ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐHBK

Việt Nam đang trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc xây dựng cơ sở hạ tầng và thượng tầng kiến trúc để đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước là không thể thiếu và vô cùng mạnh mẽ do vậy nhu cầu sử dụng của xi măng cũng tăng theo. Nước ta luôn nằm trong Top những nước dẫn đầu về sản lượng sản xuất và tiêu thụ xi măng trong khối ASEAN. Năm 2012 lượng xi măng tiêu thụ trong nước đạt 53 triệu tấn và xuất khẩu khoảng 6 triệu tấn (1). Năm 2013 sản lượng xi măng đạt 79.45 triệu tấn, sản lượng

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc xây dựng cơ sở hạtầng và thượng tầng kiến trúc để đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước là không thể thiếu

và vô cùng mạnh mẽ do vậy nhu cầu sử dụng của xi măng cũng tăng theo

Nước ta luôn nằm trong Top những nước dẫn đầu về sản lượng sản xuất và tiêu thụ ximăng trong khối ASEAN Năm 2012 lượng xi măng tiêu thụ trong nước đạt 53 triệu tấn vàxuất khẩu khoảng 6 triệu tấn (1) Năm 2013 sản lượng xi măng đạt 79.45 triệu tấn, sản lượngtiêu thụ ước tính 57 đến 59 triệu tấn (kể cả xuất khẩu 8 triệu tấn) Năm 2014 đạt 81.56 triệutấn, tiêu thụ 64 đến 66 triệu tấn (xuất khẩu 9 triệu tấn) Năm 2015 sản lượng xi măng đạt83.86 triệu tấn, tiêu thụ từ 71 đến 74 triệu tấn (xuất khẩu 10 triệu tấn) (2) Bộ xây dựng đãtính toán nhu cầu xi măng trong năm 2016 khoảng 75-77 triệu tấn, tăng 3.2-6% so với năm

2015 Trong đó tiêu thụ xi măng nội địa khoảng 59-60 triệu tấn, tăng 4.5-6.3%, xuất khẩu16-17 triệu tấn

Ngành xi măng phát triển sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của đất nước Doanh thu

do nó mang lại đóng góp nhiều cho nền kinh tế quốc dân, góp phần giải quyết khó khăn vềcông ăn việc làm, giúp các doanh nghiệp trả các khoản vốn vay đầu tư, giảm chi phí tàichính và rủi ro kinh doanh (3)

Tuy nhiên cùng với sự phát triển đó thì nghành xi măng cũng không tránh khỏi nhữngthách thức đặt ra Một trong những áp lực không nhỏ đối với doanh nghiệp sản xuất xi măng

đó là áp lực về tài chính Do không đủ nguồn tài chính nên hầu hết các nhà máy xi măng đềuxây dựng theo hình thức góp vốn và vay vốn ngân hàng trong, ngoài nước nên các nhà máyluôn thiếu vốn và chịu áp lực trả nợ rất lớn trong khi lại không thể hạ giá thành sảnphẩm.Thách thức thứ hai là sự cạnh tranh với các nước trên thế giới về chất lượng và giáthành xi măng, sự biến động của thị trường sản xuất, tiêu thụ Thách thức lớn cuối cùng làsản xuất xi măng lại là lĩnh vực ảnh hưởng nhiều đến ô nhiễm môi trường, tiêu hao nhiềunguyên liệu, năng lượng Nhiệm vụ hiện nay là phải tìm được giải pháp quản lý cũng như ápdụng dây chuyền công nghệ phù hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng tiết kiệm nguyên-nhiênliệu trong quá trình sản xuất clinker-xi măng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm trongkhi vẫn đảm bảo được chất lượng yêu cầu và thân thiện môi trường Tuy nhiên hiện nay cácnhà máy vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm

Để giải quyết một phần các vấn đề về chất lượng, công nghệ đòi hỏi cần nguồn nhânlực trình độ cao do đó là một kỹ sư tương lai tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế phân xưởng

lò nung sản xuất clinker để sản xuất xi măng PC50, năng suất 1.4 triệu tấn/năm Lò quayphương pháp khô và nhiên liệu sử dụng là than” Đồ án còn nhiều sai sót do trình độ còn hạnchế, chưa có thực tế trải nghiệm Tôi chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy THS.GVCNguyễn Dân

Đà Nẵng, ngày 1 tháng 3 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Phước Anh

CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ:

nhất

Tiền đồngnhất

Tiền đồngnhất

Định lượng

Băng tải chung

Sấy nghiền liên hợp

Đồng nhất bột liệu

Tháp trao đổi nhiệt

Gió 3

Gió 1

Gió 2

1.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ:

Đá vôi tại các mỏ được khai thác bằng phương pháp khoan nổ mìn được ôtô có côngsuất lớn vận chuyển về phễu tiếp liệu để đưa đến trạm đập đá vôi và được gia công sơ bộbằng máy đập hàm đến kích thước 60-80mm, sau đó đưa vào máy đập búa Đá ra khỏi máyđập búa có kích thước 5-25mm sẽ theo băng tải cao su tập trung vào kho dài đồng nhất sơ bộtheo phương pháp Chevron Đá vôi sau khi tiền đồng nhất được đưa vào két chứa hoặc silô Đất sét sau khi khai thác tại các mỏ bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp dùng tàucuốc, máy xúc được vận chuyển về trạm đập bằng ôtô và đổ vào máy cán trục hai trục Đấtsét sau khi qua máy cán trục có kích thước < 25mm theo băng tải cao su tập trung vào kho

Thạch cao và phụ gia

Lò quay

Máy đập búaDàn làm lạnh

Tiền đồng nhấtKho chứa và ủ clinker

Silô chứaMáy nghiền clinker

Định lượng

Xi măng

Silô chứa

Kiểm tra tínhchất lý-hóacủa xi măng

Xuất hàngĐóng bao

đồng nhất sơ bộ theo phương pháp Windrow để đảm bảo độ đồng nhất rồi được đưa đến kétchứa hay silô để định lượng cấp cho máy nghiền liệu.

Quặng sắt, đá cao silic, thạch cao và phụ gia được mua về nhà máy bằng đường bộhoặc đường sắt Nếu có kích thước lớn thì đưa qua máy đập búa để đập sơ bộ đến kích thướckhoảng ≤ 25mm trước khi đưa vào kho chứa để tiền đồng nhất Sau đó được hệ thống máycào và băng tải cao su đưa đến két chứa hay silô

Than cám 4A nhập vào kho nhà máy cũng được đánh đống trộn đều trước khi cấp chomáy nghiền than để tạo kích thước yêu cầu độ mịn <5%, độ ẩm khoảng 1-1.5% (máy nghiềnthan có thể là một máy sấy nghiền liên hợp), sau đó đưa vào silô chứa Tại đây than mịnđược định lượng rồi đưa đến béc đốt để đốt nhiên liệu

Từ bốn silo chứa đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic được tháo qua hệ thống cânđịnh lượng rồi được hệ thống băng tải cao su vận chuyển đến máy sấy nghiền liên hợp, sửdụng tác nhân sấy là khói lò Tại đây bột liệu được nghiền tới độ mịn có độ sót sàng <10%trên sàng N008, độ ẩm ≤ 1% được thu hồi bằng hệ thống cyclon lắng, lọc bụi tĩnh điện rồivận chuyển về silô đồng nhất Dựa vào áp lực nhất định của khí nén để tiến hành trộn đềubột liệu Sau đó được định lượng và cấp vào tháp trao đổi nhiệt Tại đây xảy ra các quá trìnhmất nước lý học, hóa học và phân hủy một phần cacbonat Tiếp theo qua calciner để tănghiệu suất phân hủy cacbonat đến 90÷95% trước khi vào lò Bột liệu đi từ đầu lò tới cuối lòcòn khí nóng thì chuyển động ngược chiều với bột liệu nhờ đó bột liệu tiếp tục được đunnóng để thực hiện các phản ứng tiếp theo và kết khối tạo clinker Sau khi ra khỏi lò quayclinker có nhiệt độ khoảng 14500C được đưa qua dàn làm lạnh kiểu ghi để hạ nhiệt độ xuống1000-11000C Clinker ra khỏi thiết bị làm lạnh được đưa ra kho ủ từ 7-10 ngày

Đập thô clinker, thạch cao và các phụ gia khác theo tỉ lệ yêu cầu trong máy đập hàmđến kích thước đạt yêu cầu để tạo xi măng Xi măng bột từ máy đập nghiền ra có nhiệt độthường là 80-1300C hoặc cao hơn được tiếp tục làm lạnh trong các silô chứa Xi măng đượckiểm tra tính chất lý hóa rồi được tháo ra ngoài, đóng bao và được vận chuyển qua các băngtải cao su tới máng xuất xi măng

CHƯƠNG II: TÍNH PHỐI LIỆU

2.1 Mục đích

Mục đích của bài tính phối liệu là để xác định tỉ lệ pha trộn giữa các cấu tử khi nungluyện để có clinker chất lượng đúng yêu cầu Bài phối liệu của tôi gồm 2 cấu tử chính là đávôi và đất sét, ngoài ra tôi dùng thêm quặng sắt để điều chỉnh môđun alumin và đá cao Silic

để điều chỉnh môđun silicat Vì dùng nhiên liệu là than nên sẽ có tro than lẫn vào clinker.Vậy bài phối liệu của tôi gồm bốn cấu tử: đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic và tro thanlẫn vào

1 Căn cứ vào chất lượng xi măng dựa vào thực tế để chọn các hệ số LSF, n, p

2 Quy đổi thành phần hóa học hai của nguyên liệu là đá vôi và đất sét về 100% Dựavào công thức thực nghiệm sau đó so sánh với LSF, n, p đã chọn để bổ sung thêm cấu

tử hiệu chỉnh

3 Xác định hàm lượng tro lẫn vào clinker theo công thức t = (%) Trong đó:

P: lượng than tiêu tốn riêng (kg than/kg clinker)

A: hàm lượng tro có trong nhiên liệu (%)

n: lượng tro lẫn vào clinker xi măng so với tổng hàm lượng tro có trong nhiên liệu

4 Chuyển từ bảng nguyên liệu chưa nung sang bảng thành phần hóa học của nguyênliệu đã nung để tiện việc tính toán (nghĩa là trừ đi MKN)

5 Thiết lập 4 phương trình theo phần trăm của 4 cấu tử, LSF, n, p và tiến hành tính theocông thức hướng dẫn

6 Dùng định thức Cramer giải hệ tìm tỉ lệ % của các cấu tử chính, phụ Tính thành phầnhóa học của từng cấu tử trong clinker, thành phần khoáng, lượng pha lỏng, kiểm tralại 3 hệ số cơ bản

7 Tính chuyển về bài phối liệu chưa nung và tính tít phối liệu

2.4 Một số kí hiệu, quy ước:

Bảng 2.1 Kí hiệu các thành phần hóa học của nguyên liệu:

Hợp chất SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Mg

2O Chất khác Mất khi nung

2.5 Tính bài phối liệu:

- Hệ số bão hòa vôi: LSF =

- Chọn nguyên liệu – cấu tử điều chỉnh – nhiên liệu:

Nguyên liệu chính để sản xuất clinker xi măng Portland bao gồm: đá vôi, đất sét

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu chínhNguyên

Đá vôi 2.66 0.82 0.44 52.78 0.49 0.07 0.01 1.19 41.59 100.05Đất sét 59.92 17.18 5.67 4.2 0.85 1.79 1.11 0.56 8.72 100

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu chính quy về 100%

Nguyên

Đá vôi 2.659 0.82 0.44 52.75 0.49 0.07 0.01 1.19 41.57 100Đất sét 59.92 17.18 5.67 4.2 0.85 1.79 1.11 0.56 8.72 100

Ta có: MAđs = = = 3.03

MS = = = 2.622

Ta phải dùng nguyên liệu tăng Fe2O3 và SiO2 để điều chỉnh MA, MS của đất sét.

Bảng 2.4: Thành phần hóa của nguyên liệu điều chỉnhNguyên

Quặng sắt 25.02 11.73 52.2 0.14 0.36 0 0 2.3 8.27 100

Đá cao

Nhiên liệu sử dụng cho hệ thống lò là 100% than cám 4A Quảng Ninh.

Bảng 2.5: Thành phần hóa học làm việc của than cám 4A Quảng Ninh

Trong đó:

WL: Độ ẩm làm việc của than

AL: Hàm lượng tro than làm việc

SL: Hàm lượng lưu huỳnh làm việc trong than

CL: Hàm lượng cacbon làm việc trong than

HL: Hàm lượng hidro làm việc trong than

NL: Hàm lượng nitơ làm việc trong than

OL: Hàm lượng oxi làm việc trong than

VL: Hàm lượng chất bốc làm việc trong than

Áp dụng công thức tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có:

Qt = 81CL+246HL-26(OL-SL)-6WL = 5986.1 (kcal/kg than)

Chọn lượng nhiệt tiêu tốn riêng: q = 750 (kcal/kg clinker)

Lượng tro than đọng lại trong lò: n = 100 (%)

Lượng than cần thiết để nung 1kg clinker:

Đá cao

Bảng 2.8: Thành phần của nguyên liệu, nhiên liệu khô đã nung

Đá vôi 4.55 1.403 0.75 90.28 0.838 0.12 0.017 2.04 0 100Đất sét 65.64 18.82 6.21 4.601 0.931 1.961 1.216 0.61 0 100Quặng sắt 27.28 12.79 56.9 0.153 0.392 0 0 2.51 0 100

Đá cao

- Lập và giải hệ phương trình:

Gọi xi (i = 1÷5) là phần trăm các cấu tử: Đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic, tro than

Phương trình 1: Tổng phần trăm các cấu tử, kể cả tro than.

19494.654

12186.164

24575.99337.819 -8.883 78.227 -4.268-13.495 -5.565 139.937 -69.212

Thành phần hóa học của từng cấu tử trong clinker:

Bảng 2.9: Thành phần hóa của clinker

Đá vôi 3.280 1.011 0.5426 65.08 0.604 0.086 0.01234 1.467 72.089Đất sét 11.456 3.285 1.084 0.803 0.163 0.342 0.21221 0.107 17.4513Quặng sắt 0.802 0.376

2.94155

Đá cao

Silic 4.809 0.366 0.0847 0.014 0.013 0 0 0.102 5.38811Tro than 1.316 0.5178 0.0871 0.092 2E-04 0 0 0.117 2.12993

Nhận xét: Lượng pha lỏng L = 24.1636% phù hợp với lý thuyết ( lò quay phương pháp khô

L = 24÷26%) đảm bảo cho quá trình

- Tính chuyển về bài phối liệu chưa nung:

Kí hiệu:

xik: % hàm lượng cấu tử i (không kể tro) trong clinker

Xi: % hàm lượng cấu tử i trước khi nung

MKNi: lượng mất khi nung của cấu tử i

Áp dụng công thức chuyển đổi:

Đất sét 7.578 2.173 0.717 0.531 0.108 0.226 0.14 0.071 1.103 12.648Quặng

sét 0.531

0.249

Trong đó: C: Hàm lượng CaO trong phối liệu

M: Hàm lượng MgO trong phối liệu

- Tính hệ số sử dụng thời gian của lò nung

- Tính năng suất phân xưởng lò nung Căn cứ vào năng suất tính được để chọn năng suất,chiều dài, đường kính của lò sao cho hợp lý (hệ số dự trữ công suất dư < 5%)

2 Tính cân bằng vật chất cho lò nung:

- Lượng nhiên liệu dùng để sản xuất 1kg clinker

- Xác định lượng nguyên liệu tiêu tốn cho 1 tấn clinker (nguyên liệu khô lý thuyết, ẩm lýthuyết, khô thực tế, ẩm thực tế)

- Tính lượng nguyên, nhiên liệu thực tế cần cho hoạt động của lò nung trong một năm

- Tính lượng vật chất vào lò

- Tính lượng vật chất ra khỏi lò

- Xác định sai số giữa lượng vật chất vào và ra khỏi lò nung:

- Lập bảng cân bằng vật chất cho việc đốt cháy 1kg nhiên liệu

3 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy

4 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết và thực tế của nhiên liệu

3.4 Hệ số sử dụng thời gian của lò nung:

- Thời gian ngừng lò trong năm:

+ Đại tu: 20 ngày/năm

+ Trung tu: 7 ngày/năm

+ Tiểu tu và sửa chữa đột xuất: 4 ngày/năm

Tổng: 31 ngày/năm

Vậy thời gian nghỉ của lò trong năm là: 31 (ngày/năm)

- Hệ số sử dụng thời gian của lò nung:

K = 0.91507

3.5 Năng suất phân xưởng lò nung:

Năng suất yêu cầu của nhà máy: M’ = 1.4 triệu tấn xi măng/năm

Để sản xuất xi măng PC50 ta nghiền (90÷95)% clinker với (3-5)% thạch cao thiênnhiên+phụ gia khoáng hoạt tính+phụ gia khác

Kết quả trên phù hợp và cho phép tính toán tiếp tục

Vậy chọn lò có: Công suất lò: 4000 tấn/ngày

G

G G

100 tấn nguyên liệu → (100-MKN) tấn clinker

tấn nguyên liệu ← 1 tấn clinker

Lượng nguyên liệu khô lý thuyết để thu được 1 tấn clinker:

= = = 1.5445 (tấn/tấn clinker)

3.7 Tính cân bằng vật chất cho lò nung:

Các thông số của nguyên liệu:

Độ ẩm tự nhiên của đá vôi w1 = 1.5%

Độ ẩm tự nhiên của đất sét w2 = 2%

Độ ẩm tự nhiên của quặng sắt w3 = 1.5%

Độ ẩm tự nhiên của đá cao Silic w4 = 1.5%

Độ ẩm tự nhiên của thạch cao w5 = 1% và phụ gia w6 = 1%

Hệ số sử dụng thời gian của lò: K = 0.91507

3.7.1 Lượng than dùng để sản xuất 1kg clinker:

= P = 0.1253 (kg than/kg clinker)

3.7.2 Xác định lượng nguyên liệu tiêu hao để tạo thành 1 tấn clinker:

Bảng 3.1 Tỉ lệ các cấu tử trong phối liệu (%)

3.7.2.1 Lượng nguyên liệu lý thuyết để sản xuất 1 tấn clinker:

a) Lượng nguyên liệu khô lý thuyết:

- Đá vôi: = = 1.2606 (tấn/tấn clinker)

- Đất sét: = = 0.1953 (tấn/tấn clinker)

- Quặng sắt: = = 0.0328 (tấn/tấn clinker)

- Đá cao Silic: = = 0.0558 (tấn/tấn clinker)

Vậy tổng nguyên liệu khô lý thuyết tiêu tốn là:

- Đá cao Silic: = = = 0.0567 (tấn/tấn clinker)

Vậy tổng nguyên liệu ẩm lý thuyết tiêu tốn là:

= 1.56906 (tấn/tấn clinker)

3.7.2.2 Lượng nguyên liệu thực tế để sản xuất 1 tấn clinker:

a) Lượng nguyên liệu khô thực tế:

Do có một lượng bụi bị cuốn ra ngoài ống khói và tổn thất do vận chuyển nên chọn hệ số tổnthất là 1%

- Đá cao Silic: = = 0.0572 (tấn/tấn clinker)

Vậy tổng nguyên liệu ẩm thực tế tiêu tốn là:

= 1.58491 (tấn/tấn clinker)

Bảng 3.3 Bảng tổng kết lượng nguyên liệu tiêu tốn cho 1 tấn clinker

3.7.3 Lượng nguyên, nhiên liệu thực tế cần thiết cho hoạt động lò nung trong 1 năm:

Năng suất của nhà máy M’ = 1.4× tấn/năm với lượng phụ gia và thạch cao là 10%

3.7.3.1 Lượng nguyên liệu cần thiết cung cấp hằng năm cho lò nung (tính theo lượng nguyênliệu ẩm thực tế):

- Đá vôi: = = 1.2927×1272600 = 1645118.412 (tấn/năm)

- Đất sét: = = 0.2013×1272600 = 256231.154 (tấn/năm)

- Quặng sắt: = = 0.0336×1272600 = 42759.781 (tấn/năm)

- Đá cao Silic: = = 0.0572×1272600 = 72844.732 (tấn/năm)

Tổng lượng nguyên liệu ẩm thực tế cung cấp hằng năm:

= +++

= 1645118.412+256231.154+42759.781+72844.732 = 2016954.079 (tấn/năm)

3.7.3.2 Lượng nhiên liệu cung cấp hằng năm:

= ×N = 0.1253×1272600 = 159444.3795 (tấn/năm)

Bảng 3.4 Bảng tổng kết lượng nguyên liệu ẩm thực tế tiêu tốn

Nguyên liệu Tấn/năm Lượng nguyên liệu cần thiết dùngTấn/ngày Tấn/giờ %

3.7.4.2 Lượng nguyên liệu vào lò có kể đến lượng bụi tổn thất do khí thải cuốn ra khỏi lò:

* Lượng nguyên liệu khô:

: Lượng nguyên liệu khô lý thuyết thu được 1 tấn clinker:

= 1.54453 (Tấn/Tấn Clinker)

Gọi a là tổn thất nguyên liệu theo bụi ra ngoài

Với phương pháp khô ta chọn a = 2%:

= 1.5760 (tấn/tấn clinker)

(7.1 - Trang 116 - Thiết kế nhà máy xi măng)

* Lượng nguyên liệu ẩm vào lò:

= = 1.5920 (tấn/tấn clinker)

(7.2 - Trang 116 - Thiết kế nhà máy xi măng)

Vì đây là phương pháp khô nên chọn độ ẩm của phối liệu vào lò: WC = 1%

3.7.4.3 Lượng không khí lò nung:

* Lượng không khí khô lý thuyết:

(Công thức 1.9 – Trang 11 – Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập 1)

p p

p d