Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

I. Qui trình công nghệ sản xuất xi măng
II. Quá trình nung clinker
III. Thiết bị hệ thống tách kiềm
1. Nguyên tắc tách kiềm
2. Công nghệ lọc kiềm
3. Hệ thống tách kiềm và buồng trộn
4. Hoạt động và các khía cạnh môi trường của hệ thống tách kiềm

1


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


I. QUI TRÌNH
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG

2


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


1.

Khai thác đá vôi và đất sét Æ Đ ập đá vôi và đất sét

2.

Đồng nhất nguyên liệu thô

3.

Nghiền nguyên liệu thô

4.

Đồng nhất bột sống

5.

Nung clinker ÆNghiền thanÆĐốt than, đốt nguyên liệu thay thế, đốt

6.

Làm nguội clinker

7.

Nghiền Xi Măng

8.

Bơm cho nhà máy đóng bao và tải xuống tàu về Cát Lái

9.

Xuất cho “thượng đế”

dầu

3


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


II.

LÒ QUAY CÓ BỘ PHẬN TÁCH KIỀM
CÁC VÒNG TUẦN HOÀN

1.

CÁC BƯỚC NUNG CLINKER
Đ ầu v ào :bột sống

» SẤY ( TÁCH NƯỚC )
» NUNG SƠ BỘ
» TÁCH VÔI (THU NHIỆT)
» NUNG NÓNG CHẢY (1450OC) (TỎA NHIỆT)
» LÀM NGUỘI (1000-1100OC)
• ĐẦU RA : CLINKER
Ở PRE HEATER VÀ LÒ
• Bột liệu có độ ẩm < 1% (Hệ lò khô) được cấp vào 2 nhánh cyclone # 2 ở tháp
tiền nung.
>Xét trong từng cyclone thì liệu và khí nóng đi cùng chiều
4


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

ÆTrao đổi nhiệt là cùng chiều
>Xét trên toàn bộ tháp thì liệu và khí nóng đi ngược chiều
ÆTrao đổi nhiệt là ngược chiều
• Khi lò quay và kết hợp với độ nghiêng nên bột liệu sẽ đi về hướng đuôi lò
ÆTrao đổi nhiệt là ngược chiều
• Các chất bay hơi như các muối kiềm, muối clo được rút ra khỏi đầu lò bởi
hệ thống bypass; các chất bay hơi sun phua được kết hợp vói kiềm theo
clinker ra khỏi lòÆ tránh vòng tuần hòan trong, tạo vòng trám
ÆCác chất bay hơi sinh ra càng nhiều khi nhiệt độ tăng
ÆCác chất bay hơi sun phua sinh ra càng nhiều khi thiếu O2
TIÊU TỐN NHIỆT & VỆ SINH
• QUÁ TRÌNH TÁCH VÔI Ở DDF LÀ PHẢN ỨNG THU NHIỆT
• QUÁ TRÌNH KHI NUNG Ở LÒ LÀ PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT
ÆLượng than ở DDF chiếm 65-70% do hầ u hết phản ứng
tỏa nhiệt đều ở nhiệt độ 850-900oC của DDF
• Khi nồng độ các chất bay hơi caoÆđầu lò & DDF nghẹt
Æthiếu O2 Ægiảm liệu
ÆCần vệ sinh đầu lò, DDF, hệ thống bypass thường xuyên
NUNG SƠ BỘ Ở PREHEATER

NHIỆT ĐỘ NUNG

5


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

THU NHIỆT & TỎA NHIỆT

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN HÓA CLINKER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ XI MĂNG

6


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


Pha clinker

Cường độ sớm

Cường độ trễ

C3S

C2S

C2A

C4AF

Muối sun phát kiềm

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN PHỤ CLINKER ĐẾN CƯỜNG ĐỘ XI MĂNG
Pha clinker

Cường độ sớm

Cường độ trễ

Na2O

K2O

SO3

CL

F

7


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


P2O5,B2O2,SrO

Mn2O3,TiO2

– ẢNH HƯỞNG CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CLINKER ĐẾN ĐẶC TÍNH
XM Pha chính :

C3S : cường độ sớm, thời gian đông cứng,dễ nghiền (LSF)
C2S : cường độ trễ, độ bền
C3A : độ đông kết ban đầu, sự tỏa nhiệt sớm (SR)
C4AF : tỷ trọng,màu sắc (AR)

– Pha phụ :

Vôi tự do : giảm thời gian đông cứng, cường độ sớm, độ đặc chắc
Kiềm / sun phát : tăng cường độ sớm, giảm cường độ trễ
Ô xít Mg : sự giãn nở.
ẢNH HƯỞNG CỦA LSF,SR,AR ĐẾN KHẢ NĂNG NUNG & CHẤT LUỢNG XI MĂNG
– LSF (0,9-0,98)
Cao: khó nung, tăng cường độ sớm
Thấp : dễ nung,giảm cường độ sớm
– SR : (1,9-3,2)
Cao : Khó nung, tăng cường độ sớm, đông cứng chậm
Thấp : dễ nung, dễ tạo trám , giảm cường độ, tỏa nhiệt thấp
Æ KHI ĐÁ ĐỎ NGHẸT LÀM LSF, SR TĂNG
Æ LIỆU KHÓ NUNG, TIÊU TỐN NHIỆT CAO
8


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


– AR : (1,5-2,5)
Cao : Dễ nung, giảm cường độ sớm, bền sun phát, đông cứng nhanh ( cần
nhiều thạch cao hơn)
Thấp : Khó nung, tăng cường độ sớm, đông cứng chậm, tỏa nhiệt thấp, độ
co rút nhỏ
IV.

Thiết bị hệ thống tách kiềm

9

Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


1: Ngun tắc tách kiềm
Hệ thống trao đổi nhiệt có ống tách kiềm
™ Vấn đề kiềm trong XMP: nếu hàm lượng kiềm trong bêtông
cao, kiềm sẽ phản ứng với các phụ gia, làm giảm độ bền
10


Qui trình cơng nghệ sản xuất xi măng


™
™
™
™

™
™

hóa dẫn tới sự phá hủy cấu trúc bê tông. (hàm lượng
kiềm cho phép trong clinker nhỏ hơn 0,6% qui theo Na2O ).
Ở 8000C kiềm bay hơi mạnh, phần còn lại nằm trong khoáng
KC23S12, NC8A8, KC8A3, K2SO4, Na2SO4. Ở nhiệt độ thấp hơn,
kiềm ngưng tụ. K2O ngưng tụ tới 81 – 97%, Na2O ngưng tụ ít hơn.
Tổng hàm lượng kiềm bay hơi khoảng 3 – 19%. Như vậy, bụi khí
thải chứa lượng kiềm khá lớn

Nguyên lý hoạt động của ống tách kiềm
Quá trình bay hơi ở các zôn có nhiệt độ cao, sau đó ngưng tụ lại
trong phối liệu ở những zôn có nhiệt độ thấp hơn tạo vòng tuần
hoàn kiềm trong lò nung clinker XMP bình thường
Nguyên tắc chung là lấy một phần khí thải ra khỏi hệ thống trao
đổi nhiệt, hạ nhiệt độ cho kiềm ngưng tụ trong thiết bò ngưng tụ
kiềm, (hoặc lọc kiềm). Sau đó, khí nóng có hàm lượng kiềm thấp
hơn được hồi lưu, trở lại thiết bò trao đổi nhiệt.
Khí thải khi qua bộ phận này sẽ ngưng tụ kiềm và lượng kiềm này
sẽ được tách riêng, không thể hồi lưu vào clinker. Nhờ thiết bò
này, hàm lượng khí SO2 và Cl2 cũng giảm, khí thải sạch hơn.
Ngun tắc tách kiềm

• Những chất dễ bay hơi (bụi/gas) tại điểm có số lượng nhiều nhất. Sau đó
chuyển chúng vào dạng muối và tách ra khỏi hệ thống.
• Mức độ tách = lượng bụi* bay hơi- nồng độ tập trung

• Khí kiềm là hỗn hợp của bụi lò và khí bay hơi cơ đặc

11


Qui trình cơng nghệ sản xuất xi măng


Khối hình muối(trong trường hợp này KCl và NaCl) được hình thành trong các
thành phần khí (clo, lưu huỳnh, kiềm) ngưng tụ trên các hạt bụi lò
ứng dụng đặc trưng của hệ thống tách kiềm
• Nồng độ cao của các chất dễ bay hơi (Cl, S) trong nguyên liệu
• Nồng độ cao của các chất dễ bay hơi (S) trong các nhiên liệu truyền thống

(than, petcoke, ...)
• Tăng cường sử dụng nhiên liệu thay thế có chứa clo (dung môi, nhựa, động vật
ăn)
Sản xuất xi măng kiềm thấp
Hiệu quả tách kiềm

Tách Cl mang lại hiệu quả cao hơn so với tách S hoặc alkali
Kích thước đặc trưng thiết bị tách kiềm

12


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


110
100
90

Bypass rate (%)

80
70
60
50
40
30
20
10
0

Chlorine Bypass

Sulfur Bypass

Low Alkali Cement
Bypass

• Tỉ lệ tách 1 /100 g / t Cl đầu vào
• Nhiệt độ lò tăng lên bởi vì khí nóng và một phần quá trình decarbonized được
trích xuất từ hệ thống lò
• Ca. 10 kJ / kg cho mỗi% tách kiềm bỏ qua quá trình precalciner
• Ca 15-20 kJ / kg /% trong trường hợp chỉ làm nóng lò nung
Ví dụ:
SP lò với 40 S% tách kiềm : + 800 kJ / kg cli
PC lò với 5%-Cl tách kiềm: + kJ 50 / kg cli
• ảnh hưởng của hệ số tách kiềm đối với hỗn hợp khí nóng và hoạt động của lọ
Tạo van của thiết bị tách kiềm để kiểm soát quá trình làm sạch.

13


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


ảnh hưởng của hệ số tách kiềm đến khối lượng và thành phần
Bypass Dust (at 830 g Cl / ton clinker)
4.0

10.0
Bypass dust [t/h]

Cl concentration in dust [%]

9.0

3.5

8.6

8.0
7.6

7.0

6.8

2.5

6.1

6.0
5.6
5.2

2.0

4.8

1.5

1.3
1.0

1.0
0.7

1.1

4.0
3.0

0.8

2.0

0.5

0.5
0.0

1.4

5.0

% Cl in dust

Bypass dust [t/h]

3.0

1.0
0.0

0.0

0.0

0

3

4

5

6

7

8

9

Bypass size [%]

•
•
•
•

Điều gì xảy ra khi hệ số tách kiềm không chính xác
Tỉ lệ tách kiềm quá thấp
Îvan khí bay hơi quá nhỏ không đủ để .khí thoát ra khỏi lò
Î Nhiệt độ khí lò quá cao không đảm bảo cho lò hoạt động ( hoặc trong
trường hợp sử dụng thiết bị làm sạch thông minh)
ÎNồng độ chất bay hơi trong các bụi lọc là rất cao dẫn đến các vấn đề xử lý
(dính bụi) hoặc thậm chí vấn đề ăn mòn
14



Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


•
•
•
•
•

Điều gì xảy ra khi hệ số tách kiềm không chính xác
Hệ số tách kiềm quá cao.
- Vấn đề với cloggings trong hệ thống lò?
- Vấn đề với nồng độ cao chất dễ bay hơi trong bụi kiềmvà vì thế vấn đề xử
lý?
- Tuy nhiên năng lượng (và vật chất trong trường hợp xử lý bụi kiềm) sẽ bị
lãng phí vì nhiều khí nóng thoát ra khỏi lò.
Luôn điều chỉnh tỷ lệ tách kiềm chính xác.
Cần thiết kiểm soát tình hình chất dễ bay hơi
càng thấp càng tốt để giảm thiểu năng lượng và vật chất thiệt hại

•
Cài đặt hệ thống tách kiềm

Khí thoát ra (càng ngắn càng tốt! Tại sao?)
Trộn buồng
Dập tắt quạt không khí
Tùy chọn: nước phun vào buồng trộn hoặc qua tháp điều
ống dẫn tách kiềm qua bộ lọc (tại sao? inclination!)
Bộ lọc kiềm (nhỏ nhất 200 ° C hoặc là EP hay BF)
Quạt tách kiềm
Bụi Giao thông vận tải ở nhà máy, hầm chứa hoặc xe tải
Cài đặt tùy chọn bộ phận lọc khí nhà máy xi măng
2. Công nghệ lọc kiềm
Thiết bị lọc kiềm cổ điển lọc không khí

15


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


Thiết bị lọc kiềm cổ điển lọc không khí

16


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

• Đặc điểm:
• Khí vào thiết bị với nhiệt 1050 - 1150 ° C
- Khí kiềm được trộn với không khí xung quanh ở 200-250 ° C
- Các chất khí có chứa bụi kiềm(khí nóng và muối kết tinh) được đưa vào túi
lọc. Lọc bụi tĩnh điện kém hiệu quả nên chủ yếu là bộ lọc túi
- Các bụi kiềm được loại bỏ, tái sử dụng sau khi được lọc chiết hoặc sử dụng
trong xi măng như thanhf phần phụ
Các khí kiềm sau lọc ra ngoài qua ống dẫn chính
Ưu điểm của không khí tách kiềm
• Thiết kế đơn giản ( chỉ có 1 ống dẫn chính và 1 quạt giữa thiết bị chiết và bể
lọc)
• Không có các thiết bị bổ sung nước và phân phối ( xe tăng , máy bơm, vòi
phun, máy nén..) cần thiết
• Giảm nguy cơ của sự ăn mòn của ống dẫn khí và lọc do cao hơn điểm sương
của khí kiềm(ít độ ẩm)
• Chỉ có 1 bước làm mát khí và điều khiển nhiệt độ
Nhược điêm của thiết bị tách kiềm
• Những bất lợi với việc làm sạch bằng không khí với lượng lớn không khí có
nhiệt độ khá cao từ 1150 xuống 200oC khó khăn hơn việc làm mát bằng nước.
• Khối lượng khí lớn nên cần nhiều không khí lạnh để làm mát quạt, ống dẫn khí
và các bộ lọc dẫn đến chi phí cao.
17


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


Bộ lọc cổ điển với tháp điều hòa

18

Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


Bộ lọc cổ điển với tháp điều hòa

•
•
•
•

Đặc điểm:
Nhiệt độ khí chiết 1050 – 1150 °C
Khí được trộn với không khí xung quanh xuống ca 350 ° C
Sau đó khí được làm lạnh xuống đến 150-250 bằng thiết bị của một tháp làm
mát (điều không khí cho các bộ lọc)
• Ngoài ra bước 2 và 3 có thể được kết hợp bằng cách thêm trực tiếp nước vào
buồng trộn
• Các chất khí có chứa bụi kiềm( khí nóng và muối kết tinh) là khử bụi trong túi
lọc hoặc kết tủa xung điện
Các bụi kiềm được loại bỏ, tái sử dụng sau khi được chiết hoặc sử dụng trong
xi măng như là một thành phần phụ
• Các khí loại bỏ được đưa qua ống dẫn chính ra ngoài Lợi ích:
19



Qui trình công nghệ sản xuất xi măng

• Hiệu suất lọc tốt, so lượng khí đầu vào với đầu ra ( khoảng 50% khí được lọc
sạch)
• Lượng khí kiềm ít và khí làm mát quạt ít( giảm điện năng tiêu thụ)
• Khí qua bộ lọc ít nên chi phí đầu tư thấp
• Có thể điều khí tốt hơn do độ ẩm cao hơn so với lọc bụi tĩnh điện (khả năng
bảo vệ của lớp bảo vệ tốt hơn của các hạt bụi và các đặc tính ion hóa tốt hơn)
• Nhược điểm:
• nguy cơ ăn mòn Cao hơn trong ống dẫn khí đến bộ lọc và quạt tách kiềm do độ
ẩm khí cao(cao hơn điểm sương)
• Cần thêm trang thiết bị cần thiết (bể chứa nước, máy bơm, tháp điều, áp suất,
máy nén, vòi phun chất lỏng)
• Nguy cơ làm ướt tháp trong trường hợp phun nước không đúng (phân tán
không tốt)
• Hai giai đoạn làm sạch cần kiểm soát nhiều hơn
• Khí kiềm ẩm bị giữ lại bụi trở nên dính dẫn đến khó khăn trong xử lý lọc (chiết
xuất từ các thùng lọc, từ một silo lưu trữ, bên trong ống vận chuyển bụi, ...)
•
Thiết bị tách kiềm tại “hòn chông”

•
•
•
•

Đặc điểm của thiết bị tách kiềm tại “ hòn chông”
Khí kiềm được làm sạch sau khi trộn với không khí trong buồng trộn
Các hạt bụi thô được phân tách trong cyclon và đi trực tiếp đến thiết bị vận
chuyển clinker
Phần còn lại được thải ra ngoài cùng với khí làm mát. Khí kiềm được trộn với

khí làm mát đi vào các thiết bị vận chuyển clinker đến silo
Chi phí đầu tư thấp.
20



Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


•
•
•
•
•

Chỉ có 1 thiết bị kết hợp khí làm mát và khí lọc kiềm.
Không lọc bụi giao thông vận tải
Không lọc bụi lưu trữ và bụi trong quá trình nghiền xi măng
Ít bảo trì thiết bị do số lượng ít
Các vấn đề xảy ra trong silo clinker: các khí kiềm được tách từ clinker thô. Bụi
kiềm đa số xuất hiện ở đáy của các silo clinker do vậy có lượng lớn khí kiềm
tồn tại trong xi măng.
• Như vậy nó ảnh hưởng tới chất lượng xi măng.
• Kém linh hoạt hơn ( không sản xuất được xi măng không có khí kiềm, tức là
clinker luôn lẫn khí kiềm.
Xử lý bụi

bypass fan

bypass fan

bypass
bag filter

bypass
bag filter

Bypa ss
dust

Clinker transport

t

t

To clinke r
s ilo

To c em ent
m ill

Kiểm soát lượng bụi nhà máy xi măng
Kiêm soát tốt chất lượng xi măng
Chi phí đầu tư cao
Bụi trong quá trình vận chuyên xi măng
Chi phí đầu tư thấp
Bụi kiềm phân tầng và biến đổi chất lượng clinker
• Bụi chất thành các mỏ ( đặc biệt là bụi S và alkali) quay lại môi trường.
• Làm sạch khí với nước. Bùn được lọc trong các thiết bị lọc ép. Giống như nước

ra biển, các loại bánh bụi được tận dụng lại trong lò.

21


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


• Định lượng bụi trong nhà máy xi măng
• Ít thiết bị, chi phí đầu tư ít hơn và bảo trì ít hơn (vấn đề xử lý có thể ít hơn)
• Định lượng biến động của bụi kiềm và vì thế có thể biến động về chất lượng xi
măng
• lọc kiềm hoạt động chỉ có thể trong trường hợp các nhà máy xi măng đang
chạy, khí kiềm được thêm vào lò nung xi măng trong trường hợp này là đóng
cửa (ít linh hoạt)
• Thiết bị trung gian lưu trữ bụi được bỏ qua
• Thêm thiết bị, chi phí đầu tư cao hơn (vấn đề xử lý có thể nhiều hơn)
• Có thể xử lý vấn đề (bụi dính vào silo sau 1 thời gian hoạt đông nên cần thiết
kế silo linh hoạt)
Xử lý khí
• ống chính: đa số trường hợp bụi kiềm kết hợp với khí lò trog các ống chính
• ống riêng biệt: Trong trường hợp amoniac từ ống chính phản ứng với Cl hoặc
SO2 từ khí kiềm nó là một cách tốt để tách hoàn toàn khí kiềm.( ví dụ
Missisauga)

• Làm lạnh : khí kiềm có thể được làm lạnh ơ các quạt đầu tiên nếu trong thành
phần có (NH3, etc) và phải được đốt cháy. Tuy nhiên làm cho nhiệt độ tăng,
hiệu suất sản xuất giảm và các vấn đề ăn mòn xảy ra ở khu vực làm mát.
• Tháp làm nóng: thêm các khí kiềm vaò tháp làm nóng (SO2, Cl) tuy nhiên vậy
vận tốc khí tăng lên và hiệu quả sản xuất giảm. ( khí làm nguội= khí dập tắt)

22


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


• Tự làm sạch khí SO2, Cl mà không làm giảm năng suất nhà máy.
• Lượng khí bổ sung phải được sử lý bằng bộ lọc.
3. Hệ thống tách kiềm và buồng trộn
Cài đặt thiết bị tách kiềm

1. Khí khai thác (càng ngắn càng tốt! Tại sao?)
2. Buồn g trộn
3. quạt làm mát không khí
4. Tùy chọn: nước phun vào buồng trộn hoặc qua tháp điều
5. khí kiềm qua ống dẫn khí để qua bộ lọc (tại sao? inclination!)
6. khí kiềm qua bộ lọc (nhỏ nhất 200 ° C hoặc là EP hay BF)
7. quạt bụi
8. Bụi Giao thông vận tải trong nhà máy, hầm chứa hoặc xe tải
9. Cài đặt tùy chọn thiết bị xử lý bụi xi măng.

23


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


Thiết bị tách kiềm và buồng trộn

• Mục đích của các thiết bị chiết kiềm Giải nén khí lò tại điểm có nồng độ cao

nhất trong chương trình làm giàu chất dễ bay hơi (riser)
• Hoạt động như một "van" cho các chất dễ bay hơi trong hệ thống lò nung để
các hoạt động của lò để kiểm soát và làm sạch hợp lý
• Giải nén khí với lượng bụi lò nhỏ nhất(mất năng lượng, vật liệu bị mất)
24


Qui trình công nghệ sản xuất xi măng


• Vận chuyển khí kiềm vào buồng trộn tránh các biến đổi xảy ra
• Mô tả thiết bị lọc chiết Thiết bị dẫn khí cần được đặt ưu tiên ở mặt trước của
tháp làm nóng như nồng độ bụi lò thấp tại khu vực này (bụi ít được lấy ra và do
đó thiệt hại vật chất ít hơn và tổn thất nhiệt ít hơn)
• Các thiết bị xử lý trong phần này của thiết bịxử lý nên càng ngắn càng tốt bởi
vì các vấn đề tắc nghẽn thường
• Các hệ thống cũ hơn có tốc độ dẫn 35 m / s, thiết kế buồng trộn mới hơn cho
phép tốc độ cũng thấp hơn 10-15 m / s (lỗ bụi thấp)
• THIẾT BỊ CHIẾT Các ống khai thác được làm bằng thép bình thường và lót
bằng vật liệu chịu lửa hoặc có thể được làm từ thép lò hơi đặc biệt mà không
cần vật liệu chịu lửa.

•

MỤC ĐÍCH CỦA BUỒNG TRỘN Các khí lò nóng được đưa qua ống khai
thác phải được làm lạnh (nguội) xuống khoảng 200 ° C để củng cố các thành
phần khí (SO2, HCl, …)

25

Qui trình công nghệ sản xuất xi măng