Chương 2: Các phương pháp sản xuất xi măng - III. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu treo

45 III. THIEÁT BÒ TRAO ÑOÅI NHIEÄT KIEÅU TREO 46 1 – Sô ñoà nguyeân lyù thieát bò • Ñoùng vai troø quyeát ñònh trong vieäc tieát kieäm naêng löôïng nhieät cuûa loø nung clinker XMP phöông phaùp khoâ. • Heä thoáng thaùp trao ñoåi nhieät kieåu treo goàm heä thoáng xyclon nhieàu taàng maéc noái tieáp. Moãi taàng coù moät hoaëc nhieàu xyclon, phía trong caùc xyclon thöôøng ñöôïc laép gaïch chòu löûa cao nhoâm. • Boät phoái lieäu ñaõ nghieàn mòn ñi vaøo caùc xyclon ôû traïng thaùi lô löûng coù khaû naêng trao ñoåi nhieät raát maïnh vôùi khí noùng do haàu nhö toaøn boä beà maët haït tham gia trao ñoåi nhieät. 47 Hình 8.1 Sô ñoà nguyeân lyù loø nung clinker XMP vôùi heä thoáng trao ñoåi nhieät kieåu treo SP 48 Haït phoái lieäu raén theo doøng khí noùng ñi vaøo xyclon theo höôùng tieáp tuyeán, chuyeån ñoäng xoaùy voøng theo höôùng töø treân xuoáng döôùi, ñi töø xyclon naøy vaøo xyclon khaùc coù nhieät ñoä cao hôn. Khí thaûi töø loø vôùi nhieät ñoä 900 – 10000C ñöôïc hoài löu, daãn vaøo caùc xyclon chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu doøng buïi phoái lieäu, truyeàn nhieät cho phoái lieäu. Khi ra khoûi xyclon, khí thaûi coù nhieät ñoä 250 – 3000C ñi qua caùc thieát bò loïc buïi tónh ñieän roài thaûi ra ngoaøi. 49 Trong khí thaûi cuûa loø quay, raát nhieàu buïi. Qua caùc xyclon, phoái lieäu coù nhieät ñoä 650-800 0 C. Keát thuùc caùc quaù trình saáy, maát nöôùc hoùa hoïc vaø moät phaàn phaân huûy caùc muoái caùcbonaùt trong phoái lieäu. (khoaûng 10 – 15%). 50 2 – Chuyeån vaän phoái lieäu vaø khí noùng trong heä thoáng trao ñoåi nhieät kieåu treo SP • T > 10000C, xuaát hieän nhieàu pha loûng (do phoái lieäu chöùa saét, do tro than ) gaây khoù khaên trong quaù trình truyeàn vaän trong ñöôøng oáng, thaäm chí taéc oáng daãn. • Heä thoáng xyclon boán baäc: l = 50m, thôøi gian = 25s. T = 50 0 C leân tôùi 800 0 C, t 0 C khí thaûi töø 1100 0 C, giaûm xuoáng coøn khoaûng 300 0 C. Toác ñoä khí vaø nguyeân lieäu trong khí thaûi khoaûng 22 – 25 m/s. 51 Xyclon baäc I: Quaù trình chuû yeáu laø saáy (bay hôi aåm), baét ñaàu ñoát noùng boät phoái lieäu. Khí thaûi nhieàu hôi aåm H 2 O ñi vaøo caùc heä thoáng loïc buïi vaø thoaùt ra ngoaøi. 52 Xyclon baäc II: Quaù trình hoùa lyù chuû yeáu laø maát nöôùc hoùa hoïc cuûa ñaát seùt, chaùy caùc taïp chaát höõu cô laãn trong phoái lieäu. 53 Xyclon baäc III: • ñaát seùt maát nöôùc hoùa hoïc. • Haït caùt bieán ñoåi thuø hình SiO 2 → SiO 2 , • Phaân huûy haàu heát MgCO 3 vaø taêng cöôøng söï phaân huûy CaCO 3 . • Đốt cháy taïp chaát höõu cô laãn trong nguyeân lieäu và bột than. 54 Xyclon baäc IV: • Taän duïng nhieät khí thaûi töø loø nung ñoát noùng boät phoái lieäu. • Nhieät ñoä khí thaûi cao: 1000 – 11000C CaCO 3  CaO + CO 2 (khoaûng 10 -15%). 55 Chú ý: Ñoái vôùi xyclon baäc I: ñaây laø xyclon ñaàu tieân tính theo chieàu boät phoái lieäu chuyeån vaän vaø cuoái cuøng tính theo chieàu khí chuyeån ñoäng, caàn ñöôïc thieát keá sao cho löôïng buïi theo khí thaûi ra ngoaøi laø ít nhaát. Vì vaäy, xyclon baäc I thöôøng goàm hai xylon coù baùn kính nhoû hôn vaø daøi hôn so vôùi caùc xyclon nhöõng baäc coøn laïi, hai xyclon naøy caàn ñoùng caû vai troø saáy vaø loïc buïi. Caùc xyclon baäc II, III vaø IV thöôøng coù cuøng kích thöôùc. phaûi kieåm tra söï thoâng boät phoái lieäu thöôøng xuyeân, thaäm chí coù theå phaûi ngöøng loø xöû lyù do taéc ngheõn. Hình 8.1 Sô ñoà nguyeân lyù loø nung clinker XMP vôùi heä thoáng trao ñoåi nhieät kieåu treo SP 57 3 – Kích thöôùc vaø nhieät ñoä haït trong xyclon • Trong xyclon, moãi haït chaát raén chuyeån ñoäng: xoay theo doøng khí noùng vaø rôi do taùc duïng troïng löïc; ngoaøi ra, trong heä haït - doøng khí noùng chuyeån ñoäng hoãn ñoän ôû traïng thaùi lô löûng. • Söï va chaïm vaøo thaønh xyclon vaø va chaïm laãn nhau laøm haït maát ñoäng naêng, laéng xuoáng nhanh hôn. • Nhöng ôû taàng xyclon döôùi, aùp suaát doøng khí cao hôn, caùc haït laïi tieáp tuïc trao ñoåi nhieät ôû traïng thaùi lô löûng. 58 Toùm laïi: Nhieät ñoä haït phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, thôøi gian löu, baûn chaát haït, cheá ñoä thuûy ñoäng cuûa khí noùng Ñaây laø lyù do caàn nhieàu baäc xyclon, moãi baäc öùng vôùi moät khoaûng nhieät ñoä nhaát ñònh vôùi möùc taêng daàn, nhaèm taêng cöôøng vaø coù theå ñieàu khieån quaù trình trao ñoåi nhieät giöõa khí noùng – haït nguyeân lieäu. 59 IV. LOØ QUAY NUNG CLINKER 60  Ñöôøng kính loø D = 3 – 6m  Chieàu daøi L = 40 – 80m  Ñaët vôùi goùc nghieâng 3 – 70  Quay vôùi toác ñoä 1 – 2 voøng/phuùt. Thôøi gian löu phoái lieäu trong loø (heä soá ñoå ñaày 7 – 15% dieän tích thieát dieän loø) seõ phuï thuoäc kích thöôùc loø, goùc nghieâng vaø toác ñoä quay cuûa loø. 61 62 Loø xi maêng theo pp khoâ 63 Gaïch chòu löûa (GCL) cho loø nung • GCL ñoùng vai troø heát söùc quan troïng trong kyõ thuaät saûn xuaát clinker XMP. Ñoä beàn GCL quyeát ñònh thôøi gian laøm vieäc cuûa loø, vaø nhö vaäy, quyeát ñònh naêng suaát, saûn löôïng vaø giaù thaønh cuûa XM. Caàn xaùc ñònh chuûng loaïi GCL thích hôïp cho töøng vuøng laøm vieäc cuûa loø, thôøi gian coù theå laøm vieäc cuûa moãi loaïi. • Nguyeân nhaân chính phaù huûy GCL trong loø nung laø ñoä beàn hoùa vaø ñoä beàn nhieät cuûa GCL. Phaûn öùng cuûa GCL vôùi khoái phoái lieäu giaøu pha loûng khi loø quay raát maïnh. Zoân nung laø khu vöïc coù nhieät ñoä nung cao nhaát, GCL laïi phaûi chòu aên moøn hoùa hoïc cuûa khoái silicaùt noùng chaûy ñoàng thôøi taùc duïng cô hoïc maøi moøn do loø quay, caùc vieân clinker tröôït maøi leân thaønh loø. 64 Vieäc thay theá GCL trong loø thöôøng ñònh kyø, tuy nhieân trong quaù trình laøm vieäc, phaûi theo doõi raát kyõ tình traïng laøm vieäc cuûa GCL. Nhöõng vò trí GCL bò hoûng seõ daãn tôùi laøm hoûng voû loø (thuûng, nöùt), phaûi coù bieän phaùp xöû lyù kòp thôøi. Caùc loaïi GCL duøng cho loø nung clinker XMP thöôøng laø caùc loaïi GCL cao nhoâm, GCL kieàm tính nhö manheâgi, croâm – manheâgi, dolomít hoaëc spinel. Moãi nhaø maùy coù nhöõng phöông aùn söû duïng GCL loùt loø khaùc nhau. Calcium Silicate Gạch chịu lửa cao nhôm: t0 = 15500C -16500C 67 CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN QUAÙ TRÌNH NUNG CLINKER XMP: - Aûnh höôûng cuûa thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa nguyeân lieäu. – Aûnh höôûng cuûa ñoä mòn hoãn hôïp phoái lieäu. – Aûnh höôûng cuûa cheá ñoä nung. – Aûnh höôûng cuûa phuï gia khoaùng hoa.ù 68 Aûnh höôûng cuûa phuï gia khoaùng hoaù Phoå bieán laø CaF 2 , Na 2 SiF 6 , thaïch cao Phuï gia khoaùng hoaù laø moät löôïng voâ cuøng nhoû caùc chaát ñöôïc ñöa vaøo phoái lieäu nhaèm muïc ñích nhö sau: - Giaûm nhieät ñoä phaân huyû nguyeân lieäu ban ñaàu thaønh caùc oxyt coù hoaït tính cao, taïo ñieàu kieän taêng nhanh toác ñoä phaûn öùng taïo khoaùng clinker trong pha raén. - Taïo ñieàu kieän xuaát hieän pha loûng, phaù vôõ hay laøm yeáu caàu noái caáu truùc pha loûng. - Phuï gia khoaùng hoaù coøn coù taùc duïng ñònh höôùng taïo khoaùng clinker (khoaùng C 3 S), taùc duïng nhö laø chaát oån ñònh: traùnh hieän töôïng -C 2 S chuyeån thaønh -C 2 S. Tuy nhieân, haøm löông chaát khoaùng hoaù chæø töø 1-2%. Neáu lôùn hôn 2% seõ coù taùc duïng xaáu. 69 4 –LAØM NGUOÄI NHANH • Sau khi qua giai ñoaïn nung luyeän (1450 – 1455 0 C) caàn giaûm nhieät ñoä clinker veà nhieät ñoä caàn thieát cho nhöõng coâng ñoaïn tieáp sau. • Ñaây laø quaù trình vaät lyù töông öùng vôùi quaù trình chuyeån ñoåi loûng – raén coù aûnh höôûng raát maïnh tôùi caùc yeáu toá caáu truùc (thaønh phaàn khoaùng, ñoä xoáp, khoái löôïng rieâng, tính deã nghieàn) vaø coâng ngheä tieáp sau nhö khaû naêng baûo quaûn, khaû naêng nghieàn clinker, vaø do ñoù, aûnh höôûng tôùi chaát löôïng XMP. • Toác ñoä laøm nguoäi töø khoaûng nhieät ñoä 1200 -1250 0 C xuoáng 100 0 C caàn raát nhanh. 70 THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI CLINKER XMP Coù boán loaïi thieát bò laøm nguoäi clinker cô baûn sau: 71 Thieát bò laøm nguoäi kieåu thuøng quay: • laø moät thuøng quay nhoû ñaët ngay döôùi loø quay (chuyeån ñoäng quay cuûa thuøng ñoäc laäp vôùi loø). Loø nung Laøm nguoäi Thieát bò laøm nguoäi kieåu thuøng quay 72 Thieát bò laøm nguoäi kieåu haønh tinh: • laøm nguoäi theo nguyeân lyù thu hoài nhieät khí thaûi. Bao goàm nhieàu thuøng nhoû (loø con) gaén xung quanh loø quay vaø quay cuøng loø quay (haønh tinh). Loø nung clinker Sô ñoà maët caét loø quay vôùi thieát bò laøm nguoäi kieåu haønh tinh Loø con 73 Thieát Bò Laøm Nguoäi Kieåu Haønh Tinh 74 75 76 Thieát Bò Laøm Nguoäi Kieåu Haønh Tinh 77 Thieát bò laøm nguoäi kieåu buoàng: • Laø moät buoàng lôùn, trong ñoù clinker noùng rôi töø treân xuoáng, khoâng khí laïnh thoåi ngöôïc töø döôùi leân laøm nguoäi clinker. 78 Thieát bò laøm nguoäi kieåu ghi: • clinker ñöôïc truyeàn ñoäng nhôø heä thoáng ghi kim loaïi theo phöông naèm ngang, khoâng khí neùn thoåi vuoâng goùc trong suoát quaù trình clinker chuyeån ñoäng. • Ñaây laø loaïi thieát bò ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát hieän nay. C B A E D Ghi 79 80 81 Thieát Bò Laøm Nguoäi Kieåu Ghi 82 Ghi Laøm Nguoäi 83 Heä Thoáng Ghi Laøm Nguoäi: 85 5 – UÛ CLINKER • Clinker sau khi laøm nguoäi ñöôïc ñaäp sô boä nhaèm phaù huûy nhöõng keát taûng lôùn. Sau ñoù ñöôïc ñöa vaøo chöùa trong caùc silo ñeå uû khoaûng 7 – 10 ngaøy. • Vôùi caùc nhaø maùy nhaäp clinker hoaëc caùc traïm nghieàn, thôøi gian uû thöïc teá chính laø thôøi gian vaän chuyeån clinker. • UÛ chính laø giai ñoaïn hoaøn thieän quaù trình laøm nguoäi clinker tröôùc khi nghieàn mòn vôùi caùc phuï gia thaønh XMP. 86 Chú ý: Quá trình ủ: - Giaûm löôïng CaO töï do (moät phaàn CaO töï do phaûn öùng vôùi hôi nöôùc trong khoâng khí). - Khoaùng  - C 2 S phaûn öùng vôùi hôi nöôùc phaân raõ tröôùc, khoâng laøm haïi XMP. -Clinker ôû nhieät ñoä cao deã laøm phuï gia thaïch cao CaSO 4 .2H 2 O maát nöôùc taïo hieän töôïng “ninh keát giaû” (hieän töôïng thaïch cao ñoùng raén tröôùc khi XM ñoùng raén). - Silo uû clinker coù theå phoái troän caùc meû nung ñeå oån ñònh chaát löôïng clinker, chuû yeáu laø haï haøm löôïng CaO vaø MgO töï do tôùi möùc cho pheùp. 87 V. NGHIEÀN CLINKER 88 • XMP laø saûn phaåm boät mòn cuûa clinker vôùi phuï gia theo tyû leä thích hôïp. • Nghieàn clinker vôùi phuï gia laø coâng ñoaïn cuoái cuøng, coù aûnh höôûng quan troïng tôùi chaát löôïng XMP. • Chaát löôïng nghieàn ñöôïc ñaùnh giaù baèng beà maët rieâng xaùc ñònh theo phöông phaùp Blaine (m 2 /g boät XM); hoaëc theo phöông phaùp phaân tích nhanh theo côõ haït baèng tia lazer; hoaëc baèng saøng 4900 loã/cm 2 (0,08 mm) . 89 Coù hai phöông phaùp nghieàn clinker: - Nghieàn chung clinker vôùi phuï gia, - Nghieàn rieâng clinker vaø phuï gia roài troän laïi vôùi nhau. Khi nghieàn rieâng, hieäu quaû nghieàn taêng; khi nghieàn chung ñoä ñoàng nhaát cuûa XM ñaûm baûo. Vieäc nghieàn chung hay rieâng phuï thuoäc vaøo ñoä cöùng vaø tyû leä töông ñoái giöõa clinker vaø phuï gia, phuï thuoäc thieát bò nghieàn. 90 Aûnh höôûng kích thöôùc haït tôùi ñoä beàn cô • Côõ haït toái öu cho XM ñoä beàn cao nhaát laø trong khoaûng töø 3 – 30 m. • Côõ haït nhoû hôn 3 m chæ aûnh höôûng tôùi ñoä beàn ban ñaàu, chuùng thuûy hoùa raát nhanh, chæ sau 1 ngaøy ñeâm XM ñaït ñoä beàn neùn vaø beàn uoán lôùn nhaát. • Côõ haït lôùn hôn 60 m thuûy hoùa raát chaäm vaø ít aûnh höôûng tôùi ñoä beàn XM. Rn (kG/cm2) 600 500 400 300 200 100 <7mm <25mm 5-25mm 20-50mm 35-100mm 91 Côõ haït 3 – 60 m trong XMP thöôøng chieám khoaûng 40 –50% khoái löôïng, trong XMP maùc cao 55 – 65%, coøn trong XMP maùc ñaëc bieät cao, treân 70%. Haït caøng mòn cöôøng ñoä ban ñaàu XM taêng caøng nhanh, nhöng sau ñoù cöôøng ñoä sau ñoù cuûa XM khoâng cao vaø laøm giaûm naêng suaát maùy nghieàn. 92 MAÙY NGHIEÀN BI 96 MAÙY NGHIEÀN ÑÖÙNG 97 CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG TÔÙI QUAÙ TRÌNH NGHIEÀN • Haït vaät lieäu dính leân vaät nghieàn (bi saét, baùnh xe). • Thaønh phaàn khoaùng cuûa clinker. • Nhieät ñoä moâi tröôøng nghieàn. • Chaát trôï nghieàn. SÅ ÂÄÖ DÁY CHUYÃÖN CÄNG NGHÃÛ SAÍN XUÁÚT XI MÀNG THEO PHÆÅNG PHAÏP KHÄ - LOÌ QUAY Så âäö cäng nghãû cäng âoaûn chuáøn bë nguyãn liãûu Så âäö cäng nghãû cäng âoaûn nghiãön phäúi liãûu vaì âäöngnháút Så âäö cäng nghãû cäng âoaûn chuáønbë nhiãn liãûu Så âäö cäng nghãû nung phäúiliãûu thaình clinker Så âäö cäng nghãû nghiãön clinker ximàng Så âäö cäng nghãû âoïng bao ximàng