Đồ án Lò quay xi măng bằng phương pháp khô

Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Chương I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT XM
I. Các phương pháp sản xuất xi măng :
Quy trình sản xuất XM bao gồm các quá trình xử lý các phần nguyên
liệu để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất, nung hỗn hợp trong lò nung để tạo
thành clinker và cuối cùng là nghiền mòn clinker với sự thêm vào lượng nhỏ
thạch cao để tạo ra dạng bột mòn.
Hai quy trình sản xuất được biết như là quy trình “Khô” và “ướt”, mà
theo đó nguyên liệu sẽ tương ứng được nghiền và trộân chung với nhau theo
điều kiện khô hay ướt. Trong một dạng khác của những quy trình này, nguyên
liệu được nghiền khô và sau đó trộn với 10-14% nước và tạo hình thành những
cục nhỏ.
Quy trình ướt có nguồn gốc được dùng cho các loại nguyên liệu rất dễ
nghiền như đá phấn và đất sét và sau đó được ứng dụng cho phạm vi các loại
nguyên liệu cứng hơn như đá vôi và sét phiến nham. Cùng với sự cải tiến về
điều khiển, kiểm soát quá trình, ngày nay đã có thay đổi chuyễn sang ứng dụng
quy trình khô đòi hỏi tiêu tốn ít nhiên liệu hơn trong quá trình nung so với quy
trình ướt.
Ngoài ra, sự phát triển hiện đại trong quá trình trộn các nguyên liệu
dạng bột ngày nay đã loại bỏ những bất lợi của quy trình khô. Tổ chức sản xuất
theo quy trình khô được ưu thích tại Mỷ, nơi hầu hết các loại nguyên liệu sử
dụng đều khá cứng như đá, nhưng sau này quy trình ướt đã được chọn lựa rộng
rãi hơn bởi vì tính thuận lợi của nó trong việc điều chỉnh thành phần XM.
Nguyên liệu để sản xuất clinker XMP là đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt
được phối trộn theo đơn phối liệu cần thiết rồi được nghiền mòn trong những
máy nghiền (máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng ). Nghiền ướt hay nghiền
khô phụ thuộc vào hàm lượng độ ẩm phối liệu vào lò nung. Tùy theo độ ẩm
của phối liệu vào lò nung, ta có thể phân thành ba phương pháp sản xuất

clinker XMP :
Phương pháp ướt ( phối liệu vào lò dạng bùn past, độ ẩm trong khoảng
18-45%)
Phương pháp khô ( độ ẩm phối liệu vào <1%)
Phương pháp bán khô ( phối liệu vào lò được ép thành viên với độ ẩm
12-18%)

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

1


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

1. Phương pháp ướt:
Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn past (độ ẩm tới 45%), đi vào
lò quay từ đầu phía trên ( đầu cao của lò) trải qua một loạt các biến đổi hóa lý :
sấy, đốt nóng, phân hủy đất sét và sau đó là cácbonnát canxi, kết khối và làm
nguội nhanh thành clinker.
Clinker được ủ trong silô, sau đó được nghiền với phụ gia(3-5% thạch
cao và các phụ gia khác) thành xi măng. Lò quay là ống trụ dài120-150m,
đường kính 2.4-4m, đặt nghiêng 4-60, quay với tốc độ 40-70m/s. Nhiên liệu là
bột than, dầu, khí,..phun vào lò theo hướng ngược với chiều chuyển động của
phối liệu.
Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt của lò quay, người ta thường lắp thêm
các thiết bò trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt, thiết bò trao đổi nhiệt bằng
gốm…
2. Phương pháp khô:

Nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức cao nhất trong lò quay nung
clinker XMP. Các quá trình biến đổi hóa lý của phối liệu khô ( độ ẩm < 1%)
xảy ra chủ yếu ở pha rắn ( sấy, đốt nóng, phân hủy cácbonát canxi ) được thực
hiện trong các thiết bò đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo.
Phần phản ứng pha lỏng ( tạo pha lỏng, kết khối tạo clinker, làm nguội )
thực hiện trong lò quay. Nhờ vậy, lò quay được giảm bớt chiều dài ( còn
khoảng 60-80m), năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với lò nung clinker bằng
phương pháp ướt. Vấn đề môi trường cũng được coi là dễ giải quyết hơn.
Một thời chất lượng clinker sản xuất bằng phương pháp ướt được coi là
tốt hơn clinker phương pháp khô, chủ yếu do khi nghiền ướt, phối liệu được
trộn đều, phản ứng tốt hơn. Hiện nay, kỹ thuật đồng nhất hóa bằng khí nén
trong sản xuất clinker hoàn thiện hơn rất nhiều. Sản xuất XMP phương pháp
khô là phương pháp chủ yếu hiện nay trên thế giới cũng như ở VN. Phương
pháp ướt chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ, hoặc trong những điều kiện đặc biệt
thuận lợi về khai thác nguyên liệu.
3. Phương pháp bán khô :
Với thiết bò nung lò đứng ( còn gọi là xi măng lò đứng ) cho chất lượng
clinker thấp, không giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường,nên không tồn tại ở
các nước phát triển. Ở Việt Nam , xi măng lò đứng ở các đòa phương cho sản
lượng khoảng 2.5-3 triệu tấn XMP/năm, cũng sẽ không được đầu tư tiếp tục.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

2


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

II. Các biến đổi hóa lý tạo clinker XMP từ bột phối liệu :
Bột phối liệu từ đá vôi, đất sét, quặng sắt được đem nung luyện sẽ trải
qua một loạt biến đổi, ban đầu là những biến đổi riêng biệt trong từng loại
nguyên liệu (sấy, phân hủy nước hoặc phân hủy cácbonat) sau đó là những quá
trình hóa lý phức tạp để tạo clinker XMP (phản ứng pha rắn, tạo pha lỏng và
kết khối). Phản ứng tạo clinker XMP xảy ra nhiều giai đoạn, các biến đổi cơ
bản sau:
1. Quá trình sấy.
Với phương pháp ướt, độ ẩm rất cao (18-45%), với phương pháp khô, độ
ẩm phối liệu thấp hơn nhiều (<1%). Đây là lượng ẩm liên kết vật lý, khi nhiệt
độ phối liệu tới khoảng 1200C, quá trình chủ yếu sẽ là bay hơi lượng ẩm này.
2. Quá trình đốt nóng.
Phối liệu khô có nhiệt độ tới khoảng 6500C. Trong giai đoạn này, các tạp
chất hữu cơ cháy tỏa nhiệt (trong khoảng 200-400 0C); đất sét bò phân hủy do
mất nước hóa học (trong khoảng 400-6000C) tạo mêta caolinhít hoạt tính cao.
600
Al2O3.2 SiO2.2H2O 400
−
→ Al2O3.2SiO2 + 2H2O
0

3. Phân hủy cácbonát
Nhiệt độ phối liệu lên tới 10000C. Quá trình chủ yếu là phân hủy
cácbonát canxi CaCO3 (nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở khoảng 870-9000C),
ngoài ra các muối cácbonát như MgCO 3, đôlômít….cũng bò phân hủy ở những
khoảng nhiệt độ khác nhau.
6000 C

MgCO3 → MgO + CO2
900

CaCO3 870
−
→ CaO + CO2
Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh. Sự phân hủy CaO hoạt tính cao
dễ phản ứng với các oxit hoạt tính của đất sét như SiO 2, Al2O3 các silicat canxi
như CA, C12A7, CS, C3S2,…bắt đầu tạo thành.
Đặc trưng cơ bản của toàn bộ giai đoạn này là các biến đổi xảy ra ở pha
rắn, theo sơ đồ: R1 → R2 + K. Hoạt tính của các cấu tử do sự xuất hiện những
sai sót lỗ trống do H2O, OH- và CO2 bò phân hủy để lại trong mạng tinh thể.
Tương tác lỗ trống trong mạng tinh thể với nhau tạo nên hợp chất mới hoặc kết
tinh lại thành tinh thể khác.
0

4. Kết khối.
Nhiệt độ tăng từ 1100-14500C. Pha lỏng do các hợp chất eutectic nóng chảy
(trong thành phần nguyên liệu lẫn nhiều tạp chất tạo pha lỏng, nhưng thành
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

3


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

phần chủ yếu của pha lỏng là Fe2O3). Nhiệt độ càng tăng, pha lỏng hình thành
ngày càng nhiều tạo điều kiện cho quá trình kết khối clinker và hình thành các
khoáng cần thiết. CaO và C2S hòa tan tạo pha lỏng và phản ứng tạo C 3S. C3S
hình thành trong mạnh trong pha lỏng từ 1300 0C. Tỷ lệ hợp lý giữa hai pha
lỏng/rắn trong khoảng15-25%. Cơ chế chuyển chất chủ yếu trong quá trình kết

khối là khuếch tán. Quá trình có thể chuyển làm 3 giai đoạn:
• Pha lỏng bão hòa hoặc quá bão hòa các cấu tử cần thiết
• Tạo tâm kết tinh pha mới
• Tinh thể pha mới phát triển thành tinh thể thực. Pha tinh thể chính hình
thành là C3S.
Sự kết khối các khoáng clinker XMP kèm theo biến đổi thể tích, tăng
mật độ hạt. Sự biến đổi thể tích và tăng mật độ phụ thuộc nhiều vào điều kiện
kỹ thuật, quan trọng nhất là nhiệt độ và thời gian kết khối.
Các quá trình tạo khoáng chính xảy ra, một cách hình thức có thể viết
tóm tắt các phản ứng sau:
12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3 → 3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +
4CaO.Al2O3.Fe2O3
5. Làm nguội
Khi nguội, phần pha lỏng không kết tinh sẽ tạo pha thủy tinh trong clinker.
Thành phần pha của clinker gồm những khoáng chính như C 3S, C2S, C3A, C4AF
và pha thủy tinh. Ngoài ra là những khoáng CaO, MgO do không phản ứng hết
Nhiệt độ giảm các tinh thể C3S, C2S, C3A phát triển chậm tới kích thước nào đó
cho tới khi ngừng hẳn. Trong quá trình làm nguội ở nhiệt độ 1275 0C, C3S phân
hủy tạo thành C2S và 6750C có sự biến đổi thù hình.
C

→ C2 S
C3S 1275
0

0

C
β − C 2 S 600


→γ − C2 S

Đây là các biến đổi không tốt cho chất lượng xi măng do C 3S là khoáng
tạo cường độ chính cho xi măng và γ - C2S là dạng thù hình không tạo cường độ
cho xi măng còn làm giảm chất lượng nên cần hạn chế.Tốc độ làm nguội nhanh
sẽ làm hạn chế lượng biến đổi chất sau này . Tốc độ làm nguội còn ảnh hưởng
tới kích thước tinh thể, hạn chế sự hình thành các tinh thể lớn hơn 60µm.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

4


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

III.
Tên

Nhiệt
năng
Điện
năng
GCL
Vật liệu
nghiền
Năng
suất lao
động
Lượng
bụi

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

So sánh và chọn phương pháp sản xuất:
Đơn vò
tính

Kcalo/kgcl
Kwh/T
XM
Kg/T cl
Kg/T XM
T XM/1
người/
năm
mg/Nm3

PP ướt

14501700
120-130

Mức đạt
PP bán
PP khô
khô
Trước
Sau 1990
1990
1100780-820

730
1130
100-125 115-120
90-100

Chuẩn
quốc tế

<700
<90

2-2,5
1,5-2

0.8-1
1-1,2

1-1,5
0,3-0,6

0,5-0,8
0,2-0,5

<0,5
<0,3

200-600

200-300

10001500

25003800

>5000

100-150

50-100

<30

Do phương pháp khô chiếm ưu thế hơn phương pháp ướt về nhiều chỉ tiêu
kinh tế kó thuật môi trường theo bảng so sánh trên ta thấy năng lượng tiêu tốn
chỉ còn 55-60 % so với phương pháp ướt.Chất lượng clinker sinh ra theo phương
pháp khô được nâng cao ngang bằêng phương pháp ướt do sự phát triển kó thuật
đồng nhất khí nén,đồng nhất phối liệu dạng bột.
Vì vậy ta chọn sản xuất phương pháp khô.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

5


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Chương II GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI CÁC LOẠI LÒ.
I. Lò đứng:

Lò đứng nung clinker XMP có dạng là ống
thép hình trụ thẳng đứng, trong lót gạch chòu lửa.
Chiều cao lò thường L = 8-12m , đường kính
D = 2.4-3m, nhiệt tiêu phí 3.78-5.46 kJ/kg clinker
(năng suất 5-12 tấn/giờ). Với những lò kích thước
lớn, có thể lắp đặt thêm các bộ phận thông khí. Các
lò đứng nung XMP được cơ khí hóa phần nạp và
tháo liệu.
Phối liệu nung trong lò đứng được tạo hình
bằng phương pháp bán khô thành những viên sỏi
hoặc hình trụ nhỏ. Nhiên liệu được phân bố đều
trong phối liệu hoặc trộn nghiền cùng phối liệu
hoặc tạo viên riêng với kích thước không quá 5mm
rồi trộn với viên phối liệu. Nhờ vậy, khi nhiên liệu
cháy trực tiếp truyền nhiệt cho phối liệu, tạo hiệu
quả nhiệt tương đối cao. Nếu tính năng lượng tiêu
tốn cho một đơn vò khối lượng clinker (kcal/kg
clinker) các lò đứng tốn ít nhiên liệu hơn lò quay.
Các quá trình biến đổi tạo clinker xảy ra ngay trong cục phối liệu ban
đầu. Nhiệt khí thải và lượng nhiệt tổn thất qua thân lò không lớn. Trong quá
trình nhiên liệu cháy, trong phối liệu xảy ra phản ứng phân hủy, bay hơi khí,
kích thước cục nhiên liệu giảm dần, tạo những lỗ trống thuận lợi cho sự thông
khí của lò.
Nhiên liệu cho lò đứng nung xi măng là than cốc hoặc than gay. Các loại
than mỡ, than nâu ngọn lửa dài (dùng rất tốt cho lò quay) lại không thích hợp
do nhiều chất bốc, dễ thoát khỏi nhiên liệu trước khi bắt đầu phản ứng cháy,
gây tổn thất nhiên liệu nhiều hơn.
Quá trình hóa lý biến đổi phối liệu thành clinker trong lò quay và lò
đứng là tương tự nhau. Phối liệu (gồm cả nhiên liệu rắn) được tiếp vào lò từ
trên cao, sao cho phân bố đều tiết diện ngang. Trong quá trình dòch chuyển từ

trên cao xuống, phối liệu đều trải qua các giai đoạn: sấy, đốt nóng, phân hủy
cácbonat, tạo các silicat, aluminat, pha lỏng và kết khối, làm nguội. Tương
xứng với quá trình phản ứng là các “zone” cùng tên gọi phân bố theo chiều dọc
lò đồng thời trong từng cục vật liệu trong quá trình chuyển dòch từ trên xuống.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

6


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Sau khi nung, clinker cũng được nghiền với những phụ gia thích hợp thành
XMP. Do chất lượng clinker không cao, nghiền clinker lò đứng dễ hơn nghiền
clinker lò quay.
XMP lò đứng chất lượng kém hơn XMP lò quay, không đảm bảo vệ sinh
môi trường.Ở những nước công nghiệp phát triển, lò đứng có thể dùng nung
những loại xi măng đặc biệt, lò đứng nung clinker nói chung không tồn tại.
II. Lò quay:
1. Phương pháp ướt:
1.1.
Giới thiệu chung:
Lò quay là ống thép hình trụ, trong lót gạch chòu lửa (samốt hoặc cao
nhôm vùng làm nguội, phần nung lót loại GCL kiềm tính manhêzi, manhêzicrôm). Để tăng tuổi thọ lò, người ta có thể dùng thêm các loại gạch cách nhiệt.
Thông thường, với phương pháp ướt, lò có chiều dài L = 80-120m, đường
kính D = 3-6m. Tỷ lệ L/D = 30-40, hình dạng lò cũng không đơn điệu. Nhiều
loại lò quay có kích thước đốt nóng phình to. Lò đặt với tang góc nghiêng 2-6%
so với mặt đất trên bệ đỡ con lăn và quay với tốc độ 0.5-0.75 vòng/phút.

Chuyển vận của nguyên liệu và khí nóng trong lò quay theo nguyên tắc
ngược chiều. Nguyên liệu ướt vào lò từ đầu cao, theo độ nghiêng và lực quay
của lò, chuyển động dần tới phần thấp, cuối lò vớii vận tốc 35-45cm/phút.
Trong quá trình chuyển vận, phối liệu luôn thay đổi bề mặt nhận nhiệt đốt
nóng khí cháy,biến đổi hoá lý thành cục clinker. Nhiên liệu được phun từ đầu
thấp, cháy và truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt độ rồi đi ra ngoài ở phía cao
của lò. Nhiệt độ khí thải khoảng 200-3000C.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

7


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

1.2.
1.2.1

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Các quá trình hóa lý xảy ra:
Zone sấy:

Phối liệu vào dạng bùn sệt, nhận nhiệt khí thải, đạt nhiệt độ khoảng
120 C – 2000C, xảy ra quá trình mất nước lý học. Để tăng hiệu quả truyền
nhiệt, ở zone này, người ta thường mắc thêm các mắc xích kim loại. Vì vậy,
còn gọi là zone xích. Ngoài ra các xích sắt còn có tác dụng ngăn bụi thoát khỏi
lò. Chiều dài zone sấy khoảng 35% chiều dài lò.
0

1.2.2

Zone đốt nóng:

Trong zone này, nhiệt độ phối liệu tăng từ 120-650 0C. quá trình chủ yếu
là cháy tạp chất hữu cơ và mất nước hóa học của các khoáng sét. Đất sét bò
phân hủy tạo mêta caolinhit hoặc các dạng oxit tự do hoạt tính rất cao. Bắt đầu
phân hủy một phần cácbonát. Zone đốt nóng chiếm khoảng 14% chiều dài của
lò.
Al2O3.2SiO2.2H2O → 3Al2O3.2SiO2 + H2O
1.2.3

Zone phân hủy cácbonat:

Nhiệt độ lên tới 10000C. Đây là giai đoạn cuối cùng của các phản ứng
pha rắn.
CaCO3 → CaO + CO2
1.2.4

Zone kết khối.

Nhiệt độ phối liệu từ 1000 tới 1450 0C. Đây là zone có nhiệt độ cao nhất
trong lò, pha lỏng hình thành nhiều 15-25%. Các phản ứng tạo khoáng, kết tinh
các khoáng xảy ra nhanh hơn nhờ pha lỏng. Với sự có mặt pha lỏng có độ nhớt
rất cao, cùng tác dụng chuyển động quay theo lò rồi trượt xuống do trọng
lượng, các viên clinker dạng sỏi được hình thành.
Tạo pha lỏng và kết tinh
12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3 → 3CaO.SiO2 + 2CaO.SiO2 + 3CaO.Al2O3 +
4CaO.Al2O3.Fe2O3
Zone kết khối chiếm khoảng 20% chiều dài của lò.

1.2.5

Zone làm nguội.

Sau zone kết khối, phối liệu đã kết khối tạo thành clinker với thành
phần khoáng cần thiết. Không khí lạnh lấy nhiệt từ khối clinker nóng làm nhiệt
độ clinker giảm dần từ 1450-13000C. Zone làm nguội chiếm 8% chiều dài của
lò. đây chưa kể tới thiết bò làm nguội clinker với tốc độ nhanh để ổn đònh
thành phần pha có trong clinker XMP. Các thiết bò này làm nguội clinker với
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

8


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

tốc độ rất nhanh từ 1300 xuống còn 100-150 0C và thường đặt riêng. Phổ biến
nhất là thiết bò làm nguội kiểu ghi và kiểu hành tinh. Clinker ra khỏi thiết bò
làm nguội nhiệt độ còn khoảng 100-150 0C và được chứa trong các xilo đặc biệt
làm nguội tiếp trước khi đem nghiền với phụ gia.
• 1450-1380 clinker nguội tới nhiệt độ để nghiền
• 1380-100 tạo pha thủy tinh, các tinh thể nhỏ mòn. Ngăn cản biến đổi thù
hình:
C
C3S 1250

→ C2S +CaO
670 C

β − C 2 S → γ − C 2 S
0

0

2. Phương pháp khô:
2.1.
Giới thiệu chung:
Sự khác biệt nung clinker theo phương pháp khô ở trong thiết bò lò quay
là không có vùng bay hơi ẩm phối liệu, bởi vì phối liệu đưa vào lò ở dạng bột
khô hoặc có độ ẩm rất thấp. Vì vậy mà chi phí nhiệt cho khâu nung clinker
giảm tới 40%.
Lò quay theo phương pháp khô khác nhau về kích thước, dạng hệ thống
trao đổi nhiệt ngoài lò. Vật liệu được đưa vào hệ thống dạng bột khô.
Hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo đóng vai trò quyết đònh trong việc tiết
kiệm năng lượng nhiệt của lò nung clinker XMP phương pháp khô.
2.2.
Hệ thống trao đổi nhiệt:
Hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu treo gồm hệ thống xyclon nhiều tầng
(hoặc bậc) mắc nối tiếp. Mỗi tầng có một hoặc nhiều xyclon (ban đầu chỉ một
hoặc hai tầng, nay thường bốn hoặc năm, sáu tầng) phía trong các xyclon
thường được lắp gạch chòu lửa cao nhôm. Bột phối liệu đã nghiền mòn đi vào
các xyclon ở trạng thái lơ lửng có khả năng trao đổi nhiệt rất mạnh với khí
nóng do hầu như toàn bộ bề mặt hạt tham gia trao đổi nhiệt. Hạt phối liệu rắn
theo dòng khí nóng đi vào xyclon theo hướng tiếp tuyến, chuyển động xoáy
vòng theo hướng từ trên xuống dưới, đi từ xyclon này vào xyclon khác có nhiệt
độ cao hơn.
Chuyển vận phối liệu và khí nóng trong hệ thống trao đổi nhiệt kiểu
treo SP
Sau đây chúng ta sẽ phân tích chuyển vận hệ phối liệu _ khí nóng và

những biến đổi hoá lý cơ bản trong các xyclon hệ bốn bậc.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

9


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.2.1

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Xyclon bậc I:

Phối liệu (nhiệt độ khoảng 500C_ 600 C)
chuyển tới đổ vào ống giữa xyclon bậc I và xyclon
bậc II. Khí nóng từ xyclon bậc II ( nhiệt độ khoảng
500 C ) thổi từ dưới lên cuốn bột phối liệu vào
theo phương tiếp tuyến với các xyclon bậc I. Bột
phối liệu ở trạng thái lơ lửng nhận nhiệt từ khí
nóng tăng nhiệt độ rất nhanh, các phản ứng hoá lý
(sấy, mất nước hoá học của đất sét) xảy ra tương
ứng với nhiệt độ của bột phối liệu làm khối lượng
riêng hạt bột phối liệu thay đổi. Đồng thời, hạt bột
phối liệu chuyển động xoáy trong xyclon, liên tục
va chạm với thành xyclon, va chạm với nhau mất
dần động năng, rơi xuống đáy xyclon, theo ống dẫn
rơi xuống xyclon tầng dưới (xyclon bậc II), lúc này
nhiệt độ phối liệu khoảng 2500C, nhiệt độ giảm

dần, theo ống dẫn khí thoát ra ngoài (nhiệt độ khí
thải ra khỏi xyclon khoảng 3000C )
Quá trình chủ yếu trong xyclon bậc I là sấy (
bay hơi ẩm ), bắt đầu đốt nóng bột phối liệu. Khí
thải nhiều hơi ẩm H2O đi vào các hệ thống lọc bụi
và thoát ra ngoài.
2.2.2

Xyclon bậc II:

Bột phối liệu từ xyclon bậc I (nhiệt độ
250 C) rơi xuống ống nối giữa xyclon bậc II và
xyclon bậc II. Gặp dòng khí nóng từ xyclon bậc III
(nhiệt độ khoảng 6500C) thổi từ dưới lên, phối liệu
bò cuốn theo vào xyclon bậc II theo phương tiếp tuyến. Tương tự như trên, hạt
phối liệu có nhiệt độ tăng từ 2500C lên tới 5000C và rơi xuống ống dẫn khí
thải giữa xyclon bậc III và xyclon bậc IV. Khí nóng giảm nhiệt độ tự 650 oC
xuống còn 5000C đi vào xyclon bậc I.
Quá trình hoá lý chủ yếu trong xyclon bậc II là mất nước hoá học của
đất sét, cháy các tạp chất hữu cơ lẫn trong phối liệu, phân hủy MgCO 3 và bắt
đầu phân hủy CaCO3.
0

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

10


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.2.3

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Xyclon bậc III:

Bột phối liệu từ xyclon bậc II rơi xuống ống nôí giữa hai xyclon bậc III
và IV, gặp khí nóng từ xyclon bậc IV thoát ra (nhiệt độ khoảng 800 0C), bò
cuốn theo khí nóng đi vào xyclon bậc III theo phương tiếp tuyến. Trong
xyclon bậc III, nhiệt độ bột phối liệu tăng từ 500 0C lên tới 6500C và rơi vào
ống nối giữa xyclon bậc IV và lò quay nung clinker, gặp khí thải từ lò nung
hoặc từ máy làm nguội clinker (nhiệt độ khoảng 1100 0C) cuốn vào xyclon
bậc IV theo phương tiếp tuyến.
Quá trình chính trong xyclon bậc III là đất sét mất nước hoá học, phân
hủy hầu hết MgCO3 và tăng cường sự phân huỷ CaCO3. Xyclon bậc IV:
Bột phối liệu từ xyclon bậc III rơi vào ống nối giữa xyclon bậc IV và
khí thải từ lò quay. Nhiệt độ khí đầu vào của xyclon bậc IV khoảng 1100 0C
(là nhiệt độ khí thải từ lò quay, hoặc nhiệt độ khí làm nguội clinker từ thiết bò
làm nguội (còn gọi là gió ba); và ra khoảng 800 0C đi vào xyclon bậc III.
Nhiệt độ bột phối liệu tương ứng đầu vào 650 0C và đầu ra khoảng 8000C đi
vào lò quay nung clinker.
Quá trình chủ yếu trong các xyclon này là tận dụng nhiệt khí thải từ lò
nung đốt nóng bột phối liệu. Mặc dù nhiệt độ khí thải cao:1000 – 1100 0C,
nhưng quá trình cácbônát hoá trong xyclon bậc IV rất nhỏ (khoảng 10 –
15%). Như vậy, để tăng hiệu quả quá trình phân hủy cácbônát phải thiết kế
thiết bò riêng (calciner) .
Phân bố nhiệt trong hệ thống xyclon

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

11


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.3.
2.3.1

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Các hệ thống trao đỗi nhiệt:
ILC - Dạng buồng calciner tận dụng gió 3

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

12


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

2.3.2 SLC - D Dạng buồng calciner lắp độc lập có dòng
gió 3 từ trên xuống:

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

13

Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.3.3

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

SLC – Dạng buồng calciner lắp độc lập

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

14


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.3.4

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

SLC – I Dạng buồng calciner kết hợp:

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

15


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.4.
2.4.1

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Lò nung:
Thân lò quay :

Lò quay sẽ được giới thiệu là loại lò quay của Polysius, là loại lò quay tự
chỉnh gồm các cơ cấu chính như bệ tự chỉnh, hệ thống dẫn động trực tiếp, đồ gá
vành lăn răng.
Để bảo vệ lò nung giảm bớt tác động của các yếu tố như nhiệt,ăn mòn
hóa học thì lò cần có lớp gạch chòu lửa.
Lò nung có thiết bò trao đổi nhiệt thường được thiết kế quy ước với tỉ lệ
L/D là 14:1 đến 17:1.Những lò này chòu áp lực của quá trình kết khối lớn hơn
so với lò nung có tỉ lệ L/D từ 15:1 đến 19:1.Lò nung ngắn có tỉ lệ L/D từ 10:1
đến 13:1 thường dùng 2 bệ đỡ.
2.4.2

Phần liệu vào:

Đầu bòt đầu lò được trang bò vòng
cung ngăn bụi thoát ra ngoài.
Đầu bòt đầu lò sẽ bò hỏng trong
điều kiện chòu áp lực trong thời gian dài,
khí nóng và bụi có thể vào, gây ảnh hưởng
xấu đến đầu bòt của lò. Vì vậy, đầu bòt cần
tăng cường để duy trì áp suất âm bên trong
hệ thống.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

16


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.4.3

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Phần liệu ra:

Phía trước bộ phận làm lạnh, đầu bòt
lò nung được lắp giữa ống chụp và lò
quay.Bảo đảm áp suất âm bên trong lò
nung vẫn được giữ ổn đònh, không tiêu hao
nhiều.
• Thiết bò làm lạnh dạng ghi được nối
với đầu bòt bằng ống chụp, có thể chòu
được sự chênh lệch giữa áp suất dương ở
thiết bò làm nguội, và áp suất âm ở trong
lò nung
• Đầu bòt và ống chụp được làm nguội
bằng quạt.
2.4.4

Đồ gá vành lăn răng.

Đồ gá vành lăn răng bao bọc xung quanh vỏ lò có tác dụng truyền
moment xoay từ bộ truyền động con lăn tới vỏ lò, dưới tác dụng của lực ma sát,
làm cho lò có thể quay. Đồ gá vành lăn răng này bao gồm các then bên trong

kết nối với vỏ lò và bao bọc toàn bộ thân lò. Khi con lăn quay, nhờ ma sát,
vành lăn răng sẽ quay theo, kéo theo các then bên trong tác dụng lực theo
phương tiếp tuyến với lò, làm cho lò chuyển động cùng chiều với vành lăn
răng.
Để tránh mài mòn vỏ lò và xảy ra tình trạng trượt giữa vành lăn răng và
vỏ lò, các vành lăn này được lắp đặt sao cho có lớp đệm và khoảng trống, giữa
nó với lò

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

17


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Ưu điểm
Tiếp nối tối ưu giữa vành răng và vỏ lò, do đó không có tình trạng trượt giữa vỏ
lò và đồ gá vành lăn răng.
• Khoảng trống lớp lớn, nên vỏ lò được tự do hơn trong việc co giãn lúc
vận hành.
• Điểm quyết đònh cho việc dẫn động trực tiếp các trục quay là sự tiếp
nối tối ưu giữa lò và vành lăn, ngăn ngừa tình trạng trượt giữa vành
lăn và đồ gá.
• Do lực ma sát thấp nên gần như không phải bão dưỡng.
• Khoảng trống lớn của vành lăn làm cho có thể đốt nóng lò nhanh.
• Hao mòn vật liệu chòu lửa ít.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

18


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.4.5

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Vòng răng:

Bộ phận truyền động của lò
nung là bánh răng truyền và vòng
răng

Để lò chuyển động hiệu quả và an toàn cần có những yếu tố cơ bản sau:
• Kích thước chính xác
• Phân bố tải trọng đồng đều trên sườn răng,không tập trong ở đỉnh.
• Vòng răng và bánh răng truyền được bọc kín tránh bụi,được bôi
trơn bằng dầu
Đối với lò 2 bệ đỡ,tải trọng phân bố đều 2 bệ đỡ này.Do đó có thể không
sử dụng truyền động bằng vòng răng thay vào đó là bệ đỡ con lăn để truyền
momen quay đến vòng đai.
2.4.6

Hệ thống bánh răng truyền

Dẫn động một trục lăn với 2 động cơ điện.

2.4.7

Trụ đỡ:

 Đối với lò 3 bệ đỡ
Trụ đỡ roller được bố trí một góc 300 với trục thẳng đứng của tiết diện lò
Để chống lại độ võng của lò nung khi xoay,trục roller của lò nhỏ được đặt
một góc nhỏ dọc theo trục lục lò nung.
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

19


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Trong các lò nung lớn hiện nay,trục lò nung được đặt song song.Do đó lò
nung có thể :
• Duy trì chuyển động lên xuống của lò
• Tăng sự vững chắc do khối lượng lò phân bố trên bề mặt trụ đỡ
Nhờ đó tốc độ lò nung cao hơn.

 Đối với lò 2 bệ đỡ
Cấu tạo gồm:
• Bệ tự điều chỉnh:
Để đảm bảo các đặc điểm tiếp xúc mặt luôn được tốt giữa vành lăn răng
và con lăn đỡ trong mọi điều kiện vận hành của lò quay, các trục đỡ con lăn đã
được sử dụng.
Trong bố trí ổ tâm bệ, ở mỗi trục

lăn có 2 ổ trục và được xếp song song
với vành lăn. Bố trí ổ như thế đảm bảo
tính linh hoạt của trạm trục lăn trong
điều chỉnh hàng tự động.
Các trục lăn đỡ tự chỉnh cũng
được làm cho chi phí bão dưỡng thấp do
thủ tục bão trì hàng năm trong việc đo lò
và chỉnh cặn kẽ các trục lăn đỡ được biết là không cần thiết nữa.
• Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt:
Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt được xác đònh ở ma sát tối đa sử
dụng được và hệ số lực dẫn động với lực tải giữa trục lăn đỡ và vỏ lò, lực tải là
do trọng lượng lò, và lực dẫn động là do moment lò liên quan đến điều kiện
vận hành.
Việc đo dữ liệu tạo ma sát tối đa sử dụng được cho thấy dẫn động ma sát
có thể chuyển 8-9 lần lực vận hành của lò quay. Vì trò số của lò quay này vượt
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

20


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

quá rất nhiều moment động cơ tối đa, tình trạng ép vuốt của trục lăn dẫn động
được loại trừ trong những điều kiện có thể vận hành được.
• Cơ cấu dẫn động trực tiếp:
Lò quay tự chỉnh dẫn động trực tiếp
qua các trục quay, thay thế cho việc truyền
năng lượng qua cơ cấu bánh răng truyền.

Các bộ dẫn động được nối trực tiếp với các
trục lăn tự chỉnh. Việc loại bỏ những bộ
phận chòu ứng lực cao (cơ cấu bánh răng và
bánh răng truyền) tạo nên ưu điểm về tính
khả dụng cao của lò với bảo dưỡng thấp.
Có thể sử dụng hệ thống dẫn động
thủy điện hoặc động cơ điện.
• Hệ thống dẫn động thủy lực:
Trong trường hợp hệ thống dẫn động thủy lực, áp lực kiểm soát moment
động cơ và thể tích kiểm soát vận tốc động cơ. Sự tạo thành liên kết ngang của
các động cơ thủy lực với bơm đảm bảo là mọi động cơ dẫn động luôn nhận
được moment như nhau.
Dẫn động thủy điện là dẫn động 2 trục lăn với 4 động cơ.
 So sánh 2 quan niệm dẫn động:
• Độ tin cậy của 2 quan niệm là như nhau
• Với hệ thống dẫn động thủy lực, bản kê phụ tùng thay thế khống lớn
vì không đòi hỏi bộ cơ cấu. Hơn nữa, nhà cung cấp cơ cấu thủy lực có
dòch vụ tại chỗ 24/24 giờ trên toàn thế giới và ngay cả Việt Nam.
• Hệ thống thủy lực phát sinh tiếng ồn ít hơn nhiều.
• Hiệu quả của hệ thống dẫn động cơ điện từ đầu vào nguồn điện tới
đầu chuyển giao nguồn điện ở lò tốt hơn.
• Nếu một bộ phận dẫn động bò hư, thì lò có dẫn động thủy lực có thể
tiếp tục đạt khoảng 70% công suất thiết kế. Lò có dẫn động cơ điện
phải ngừng.
• Tổng chi phí về vốn của 2 quan niệm dẫn động gần như nhau.
2.5.
Gạch chòu lửa:
Các loại gạch chòu lửa sử dụng trong lò quay.

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

21


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

2.5.1

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Gạch Magnesia-Crome HDB – 70 :

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chòu lửa cao)
Có các đặc điểm kỹ thuật sau :
Độ chòu lửa (SK)
: 40
Độ rỗng bề mặt (%)
: 18
3
Khối lượng riêng (kg/m )
: 3.03
2
Cường độ nghiền (KG/cm )
: 450
2
Độ chòu lửa dưới tải trọng (2KG/cm , T2)
: 1700
o
Thay đổi chiều dài tại 1500 C x 2h (%)
: +0.1

o
Độ dãn nở nhiệt tại 1000 C (%)
:1
Thành phần hóa (%)
: MgO : 70
Cr2O3 : 12
Đặc tính
: chống nứt
Ứng dụng
: lót gạch lò quay xi măng
2.5.2

Gạch có hàm lượng alumina cao H-1, H-2:

Các đặc điểm kỹ thuật sau :
Đặc điểm kỹ thuật

Loại gạch

Độ chòu lửa (SK)
Độ rỗng bề mặt (%)

H–1
38
24

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

H–2
37

24
22


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

Khối lượng riêng
Cường độ nghiền (KG/cm2)
Độ chòu lửa dưới tải trọng
(2KG/cm2, T2)
Thay đổi chiều dài tại 1500oC x
2h (%)
Độ dãn nở nhiệt tại 1000oC (%)
Thành phần hóa (%)
MgO
Cr2O3
Đặc tính

2.5.3

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

2.4
300
1550

2.25
250
1450

¾ 0.3

¾ 0.3

0.7

0.6

70
2
chống nứt

60
2.5
chống nứt

Gạch Magnesia-Crome HDB -78:

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chòu lửa cao)
Có các đặc điểm kỹ thuật sau :
Độ chòu lửa (SK)
: 40
Độ rỗng bề mặt (%)
: 17
Khối lượng riêng
: 3.0
2
Cường độ nghiền (KG/cm )
: 400
2

Độ chòu lửa dưới tải trọng (2KG/cm , T2)
: 1700
o
Thay đổi chiều dài tại 1500 C x 2h (%)
: +0.1
o
Độ dãn nở nhiệt tại 1000 C (%)
: 1.2
Thành phần hóa (%)
: MgO : 78
Cr2O3 : 8.5
Đặc tính
: chống rạn
Ứng dụng
: lót gạch lò quay xi măng
2.5.4

Gạch block đơn WSC – 19 :

Các đặc điểm kỹ thuật :
Khối lượng riêng (300oC x 24h)
Thành phần hóa (%)
Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 3h (%)
Cường độ nghiền (KG/cm2) (300oC x 24h)
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

: 3.15
: Al2O3 : 88
SiO2 : 7
: +0.7

: 400
23


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

Đặc tính

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

: chống rạn,chống ăn mòn
2.5.5

Gạch có hàm lượng alumina cao HACT – 165 :

Đặc điểm kỹ thuật :
Khả năng chòu được nhiệt độ cực đại (oC)
Cường độ vật liệu dự đoán (KG/cm2)
Thay đổi độ dài tại 110oC x 24h (%)
1350oC x 3h
500oC x 3h
Độ dẫn nhiệt (kcal/m.h.oC)

Thành phần hóa (%)

: 1650
: 2200
: -0.1
: -0.3
: -0.6

:260oC : 0.65
:540oC : 0.75
:800oC : 0.86
:Al2O3 : 58
:SiO2 : 20

Gạch lót lò quay

Gạch lót lò quay dạng hình cung

2.5.6

Phương pháp lót gạch chòu lửa trong lò quay:

SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

24


Đồ án lò quay XM phương pháp khô

CBHD: Hoàng Trung Ngôn

Lắp đặt gạch lót chòu lửa trong lò quay theo 3 cách :
• Lót gạch lò với vữa
• Lót gạch lò theo phương pháp khô
• Phương pháp dính bám; phương pháp này có thể thi công theo phương
pháp khô cũng như phương pháp sử dụng vữa.
2.6.
2.6.1

Thiết bò làm nguội :
Thiết bò làm nguội kiểu thùng quay :

Là ống thép hình trụ đượng kính 2-5m, chiều dài 60-90m, lắp nghiêng47%, ngay sau lò quay. Trong lò có lắp thêm những cánh thép để tăng cường
quá trình trao đổi nhiệt. Lò chuyển động quay độc lập với lò nung. Nhiệt độ
clinker đầu vào là 1300-1350oC, nhiệt độ clinker đầu ra là 150-300oC. Năng
suất riêng khoảng 2.5-3.5 tấn clinker/ngày đêm. Nhiệt tổn thất ra môi trường
xung quanh50-80 kcal/kg. Để đạt mức trao đổi nhiệt cao nhất, tốc độ gió đầu
vào khoảng 3.8-4.3 m/s, hệ số không khí dư 1.1
Thiết bò làm nguội kiểu thùng quay chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ.

2.6.2

Thiết bò làm nguội kiểu hành tinh :

Thiết bò làm nguội kiểu hành tinh là một hệ thống nhiều ống thép hình
trụ gắn liền với lò nung (lò con). Khi lò nung quay, những ống này quay theo lò
nung như các hành tinh. Để tăng hiệu quả làm nguội, phía trong các lò con
cũng lắp những cánh nâng clinker hoặc xích sắt.
Clinker từ lò nung đi vào các lò con và được làm nguội bởi không khí
lạnh thổi ngược chiều. Các lò kiểu hành tinh được ứng dụng trong công nghiệp
lần đầu tiên vào name 1910, liên tục cải tiến cho tới ngày nay. Số lượng lò con
xung quanh lò lớn là 10 hoặc 11 lò. Đường kính 2.6m, năng lượng tiêu tốn riêng
0.6-1.3kWh/tấn clinker, năng suất tối đa 500-700 tấn/ngày đêm. Đây là thiết bò
tương đối phổ biến trong công nghệ sản xuất clinker theo phương pháp ướt, và
giai đoạn đầu của những lò nung phương pháp khô.
SVTH: Nguyễn Trọng Tài – Nguyễn Thò Phương Thảo

25