK Nó cũng đồng thời thực hiện chức năng kiểm

soát quá trình tự tạo hạt của clinker trong suốt thời gian kết luyện ở nhiệt độ cao

2.6 Cơ cấu phân phối đặc biệt

Cơ cấu phân phối đặc biệt được trang bị

hàng loạt lỗ phun gió có

tác dụng tạo điều kiện cho

quá trình tạo hạt diễn ra

 Hệ thống lò nung kiểu tầng sôi cho phép kiểm soát cỡ hạt tại lò tạo hạt

thông qua cơ cấu phân phối đặc biệt, hệ thống tháo clinker có phân loại theo

cỡ hạt và hệ thống thổi bột liệu

 Chất lượng clinker trong các lò thử nghiệm được đảm bảo nhờ nguyên liệu

có đủ thời gian lưu giữ trong zone nung với nhiệt độ cao, còn nhiên liệu sẽ

cháy heat và không lẫn vào trong clinker

 Hiệu suất thu hồi tại các hệ lò thử nghiệm đều đạt mức cao

 Lượng CO2 thoát ra môi trường giảm 20-25% so với các lò quay thông

dụng

 Lượng khí NOx trong khí thải giảm nhiều so với lò quay nhưng vẫn còn

chưa đạt được mục tiêu ban đầu đề ra

IV So sánh và chọn loại lò

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 23

Ưu điểm  Do trộn than với phối

liệu nên khi nhiên liệu cháy trực tiếp truyền nhiệt cho phối liệu.Vì vậy năng lượng tiêu tốn cho 1 đơn

vị khối lượng clinker ít hơn so với lò quay phương pháp ướt

 Chi phí xây dựng và bảo trì thấp thích hợp cho những nơi có nhu cầu XM thấp

 Phối liệu được nghiền ướt,

có độ đồng nhất cao nên chất lượng clinker rất đồng đều do

đó xi măng có chất lượng cao

 Có dạng ống trụ dài,đường kính lớn Do đó,lò quay có diện tích làm việc lớn, cho năng suất cao

 Tự động hóa sản xuất,hoạt

động liên tục(so với lò đứng)

 Tiết kiệm nhiệt hơn phương pháp ướt nhờ hệ thống

TĐN

 Nhờ thiết bị trao đổi nhiệt nên giảm đáng

kể chiều dài lò,tiết kiệm vật liệu,diện tích xây

 Năng suất thấp do cần thời gian để kết khối hoàn toàn phối liệu

 Ô nhiễm môi trường

 Tiêu tốn nhiều nhiệt lượng

để làm bay hơi toàn bộ lượng nước có trong hỗn hợp bùn (1300 – 1450 kcal/kg clinker).Chi phí năng lượng này chiếm tỷ lệ cao nhất trong tổng chi phí năng lượng để

nung clinker

 Kích thước lò quay quá lớn,

tiêu hao điện năng, tiêu hao gạch chịu lửa cao, rủi ro khi vận hành lò cao, đồng thời đòi hỏi mặt bằng nhà máy rất lớn

 Vấn đề môi trường chưa được giải quyết

 Độ đồng nhất không cao bằng phương pháp ướt nhưng được cải tiến bằng hệ thống

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 24

b Chọn loại lò quay có hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo SLC-D, có 3 bệ đỡ ,

tham khảo bảng sau

Dựa vào bảng thống kế ở trên ta chọn lò nung:

Kích thước lò: L D = 3.75  57

Với L : chiều dài lò (m)

D : đường kính trong của lò (m)

SVTH: Đỗ Minh Hiền Page 25

Do D = 3.75 m nên ta chọn p = 3.50

 n: số vòng quay (v/ph)

Khi quay,phối liệu trong lò thay đổi vị trí nhận nhiệt.Tốc độ quay nhanh bề

mặt nhận nhiệt tăng,năng suất tăng,nhưng nếu tốc độ quá cao thì phản ứng sẽ

không hoàn toàn,ăn mòn gạch chịu lửa.Với lò đường kính lớn 3.75 m ta chọn n

  : hệ số đổ đầy (%),thường 5 – 17 %

Lò có đường kính càng lớn thì bề mặt nhận nhiệt của lò tăng,lượng phối liệu

đổ đầy càng cao.Đường kính tối đa của lò hiện nay là 6 m vì nó bị giới hạn do

tuổi thọ gạch chịu lửa.Khi tăng đường kính lò thì độ côn của gạch chịu lửa

nhỏ,nghĩa là tuổi thọ gạch sẽ kém hơn lò có đường kính nhỏ hơn

Lò có đường kính 3.75 m ta chọn  = 12 % là phù hợp

4 Tính công suất lò quay

Công suất truyền động cho lò gồm năng lượng cần cho quá trình quay lò và cần

cho phối liệu chuyển động

4.1 Công suất truyền động

0.595

W b t N f E

r

Trong đó:

 W: tải trọng theo phương thẳng đứng trên các trục đỡ (T)

Lót 2 lớp gạch cho vùng kết khối, các vùng còn lại ta lót 1 lớp gạch Các

loại gạch theo từng khu vực:

Vùng đầu vào lò

Chiều dài L1=0.75 m

Chiều dày (m)

Khối lượng riêng d(kg/m3) Gạch samốt

Thép CT30

0.25 0.08

2400

7800