Tính toán quá trình Gia công nhiệt vàThiết kế lò quay nung clanhke xi măng pooclang theo phương pháp FL.SMITH cótrang bị tháp tiền nung SLC,2 nhánh,5 bậc,công suất 6000 tấn clanhke/ngày đêm

Với mong muốn trang bị cho sinh viên những kiến thức, kĩ năng thực tế về công tácthiết kế thiết bị nhiệt dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng, giúp cho sinh viên có kiếnthức phục vụ côn

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung về xi măng pooclang………3

1.1 : Xi măng 4

1.2 Clanke……….4

1.2.1 Thành phần hóa học 4

1.2.2 Thành phần khoáng 6

1.3 Công nghệ sản xuất clanhke xi măng pooc lăng 7

1.3.1 Nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng pooc lăng 7

1.3.1.2 Đất 8

1.3.1.3 Phụ gia 8

1.4 Lò nung clanhke xi măng 8

1.5: Lựa chọn thiết bị nung( lò quay theo phương pháp khô) 12

1.5.1 Nguyên lí hoạt động của lò 12

1.5.2 Thiết bị………15

CHƯƠNG 2 Tính toán gia công nhiệt 1 Nguồn nguyên liệu……… 27

2 Tính chọn hệ thống lò nung clanke xi măng……….28

3 Tính cháy nhiên liệu……… 28

4 Tính cân bằng vật chất của tháp trao đổi nhiệt……… 31

5 Tính cân bằng nhiệt cho toàn thiết bị toàn lò……… 35

6 Thiết lập cân bằng vật chất hệ thống……… 41

7 Tính lượng không khí……….41

8 Tính lượng vật chất vào và ra lò………45

9 Tính cân bằng nhiệt thiết bị làm lạnh………46

10 Tính cân bằng vật chất cho lò quay……….47

11 Tính kích thước cơ bản của lò quay và tháp trao đổi nhiệt……….49

12 Tính kích thước của xyclon trong tháp trao đổi nhiệt……….51

13 Tính thiết bị phụ trợ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….52

L I NÓI Đ U ỜI NÓI ĐẦU ẦU

Đất nước ta ngày càng phát triển, ngành sản xuất vật liệu xây dựng cũng khôngngừng vận động để tạo ra những sản phẩm chất lượng cao với các đặc tính ưu việt.Trong xu thế đó, hoạt động sản xuất xi măng Pooclang đã có những bước tiến đáng kểtrong cải tiến sản xuất, ứng dụng khoa học công nghệ cũng như nghiên cứu các dâychuyền sản xuất mới nhằm đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu về chất lượng và chủngloại của ngành xây dựng hiện nay.

Xi măng Pooclang đóng một vai trò đặc biệt vô cùng quan trọng và chiếm tỉ trọng lớn

về giá trị sản lượng trong các hoạt động sản xuất XD Trong sản xuất xi măng, quátrình gia công nhiệt đóng một vai trò đặc biệt quan trọng, chi phí quá trình chiếm 70-80% tổng giá thành xi măng Quá trình gia công nhiệt đạt hiệu quả cao cũng chính làmột bước tiến lớn, góp phần vào thành công của ngành công nghiệp sản xuất xi măng Với mong muốn trang bị cho sinh viên những kiến thức, kĩ năng thực tế về công tácthiết kế thiết bị nhiệt dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng, giúp cho sinh viên có kiếnthức phục vụ công tác chuyên ngành sau khi ra trường, Bộ môn Vật liệu xây dựng -Đại học kiến trúc Hà Nội đã giao cho em thực hiện đồ án môn học “ Thiết bị nhiệttrong sản xuất vật liệu xây dựng” có nội dung ”Tính toán quá trình Gia công nhiệt vàThiết kế lò quay nung clanhke xi măng pooclang theo phương pháp FL.SMITH cótrang bị tháp tiền nung SLC,2 nhánh,5 bậc,công suất 6000 tấn clanhke/ngày đêm” Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tìnhcủa thầy giáo ThS.LÊ XUÂN HẬU và cùng các thầy cô giáo trong bộ môn.Em muốngửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô đã tận tình hướng dẫn cũng như giúp đỡ em rấtnhiều trong quá trình hoàn thiện đồ án môn học

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG POÓC LĂNG1.1 : Xi măng.

Xi măng là chất kết dính vô cơ rắn trong nước, chứa khoảng 70 – 80% silicat canxi.Nên còn có tên gọi là xi măng silicat Nó là sản phẩm nghiền mịn clanke với phụ giathạch cao ( 3- 5%) Clanke ở dạng hat được sản xuất bằng cách nung cho đến kết khối( ở 14500C ) hỗn hợp chứa cacbonat canxi và alumosilicat Thạch cao có tác dụng điềuchỉnh thời gian ninh kết của xi măng

Trong khi nghiền mịn, để điều chỉnh tính chất và hạ giá thành người ta có thể cho thêm15% phụ gia hoạt tính (puzôlan, tro… ) và 10% phụ gia trơ (cát, thạch anh, ….)

1.2 Clanke

Clanke thường ở dạng hạt có đường kính từ 10 – 40 mm, cấu trúc phức tạp (cónhiều khoáng ở dạng tinh thể và một số khoáng ở dạng vô định hình) Chất lượng củaclanke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật hóa học

1.2.1 Thành phần hóa học.

Thành phần hóa học của clanke, biểu thị bằng hàm lương các oxyt có trong clanke, daođộng trong giới hạn như sau[3]:

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của clanke

Oxit CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 P2O5 K2O+Na2O TiO2+Cr2O3

% 63-66 21-24 4-9 2-4 0,5-5 0,3-1 0,1-0,3 0,4-1 0,2-0.5

Thành phần hóa của xi măng thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi theo.Tăng CaO thì xi măng rắn chắc nhanh nhưng kém bền nước, còn tăng MgO thì tínhchất ngược lại

 Tổng quan về clanhke xi măng

 Xi măng poóclăng là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và phất triểncường độ trong môi trường không khí và môi trường nước, thường gọi là chất kếtdính rắn trong nước hay chất kết dính thủy

khác Clanke xi măng poóclăng là bán thành sản phẩm của công nghệ sản xuất

xi măng (tồn tại ở dạng hạt có kích thước từ 10mm đến 40mm phụ thuộc vàodạng lò nung Theo cấu tr nhỏ của nhiều pha tinh thể và một lượng nhỏ thủytinh) bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ỏ trạng tháiđồng nhất, phân tán mịn của đá vôi, đất sét và một số phụ gia.úc vi mô, clanke ximăng Poóclăng là hỗn hợp các hạt nhỏ của nhiều pha tinh thể và một lượng nhỏthủy tinh) bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ỏ trạngthái đồng nhất, phân tán mịn của đá vôi, đất sét và một số phụ gia

 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:1999, xi măng poóclăng (PC) là loại chất kết dính thủy được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanke xi măng poóclăng với một lượng thạch cao cần thiết Trong quá trình nghiền có thể

sử dụng phụ gia công nghệ nhưng không quá 1% so với khối lượng clanke Khi nghiền xi măng poóclăng có cho thêm các phụ gia trơ hay phụ gia khoáng hoạt tính, sản phẩm lúc đó gọi là xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB) Theo tiêu chuẩn TCVN 6260:1997 quy định tổng lượng phụ gia đưa vào tính với khối lượng clanke không vượt quá 40% trong đó phụ gia đầy không quá 20%

21 40

31 50

Thời gian đông kết, phút:

Bắt đầu không sớm hơn

Kết thúc, không muộn hơn

45 375

Độ nghiền mịn, xác đinh theo:

Phần còn lại trên sàng 0,08mm, % không

lớn hơn

Bề mặt tỉ diện Blaine, cm 2 , không lớn hơn 2700 2800

Độ ổn định thể tích xác định theo phương

pháp Le Chatelier, mm, không lớn hơn

10

Hàm lượng SO 3 , % không lớn hơn 3,5

Hàm lượng MgO, % không lớn hơn 5,0

Hàm lượng MKN, % không lớn hơn 5,0

Hàm lượng CKT, % không lớn hơn 1,5

B ng 1.1 : Ch tiêu ch t l ỉ tiêu chất lượng của xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999) ất lượng của xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999) ượng của xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999) ng c a xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999) ủa xi măng Poóclăng ( TCVN 2682:1999).

Thời gian đông kết, phút:

Bắt đầu không sớm hơn

Độ nghiền mịn, xác đinh theo:

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

Bề mặt tỉ diện Blaine, cm 2 , không lớn hơn 15

2700

Độ ổn định thể tích xác định theo phương pháp

Hàm lượng SO 3 , % không lớn hơn 3,5

Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất lượng của xi măng Poóclăng hỗn hợp (TCVN 6260:1997) 1.2.2 Thành phần khoáng

Thành phần khoáng vật của clanke gồm có 4 khoáng chính là: alit, belit,aluminat tricanxit, feroaluminat tetracanxit

- Khoáng Alít: ( kí hiệu: C3S) là dung dịch rắn của 3CaO.SiO2 (tricanxitsilicat) chiếm 45÷60% hàm lượng Clanhke, là khoáng quan trọng nhất , có cường độcao, đông kết rắn chắc nhanh có ảnh hưởng đến nhiều tính chất khác của xi măng poóclăng Nó có đặc điểm là tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ cao, tỏa nhiệt tương đối lớn.Khi hàm lượng C3S tăng thì chất lượng xi măng càng tốt

- Khoáng Bêlít (kí hiệu : C2S): là dung dịch rắn của 2CaO SiO2 (dicanxitsilicat) chiếm 20÷30% hàm lượng Clanhke, có cường độ trung bình, rắn chắc chậm,nhiệt thủy hóa nhỏ Thời gian đầu tốc độ rắn chắc chậm nhưng thời gian sau tốc độ rắnchắc càng nhanh và cường độ càng cao Nó có vai trò quyết định vai trò của xi măngtrong thời gian về sau Khi hàm lượng C2S tăng thì cường độ của xi măng cao nhưngtốc độ rắn chắc của xi măng chậm làm kéo dài thời gian thi công.

- Khoáng tricanxit auminat (3CaO.Al2O3 kí hiệu : C3A) chiếm 4÷12% hàmlượng Clanhke, quyết định thời gian ninh kết rắn chắc của xi măng Nó có đặc điểm làrắn chắc rất nhanh nhưng cường độ thấp, nhiệt thủy hóa lớn và rất dể bị ăn mòn do đókhi hàm lượng C3A tăng thì xi măng rắn nhanh nhưng cường độ thấp, dễ gây ứng suấtnhiệt và bị ăn mòn sun phát, với loại xi măng bền sun phát yêu cầu lượng C3A <5%

- Khoáng tetracanxit feroaaluminat (4CaO.Al2O3.Fe2O3 kí hiệu: C4AF) chiếm10÷12% hàm lượng Clanhke, tốc độ rắn chắc, cường độ, nhiệt thủy hóa và khả năngchống ăn mòn là trung bình giữa alit và bêlít

- Thủy tinh clanke chiếm khoảng 5 ÷15%, bao gồm chủ yếu là: CaO, Al2O3,

Fe2O3, MgO, K2O, Na2O

- Oxit manhe là thành phần của pha feroaluminat và thủy tinh clanke cùng tồntại ở dạng tinh thể tự do, thủy hóa rất chậm Sự thủy hóa MgO kéo dài khá lâu và khichuyển thành Mg(OH)2 thì làm tăng thể tích của pha rắn Cho nên nếu hàm lượngMgO > 5% sẽ gây mất tính ổn định thể tích của xi măng

- Oxit canxi tự do ở dạng hạt, thường có trong clanke mới nung xong Quyđịnh hàm lượng của nó không được vượt quá 1%, vì sẽ gây ra tính không ổn định thểtích của xi măng

- Oxit kiềm (Na2O, K2O) có trong pha feroaluminat của clanke cũng như ở dạngsunfat Để tránh xẩy ra nứt nẻ kết cấu thì hàm lượng của chúng phải hạn chế khi dùngvới cốt liệu (cát, đá) có chứa oxit silic vô định hình

1.3 Công nghệ sản xuất clanhke xi măng pooc lăng

1.3.1 Nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng pooc lăng

Nguyên liệu chính để sản xuất clanhke xi măng pooc lăng là: đá cacbonat, đấtsét và các phụ gia điều chỉnh thành phần phối liệu như: quặng sắt, nguyên liệu giàusilic,… và các phụ gia đưa vào khi nghiền clanhke xi măng nhằm mục đích kinh tế vàcải thiện một số tính chất của xi măng như thạch cao, phụ gia khoáng hoạt tính, phụgia đầy,…

1.3.1.1 Đá cacbonat

Hàm lượng cấu tử cacbonat trong hỗn hợp nguyên liệu sản xuất xi măng pooclăng thường khoảng 76 80%.Vì vậy tính chất hóa học và lí học của đá ảnh hưởng đếnquyết định lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng Các loại đá thường dùng là: đá vôi,

đá phấn, … Thành phần chính của đá cacbonat là CaCO3 và một lượng nhỏ oxit khác

Ở nước ta hiện nay sử dụng chủ yếu là đá vôi

1.3.1.2 Đất

Đất sử dụng để sản xuất clanhke xi măng pooc lăng chủ yếu cung cấp SiO2,

Al2O3 và Fe2O3 bao gồm: đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Hiện nay chủ yếu là

sử dụng đất sét làm nguyên liệu sản xuất Thành phần khoáng chính của các loại đấtsét là khoán alumosilicat ngậm nước tồn tại ở dạng Al2O3.SiO2.2H2O Thành phần hóahọc chính dao động như sau:

1.3.1.3 Phụ gia.

Phụ gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu sản xuất xi măng khi thành

trong phối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trepen, Khi hàm lượng oxit sắttrong phối liệu thấp thì dùng quặng sắt làm phụ gia

Các loại phụ gia pha vào khi nghiền clanhke xi măng pooc lăng để cải thiện một

số tính chất của xi măng và hạ giá thành sản phẩm là thạch cao, phụ gia trơ, phụ giakhoáng hoạt tính như xỉ lò xao, xỉ nhiệt điện, puzơlan,…

1.4 Lò nung clanhke xi măng

Lò đứng là thiết bị nhiệt có dạng tháp cấu thành từ 3 phần: phần trên có hìnhtrụ, phần giữa có đường kính lớn hơn, phần dưới có hình chóp cụt tương ứng với 3vùng: vùng sấy và đốt nóng phối liệu, vùng nung và vùng làm nguội Vật liệu trong lò

có thể được đốt nóng ở trạng thái đứng yên (lò hoạt động theo chu kỳ), chuyển động từtrên xuống dưới do tác động của lực hút trọng trường và thiết bị tháo liệu (hoạt độngliên tục)

Tường lò được cấu tạo từ 3 lớp: trong cùng là lớp vật liệu chịu lửa, lớp vật liệucách nhiệt ở giữa và ở ngoài cùng là lớp vật liệu bảo vệ Mỗi vùng của thân lò tùythuộc vào mức nhiệt độ môi trường mà có thể sử dụng vật liệu chịu lửa khác nhau, cóchất lượng khác nhau và độ dày cũng khác nhau

Ưu điểm: xây dựng đơn giản thích hợp cho công nghệ xi măng địa phương, ítcần thiết bị.

Nhược điểm: nung chậm, nguyên liệu tiếp xúc với các vùng nhiệt không đều,

do đó sản phẩm khó đều Khi nung trong lò đứng cần chú ý không được quá lửa, vìquặng sẽ chảy ra đóng thành tảng lớn bám vào thân lò và đáy lò, sản phẩm ra lò khókhăn, chất lượng xi măng kém và không đồng đều

Lò quay là một hình trụ dài bằng vỏ thép dày, phía trong lót vật liệu cách nhiệt

và vật liệu chịu lửa Thân lò được đặt nằm nghiêng 3-40 so với mặt nằm ngang, lò cóthể quay xung quanh trục dọc với tốc độ 0,5-1,5 v/phút và có thể lớn hơn (phụ thuộcvào đường kinh và năng suất của lò) nhờ hệ thống động cơ có nối bằng bánh răngtruyền động qua các đai lò Lò quay được đặt trên các trụ đỡ và được đặt nghiêng, vớiđầu cao là phía phối liệu vào và đầu thấp là phía clanhke ra Để chống không khí lạnhthâm nhập vào lò, ở đầu vào và đầu ra của lò thường bố trí hệ thống làm kín khí bằngkhí nénNhược điểm: quá trình trao đổi nhiệt không hoàn chỉnh, hiệu suất thấp, chi phínhiệt cho 1 đơn vị sản phẩm cao, vốn đầu tư cho thiết bị lớn

 Ưu điểm: hoạt động liên tục, có hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian cao 0,99), chất lượng sản phẩm đồng đều, công suất của một lò lớn

(0,98 Tùy theo độ ẩm của nguyên liệu, tình hình thiết bị và lò nung mà người tachuẩn bị nguyên liệu theo 3 phương pháp: khô, ướt và hỗn hợp Nhưng hiện nay đang

sử dụng phổ biến là hai phương pháp sản xuất: phương pháp khô và phương pháp ướtdựa theo cơ sở phương pháp gia công chế biến phối liệu, đối với mỗi phương pháp đều

có những ưu và nhược điểm riêng

Nhiệt bay hơi ẩm phối liệu

Nhiệt mất ra môi trường xung quanh

Tiêu hao gạch chịu lửa

Tiêu hao bi đạn nghiền

Năng suất lao động

Bảng 1.3: Bảng so sánh chỉ tiêu hai phương pháp sản xuất XMPL

Ưu điểm

- Dễ nhào trộn, độ đồng nhất của phối liệu cao

- Dễ điều chỉnh thành phần phối liệu

- Dễ bơm, ít bụi sạch sẽ hơn phương pháp khô

- Tiêu tốn nhiên liệu khi nung thấp (725÷1200 kcal/kg clanhke)

- Kích thước lò nung ngắn

- Khả năng tự động hóa cao

- Giá thành làm sạch khói lò giảm

- Khả năng sử dụng nhiệt của khí thải

để sấy nguyên liệu lớn hơn làm giảm tiêu tốn nhiệt dung để sản xuất clanhke

Nhược

điểm

- Tiêu tốn nhiều nhiên liệu

- Cồng kềnh khó lắp đặt, lò nung dài

- Năng suất thấp và diện tích xây dựng lớn

- Nguyên liệu khó nghiền mịn

- Phải đặt thêm một số thiết bị sấy

- Vệ sinh công nghiệp kém

- Yêu cầu trình độ cao

- Khả năng tự động hóa thấp

Bảng 1.4: Ưu nhược điểm của hai phương pháp sản xuất XMP

- Phương pháp khô với các thiết bị hiện đại, công đoạn đồng nhất phối liệu

được thực hiện bằng cách đồng nhất sơ bộ, đồng nhất trong quá trình vận chuyển khí

nén, đồng nhất trong các silô chứa và đồng nhất trong tháp trao đổi nhiệt Bột liệu đảm

bảo khi vào lò sẽ được đồng nhất như phương pháp ướt Với sự phát triển của khoa

học kĩ thuật, nhược điểm cơ bản của phương pháp khô là độ đồng nhất kém đã được

khắc phục Vì vậy hiện nay trên thế giới phương pháp khô sản xuất xi măng ngày càng

chiếm ưu thế, phương pháp ướt dần bị thu hẹp lại

Sơ đồ công nghệ dây chuyền tổng quát

11

Đá vôiPhụ gia

điều chỉnh

Đập

Đồng nhất

Khai thácĐập

Đồng nhất

ĐậpĐập

Định lượngĐồng nhất

Vòi phun

Định lượngNghiền sấy

Silo đồng nhấtphối liệuThiết bị phân hủyXiclon trao đổi nhiệt

Địnhlượng

1.5: Lựa chọn thiết bị nung( lò quay theo phương pháp khô).

1.5.1 Nguyên lí hoạt động của lò.

Bằng cách đưa phối liệu lần lượt đi qua các xiclôn từ cao xuống thấp, phối liệuđược đốt nóng dần lên, trong khi nhiệt độ của khí nóng bị giảm dần Từ xiclôn gầntầng thấp nhất, phối liệu được đưa vào buồng phân hủy đá vôi để xảy ra quá trình phânhủy các hợp chất cacbonat thành CaO và CO2 được tách ra khỏi dòng khí để dẫn vào lòquay

Trong lò quay, phối liệu chuyển động tới phía đầu ra nhờ độ nghiêng và chuyểnđộng quay của lò Trong quá trình chuyển động từ đầu cao đến đầu thấp của lò, nguyênliệu tiếp xúc với dòng khí nóng có nhiệt độ ngày càng tăng, khi đến vùng nung, nhiệt

độ của liệu đạt tới 1400-14500C và xảy ra quá trình clanhke hóa Từ đầu ra của lònung, Clanhke rơi xuống thiết bị làm nguội, trao đổi nhiệt với gió 2 và được ghi vậnchuyển ra thiết bị vận chuyển Clanhke, qua thiết bị đập bố trí đặt ở đầu ra của thiết bịlàm lạnh Tốc độ của lò được điều chỉnh đề đảm bảo thời gian lưu của phối liệu trong

lò nung đủ cho quá trình Clanhke hóa

Sự khác biệt khi nung Clanhke xi măng theo phương pháp khô ở trong thiết bị

lò quay là không có vùng bay ẩm phối liệu, bởi vì phối liệu đưa vào lò ở dạng bột khôhoặc có độ ẩm rất thấp Vì vậy mà chi phí nhiệt cho khâu nung Clanhke giảm tới40%.Lò quay theo phương pháp khô khác nhau về kích thước, dạng hệ thống trao đổinhiệt ngoài lò có các loại như thùng tháp xoáy, xiclôn Vật liệu đưa qua hệ thống này ởdạng bột khô

Hiện nay, các thiết bị trao đổi nhiệt đặt ngoài lò quay chủ yếu sử dụng kết cấucủa hãng Gumbolt CHLB Đức Ở thiết bị này, mức dộ phân hủy cacbonat đạt 30-40%.Thiết bị có kết câu đơn giản, độ tin cậy cao, chi phí nhiệt cho 1kg clanhke thấp

Ưu điểm:

- Thể tích khí cháy nhỏ => giảm giá thành cho việc làm sạch khói lò

- Có thể sử dụng nhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu => Tiêu tốn ít nhiên liệusản xuất clanke, tiết kiệm chi phí điện

- Kích thước lò nung nhỏ, mặt bằng xây dựng nhà máy nhỏ

Hệ thống trao đổi nhiệt phức tạp, hệ thống làm sạch nguyên liệu cũng phức tạp, mức

độ cơ giới hoá và tự động hoá cao hơn phương pháp ướt, hệ số sử dụng thiết bị theothời gian thấp hơn

1- Cụm nghiền phối liệu và xử lý khí thải cuối lò;

2- Tháp trao đổi nhiệt gồm 1 nhánh 5 tầng xyclon;

3- Lò quay 3 gối đỡ;

4- Cụm làm nguội clanke và xử lý khí thải đầu lò;

5- Vận chuyển và chứa clanke

Phân loại: hiện nay có 2 hệ thống lò chính

- ILC có tháp tiền nung đơn nhánh hoặc đa nhánh gồm 4-6 tần xiclon Buồngphân hủy đá vôi được lắp trong ống đứng của lò nung, do đó cả khí từ lò nung,khí từ thiết bị làm nguội clanke và các khí sinh ra trong buông phân hủy đều điqua buông này Hệ thống lò ILC chỉ sử dụng thiết bị làm nguội kiểu ghi

- SLC Sử dụng một nhánh tháp tiền nung của lò quay và một hoặc hai nhánh tháptiền nung của buồng phân hủy đá vôi đặt song song với ống đứng của lò quay.Trong mỗi nhánh tháp tiền nung thường có 4 đến 6 xiclon Hệ sử dụng thiết bịlàm nguội kiểu ghi

Sự phát triển nhanh của ngành công nghiệp sản xuất xi măng theo phương phápkhô đã phát minh ra hệ thống gia nhiệt ngoài lò Hệ thống này có nhiệm vụ tận dụngtối đa nhiệt khí thải và đốt nóng phối liệu đến nhiệt độ cao trước khi vào lò nung.

Chiều dày lớp cách nhiệt và lớp vật liệu chịu lửa phụ thuộc vào nhiệt độ làmviệc của mỗi tầng xyclon Nhiệt độ càng cao thì lớp vật liệu chịu lửa và vật liệu cáchnhiệt càng lớn

Trong hệ tháp trao đổi nhiệt, người ta thiết kế các cyclon có hiệu suất lắng khácnhau Với mục đích tuần hoàn một phần bột liệu để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt(do tăng thời gian trao đổi nhiệt), các cyclon tầng dưới thường có hiệu suất lắng thấphơn tầng trên, cụ thể:

Về bản chất các tầng xyclon TĐN có nguyên lý hoạt động giống nhau Mỗixyclon có 2 chức năng: lắng bụi và trao đổi nhiệt giữa bột liệu với khí nóng, trong đóchức năng lắng bụi là chủ yếu Còn chức năng trao đổi nhiệt trong thân xyclon chỉchiếm 20 %, còn 80 % lượng nhiệt mà khí nóng truyền cho bột liệu ở mỗi tầng đượcthực hiện trong ống nối dẫn khí giữa 2 tầng xyclon

b) Hệ thống xyclon trao đổi nhiệt

Tháp trao đổi nhiệt là tổ hợp các tầng cyclon có hoặc không có calciner nhằmtận dụng nhiệt của khí thải từ lò nung thông qua hình thức truyền nhiệt, dẫn nhiệt và cómột phần bức xạ nhiệt giữa dòng khí nóng và vật liệu bột Nhìn tổng thể, vật liệu bột

đi từ trên xuống và vào lò, khí đi từ dưới lên

Hiện nay phổ biến nhất là loại tháp trao đổi nhiệt có 5 tầng xyclon Việc đánh

số các tầng xyclon tuỳ theo từng nhà sản xuất Trong tài liệu này các tầng xyclon đượcđánh số theo chiều chuyển động của vật liệu (cyclon tầng trên cùng là ký hiệu là C1 vàtầng dưới cùng là C5)

Tuỳ theo công suất hệ thống lò mà người ta sử dụng tháp trao đổi nhiệt có 1nhánh xyclon (hình 3.2) hoặc 2 nhánh xyclon (hình 3.5) Đối với hệ thống lò công suất

< 3000 tấn CLK/ngày thường sử dụng hệ thống 1 nhánh xyclon

Giữa 2 tầng xyclon liền kề liên kết với nhau bằng ống nối dẫn khí và ống nốidẫn liệu Nhằm mục đích tăng hiệu quả lắng của bột liệu trong xyclon, ống nối dẫn khíđược kết nối với miệng vào của mỗi xyclon có phương tiếp tuyến với thân trụ củaxyclon Còn ống dẫn liệu được kết nối từ đáy côn của xyclon tầng trên liền kề tới ốngnối dẫn khí giữa 2 tầng Tại ống dẫn liệu người ta lắp van lật nhằm mục đích làm kínkhí, định kỳ mở cho bột liệu qua nhưng không cho không khí quay ngược trở lại tầng

dưới liền kề theo nguyên lý đối trọng Ngoài ra mỗi tầng xyclon trên phần thân hìnhtrụ còn có hệ thống cửa thăm phục vụ cho việc kiểm tra, sửa chữa.

Trong hệ thống xyclon khí nóng từ lò phân giải và lò quay được cuốn từ dướilên trên do sức hút của quạt nhiệt độ cao cuối lò (mũi tên nét đứt) Còn bột liệu đi từtrên xuống dưới tác dụng của tự trọng (đường mũi tên nét liền trong hình vẽ trên)

Lò nung với Tháp tiền nung SLC có 2 nhánh, 5 bậc

Bột liệu được nạp vào ống gió nối C2 – C1 Tại đây bột liệu được phân tántrong luồng khí nóng trên 500 0C với vận tốc khoảng 20 – 22 m/s và bị cuốn vàoxyclon C1 Kết quả nhiệt độ khí ra khỏi xyclon C1 bị giảm đi và nhiệt độ bột liệu tănglên

Bột liệu được lắng đọng tại phần côn của xyclon C1 Khi bột liệu tích tụ đủ lớn đến mức tự trọng của nó thắng được đối trọng của van lật lắp tại ống nối dẫn liệu C1- C2 thì van lật mở ra để bột liệu vào ống gió nối C3-C2 Từ đây bột liệu lại lặp lại chu kỳ trao đổi nhiệt và lằng đọng tương tự như trên tại tầng C2, tầng C3 và tầng C4 trong điều kiện nhiệt độ luồng khí nóng ngày càng cao hơn Mức độ lắng phụ thuộc vào đường kính và xiclon và vận tốc dòng khí Mức độ lắng của xiclon 1: 93%, II-88%, III- 85%, IV-82% và V-78%

Tại phễu thu xyclon C4 bột liệu đã được nung nóng tới trên 700 0C Với nhiệt

độ này trong bột liệu đã xảy ra quá trình phân huỷ tới 60 – 70 % Trong trường hợp vòiđốt lò phân giải hoạt động, bột liệu được chia thành 2 phần nhờ van phân liệu: mộtphần nhỏ hơn được cấp vào buồng đốt lò phân giải cùng với gió 3, phần bột liệu nhiều

hơn được cấp vào ống đứng lò phân giải Trpong trường hợp vòi đốt lò phân giảikhông hoạt động thì van phân liệu điều chỉnh để 100 % lượng bột liệu đi vào ống đứng

lò phân giải Bột liệu tiếp tục được trải qua 1 chu trình trao đổi nhiệt lâu hơn ở nhiệt độkhá cao (1000 – 1100 0C) tại tầng xyclon C5 trước khi vào lò quay Tại đây mức độphân huỷ của bột liệu đạt tới trên 90 % Như vậy tháp trao đổi nhiệt có lò phân giải(calciner) đã tăng cường mức độ phân huỷ của bột liệu một cách đáng kể và kết quả làtăng năng suất lò nung

Để khống chế nhiệt độ của dòng khí sau mỗi tầng xyclon của tháp TĐN, người

ta điều chỉnh tốc độ cấp liệu vào hệ thống tháp TĐN, điều chỉnh quạt hút cuối lò vàlưu lượng gió cấp cho quá trình cháy trong hệ thống lò nung Qua khảo sát thực tếnhiệt độ của dòng khí nóng qua các cấp xyclon được khống chế ở mức sau:

 Nhiệt độ khí sau xyclon cấp 1 (C1) không quá 400 0c

 Nhiệt độ khí sau xyclon cấp 2 (C2): 510 0C – 530 0C

 Nhiệt độ khí sau xyclon cấp 3 (C3): 650 0C – 670 0C

 Nhiệt độ khí sau xyclon cấp 4 (C4): 770 0C – 790 0C

 Nhiệt độ khí sau xyclon cấp 5 (C5): 840 0C – 860 0C

 Nhiệt độ khí tại kênh khí vào calciner: 1050 0C – 1100 0C

1.5.2.2: Thiết bị phân hủy đá vôi ( canxino)

Do quá trình phân giải cacbonat là quá trình chậm nhất và tiêu tốn nhiệt nhiềunhất trong toàn bộ quá trình nung clanhke nên để tăng hiệu quả của quá trình và rútngắn thời gian phản ứng, người ta đã bổ sung thêm thiết bị lof phaan giair (calciner) Trongthiết bị calciner có thêm hệ thống vòi đốt mà ở đó tiêu tốn đến 55 – 60% tổng số nhiên liệucần thiết cho quá trình nung và nhờ đó hiệu suất phân giải cacbonat có thể đạt đến trên 90%.Trong hệ thống tháp TĐN của lò quay xi măng calciner được lắp đặt đồng bộ với tháptrao đổi nhiệt

Vai trò của calciner là làm tăng hiệu suất sử dụng nhiệt trong hệ thống lò quaybằng các vòi đốt nhiên liệu trong nó (khoảng 60 % tổng nhiên liệu nung clanhke) vànguồn gió nóng (gió 3) từ máy làm nguội cấp vào Kết quả là làm tăng năng suất lòquay và giảm tiêu hao nhiên liệu nung clanhke.

Có nhiều tiêu chí để phân loại các kiểu lò phân giải Theo nguyên lý hoạt động

có thể chia thành 2 loại lò phân giải:

- Lò phân giải tầng sôi MFC (Mitsubishi Fluidized Calciner)

- Lò phân giải kiểu xoáy RSP

Lò nung này là sự kết hợp của hệt thống vòi phun và buồng xoáy Trong hệthống này quá trình phân hủy xảy ra hoàn toàn trong hệ thống gia nhiệt kết hợp vớithiết bị tiền nung

Sơ đồ công nghệ tháp TĐN có

calciner kiểu tầng sôi SLC truyền

thống1,3,4- Xyclon TĐN;

11- Vòi đốt đầu lò;

12- Máy làm nguội CLK;

13- Thu bụi khí nóng;

14- Quạt cấp gió cho tầng sôi;

Sơ đồ cấu tạo của calciner tầng sôi kiểu SLC

1.5.2.3 Lò quay nung clanke

a) Thân lò

Lò quay nung clanhke, gồm thân lò có dạng ống trụ bằng thép hợp kim chịunhiệt Trong thân lò được xây lót gạch chịu lửa phù hợp với môi trường và nhiệt độlàm việc của từng zôn Thân lò được đặt trên 3 bệ đỡ con lăn và nghiêng 3,5% về phíabuồng đốt đầu lò

1- Thân lò; 2- Vành lăn (băng đa); 3- Con lăn đỡ lò (bệ galê); 4- Bánh răng lớn; 5- Bánhrăng nhỏ; 6- Hộp giảm tốc chính; 7- Động cơ chính; 8- Hộp giảm tốc phụ; 9- Động cơphụ; 10- Móng và bệ đỡ lò (bê tông); 11- Buồng khói cuối lò; 12- ống dẫn bột liệu từxyclon C5; 13 và 14- Cơ cấu làm kín đầu lò; 15- Buồng đốt đầu lò; 16- Máng dẫn clanhke

vào máy làm nguội; 17- Quạt ly tâm làm mát vỏ lò ở zôn nung; 18- Bồn chứa nước làm

b) Hệ thống con lăn gối đỡ

Để lò có thể quay quanh trục của nó các vành lăn (băng đa) được lắp đặt phân

bố theo chiều dài lò Vành lăn được tỳ và xoay trên hệ thống con lăn gối đỡ Số lượng vành lăn và hệ thống con lăn gối đỡ bằng số lượng bệ đỡ lò Riêng gối đỡ II, ngoài conlăn dọc trục còn có hệ thống con lăn chống trôi tỳ vào cạnh vành lăn nhằm giữ cho thân lò ổn định theo phương dọc trục trong quá trình quay Lực chặn hoặc đẩy lò trôi lên xuống do hệ thống xy lanh và bơm thuỷ lực thực hiện để giữ cho lò luôn nằm đúng

vị trí

c) Hệ thống truyền động

Khi hoạt động, thân lò cùng với vành lăn quay liên tục trên các con lăn (tốc độ0,39 - 3,91 vòng/phút) nhờ động cơ điện điểu khiển được tốc độ quay, qua hộp giảmtốc và bánh răng nhỏ truyền chuyển động lên bánh răng lớn ôm quanh thân lò ở phíađầu lò Động cơ chính thường sử dụng động cơ 1 chiều hoặc động cơ xoay chiều điềutốc bằng biến tần

Ngoài động cơ chính để quay lò còn có thêm động cơ phụ dùng quay chậm

lò trong các trường hợp cần thiết khi vận hành.

Hình 3.16: Mô hình truyền động lò quay

đến máy làm nguội clanhke Cả buồng đầu ra và buồng đầu vào lò đều được bảo vệbằng lớp lót vật liệu chịu lửa.

Lò quay làm việc ở nhiệt độ cao nên vỏ lò có sự giãn nở (theo đường kính cũngnhư theo chiều dài thân lò) Vì vậy ở cả đầu vào và đầu ra nơi tiếp xúc với thân lò đều

có hệ thống làm kín chuyên dụng để hạn chế tối đa khí lạnh ngoài môi trường lọt vàotrong lò

Lò quay được cấp nhiệt bởi vòi đốt than đầu lò Bằng cách điều chỉnh lưu lượng

và áp suất gió trung tâm hoặc kênh gió xoáy tại vòi đốt ta có thể điều chỉnh được độdài ngọn lửa trong lò Nhiệt độ ngọn lửa trong lò không những phụ thuộc vào lượngcấp than mịn mà còn phụ thuộc vào lượng gió 1 và gió 2 cấp ôxy cho quá trình cháy.Gió 2 từ thiết bị làm nguội vào lò có nhiệt độ khá cao (trên 1000 0C) chẳng những bổsung lượng ô xy cho sự cháy của than (như gió 1) mà còn cấp nhiệt cho sự cháy củathan và tăng lượng nhiệt cần thiết cho lò Trong quá trình vận hành phải duy trì đượcchế độ cấp gió hợp lý để than cháy triệt để (lượng nhiệt toả ra tối đa) Nhiệt độ khívùng nung trong lò đạt tới 1500 – 1600 0C.Do có sự chênh lệch áp suất giữa 2 đầu lò(nhờ sức hút của quạt nhiệt độ cao sau lò) mà luồng khí nóng mô tả ở trên chuyển dịch

từ đầu nóng (đầu ra lò) đến đầu nguội (đầu vào lò)

Khi thân lò quay, do lò đặt nghiêng, bột liệu từ tháp trao đổi nhiệt và lò phângiải vào lò được vớt lên, chuyển dịch dần từ đầu vào lò (đầu cao hơn) đến đầu ra lò(đầu thấp hơn) Trong quá trình chuyển dịch của dòng liệu và khí ngược chiều như trêndiễn ra sự trao đổi nhiệt giữa dòng liệu và dòng khí Dòng liệu được nung nóng dần từ

1000 lên đến 1450oC (zôn nung có chiều dài từ gối đỡ 1 đến khoảng cách đầu nóng

của lò bằng 6 lần đường kính lò) Như vậy phối trong bột liệu tiếp tục xảy ra và hoànthành các quá trình hoá lý tạo khoáng clanhke Ra khỏi zôn nung clanhke chuyển sangvùng làm nguội Tại zôn làm nguội clanhke nóng đỏ truyền nhiệt cho luồng khí (gió 1

và gió 2) và giảm nhiệt độ từ 1450 0C xuống nhiệt độ khoảng 1200oC trước khí rơi vàománg dẫn xuống máy làm nguội kiểu ghi để làm nguội nhanh và thu hồi nhiệt Ra khỏimáy làm nguội, clanhke có nhiệt độ khoảng 65oC + nhiệt độ môi trường Do kết nốivới tháp trao đổi nhiệt, khí nóng thải ra từ lò quay có nhiệt độ khoảng 1000oC đượcđưa lên tháp trao đổi nhiệt để thực hiện gia nhiệt bột liệu

1.5.2.4 Thiết bị làm nguội clanhke

Hình 1.6: Thiết bị làm lạnh kiểu ghi đẩy

Clanke sau khi ra lò ở nhiệt độ 100012000C được làm nguội đến 502000C Trong sản xuất xi măng có 4 dạng thiết bị làm lạnh là: dạng lò quay, dạng hành tinh,dạng ghi (dàn làm lạnh) và dạng đứng

Lượng không khí nóng sau làm lạnh có thể được thu hồi dùng một phần cungcấp cho vòi đốt, một phần trích quay trở lại vào đầu của xyclon (trước lò nung) có thểdùng để sấy than hay phối liệu và phần còn lại thải ra môi trường

Thiết bị làm lạnh kiểu ghi bao gồm các bộ phận chính sau:

- Buồng làm nguội;

- Buồng cấp gió;

- Ghi làm nguội;

- Đường ống thoát gió từ ghi cuối

Ghi làm nguội được chia thành 3 zôn, mỗi zôn có cách sắp xếp các hàng ghikhác nhau:

- (1) Zôn nhiệt độ cao, cũng có thể gọi là zôn làm nguội nhanh hay zôn thu nhiệt.

- (2) Zôn nhiệt độ trung bình nối tiếp với zôn nhiệt độ cao Zôn này lắp đặt cáctấm ghi kẽ hở thoáng, trở lực thấp

- (3) Zôn nhiệt độ thấp, còn gọi là zôn sau cùng Các tấm ghi ở khoang này là

ghi có cấu trúc bình thường dẫn gió để làm nguội lớp clanhke bên trên nó.

Cấu tạo máy làm nguội clanhke kiểu ghi

1- Sàn ghi; 2- Dầm ghi; 3- Cơ cấu truyền động cho sàn ghi; 4- Máy đập clanhke;

5- Hệ thống cấp không khí lạnh; 6- Phễu thu clanhke lọt ghi;

7- Vỏ máy; 8- Chụp đầu lò; 9- Canon bắn khí; 10 – Cửa cấp gió lạnh;

ên tháp trao đổi nhiệt để thực hiện gia nhiệt bột liệu

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN GIA CÔNG NHIỆT

Tính toán quá trình GCN (Tính cân b ng nhi t theo ph ng pháp F.L.Smidth) vàằng nhiệt theo phương pháp F.L.Smidth) và ệt theo phương pháp F.L.Smidth) và ương pháp F.L.Smidth) vàThi t k lò quay nung clanhker xi măng pooc lăng có Tháp b ti n nung SLC, 2 nhánh,5ị tiền nung SLC, 2 nhánh,5 ền nung SLC, 2 nhánh,5

b c năng su t 6000 t n clanhke/ngay đêmậc năng suất 6000 tấn clanhke/ngay đêm ất 6000 tấn clanhke/ngay đêm ất 6000 tấn clanhke/ngay đêm

Bảng 3 Thành phần hóa học của than

Bảng 5 Thành phần hoá hỗn hợp nung clanke

- Nhiệt trị toàn phần: > 6850 Kcal/Kg;

- Tro trung bình: 16,5 (giới hạn 15÷18 %);

- Chất bốc trung bình: 6,5%;