THIẾT KẾ ĐỊNH HÌNH DÂY CHUYỀN NHÀ MÁY XI MĂNG BỀN SUNFATE TỪ KHÂU KHAI THÁC ĐẾN HỖN HỢP PHỐI LIỆU

CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN KIẾN TRÚC KHO VÀ THIẾT BỊ TRONG PHẦNXƯỞNG 785.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho khâu khai thác, vận chuyển và giacông nguyên liệu 785.1.1 Khâu khai thác và gia công đá vôi 785.1.2 Khai thác và gia công đất sét 895.1.3 Nhập Laterit 925.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho khâu đồng nhất nguyên liệu vàphối liệu 955.2.1. Kho chứa Laterit 955.2.2. Thiết bị rải đổ và lấy liệu trong kho Laterit 965.2.3. Băng tải chung vận chuyển đá vôi, đất sét và đá Laterit 965.2.4. Thiết bị PGNAA 985.2.5. Kho tròn chứa phối liệu 985.3 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho phân xưởng sấy nghiền 1005.3.1 Tiếp liệu băng định lượng đá vôi, đất sét và đá Laterit 100CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN KIẾN TRÚC KHO VÀ THIẾT BỊ TRONG PHẦNXƯỞNG 785.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho khâu khai thác, vận chuyển và giacông nguyên liệu 785.1.1 Khâu khai thác và gia công đá vôi 785.1.2 Khai thác và gia công đất sét 895.1.3 Nhập Laterit 925.2 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho khâu đồng nhất nguyên liệu vàphối liệu 955.2.1. Kho chứa Laterit 955.2.2. Thiết bị rải đổ và lấy liệu trong kho Laterit 965.2.3. Băng tải chung vận chuyển đá vôi, đất sét và đá Laterit 965.2.4. Thiết bị PGNAA 985.2.5. Kho tròn chứa phối liệu 985.3 Tính toán và lựa chọn thiết bị chính cho phân xưởng sấy nghiền 1005.3.1 Tiếp liệu băng định lượng đá vôi, đất sét và đá Laterit 100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

THIẾT KẾ ĐỊNH HÌNH DÂY CHUYỀN NHÀ MÁY

XI MĂNG BỀN SUNFATE TỪ KHÂU KHAI THÁC

ĐẾN HỖN HỢP PHỐI LIỆU

GVHD: Ths Nguyễn Ngọc Thành

SVTH: Hoàng Hữu Nghĩa 1412443

TPHCM, ngày 14 tháng 5 năm 2019

MỤC LỤC

Trang 2HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG

Trang 4HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Chương 1: BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI

1.1 Thực trạng ăn mòn các công trình bê tông và bê tông cốt thép

1.1.1 Thực trạng ăn mòn các công trình trên thế giới [1]

Bê tông cốt thép (BTCT) được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19 Songphải đến cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, BTCT mới được ứng dụng trong xây dựng cáccông trình biển

Ở Việt Nam, BTCT đã được người Pháp đưa vào sử dụng từ cuối thế kỷ 19 Tuynhiên, phải sau năm 1960, số lượng công trình BTCT xây dựng trong môi trường biểnmới tăng đáng kể

Qua hơn một thế kỷ sử dụng, độ bền thực tế của các công trình BTCT được các quốc giatrên thế giới tổng kết như sau:

• Trong môi trường không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể bền vữngtrên 100 năm

• Trong môi trường xâm thực ăn mòn vùng biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và

bê tông dẫn đến làm nứt và phá hủy kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất hiệnsau 10 – 30 năm sử dụng Độ bền thực thế của kết cấu BTCT phụ thuộc vàomức độ xâm thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng

Hình 1.2 Ăn mòn BTCT bến tàu ngầm

Hood, Washiton, U.S

Hình 1.1 Ăn mòn BTCT ngọn hải đăng

Angels Gate

47 vũng vịnh, và khoảng 3000 hòn đảo lớn, nhỏ Theo tính chất xâm thực và mức độtác dụng lên kết cấu BTCT có thể phân môi trường biển việt Nam thành 3 phần ranhgiới, thể hiện rõ trong hình 1.3.

Việt Nam là 1 trong 10 nước có chỉ số cao nhất về chiều dài bờ biển, bên cạnh đókhí quyển trên biển và ven biển chứa nồng độ cao các chất xâm thực, lượng bức xạ mặttrời, nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa cao,…làm cho khá nhiều công trình ven biển bị ảnhhưởng Có thể phân loại mức độ tác động của môi trường biển đến các kết cấu bê tông

Trang 6

Hình 1.3 Ăn mòn BTCT cống Vàm Đồn - Bến Tre và cầu Hải Ninh – Hà Tĩnh

HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

1.2 Cơ chế ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường sunfate [3]

Vấn đề ăn mòn, phá hủy vật liệu trong môi trường biền và ven biển là một vấn đềhết sức phức tạp, đặc biệt là ăn mòn trong môi trường sunfate

Quá trình ăn mòn sunfate diễn ra khi khoáng Ca(OH)2 (tạo ra trong quá trìnhhydrat hóa của xi măng) tác dụng với muối SO42- của môi trường sunfate hình thànhCaSO4.2H2O Sản phẩm này tạo ra có thể tích gấp 2,24 lần gây ứng suất nội phá vỡ bêtông

Ca(OH)2+MgSO4+2H2O = CaSO 4 2H 2 O↓+Mg(OH)2

Ca(OH)2+(NH4)2SO4+2H2O=CaSO 4 2H 2 O↓+NH4(OH)2

Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O=CaSO 4 2H2O↓+NaOH

CaSO4.2H2O tác dụng với khoáng C3AH6 của đá xi măng (do phản ứng của C3A

và C4AF với nước tạo thành) tạo thành muối hydro trisunfua aluminat trcalci (ettringit).Đây là khoáng không hòa tan, có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu (2.86 lần),gây ứng suất nội phá vỡ cấu trúc bê tông

3CaSO4.2H2O+3CaO.Al2O3.6H2O+20H2O=3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (ettringit)

1.3 Giới thiệu về xi măng Portland bền sunfate

Để khắc phục sự ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường sunfate, bêtông bền sunfate đã được nghiên cứu và ứng dụng thành công Bê tông bền sunfate

là loại bê tông đặc biệt, sử dụng xi măng bền sunfate hoặc phụ giabền sunfate Do các cơ chế tạo khoáng đặc biệt bên trong cấu trúccủa bê tông sau khi đóng rắn mà bê tông có khả năng kháng được cácyếu tố nguy hại như ion Cl-, SO42- làm tăng cường khả năng chống ănmòn cho bê tông và cốt thép trong môi trường xâm thực (nước biển,nước thải, nước có chứa hóa chất công nghiệp…) Loại bê tông bềnsunfate này phù hợp với các kết cấu ngầm của công trình biển, venbiển, hệ thống xử lý nước thải, bờ kè, kênh dẫn hóa chất, bể chứa hóachất…

Trong công nghiệp sản xuất bê tông bền sunfate, xi măng Porland bền sunfate làvật liệu phổ biến và đem lại nhiều khả năng vượt trội nhất

1.3.1 Khái niệm

Xi măng Portland bền sulfate là sản phẩm được nghiền mịn từ clinker xi măngPortland bền sulfate với thạch cao (TCVN 5439:2004) Xi măng poóc lăng bền sulfategồm các mác: PCSR30, PCSR40, PCSR50 Trong đó: PCSR là ký hiệu xi măng Portlandbền sulfate Các trị số 30, 40, 50 là cường độ nén tối thiểu của mẫu vữa chuẩn sau 28ngày đóng rắn, tính bằng N/mm2 (MPa) xác định theo TCVN 6016:1995

1.3.2 Cơ chế hoạt động của xi măng Portland bền sunfate

Thành phần khoáng C3S, C3A gây ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình ăn mòn Vìvậy để hạn chế sự ăn mòn, phải làm giảm hàm lượng của các khoáng trên Cụ thể là ximăng porland bền sunfate PCSR có hàm lượng các khoáng theo TCVN 6067-2004:

1.3.3 Ưu điểm

− Giảm thiểu ăn mòn kết cấu thép do ngăn chặn được ion Cl-, SO42-

− Đảm bảo tính chất kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

− Giảm phản ứng kiềm – cốt liệu

− Xi măng có độ dẻo cao, cường độ cao Đặc biệt về sau cường độ và độ bền càngtăng, làm tăng tuổi thọ trung bình cảu công trình

1.3.4 Yêu cầu kỹ thuật

PCsr30 PCsr40 PCsr50Hàm lượng mất khi nung (MKN),%,không lớn hơn 3

Trang 8HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Hàm lượng anhydrit sunfurit (SO3),%,không lớn hơn 2,5

Hàm lượng tri canxi aluminat (C3A)%,không lớn hơn 3,5

Tổng hàm lượng tetra canxi fero aluminat và hai lần tri

canxi aluminat(C4AF+2C3A),%,không lớn hơn 25

Hàm lượng kiểu quy đổi Na2Oqđ,%,không lớn hơn 0,62)

Hàm lượng cặn không tan (CKT),%,không lớn hơn 1

Hàm lượng Bari ôxít (BaO),%, không lớn hơn 1,5-2,53)

Cường độ nén ,N/mm2(MPa),không nhỏ hơn 3 ngày

28 ngày

1230Thời gian đông kết ,phút Bắt đầu,không lớn hơn

Kết thúc ,không nhỏ hơn

45375

Độ mịnPhần còn lại trên sàng 0,08mm,%,không lớn hơn

Bề mặt riêng , phương pháp Blaine,cm2/g,không nhỏ

hơn

122800

Độ ổn định thể tích ,xác định theo phương pháp Le

Độ nở sunphat ở 14 ngày tuổi,%,không lớn hơn 0,04

CHÚ THÍCH:

1)Thành phần xi măng poóc lăng bền sun phát phải được tính theo công thức : Tri

canxi aluminat (C3A)=(2,650x%Al2O3)-(1.692x%Fe2O3)

Tetra canxifero aluminat (C4AF)=(3,043x%Fe2O3)

Khi hàm lượng các khoáng (C3A) và (C4AF+2 C3A) đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 4 và 5

thì không cần thử độ nở sun phát theo chỉ tiêu 13

2) Hàm lượng kiểm quy đổi tính theo công thức :%Na2Oqđ =%Na2O+0.658%K2O

3)Chỉ áp dụng đối với xi măng poóc lăng bền sun phát chứa Bari

4)Khi độ nở sun phát đạt yêu cầu theo chỉ tiêu 13 thì không cần thử hàm lượng các

khoáng (C3A) và (C4AF+2C3A)

1.3.5 Các dự án điển hình

Hiện nay xi măng bền sunfate đã được sử dụng ở rất nhiều công trình Điển hình

ở Việt Nam là công trình thủy điện Đăk Nông, thủy điện Đại Nga, dự án thủy điện ĐạiBình, dự án cầu sông Rút Quảng Ninh

1.4 Nhu cầu sử dụng xi măng porland bền sunfate trong nước và nước ngoài

1.4.1 Trên thế giới

Xi măng porland bền sunfate là một chủng loại xi măng cần thiết để đáp ứng nhucầu xây dựng cho các công trình trong môi trường nước biển, nước lợ, đặc biệt là cáccông trình xây dựng như: Bến cảng, cầu cảng các công trình quốc phòng ở ngoài đảo

Hầu hết các nước như: Liên Xô cũ, Anh, Pháp, Đức, Thụy Điển, Nga, Nhật từ lâu

đã có tiêu chuẩn kỹ thuật quy định chất lượng và phạm vi sử dụng xi măng porland bềnsunfate cho các công trình xây dựng tiếp xúc với nước biển, nước nhiễm mặn và nướcchua phèn Cụ thể tỷ lệ sử dụng xi măng bền sunfate ở Nga chiếm 25%, Nhật chiếm18% trên tổng sản lượng xi măng hàng năm

1.4.2 Tại Việt Nam

Ở Việt Nam, do vị trí địa lý, khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm cao làm cho nhiều côngtrình ven biển bị ảnh hưởng Đặc biệt, trong những năm gần đây, do biến đổi khí hậu,hiện tượng xâm nhập mặn ở Đồng bằng Sông Cửu Long ngày càng diễn biến phức tạp,việc xây dựng hệ thống đê, đập thủy lợi ngăn mặn là vô cùng cần thiết Để đảm bảo tínhbền vững của bê tông trong môi trường biển và ven biển, đất và nước nhiễm phèn, mựcnước lên xuống thất thường, việc nghiên cứu và sản xuất loại xi măng bền vững với cácmôi trường này là vô cùng thiết thực

Vì vậy, việc đầu tư và phát triển Dây chuyền sản xuất clinker xi măng Portland bền sunfate PC SR 40 năng suất 1,8 triệu tấn/năm là cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu về loại

xi măng đặc biệt bền trong môi trường có yếu tố xâm thực bởi sunfate ở nước ta

Chương 2: BIỆN LUẬN ĐỊA ĐIỂM ĐẶT NHÀ

MÁY

2.1 Biện luận địa điểm đặt nhà máy

2.1.1 Yêu cầu địa điểm đặt nhà máy

Địa điểm đặt nhà máy là một vấn đề quan trọng đối với dự án Vị trí nhà máy làmột trong những nhân tố làm nên trị giá của sản phẩm Vị trí càng có lợi thì giá của sảnphẩm càng thấp, sự cạnh tranh càng cao Do đó biện luận địa điểm đặt nhà máy là mộtvấn đề cần thiết

Việc lựa chọn địa điểm đặt nhà máy phải thỏa mãn được các điều kiện sau:

− Địa điểm đặt nhà máy phải gần các nguồn cung cấp nguyên liệu, đặc biệt là nguồn đávôi, đất sét Nguồn cung cấp năng lượng, nước, mạng lưới thông tin liên lạc phảithuận tiện

− Tận dụng tối đa hệ thống giao thông: cầu cảng, đường thuỷ, đường sắt, đường bộ

− Phù hợp quy hoạch lãnh thổ và quy hoạch cụm kinh tế, tạo điều kiện phát huy lợi thếcủa nhà máy trong tương lai và mở rộng mối quan hệ hợp tác với các nhà máy khác ởvùng lân cận

− Xây lắp nhà máy phải thuận tiện trong việc cung cấp vật liệu, vật tư, xây dựng nhằmgiảm chi phí vận chuyển Thuận tiện trong việc cung cấp nhân công cho nhà máytrong quá trình xây dựng cũng như vận hành nhà máy sau này Và đặc biệt phải đặt

xa khu dân cư để tránh ảnh hưởng tới sức khỏe của người dân

− Về địa hình khu đất có kích thước, hình dạng thuận lợi trong việc xây dựng trước mắtcũng như mở rộng diện tích nhà máy sau này và thuận lợi cho việc thiết kế bố trí dâychuyền công nghệ sản xuất Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt về mùa mưa lũ, cómực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước Độ dốc tự nhiên thấp hạn chếviệc san lấp mặt bằng

2.1.2 Lựa chọn địa điểm đặt nhà máy

Dựa vào những điều kiện trên, chọn địa điểm đặt nhà máy tại khu vực ấp LòBom, thị trấn Kiên Lương, huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang

Trang 12HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

 Vị trí địa lý

Kiên Giang là một tỉnh ven biển thuộc đồng bằng sông Cửu Long Nhà máy đặt tại thịtrấn Kiên Lương thuộc huyện Kiên Lương tỉnh Kiên Giang cách thành phố Hồ ChíMinh 284km về phía Tây; cách cửa khẩu Quốc tế Hà Tiên (biên giới Cam-pu-chia)32km; cách thành phố Phú Quốc 107km; cách thành phố Rạch Giá 64km

Hình 2.8 Địa điểm đặt nhà máy

Điều kiện tự nhiên và xã hội [4]

Kiên Lương có diện tích tự nhiên là 3500ha Địa hình thị xã khá đa dạng các núi

đá vôi, biển, đồng bằng,… Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 27–28 °C, thánglạnh nhất là tháng 12 và tháng 1 (25–26 °C); tháng nóng nhất là tháng 4 và tháng 5 (28–

29 °C) Độ ẩm tương đối trung bình 81,9% Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, cónhiều năm mùa mưa đến sớm và kết thúc muộn hơn các khu vực khác của đồngbằng sông Cửu Long Lượng mưa lớn, trung bình 2.118 mm/năm Thị trấn KiênLương có dân số vào khoảng 35000 người Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân từ

2014 – 2016 đạt 10,75%; tỷ lệ các hộ nghèo đạt 0,44% - dẫn đầu toàn khu vực ĐBSCL

về thành tích xóa đói giảm nghèo; tỷ lệ lao động phi nông nghiệp toàn thị trấn đạt75,5%

 Điều kiện giao thông [4]

Thị trấn Kiên Lương có hoạt động giao thông đa dạng: đường bộ, đường sông,đường biển Từ nhà máy có thể di chuyển theo Quốc lộ 80 đến Thành phố Long Xuyêntỉnh An Giang (111km), Thành phố Rạch Giá (64km), Thành phố Hồ Chí Minh(284km), qua thị xã Hà Tiên (21km) đến điểm cuối là cửa khẩu Quốc tế Hà Tiên (ranhgiới Vương quốc Campuchia) với tổng chiều dài là 32km Đối với vận tải đường biển:Nhà máy gần cảng Hòn Chông có thể tiếp nhận tàu 5000 tấn Tại đây còn có tuyến tàucao tốc ra Phú Quốc Phương tiện vận tải đường thủy nội địa cho sà lan hoặc tàu đến

800 tấn

Cơ sở hạ tầng [4]

+ Cấp điện: Nhà máy được cung cấp nguồn điện đảm bảo cấp điện 22KV liên tục 24/24

giờ

+ Cấp nước: Nước sạch được cung cấp cho nhà máy được cấp từ nguồn nước ngầm, qua

hệ thống xử lý của nhà máy nước sạch với công suất 15.000m3 ngày đêm Đảm bảocung cấp nước liên tục 24/24 giờ

+ Thông tin: Có hệ thống thông tin liên lạc đầy đủ đảm bảo liên lạc trong nước và quốc

tế dễ dàng bao gồm điện thoại, điện thoại di động, Fax, Internet

 Nguồn nguyên liệu [5]

Trang 14HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Kiên Giang là tỉnh có nguồn khoáng sản dồi dào bậc nhất ở vùng đồng bằng sôngCửu Long Qua thăm dò điều tra địa chất tuy chưa đầy đủ nhưng đã xác định được 152điểm quặng và mỏ của 23 loại khoáng sản thuộc các nhóm như: Nhóm nhiên liệu (thanbùn), nhóm không kim loại (đá vôi, đá xây dựng, đất sét…), nhóm kim loại (sắt, Lateritsắt…), nhóm đá bán quý (huyền thạch anh …), trong đó chiếm chủ yếu là khoáng sảnkhông kim loại dùng sản xuất vật liệu xây dựng, xi măng.

Tỉnh Kiên Giang hiện có 17 mỏ vật liệu xây dựng, trong đó mỏ đá vôi là 11 mỏ, 4

mỏ đá xây dựng, 2 mỏ đá đất san lấp Đất sét của tỉnh hiện có 19 mỏ Ở thị trấn KiênLương huyện Kiên Lương có ba núi đá vôi là núi Bnumpo nhỏ, núi Bnumpo lớn, núi XàNgách và một mỏ đất sét

 Giới thiệu về núi đá vôi Bnumpo.

Núi đá vôi Bnumpo lớn có quy mô lớn với tổng trữ lượng đá vôi xi măng trên

550 triệu tấn Trữ lượng khai thác 170 triệu tấn Để sản xuất 1 tấn clinker cần trung bình1,3 tấn đá vôi Với nhà máy sản xuất clinker xi măng, công suất 1,8 triệu tấn/năm, hoạtđộng trong 50 năm thì cần lượng đá vôi là:

1,8 x 1.3 x 50 = 117 triệu tấn < 170 triệu tấn

Như vậy, trữ lượng đá vôi đủ cho nhà máy hoạt động trên 50 năm.

 Đặc điểm chất lượng đá vôi, sét ở thị trấn Kiên Lương

− Đá vôi

Theo TCVN 6072-1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu sản xuất xi măng Portlandphải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất như sau: CaCO3 ≥ 85%, MgCO3 ≤5%

Bảng 3.2: Thành phần hóa của đá vôi ở mỏ núi Bnumpo

Cấu

tử

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN Tỷ lệ

%Đá

vôi

Lần lượt hàm lượng canxi cacbonat (CaCO3) và magie cacbonat (MgCO3) trong

đá vôi được tính chuyển ứng với từ hàm lượng canxi oxit (CaO) và Magie Oxit (MgO)

nhân với hệ số 1.7857 và 2.1 theo TCVN 6072-1996 Trong bảng trên hàm lượng CaO

là 49.36% nên hàm lượng CaCO3 là 49.36% x 1.7857 bằng 88.14 lớn hơn 85% và hàmlượng MgO là 2.15% nên hàm lượng MgCO3 là 2.15% x 2.1 bằng 4.52 nhỏ hơn 5%

Với những kết quả trên, mỏ đá vôi ở núi Bnumpo đáp ứng yêu cầu về thành phần hóa theo TCVN 6072-1996.

Tóm lại, với thành phần khoáng vật và trữ lượng mỏ đạt yêu cầu đá vôi ở mỏ Bnumpo có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng.

− Đất sét

Theo TCVN 6072-1996, đất dùng làm nguyên liệu sản xuất xi măng Portlandphải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất như sau : hàm lượng SiO2 là 50-70%,hàm lượng Al2O3 là 10-24% Mỏ đất sét trước khi tiến hành khai thác được khoan thăm

dò để xác định các tính chất cơ bản cũng như thành phần của đất Thành phần hóa củađất sét sau khi được xác định:

Bảng 3.3: Thành phần hóa của đất sét ở thị trấn Kiên Lương

Cấu

%Đất

Với hàm lượng SiO2 là 64.77% nằm trong 55-70% và hàm lượng Al2O3 là

13.86% nằm trong 10-24%, vì vậy thành phần hóa của mỏ đất sét ở Thanh Lương đạt yêu cầu theo TCVN 6071-1996.

Tóm lại, mỏ đất sét ở thị trấn Kiên Lương có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất xi măng.

Trang 16

Hình 2.10 Vị trí nguồn nguyên liệu đá vôi và đất sét

HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

• Điều kiện khí hậu, thủy văn ổn định, thích hợp cho việc xây dựng nhà máy.

• Điều kiện về cơ sở hạ tầng, điện, nước, thông tin liên lạc đầy đủ

• Điều kiện giao thông vận tải thuận tiện

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ

ĐỊA ĐIỂM ĐẶT NHÀ MÁY

3.1 Biện luận lựa chọn phương pháp sản xuất

Căn cứ vào độ ẩm phối liệu khi vào lò nung, người ta chia công nghệ sản xuất ximăng thành ba phương pháp sản xuất: Phương pháp ướt, phương pháp bán khô vàphương pháp khô Tuy nhiên, về nguyên liệu, quá trình hóa lý khi nung, sản phẩm cuốicùng và các tính chất cơ bản của chúng luôn luôn giống nhau, chúng chỉ khác nhau về

kỹ thuật của các phương pháp sản xuất Cụ thể:

• Phương pháp ướt: là phương pháp nghiền nguyên liệu với nước và chất điện

giải Phối liệu vào lò có dạng bùn, độ ẩm W = 36 – 42% Phương pháp này có

ưu điểm là sự đồng nhất của phối liệu cao, tuy nhiên công suất nghiền thấp, tiêutốn nhiều điện năng và nhiệt năng, kích thước lò nung dài, diện tích xây dựng

lớn

• Phương pháp bán khô: Phối liệu vào lò có dạng viên, độ ẩm W = 14 – 16%.

Lò nung có thể dùng lò quay với hệ thống calciner hoặc lò đứng để nungclinker

• Phương pháp khô: Phối liệu ở dạng bột Phối liệu vào lò có độ ẩm W<1% Phối

liệu chuẩn bị theo phương pháp khô có độ đồng nhất kém hơn phương pháp ướt.Tuy nhiên, phương pháp khô có ưu điểm là năng suất cao, kích thước lò nung

Trang 18

Hình 3.11 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng phương pháp ướt lò quay

HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

ngắn, mức độ tự động hóa cao.

Hiện nay, nước ta phổ biến hai phương pháp sản xuất xi măng là phương pháp ướt

và phương pháp khô Lựa chọn phương pháp thích hợp là một trong những vấn đề quan

Hình 3.12 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng phương pháp bán khô lò quay

Hình 3.13 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng phương pháp khô lò

quay

trọng, quyết định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nhà máy Cơ sở của việc lựa chọnphương pháp sản xuất dựa trên các điều kiện sau:

− Tính chất lý học và thành phần hóa học của nguyên liệu (hàm ẩm tự nhiên, độ rắnvật liệu, hàm lượng kiềm…)

− Điều kiện cung cấp điện năng và nhiệt năng

− Điều kiện trang thiết bị

− Điều kiện vệ sinh công nghiệp

− Tính chất địa lý khí hậu nơi sản xuất

− Khả năng và quy mô mở rộng sản xuất

Ngoài ra, việc lựa chọn phương pháp sản xuất cũng cần phải xuất phát từ hoàncảnh cụ thể của mỗi nước, khả năng từng địa phương Tuy nhiên, cần phải đạt nhữngyêu cầu cơ bản sau:

− Quy trình sản xuất đơn giản nâng cao hiệu suất sử dụng máy móc thiết bị

− Nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm hạ

− Chỉ tiêu tiêu tốn năng lượng nhiệt năng, điện năng và nguyên vật liệu thấp

− Có khả năng nâng cao trình độ cơ khí hóa và tự động hóa

− Đảm bảo vệ sinh và an toàn lao động

Tuy nhiên, về nguyên liệu, quá trình hóa lý khi nung, sản phẩm cuối cùng và cáctính chất cơ bản của chúng luôn luôn giống nhau, chúng chỉ khác nhau về kỹ thuật củacác phương pháp sản xuất

Với điều kiện khoa học và kỹ thuật hiện đại, việc lựa chọn phương pháp sản xuấtnào phải được xét kỹ, toàn diện Tuy nhiên giữa hai phương pháp sản xuất có những ưu,khuyết điểm nổi bật sau:

Phương pháp ướt

Lò quay – Phươngpháp khôTrang 20HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Nhiệt năng tiêu tốn riêng

Điện năng tiêu tốn riêng

Tiêu hao vật liệu nghiền

Tiêu hao vật liệu chịu lửa

1350-1600551.5 – 2.02.0 – 2.5Tốt Đảm bảoLớn

Ít Thấp

700 – 1350

79 – 830.2 – 0.50.5 – 0.8Thấp hơn Thấp hơnNhỏNhiềuCao

Bảng 3.2 So sánh hiệu quả của các phương pháp sản xuất

Thế giới đang trong thời kỳ khủng hoảng năng lượng, cùng với những tiến bộtrong ngành khí động học và kỹ thuật khí nén đã cho phép giải quyết tốt vấn đề đồngnhất phối liệu khô nên nhìn chung, xu thế phát triển công nghiệp sản xuất xi măng trênthế giới phần lớn theo xu hướng sản xuất theo phương pháp khô lò quay

Trong công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô có hai hệ máy sấynghiền phổ biến là:

− Hệ sấy nghiền liên hợp dùng máy sấy nghiền bi

− Hệ sấy nghiền liên hợp dùng máy sấy nghiền đứng

Trong dây chuyền công nghệ này, đề tài chọn máy sấy nghiền đứng để sấy nghiềnphối liệu do có nhiều ưu điểm hơn so với máy nghiền bi như:

− Có thể nghiền nguyên liệu có độ ẩm cao (tới 20%), trong khi máy sấy nghiền bitrang bị cho phương pháp khô thường chỉ dùng cho nguyên liệu có độ ẩm tới 8%

− Dễ thông khí, năng lượng nghiền có thể sấy khô nguyên liệu Khi kết hợp dùngkhí thải (nhiệt độ tới 300oC) thành hệ thống sấy nghiền liên hợp, hiệu quả sấy rấtcao

− Phân ly tốt, năng lượng tiêu tốn riêng để nghiền nhỏ hơn máy nghiền bi (khoảng30%)

− Điều chỉnh cỡ hạt khi nghiền dễ hơn máy nghiền bi

− Chi phí vận hành và thay thế hao mòn ít hơn máy nghiền bi

− Năng suất cao hơn máy nghiền bi

3.2 Sơ đồ và thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng quát

Trang 22HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Mỏ đá vôi

Mỏ đất sét

Khảo sát địa chất, xác định thành phần hóa, trữ lượng mỏ

3.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.3.1 Khảo sát địa chất, xác định thành phần hóa học, trữ lượng mỏ

Đá vôi và đất sét được lấy mẫu thử ở mỏ và đem về thí nghiệm để xác định thànhphần hóa, sau đó sẽ được tính toán phối liệu để sản xuất clinker Qua công tác thínghiệm và tính toán, đá vôi ở núi Bnumpo và đất sét ở thị trấn Kiên Lương thuộc huyệnKiên Lương tỉnh Kiên Giang đạt yêu cầu về đặc tính cơ lý (được chứng minh ở phầndưới) Vì vậy có thể sử dụng mỏ đá vôi, đất sét để sản xuất xi măng Thông qua việctính toán, bên cạnh nguyên liệu đá vôi, đất sét, phải bổ sung thêm đá Laterite (chọn đáLaterit nhập từ tỉnh Đồng Nai) để sản xuất xi măng porland bền sunfate

3.3.2 Khai thác và vận chuyển

 Đá vôi:

o Sơ đồ dây chuyền khâu khai thác vận chuyển đá vôi

Hình 3.14 Công tác khảo sát địa chất và lấy mẫu thí nghiệm

Hình 3.15 Công tác ở mỏ đá vôi (limestone quarry)

Trang 25HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Hình 3.16 Cho thuốc nổ vào lỗ

(add explosives to the hole)

Hình 3.17 Khoan lỗ mìn (drilling mine

hole)

Hình 3.19 Đá vôi có kích thước d<1000mm

(size limestone d<1000mm)

Hình 3.18 Máy đập búa thủy lực

Hình 3.21 Xe ủi (Bulldozer) Hình 3.20 Xe xúc đưa đá vôi lên xe ben

Đá vôi được khai thác bằng phương pháp nổ mìn (Hình 3.14) Đây là phươngpháp được sử dụng rộng rãi khi khai thác các mỏ khoáng sản Ưu điểm của phươngpháp này là: Nhanh chóng, ít bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí hậu, thời tiết; nhược điểm:Đòi hỏi thợ có chuyên môn tay nghề cao, công tác an toàn phức tạp, ồn, sinh khí hại.

Với sự phát triển trong công nghệ, những nhược điểm của phương pháp nổ mìn

đã dần được khắc phục Cụ thể là khí hại được sinh ra sau khi nổ mìn đã giảm xuốngnhờ vào việc sử dụng thuốc nổ ANFO (Hình 3.15) và nhũ tương thay cho thuốc nổTNT; nguy hiểm khi dải thuốc nổ được kích nổ đồng thời đã được khắc phục nhờphương pháp nổ mìn vi sai Thực chất phương pháp nổ vi sai có khả năng gây nổ chậmkhác nhau đối với từng lỗ nổ là do trong kíp nổ vi sai chứa thuốc nổ chậm (bộ phận số 5

ở hình 3.16) giúp điều chỉnh thời gian phát nổ của kíp, thời gian trễ tính theo mili giây(ms)

Trang 26HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Hình 3.24 Khai thác đá vôi bằng phương pháp nổ mìn

(Mining limestone by blasting method)

1- Dây điện 2- Vỏ kíp 3- Nút bằng chất dẻo 4- Mồi lửa điện

5- Thuốc nổ chậm 6- Lưới tơ 7- Nắp tăng cường 8- Thuốc nổ nhóm 1 (chất nổ mồi) 9- Thuốc nổ nhóm 2 (chất nổ cực mạnh)

Ngày nay, nổ mìn vi sai phi điện là phương pháp nổ mìn đang được khuyến khích

áp dụng bởi đất đá được đập vỡ nhiều hơn, lượng đá quá cỡ ít, có thể nổ đất đá văng tậptrung tại vị trí cần thiết, có tác dụng giảm địa chấn nên cho phép sử dụng những vụ nổlớn giúp đẩy nhanh được tốc độ khai thác Vì những ưu điểm như vậy nên nổ mìn vi saiphi điện sẽ là giải pháp khai thác hiệu quả cho nhà máy xi măng bền sunfate ở KiênLương

Hình 3.25 Thuốc nổ ANFO (ANFO explosive)

Hình 3.26 Cấu tạo của kíp nổ vi sai

(period delay detonator structure)

Trang 28HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443Hình 3.28 Thông số dây và kíp nổ vi sai phi điện

Hình 3.27 Dây và kíp nổ vi sai phi điện

(non-electric fuse and detonator)

Khi khai thác đá vôi, đầu tiên phải chặt bỏ cây cối sau đó sử dụng phương pháp

nổ mìn vi sai cắt tầng để khai thác

Theo phương pháp này công trình mỏ được khai thác lần lượt từ trên xuống

dưới, hết lớp này đến lớp khác Đá vôi sau khi khai thác bằng phương pháp nổ mìn sẽđược xe ủi thu gom lại, đá có hai loại kích thước: d =600 – 1000mm và d >1000mm.Nếu đá có kích thước d >1000mm thì được đập nhỏ bằng máy đập búa thủy lực để đáđạt d<1000mm Sau đó, dùng máy xúc gầu ngửa để đổ lên xe ben chuyển về nhà máy

đổ vào bunke chứa đá vôi

• Bunker

Hình 3.29 Khai thác đá vôi theo phương pháp nổ mìn cắt tầng

Hình 3.30 Chi tiết bunker

Công dụng: Chứa nguyên liệu

Nguyên lý hoạt động của băng tải cao su:

- Nguyên liệu được đưa vào ở cửa nhập liệu bên trên (tiết diện hìnhvuông cạnh a), cửa xả liệu được đóng khi trong quá trình nhập liệu.Khi xả liệu, nguyên liệu sẽ thoát ra bunke theo cử xả liệu bên dưới(tiết diện hình vuông cạnh b)

 Đất sét:

Đất sét được khai thác bằng thiết bị cơ khí thủy lực hoặc máy xúc nhiều gầu

Thiết bị cơ khí thủy lực là biện pháp khai thác đất sét dành cho phương pháp ướt chonăng suất cao và hiện đại nhất Tức là dùng máy phun nước có áp suất lớn phun vào cácvỉa đất sét ,biến đất sét thành bùn lỏng,có độ ẩm 60 %-70% sau đó bơm bùn vào đườngống dẫn về nhà máy Ưu điểm khi sử dụng thiết bị cơ khí thủy lực là độ đồng nhấtnguyên liệu và phối liệu cao, thiết bị đơn giản, trọng lượng nhỏ, giá thành rẻ, không cầntốn nhiên liệu để sấy khô đất sét Nhược điểm là thiết bị thủy lực cần phải đào sâu đểkhai thác tốn nhiều công sức, không gian làm việc yêu cầu rộng, phải gần nguồn nước

và năng lượng điện, chỉ thích hợp với nguyên liệu tương đối mềm

Máy xúc nhiều gầu là biện pháp khai thác đất sét dành cho phương pháp khô Đây làloại máy xúc liên tục nhờ có các gầu gắn vào xích vô tận hoặc rôto, quy trình làm việccủa máy: xúc, vận chuyển, đổ nguyên liệu, di chuyển máy đều xảy ra đồng thời Ưuđiểm của máy có thể khai thác nguyên liệu ở cao độ ngang mức đặt máy, chỉ cần thayđổi vị trí giá mang gầu, máy xúc có năng suất rất cao

Đối với nhà máy xi măng bền sunfate được thiết kế với phương pháp khô vì vậymáy xúc nhiều gầu là biện pháp hợp lí để thực hiện việc khai thác đất sét

Mỏ đất sét nằm ở Thị trần Kiên Lương, huyện Kiên Lương, tỉnh Kiên Giang cáchnhà máy clinker xi măng gần 150 mét Vì vậy có thể vận chuyển đất sét về nhà máy trựctiếp bằng băng tải

Trang 30HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Mỏ đất sét Máy xúc nhiều gầu Băng tải

Hình 3.31 Máy xúc nhiều gầu

 Mãy xúc nhiều gầu

Công dụng: Khai thác đất sét

Máy xúc nhiều gầu là loại máy xúc liên tục nhờ các gầu gắn vào xích vô tận

hoặc roto Quy trình làm việc của máy xúc nhiều gầu: xúc, vận chuyển, đổ

nguyên liệu, di chuyển đều xảy ra đồng thời Máy xúc nhiều gầu có thể khai

thác đất sét ở độ cao ngang mức đặt máy, chỉ cần thay đổi vị trí của giá mang

gầu

Máy xúc nhiều gầu có năng suất rất cao Máy xúc nhiều gầu loại băng hay xích

mang gầu, có khả năng khai thác nguyên liệu ở trên, dưới hoặc ngang mức đặt

máy

Nguyên lý hoạt động:

Máy gồm xích (1) gắn các gầu (2) cách đều nhau Xích (1) một đầu được

kéo căng bởi đĩa quay (3) hình đa cạnh đều ; đĩa quay được nhờ động cơ qua

hệ truyền động, còn đầu kia được kéo căng bởi đĩa (4) Giá gầu (5) được treo

cân bằng nhờ cần treo (6) và đối trọng (7)

Khi máy làm việc, xích mang gầu (1) di chuyển theo chiều mũi tên, gầu

Trang 32HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Hình 3.32 Cấu tạo máy xúc nhiều gầu

(2) sẽ cắt vào nguyên liệu, dần dần nguyên liệu chứa đầy gầu Theo giá gầu (5),

gầu di chuyển qua đĩa (3) rồi vòng lại đổ nguyên liệu chứa trong gầu (gầu hở 2

mặt) vào phễu chứa (8) (phễu đóng mở tự động nhờ đối trọng (9)), nguyên liệu

từ phễu chứa (8) được tháo tự động bằng thiết bị vận chuyển (10) (băng tải)

Trong quá trình làm việc, thiết bị di chuyển (11) của máy xúc nhiều gầu

mang buồng máy (12), xích (1), gầu (2), giá gầu (5), cần treo (6), đối trọng (7),

phễu chứa (8),… di chuyển theo máy xúc nhiều gầu

Theo tính toán cân bằng vật chất, lượng đất sét cần trong một giờ là

102.827 tấn Chọn máy xúc nhiều gầu loại băng hay xích mang gầu của hãng

Bedeschi sản xuất với các thông số kỹ thuật như bàng 8.8

• Băng tải cao su

Hình 3.33 Cấu tạo băng tải cao su

Công dụng: Đưa nguyên liệu đến vị trí mong muốn.

Nguyên lý hoạt động của băng tải cao su:

- Động cơ điện (11) hoạt động sẽ tạo chuyển động truyền qua hộp giảm tốc (9) tới tang chủ động (4) của băng tải làm tang quay Nhờ có

ma sát giữa tang chủ động (4) và băng tải (2) làm cho băng tải quay theo

- Vật liệu được chuyển vào băng tải theo phiễu cấp liệu (1), chuyển động theo mặt băng tải và rời khỏi băng tải theo phễu dỡ liệu (5)

- Các con lăn đỡ (3) dây băng của hệ thống băng tải cả trên nhánh có tải và nhánh không tải

- Các thiết bị căng băng (12) sẽ giúp cho băng tải không bị trùng

trong quá trình vận chuyển nguyên liệu

 Đá Laterit

o Sơ đồ dây chuyền nhập đá Laterit

Trang 34HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Xà lan 400 tấn chở đá Laterit về nhà máy với kích thước đá d<40mm

Bunke Tiếp liệu băng

Băng tải chung chứa đá vôi, đất sét và đá Laterit

d<25mm d<1000mm

Đá Laterit được nhập về nhà máy bằng xà lan Nhờ thiết bị gầu ngoạm đưa vào

bunker chứa

3.3.3 Gia công nguyên liệu

 Đá vôi

o Sơ đồ dây chuyền gia công nguyên liệu đá vôi tại nhà máy

Hình 3.34 Thiết bị dở tải gầu ngoạm

Đá vôi là nguyên liệu rắn, sau khi khai thác có kích thước nhỏ hơn 1000mm Đávôi được đập trong máy đập búa va đập phản hồi đến kích thước d<25 mm Sau khi giacông xong, đá vôi được định lượng và được đưa vào kho chứa chung với đất sét bằng hệthống băng tải

• Máy đập búa va đập phản hồi (máy nghiền phản kích)

Công dụng: Đập nghiền nhỏ để đá vôi đạt kích thước d<25mm

Nguyên lý hoạt động: Khi làm việc, bánh xe (8) quay tròn với tốc độ cao, vật liệu

đưa vào cửa nhập liệu (5) va chạm với thanh búa va đập (7) trên bánh xe, chịu xungkích tốc độ cao mà vỡ ra Vật liệu sau nghiền sẽ văng lên tầm lót (4) và lại tiếp tục đượcnghiền nhỏ đến khi vật liệu có kích thước d<25mm sẽ lọt qua khe giữa đến cửa xuất liệurồi ra ngoài Điều chỉnh khe hở giữa giá phản kích và bánh xe giúp thay đổi kích cỡ hạt

và hình dạng vật liệu

• Tiếp liệu băng (thiết bị cân bằng định lượng)

Công dụng: Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải có thể định lượng khối

lượng sản phẩm, nguyên liệu ngay trong khi nó đang hoạt động, nó giúp cho quá trìnhhoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được thành phần nguyênliệu cho sản phẩm là đạt chuẩn

Trang 36HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Hình 3.35 Máy đập búa va đập phản hồi

Hình 3.36 Tiếp liệu băng

Hình 3.37 Cấu tạo tiếp liệu băng

băng tải chảy liệu được gá trên khung cân băng, trên các con lăntrong đó con lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, con lăn nhỏ dùng gá đỡcho băng tải chạy Trong số băng tải nhỏ sẽ có bộ phận được cảm biếntrọng lượng để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy trên băng.

- Bộ phận cảm biến: (Loadcell cảm biến trọng lượng, encoder cảm

- Bộ phận điều khiển (Đầu cân hiển thị điều khiển, tủ điện điều

khiển cân băng, phần mềm cân băng)

Trang 38HOÀNG HỮU NGHĨA - 1412443

Bunke chứa đất sét Máy cán trục Bunke chứa đất sét

Tiếp liệu băng Băng tải chung đá vôi và đất sét

Từ những thông số kỹ thuật truyền về từ cảm biến tốc độ vàcảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xử lý thông tin sau đó sẽ đượcgửi về phần mềm điều khiển trên máy tính Từ đây những thông số

thô sẽ được xử lý và phản hồi ngược lại tủ điện Tại tủ điện điều khiểntrung tâm sẽ có được những quyết định, thông số thời gian chạy trênbăng và từ đó kiểm soát được đúng định mức khối lượng / thời giancân thiết

Hình 3.40 Chi tiết máy cán sét Hình 3.39 Máy cán sét