Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng sử dụng lò quay phương pháp khô với công suất 1,4 triệu tấn xi măng PCB 40/ năm

67,06 3,17 _ _ _ 5,59 Điatomit 85,63 7,39 2,26 3,65 _ _ _ 1,07 Bảng 9_Các modun, hệ số. Nguyên liệu LSF MA MS C A S Đá vôi 606,74 1,87 2,12 76,144 0,24 - 0,816 Đất sét 2,19 3,03 2,62 -195,367 9,193 3,006 Quặng sắt 3,03 0,06 0,28 - 96,219 - 102,81 - 158,889 Điatomit 1,46 3,27 8,87 - 233,85 3,887 61,495 Tro than 3,22 5,43 1,88 - 187,55 19,379 - 19,893 2. Lượng tro trong clinker : t% = n.A.B.100% trong đó n : hệ số lắng tro trong clinker. Chọn n = 100%. A : độ tro của than. A = 15,12%. B : lượng than tiêu tốn cho 1 kg clinker, kg/kgCL. Ta có : Với q : nhiệt tiêu tốn để nung 1 kg clinker. Chọn q = 730 kcal/kgCl. : nhiệt sinh thấp của than, kcal/kg than. Suy ra Vậy, t% = 1.0,1512.0,109.100% = 1.648%. IV. Dựng và giải hệ phương trình : Gọi x1, x2, x3, x4 lần lượt là tỷ lệ của đá vôi, đất sét, quặng sắt và điatomit trong clinker. Ngoài ra, xtro = t% = 1,648%. Ta có : x1 + x2 + x3 + x4 + xtro = 100. Thay số liệu ở bảng 9 vào các phương trình sau : Ta được hệ sau : Giải hệ phương trình bằng phương pháp Gauss ta có : 1= 72,0012% 3 = 2,29176% tro = 1,648% 2 = 17,5049% 4 = 6,55414% V. Tính kiểm tra : 1. Tính kiểm tra thành phần hoá của clinker : Thay giá trị trong bảng 7 và 8 vào các công thức sau : = = 2. Tính kiểm tra các modun, hệ số : 3. Tính kiểm tra thành phần khoáng của clinker : Tổng 4 khoáng chính = 63,047 + 15,045 + 8,350 + 10,3187 = 96,7607 (%). 4. Hàm lượng pha lỏng nóng chảy : 4.1. Tính theo thành phần khoáng : 4.2. Tính theo thành phần hoá : VI. Tính thành phần hoá phối liệu, thành phần đóng góp của nguyên liệu trong phối liệu và tít phối liệu : 1. Phần đóng góp của nguyên liệu trong phối liệu : +Đá vôi : +Đất sét : +Quặng sắt : +Điatomit : 2. Thành phần hoá của phối liệu : Thay số ở bảng 1 vào các công thức sau ; 3. Tính tít phối liệu : T = 1,785.C + 2,09.M = 1,785.43,590 + 2,09.0,506 = 78,886 %. VII. Nhận xét : + Các kết quả tính toán cho thấy các modun, hệ số ta chọn ban đầu là phù hợp. + Hàm lượng C3S sau khi nung phối liệu tạo clinker là cao (63,047%) có thể đảm bảo cho xi măng có cường độ yêu cầu (mác 40) nhưng cũng làm cho quá trình nung luyện khó khăn hơn. + Bài phối liệu có đưa tro than vào nhưng số phương trình không đổi. Vế trái không đổi nhưng vế phải thay đổi. Mặc dù vậy, các thông số của tro than đưa vào đều tính được ngay nên hệ vẫn giảibình thường được bằng phương pháp Gauss. + Hàm lượng pha lỏng L = 24,836 % là phù hợp cho quá trình tạo khoáng diễn ra theo yêu cầu. + Tít phối liệu T = 78,886 % là phù hợp. VIII. Tính cường độ của clinker : Giả sử tổng hàm lượng kiềm có trong clinker gồm 2 loại là K2O và Na2O. Giả thiết hàm lượng của chúng là như nhau. Ta có : Suy ra Do đó : Vậy, Cường độ xi măng là : Tiêu chuẩn xi măng PCB 40 nhà máy dự định sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng TCVN 6260-1997. Bảng 10_Tiêu chuẩn xi măng PCB 40 của Việt Nam. Các yêu cầu kỹ thuật PCB 40 Cường độ nén (N/mm) : + 72 giờ 45 phút + 28 ngày 2 giờ 14 40 Thời gian đông kết : + Bắt đầu (phút) + Kết thúc (giờ) 45 10 Độ nghiền mịn : + Phần còn lại trên sàng 0,08 mm (%) + Bề mặt riêng theo phương pháp Blaine (cm/g) 15 2700 Độ ổn định thể tích theo phương pháp Le Chatelier (mm) 10 Hàm lượng SO3 (%) 3,5 Phần V : Tính cân bằng vật chất của toàn nhà máy 1.Tiêu hao nguyên liệu khô lý thuyết cho 1 kg clinker : trong đó là mất khi nung của phối liệu (%). + Tiêu hao đá vôi : + Tiêu hao đất sét : + Tiêu hao quặng sắt : + Tiêu hao điatomit : với X1, X2, X3, X4 là phần trăm các cấu tử trong phối liệu ở trạng thái khô. 2. Tiêu hao nguyên liệu ẩm lý thuyết (trạng thái ẩm tự nhiên). Gọi W1, W2, W3, W4 là độ ẩm tự nhiên của đá vôi, đất sét, quặng sắt và điatômit. Chọn W1 = 3 % W3 = 4 % (II-85) W2 = 10 % (II-80) W4 = 2 % (II-274). + Tiêu hao dá vôi : + Tiêu hao đất sét : + Tiêu hao quặng sắt : + Tiêu hao diatômit : 3. Lượng clinker lý thuyết thu được khi nung 1 kg phối liệu khô : 4. Lượng nguyên liệu thực tế để nung 1 kg clinker : 4.1. Nguyên liệu khô thực tế : Gọi p là tổn thất nguyên liệu khi gia công phối liệu. Chọn p = 3 %. (II-86) + Đá vôi : + Đất sét : + Quặng sắt ; + Điatômit : 4.2. Nguyên liệu ẩm thực tế : + Đá vôi : + Đất sét : + Quặng sắt : + Điatômit : 4.3. Lượng clinker thu được khi nung 1 kg phối liệu khô thực tế : 5. Lượng nguyên liệu khô lý thuyết tiêu hao để nung ra 1 kg clinker có lẫn tro nhiên liệu : 6. Tỷ lệ các cấu tử trong phối liệu có độ ẩm tự nhiên : + Đá vôi : + Đất sét : + Quặng sắt : + Điatômit : 7. Tiêu hao than của nhà máy : nhà máy sử dụng 100% than cám 3. + Tiêu hao than có độ ẩm 1% để nung 1 kg clinker : B = 0,109 (kg/kgCL) + Tiêu hao than có độ ẩm tự nhiên 7% : + Tiêu hao than thực tế có kể đến tổn thất : 8. Tiêu hao phụ gia cho 1 kg clinker : Nhà máy dự kiến sản xuất xi măng PCB 40 với 75% clinker, 10 % phụ gia lười, 11 % phụ gia khoáng hoạt tính và 4 % thạch cao. + Tiêu hao thạch cao theo lý thuyết cho 1 kg clinker : + Tiêu hao phụ gia theo lý thuyết cho 1 kg clinker : Trong đó : phụ gia lười : phụ gia khoáng hoạt tính : Tiêu hao phụ gia thực tế kể cả ẩm (5%) : 9. Một số tiêu hao khác : (IV-134) + Gạch chịu lửa : 9.10 (kg/kgCL). + Bi, đạn, tấm lót : 6.10 (kg/kgCL). + Nước : 2.5.10(m/kgCL). + Tiêu hao điện năng : (110 KV, 50 Hz) : 0,06 (KWh/kgCL). + Dầu FO : 5.10(kg/kgCL). + Dầu mỡ bôi trơn : 10(kg/kgCL). + Vỏ bao : 1 tấn xi măng cần : (cái). 1 tấn clinker cần : (cái). 1 kg clinker cần : 0,0267 (cái). Phần VI : Tính cân bằng vật chất của hệ thống lò I. Tính chọn lò nung : 1. Xác định hệ số sử dụng thời gian K: Ta định mức thời gian dừng lò như sau : + Thay gạch chịu lửa trong lò : 1 năm 2 lần : 2 * 3 ngày = 6 ngày = 144 giờ. + Đại tu, trung tu lò : 15 ngày = 360 giờ. + Tiểu tu, kiểm tra sản xuất : 1 giờ/ ngày [365 – (15+6). 1 giờ = 344 giờ = 14 ngày. Tổng số ngày dừng lò trong năm : 6 + 15 + 14 = 35 ngày. Vậy ta có K = = 0,904. 2. Xác định năng suất của phân xưởng lò nung : Năng suất nhà máy theo clinker trong 1 năm khi coi thạch cao là tổn hao mất mát: (tấn CL/ năm). Năng suất thực tế của nhà máy : (tấn CL/ ngày). = 139,663(tấn CL/ giờ). Ta chọn lò có năng suất G1 = 3800 (tấnCL/ ngày) . Vậy ta có tổng dự trữ công suất của lò là : Dự trữ công suất lò theo kế hoạch sửa chữa : P1 = 1 – K = 1 – 0,904 = 0,096 = 9,6%. Lượng dự trữ công suất dư : P3 = P – P1 = 13,368 – 9,6 = 3,768 % < 5 %. Do vậy ta chọn lò có năng suất 3800 (tấnCL/ ngày) là phù hợp. 3. Xác định kích thước của lò quay nung clinker : Lò nung clinker hiện đại có hệ thống Calciner thì năng suất riêng của lò vào khoảng 85 185 (kgCl/ m.h). Ta chọn năng suất riêng của lò là 140 (kgCl/ m.h) = Nr . Năng suất của lò là Nl = (kgCL/h). Thể tích của lò : V = Slò.Llò = .Llò (m). Theo tài liệu của hãng FCB thì Llò = 20( D - 1) (m). Do đó : V = .20.(D - 1) (m). Mặt khác, V = (m). Suy ra ta có : 5 = 1130,95 Giải phương trình ta được : D 4,521594 (m). Suy ra L = 70,43188 (m). Vậy ta chọn lò có đường kính D = 4,55 (m) và chiều dài L = 71 (m). 4. Bảng tổng hợp tiêu hao nguyên, nhiên, vật liệu cho 1 tấn clinker : (Giả thiết thạch cao và phụ gia tổn thất không đáng kể). Bảng 11_(Lấy tiêu hao riêng cho 1 kg clinker nhân với lượng clinker sản xuất ra trong 1 giờ là 158,333 tấn/giờ được tiêu hao trong 1 giờ, từ đó suy ra tiêu hao trong 1 ngày và 1 năm). Danh mục Mức tiêu hao (tấn / tấnCL) Mức tiêu hao Tấn / giờ Tấn / ngày Tấn / năm Đá vôi khô 1,292 204,566 4909,590 1,792.10 Đá vôi ẩm 1,332 210,900 5061,589 1,847.10 Đất sét khô 0,201 31,825 763,798 2,788.10 Đất sét ẩm 0,224 35,467 851,198 3,107.10 Quặng sắt khô 0,025 3,958 95,000 3,467.10 Quặng sắt ẩm 0,026 4,117 98,800 3,606.10 Điatômit khô 0,072 11,400 273,599 9,986.10 Điatômit ẩm 0,073 11,558 277,399 10,13.10 Than khô 0,109 17,258 414,199 1,512.10 Than ẩm 0,116 18,367 440,799 1,609.10 Gạch chịu lửa 9.10 0,142 3,420 1248,297 Bi, đạn, tấm lót 6.10 0,095 2,280 832,198 Thạch cao 0,053 8,392 201,400 7,351.10 Phụ gia khô 0,28 44,333 1063,998 3,884.10 Phụ gia ẩm 0,295 46,708 1120,998 4,092.10 Dầu FO 5.10 0,079 1,900 693,499 Dầu mỡ bôi trơn 10.10 0,158 3,800 1386,997 Điện năng (KWh/tấnCL) 60 9499,980 2,280.10 8,322.10 Nước (m/ tấnCL) 0,25 39,583 949,998 3,467.10 Vỏ bao (cái/tấnCL) 26,67 4222,741 10,13.10 3,699.10 II. Tính quá trình cháy nhiên liệu : Bảng 12_Quá trình cháy 100 kg than. nguyên tố Kg Kmol Phản ứng cháy O2 cần, kmol Sản phẩm cháy (kmol) CO2 H2O SO2 N2 C 77,763 6,48025 C+O2=CO2 6,48025 6,48025 H 1,512 0,756 H2+O2=H2O 0,378 0,756 S 2,150 0,06719 S +O2=SO2 0,06719 0,06719 N 0,835 0,02982 - 0,02982 W 1 0,05556 - 0,05556 O 1,620 0,05063 - - 0,05063 A 15,12 - - Tổng 100% 6,87481 6,48025 0,81156 0,06719 0,02982 Lượng ôxi cần để cháy nhiên liệu theo lý thuyết : 1. Khi (hệ số không khí dư của lò) : Lượng không khí thực tế để cháy nhiên liệu : Nếu không khí ẩm, lượng không khí thực tế cần : với d : hàm ẩm của không khí , d = 1620 (g/kgKKK). Chọn d = 16 g/kgKKK. Lượng hơi nước do không khí mang vào : Thể tích của sản phẩm cháy : Ta có : Thành phần của sán phẩm cháy : 2. Khi (hệ số không khí dư của cyclone tầng trên cùng) : Thể tích của sản phẩm cháy : Suy ra : V = 12,9006 . Thành phần của sản phẩm cháy : Tính quá trình cháy tương tự với = 1,2; 1,3 ; 1,4 ; 1,5; 1,6. Ta có bảng tổng hợp sau : L,V, 1,15 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 L 8,43310 8,79976 9,53307 10,26638 10,99970 11,73301 12,46632 L 8,64899 9,02503 9,77712 10,52920 11,28129 12,03338 12,78546 H2OKK 0,21589 0,22527 0,24405 0,26282 0,28159 0,30037 0,31914 VCO2 1,45158 1,45158 1,45158 1,45158 1,45158 1,45158 1,45158 VH2O 0,39768 0,40706 0,42584 0,44461 0,46338 0,48216 0,50093 VSO2 0,01505 0,01505 0,01505 0,01505 0,01505 0,01505 0,01505 VN2 6,66883 6,95849 7,53780 8,11712 8,69644 9,27576 9,85507 VO2 0,23099 0,30799 0,46199 0,61598 0,76998 0,92397 1,07797 V 8,76413 9,14017 9,89226 10,64434 11,39643 12,14852 12,90060 %CO2 16,56274 15,88132 14,67390 13,63710 12,73715 11,94862 11,25203 %H2O 4,53759 4,45352 4,30478 4,17696 4,06601 3,96888 3,88300 %SO2 0,17172 0,16465 0,15211 0,14139 0,13205 0,12388 0,11666 %N2 76,09232 76,13088 76,19899 76,25760 76,30846 76,35300 76,39234 %O2 2,63563 3,36963 4,67022 5,78695 6,75633 7,60562 8,35597 III. Thiết lập cân bằng vật chất lò nung : III.1. Vào lò : 1. Lượng nhiên liệu đốt trong lò và calciner : X(kg/kgCL). 2. Lượng phối liệu khô vào lò : , (kg/kgCL) với Bu = 5% : lượng bụi phối liệu bay ra theo khói lò. Pt : lượng phối liệu khô tuyệt đối không kể bụi bay. Suy ra : 3. Lượng nước ẩm của phối liệu khi độ ẩm của phối liệu vào lò là 1% : 4. Lượng không khí 1 vào lò qua vòi phun than : lấy bằng 8% của lượng không khí cần thiết để đốt cháy than. (V-11) Tính theo thể tích : 5. Lượng không khí lọt vào lò qua hệ thống trao đổi nhiệt : Tính theo thể tích : 6. Lượng không khí vào làm nguội clinker : Chọn lượng không khí vào làm nguội clinker là 2,312(m/kgCL). (III-493) Nếu tính theo thể tích : Vậy, tổng lượng vật chất vào hệ lò là : GV = = = III.2. Ra lò : 1. Lượng clinker ra lò : 1 kg. 2. Lượng CO2 do phân huỷ phối liệu và bụi bay ra : = với CaO, MgO là phần trăm của chúng trong phối liệu, %. : mức độ cácbônát hoá của bụi bay ra khỏi hệ thống lò. Thông thường, = 0,30,6. Chọn = 0,5. 3. Lượng nước do độ ẩm phối liệu mang ra : GH = 0,0016 (kg/kgCL) 4. Lượng nước do phân huỷ phối liệu : 5. Lượng bụi bay ra ngoài : 6. Lượng khói lò bay ra ngoài với = 1,7 : với : khối lượng riêng của khói lò ở ĐKTC (kg/m). trong đó là khối lượng riêng các khí ở ĐKTC,(kg/m) Suy ra, GK = 12,9006.1.3321.X = 17,1849. X(kg/kgCL). 7. Lượng không khí dư mang đi sấy than : Nếu tính theo thể tích : Vdư = Vậy, tổng lượng vật chất ra khỏi hệ lò : GR = 1 + GCO2 + GH2O + GH + Gb + GK + Gdư = 1 + 0,542 + 0,0195 + 0,016 + 0,066 + 17,1849.X + 3,0372 + 10,1922.X = 4,6711 + 6,9927.X(kg/kgCL). Ta có cân bằng vật chất của hệ thống lò : GR = GV 4,6711 + 6,9927.X = 4,6502 + 7,1844.X Suy ra : X = 0,10902 (kg than/kgCL) . Sai số = < 1 %. Kết quả tính toán cho ta sai số nằm trong khoảng cho phép. Bảng 13_Cân bằng vật chất của hệ thống lò. I. Vào lò Kg/kgCL % 1. Lượng than đốt trong lò và calciner : X 0,10902 2,0065 2. Lượng phối liệu khô vào lò : GP 1,597 29,3922 3. Lượng nước ẩm của phối liệu : GH 0,016 0,2945 4. Lượng không khí 1 vào lò : GKK1 0,0966 1,7778 5. Lượng không khí lọt vào hệ lò : GL 0,5776 10,6305 6. Lượng không khí vào làm lạnh clinker : Gn 3,0372 55,8985 Tổng lượng vật chất vào hệ lò : GV 5,43342 100 II. Ra lò Kg/kgCl % 1. Lượng clinker ra lò 1 18,4044 2. Lượng CO2 bay ra : GCO2 0,542 9,9753 3. Lượng ẩm lý học của phối liệu : GH 0,016 0,2943 4. Lượng nước hoá học : GH2O 0,0195 0,184 5. Lượng bụi bay ra : Gb 0,066 1,2144 6. Lượng khói lò bay ra : GK 1,8735 34,4802 7. Lượng không khí dư đi sấy than : Gdư 1,926 35,4474 Tổng lượng vật chất ra khỏi hệ lò : GV 5,4334 100 Sai lệch : Phần VII : Tính nhiệt lý thuyết tạo clinker và cân bằng nhiệt của hệ thống lò I. Tính nhiệt lý thuyết tạo clinker : theo phương pháp Khô-đô-rôp (II-173). I.1. Nhiệt tiêu tốn : 1. Lượng than tiêu tốn để nung 1 kg clinker : 2. Lượng phối liệu khô lý thuyết : Pt = 1,517 (kg/kgCL) 3. Nhiệt cần để nung nóng phối liệu khô ở 0 450C : (kcal/kgCL) trong đó : CM là tỷ nhiệt của phối liệu ở 450 0C là 0,253 (kcal/kgC). 4. Nhiệt cần để phân huỷ caolinít ở 450C : Lượng nước hyđrát của nguyên liệu : trong đó : CO là hàm lượng % CO2 trong nguyên liệu khô. CO = Suy ra : Vậy, Với 1600 là hiệu ứng nhiệt phân huỷ Caolinít (kcal/kg nước hyđrat). 5. Nhiệt nung nóng phối liệu đã mất nước hyđrat ở 450 900C : với CM tỷ nhiệt trung bình của phối liệu khô ở nhiệt độ 450900C. 6. Nhiệt phân huỷ cacbônat CaCo3 và MgCO3 của phối liệu ở 900C : trong đó : GCaCO: lượng CaCO3 lý thuyết trong phối liệu, (kg/kgCL). CaO, MgO là lượng CaO và MgO trong phối liệu (%). 396, 195 là hiệu ứng nhiệt phân huỷ CaCO3 và MgCO3 . Từ đó ta có : 7. Nhiệt nung nóng đỏ phối liệu từ 9001400C : trong đó : Glà lượng CO2 lý thuyết có trong phối liệu (kg/kgCL). G= CM là tỷ nhiệt trung bình của phối liệu 9001400C là 0,248 (kcal/kgC). 8. Tiêu hao nhiệt để tạo pha lỏng ở 1400C là 50 (kcal/kgCL) = q. Tổng lượng nhiệt tiêu tốn cho quá trình tạo clinker là : I.2. Nhiệt vào khi nung clinker : 1. Nhiệt sinh ra do hiệu ứng toả nhiệt khi tạo khoáng clinker ở 1000 1400C : trong đó : C3S, C2S, C3A, C4AF là hàm lượng các khoáng tronh clinker, %. 2. Nhiệt sinh ra do hiệu ứng tạo mêtacaolinit ở 950C : trong đó : Al2O là % Al2O3 trong clinker. 72 là hiệu ứng nhiệt tạo metacaolinit (kcal/kgAS2). 3. Nhiệt thu hồi khi làm lạnh clinker ở 1400C0C : trong đó 0,261 là tỷ nhiệt của clinker ở giới hạn 01400C, kcal/kgC. 4. Nhiệt sinh ra do kết quả làm lạnh CO2 của phối liệu ở 9000C : với 0,256 là tỷ nhiệt trung bình của CO2 ở giới hạn nhiệt độ 09000C, kcal/kgC. 5. Nhiệt thu hồi do làm lạnh hơi nước ở 4500C và do ẩn nhiệt ngưng tụ nước thoát ra : trong đó : 0,47 là tỷ nhiệt trung bình của hơi nước trong khoảng nhiệt độ 0450C, kcal/kgC. 595 là ẩn nhiệt ngưng tụ hơi nước ở 100C. Tổng lượng nhiệt vào : Vậy, nhiệt lý thuyết tạo clinker là : II. Tính cân bằng nhiệt của hệ thống lò : I.1. Lượng nhiệt vào : 1. Nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra : 2. Nhiệt lý học và nhiệt do độ ẩm của than mang vào lò : với CT, CH là tỷ nhiệt của than và ẩm (nước) vào lò, kcal/kgC. tT : nhiệt độ của than vào lò, chọn tT = 70 C. 3. Nhiệt lý học của phối liệu đem vào lò : với GP : lượng phối liệu khô vào lò có kể đến lượng bụi bay ra theo khói, kg/kgCL. Cpl : tỷ nhiệt của phối liệu, kcal/kg C. (II-173) tpl : nhiệt độ của phối liệu khô vào lò, chọn tpl = 60C. 4. Nhiệt do độ ẩm của phối liệu vào lò : với GH : lượng ẩm của phối liệu khi độ ẩm phối kiệu vào lò là 1 %, kg/kgCL. CH : tỷ nhiệt của nước, kcal/kgC. (II-172) tH : nhiệt độ của ẩm vào lò, tH = 60C. 5. Nhiệt do không khí lạnh vào lò : . Với Vn : thể tích không khí vào làm nguội clinker, m/kgCL. VL : thể tích không khí lọt vào lò qua hệ thống cyclon trao đổi nhiệt, m/kgCL VKK1 : thể tích không khí 1 vào lò, m/kgCL CKK : tỷ nhiệt của không khí ở 29C. Nội suy trong giới hạn nhiệt độ 0100C, kcal/m. C. (II-265) tKK : nhiệt độ không khí vào lò, chọn tKK = 29 C. Vậy, tổng nhiệt cung cấp là : II.2. Nhiệt tiêu tốn : 1. Nhiệt do phản ứng tạo thành clinker : 2. Nhiệt bốc hơi ẩm của phối liệu : trong đó : 597 là ẩn nhiệt bốc hơi của nước ở 0C, kcal/kg ẩm. 3. Nhiệt do nước ẩm và nước hoá học dưới dạng hơi nước mang ra khỏi cyclone trên cùng : với VH2O : thể tích hơi nước, m/kgCL GH2O = GH2O + GH = 0,0195 + 0,016 = 0 0355 (kg/kgCL). VH2O = (m/kgCL) CH2O : tỷ nhiệt của hơi nước, kcal/m. C. Nội suy từ bảng 1 (II-265) trong khoảng nhiệt độ 300400 C. t H2O`: nhiệt độ hơi nước khi ra ra khỏi cyclone trên cùng (chính là nhiệt độ của khí thải tKT, chọn bằng 300 C). 4. Nhiệt do khí CO2 mang ra khỏi cyclone trên cùng : với VCO2 CCO2 : tỷ nhiệt của khí CO2 nội suy từ bảng 1 (II-265) ở 300 C, kcal/m. C 5. Nhiệt do khí thải mang ra : với V : thể tích sản phẩm cháy, (m/kgCL). CK : tỷ nhiệt khói lò ở 300C, kcal/m. C. CK = %CO2.CCO2 + %H2O.CH2O + %N2.CN2 + %SO2.CSO2 + %O2.CO2 = 0,01.(11,25203.0,4469 + 3,883.0,3684 + 76,39234.0,3122 + 0,11666.0,468 + 8,35597.,3324) = 0,3307 (kcal/m. C). 6. Nhiệt do bụi bay ra ngoài : với Cb : tỷ nhiệt của bụi phối liệu, kcal/kg C. 7. Nhiệt do clinker mang ra ngoài : trong đó CCL : tỷ nhiệt của clinker, kcal/kg C. tCL : nhiệt độ của clinker ra lò, chọn tCL = 90 C. 8. Nhiệt do tổn thất theo vỏ lò ra môi trường xung quanh : Chọn tổn thất 10 30% lượng nhiệt do nhiên liệu cung cấp cho quá trình nung 1 kh clinker. 9. Nhiệt mất do đem đi sấy than : trong đó : VS = (m/kgCL). tS : nhiệt độ khí đi sấy than. Chọn 170 C. CS : tỷ nhiệt của khí ở 170 C, (kcal/m. C). (II-265) Vậy, tổng lượng nhiệt tiêu tốn là : Ta có cân bằng nhiệt sau : qR = qV 694,36852 + 862,044.X = 46,29796 + 6808,988. X Suy ra : X = 0,1898 (kg/kgCL). Sai số : : sai số này nằm trong phạm vi cho phép. Và : . Do vậy ta chọn lượng nhiệt tiêu tốn để nung 1 kg clinker q = 730 (kcal/kgCL) là phù hợp. Bảng 14_Cân bằng nhiệt của hệ thống lò. I. Nhiệt vào Kcal/kgCL % 1. Nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra : q1 727,827 92,3237 2. Nhiệt lý học của than mang vào : q2 9,536 1,2096 3. Nhiệt lý học của phối liệu : q3 24,24246 3,0751 4. Nhiệt do độ ẩm phối liệu vào lò : q4 0,96 0,1218 5. Nhiệt do không khí lạnh vào lò : q5 25,777 3,2698 Tổng lượng nhiệt vào : qV 788,34246 100 II. Nhiệt ra Kcal/kgCL % 1. Nhiệt do phản ứng tạo clinker : q1 423,8318 53,7644 2. Nhiệt bốc hơi ẩm : q2 9,552 1,2117 3. Nhiệt do nước lý + hoá học mang ra : q3 4,874 0,6183 4. Nhiệt do CO2 mang ra : q4 36,762 4,6634 5. Nhiệt do khí thải mang ra : q5 139,4801 17,6935 6. Nhiệt do bụi bay ra ngoài : q6 5,0094 0,6355 7. Nhiệt do clinker mang ra : q7 16,83 2,1348 8. Tổn thất nhiệt ở vỏ lò : q8 73 9,2603 9. Nhiệt đem đi sấy than : q9 78,974 10,0181 Tổng lượng nhiệt ra : qR 788,3133 100 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh : Q0C = Q0C nằm trong giới hạn cho phép (0,10,3).q, kcal/kgCL. II.3. Xác định hiệu suất nhiệt và hệ số tác dụng kỹ thuật có ích của lò : Lượng nhiệt hữu ích là tổng lượng nhiệt tạo clinker và nhiệt bốc hơi ẩm của phối liệu. Qhi = = 423,8318 + 9,552 = 433,3838 (kcal/kgCL). 1. Hiệu suất sử dụng nhiệt của lò : là hệ số tác dụng hữu ích lượng nhiệt của lò bằng tỷ số giữa lượng nhiệt hữu ích trên tổng lượng nhiệt vào. 2. Hệ số kỹ thuật sử dụng nhiệt hữu ích của lò : là tỷ số giữa nhiệt lý thuyết tạo clinker trên nhiệt sinh ra do cháy nhiên liệu. Phần VIII : Tính và lựa chọn một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất I. Phân xưởng lò nung : Phân xưởng lò nung là phân xưởng trọng tâm của nhà máy vì toàn bộ các phân xưởng khác như khai thác, chuẩn bị nguyên liệu để nung, nghiền tháo xi măng…đều lấy cơ sở những chỉ tiêu cơ bản từ phân xưởng lò nung, phải dự trữ năng suất đảm bảo cho phân xưởng lò nung làm việc liên tục. Phân xưởng lò nung góp phần quan trọng đảm bảo cho nhà máy sản xuất ra xi măng chất lượng cao và ổn định vì chất lượng của xi măng phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng clinker do phân xưởng lò nung sản xuất ra. Nếu clinker chín tốt, tỷ trọng cao, kết khối tốt và chín thấu đồng đều toàn khối viên clinker thì lúc nghiền ra chắc chắn xi măng có chất lượng cao. I.1. Lựa chọn phương pháp sản xuất và lò nung clinker XMP : Phương pháp sản xuất là yếu tố quan trọng và nó phải đạt được các mục tiêu sau : + Rút ngắn quá trình sản xuất. + Nâng cao hiệu quả hoạt động của máy móc, thiết bị. + Nâng cao sản lượng, chất lượng, hạ giá thành sản xuất. + Đảm bảo vệ sinh môi trường. Người ta tách ra hai phương pháp chính để chuẩn bị nguyên liệu cấp cho lò quay: _Phương pháp ướt : Bùn nguyên liệu có độ ẩm 18 45% sản xuất bằng máy nhào khuấy, nghiền ướt hoặc phối hợp hai phương pháp đó. Chuẩn bị theo phương pháp ướt cần thiết khi lý tính của các thành phần cấu tử nguyên liệu (như đất sét dẻo, đá phấn có độ ẩm cao…) không cho phép sản xuất một cách có kinh tế bột nguyên liệu khô. _Phương pháp khô : khi đó người ta sản xuất ra bột nguyên liệu từ các thành phần cấu tử nguyên liệu khô. Tuỳ thuộc vào phương pháp sản xuất vật liệu mà người ta áp dụng các phương pháp nung luyện trong lò quay như sau : 1. Phương pháp ướt : * Trong các lò quay dài có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong như xích, các cánh hình đáy quạt… * Trong các lò quay ngắn không có các cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong mà có cơ cấu trao đổi nhiệt bên ngoài sau lò để sấy bùn nguyên liệu, nó thường được gọi là bộ sấy bùn hoặc máy cô đặc. * Trong các lò quay chiều dài trung bình có thiết bị cơ khí khử nước sơ bộ bùn nguyên liệu trong các phin lọc hút hoặc ép lọc để nghiền đập cặn lọc độ ẩm 15 20% và tiếp tục sấy trong lò có zôn xích. * Trong các lò quay ngắn không có cơ cấu trong lò, có thiết bị cơ khí khử nước sơ bộ bùn nguyên liệu. Bã lọc còn lại được chế biến thành bánh hoặc viên đưa vào bộ gia nhiệt. 2. Phương pháp khô : * Trong các lò dài không có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong. * Trong các lò dài có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong như xích, cần liên kết bằng gốm. * Trong các lò quay ngắn làm việc đồng thời với các bộ gia nhiệt như cơ cấu trao đổi huyền phù hoặc ghi sàng. * Trong các lò quay ngắn có bộ canxi hoá sơ bộ với mức độ canxi hoá trên 90%, có tận dụng nhiệt của máy làm lạnh. So sánh phương pháp sản xuất khô và ướt : + Phương pháp ướt cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn, sơ đồ đơn giản hơn, tiêu tốn lao động ít hơn, điều kiện lao động tốt hơn và phối liệu đồng nhất tốt hơn nhờ quá trình đồng nhất hoá các thành phần cấu tử nguyên liệu ở đạng bùn. Tuy nhiên, do hoàn thiện kỹ thuật mà phương pháp khô ta có thể có được phối liệu đồng nhất như phương pháp ướt và nó thích hợp với nguyên liệu có độ ẩm thấp. + Định lượng các thành phần cấu tử hỗn hợp nguyên liệu khô theo thành phần yêu cầu đơn giản hơn nhiều so với cấu tử ẩm ướt và dẻo. + Cùng một loại vật liệu, cùng độ mịn sản phẩm, phương pháp khô cần nhiều năng lượng hơn phương pháp ướt tới 30%. + Mức độ mòn tấm lót và bi đạn của phương pháp khô chỉ bằng 30 40% mức độ mòn của phương pháp nghiền ướt. + Nhà máy sản xuất theo phương pháp ướt cần dung tích chứa bùn ít hơn khoảng 20% dung tích chứa bột nguyên liệu ở nhà máy sản xuất theo phương pháp khô có cùng công suất. + Với năng suất như nhau, giá thành của lò quay ngắn sản xuất theo phương pháp khô có cơ cấu trao đổi nhiệt gần bằng giá thành lò quay dài theo phương pháp ướt có hệ thống xích trao đổi nhiệt. + Phương pháp khô sản xuất theo chu trình kín và có các thiết bị lọc bụi hiện đại đảm bảo vệ sinh môi trường. Bảng 15_Mức năng lượng yêu cầu và đặc tính khí thải của quá trình sản xuất clinker XMP trong các kiểu lò khác nhau. (XII-499) Giai đoạn sản xuất, đặc tính Lò quay phương pháp khô Lò dài phương pháp ướt Gia nhiệt huyền phù Gia nhiệt kiểu ghi Năng suất, tấn/ngày 300 – 4000 300 – 3300 300 – 3600 Năng lượng tiêu thụ, MJ/tấn Quá trình tạo clinker Quá trình bốc hơi nước Tổn thất do khí thải Tổn thất do khí thải từ máy làm lạnh Tổn thất do clinker mang ra Tổn thất do bức xạ và tường lò hấp thụ Năng lượng điện cho động cơ 1590-1840 8-38 600-1200 0-500 40-210 250-750 36-72 1590-1840 420-590 250-380 0-500 40-170 330-670 43-72 1590-1840 1670-2720 500-1050 0-300 40-210 300-700 36-72 Khí thải, 2,1-2,5 1,8-2,2 3,2-4,2 Nhiệt độ khí thải, 330-380 90-150 130-180 Tiêu hao gạch chịu lửa