Thiết kế lò quay cyclone và tính nhiệt trong sản xuất xi măng (thuyết minh+ bản vẽ)

Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT XM
I.

Các phương pháp sản xuất ximăng:
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 mịn clinker với sự thêm vào lượng nhỏ thạch cao để tạo ra dạng
bột mịn.
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 trộn 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 mịn 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%)
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 4-6 0, 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 bị
trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt, thiết bị 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 bị
đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo.

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 1


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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 phô
Với thiết bị 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 địa phương cho sản lượng khoảng 2.5-3
triệu tấn XMP/năm, cũng sẽ không được đầu tư tiếp tục.
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 200-4000C); đất sét bị phân hủy do mất nước hóa
học (trong khoảng 400-600 0C) tạo mêta caolinhít hoạt tính cao.
600
Al2O3.2 SiO2.2H2O 400


 Al2O3.2SiO2 + 2H2O
3. Phân hủy cacbonat
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 MgCO3, đôlômít….cũng bị phân hủy ở những khoảng nhiệt độ khác
nhau.
C
MgCO3 600

 MgO + CO2
870900
CaCO3  
 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 SiO2, 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 bị 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.
4. Kết khối
0

0

0

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 2


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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 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 C3S. C3S hình thành trong mạnh trong
pha lỏng từ 13000C. 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 C3S, 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 12750C, C3S phân hủy tạo thành C2S
và 6750C có sự biến đổi thù hình.
0

C
C3S 1275

 C2 S
0

C
  C 2 S 600

   C2 S

Đây là các biến đổi không tốt cho chất lượng xi măng do C3S là khoáng tạo
cường độ chính cho xi măng và  - 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.
III.

So sánh và chọn phương pháp sản xuất
Tên

Nhiệt
năng
Điện
năng

GCL

Đơn vị
tính

Kcalo/kgcl

Mức đạt
PP bán
PP khô
khô
Trước
Sau 1990
1990
1450-1700 1100-1130 780-820
730
PP ướt

Chuẩn
quốc tế

<700

Kwh/T XM

120-130

100-125

115-120

90-100

<90

Kg/T cl

2-2,5

0.8-1

1-1,5

0,5-0,8

<0,5

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 3


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Vật liệu Kg/T XM
1,5-2
1-1,2
0,3-0,6

0,2-0,5
<0,3
nghiền
Năng
T XM/1
200-600
200-300 1000-1500 2500-3800
>5000
suất lao người/ năm
động
Lượng
mg/Nm3
100-150
50-100
<30
bụi
Do phương pháp khô chiếm ưu thế hơn phương pháp ướt về nhiều chỉ tiêu kinh
tế kĩ 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 bằng phương pháp ướt do sự phát triển kĩ thuật đồng nhất khí
nén,đồng nhất phối liệu dạng bột.
Vì vậy ta chọn sản xuất phương pháp khô

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 chịu 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 vị 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 dịch 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”

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 4


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

cùng tên gọi phân bố theo chiều dọc lò đồng thời trong từng cục vật liệu trong quá
trình chuyển dịch từ trên xuống.
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 chịu lửa (samốt hoặc cao nhôm
vùng làm nguội, phần nung lót loại GCL kiềm tính manhêzi, manhêzi-crôm). 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.

1.2 Các quá trình hóa lý xảy ra:
1.2.1 Zôn sấy
Phối liệu vào dạng bùn sệt, nhận nhiệt khí thải, đạt nhiệt độ khoảng 1200C
– 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.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 5


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

1.2.2 Zôn đốt nóng
Trong zone này, nhiệt độ phối liệu tăng từ 120-6500C. quá trình chủ yếu là
cháy tạp chất hữu cơ và mất nước hóa học của các khoáng sét. Đất sét bị 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 Zôn phân hủy cacbonat
Nhiệt độ lên tới 10000C. Đây là giai đoạn cuối cùng của các phản ứng pha
rắn.

CaCO3  CaO + CO2
1.2.4 Zôn kết khối:
Nhiệt độ phối liệu từ 1000 tới 14500C. 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 Zôn 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 1450-1300 0C. Zone làm nguội chiếm 8% chiều dài của lò. Ơ
đây chưa kể tới thiết bị làm nguội clinker với tốc độ nhanh để ổn định thành phần
pha có trong clinker XMP. Các thiết bị này làm nguội clinker với tốc độ rất
nhanh từ 1300 xuống còn 100-1500C và thường đặt riêng. Phổ biến nhất là thiết
bị làm nguội kiểu ghi và kiểu hành tinh. Clinker ra khỏi thiết bị làm nguội nhiệt
độ còn khoảng 100-1500C 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 mịn. Ngăn cản biến đổi thù hình:
C
C3S 1250

 C2S +CaO
0

0

C
  C 2 S 670

   C2S

2. Phương pháp khô
2.1 Giới thiệu chung
Sự khác biệt nung clinker theo phương pháp khô ở trong thiết bị 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 định 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
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 6


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

tầng, nay thường bốn hoặc năm, sáu tầng) phía trong các xyclon thường được lắp
gạch chịu lửa cao nhôm. Bột phối liệu đã nghiền mịn 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 và khí nóng và
những biến đổi hoá lý cơ bản trong các xyclon hệ bốn bậc.
2.2.1 Xyclone bậc 1:
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 Xyclone bậc 2
Bột phối liệu từ xyclon bậc I (nhiệt độ 250 0C)
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 bị 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 500 0C 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 MgCO3 và bắt
đầu phân hủy CaCO3.
2.2.3 Xyclone bậc 3
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), bị cuốn theo
khí nóng đi vào xyclon bậc III theo phương tiếp tuyến.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 7


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Trong xyclon bậc III, nhiệt độ bột phối liệu tăng từ 5000C 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 11000C) 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 11000C (là nhiệt
độ khí thải từ lò quay, hoặc nhiệt độ khí làm nguội clinker từ thiết bị làm nguội
(còn gọi là gió ba); và ra khoảng 8000C đi vào xyclon bậc III. Nhiệt độ bột phối
liệu tương ứng đầu vào 6500C và đầu ra khoảng 800 0C 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 – 11000C, 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 bị riêng
(calciner) .
Phân bố nhiệt trong hệ thống xyclon

2.3 Các hệ thống trao đổi nhiệt
2.3.1 ILC – dạng buồng calciner tận dụng gió 3

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 8


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 9

Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

2.3.3 SLC – Dạng buồng calciner lắp độc lập

2.3.4 SLC-I dạng buồng calciner kết hợp

2.4 Lò quay
2.4.1 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.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 10


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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 chịu lửa.
Lò nung có thiết bị trao đổi nhiệt thường được thiết kế quy ước với tỉ lệ
L/D là 14:1 đến 17:1.Những lò này chịu 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 bịt đầu lò được trang bị vòng cung ngăn bụi
thoát ra ngoài.
Đầu bịt đầu lò sẽ bị hỏng trong điều kiện chịu áp
lực trong thời gian dài, khí nóng và bụi có thể vào, gây
ảnh hưởng xấu đến đầu bịt của lò. Vì vậy, đầu bịt
cần tăng cường để duy trì áp suất âm bên trong hệ
thống.
2.4.3 Phần liệu ra
Phía trước bộ phận làm lạnh, đầu bịt lò nung
được lắp giữa ống chụp và lò quay. Bảo đảm áp
suất âm bên trong lò nung vẫn được giữ ổn định,
không tiêu hao nhiều.
 Thiết bị làm lạnh dạng ghi được nối với
đầu bịt bằng ống chụp, có thể chịu được sự chênh lệch giữa áp suất dương ở
thiết bị làm nguội, và áp suất âm ở trong lò nung
 Đầu bịt 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: Đỗ Minh Hiền

Page 11


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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 định 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 chịu lửa ít.
2.4.5 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 Trục đỡ
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 12


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

 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.
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:
a. 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 l-ò 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.
b. Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt:
Độ tin cậy dẫn động chống ép vuốt được xác định 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 trị số của lò quay này
vượt 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.
c. Cơ cấu dẫn động trực tiếp:

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 13

Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

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 chịu
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.
d. 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 dịch 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 bị 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 chịu lửa
Các loại gạch chịu lửa sử dụng trong lò quay.

2.5.1 Gạch Magnesia-Crome HDB – 70
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 14


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)
Có các đặc điểm kỹ thuật sau :
Độ chịu lửa (SK)
: 40
Độ rỗng bề mặt (%)
: 18
Khối lượng riêng (kg/m3)
: 3.03
2
Cường độ nghiền (KG/cm )
: 450
Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm2, T2) : 1700
Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1
Độ dãn nở nhiệt tại 1000 oC (%)
: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:
Loại gạch
Đặc điểm kỹ thuật
H–1
H–2
Độ chịu lửa (SK)
38
37
Độ rỗng bề mặt (%)
24
24
Khối lượng riêng
2.4
2.25
Cường độ nghiền (KG/cm2)
300
250
Độ chịu lửa dưới tải trọng
1550
1450
(2KG/cm2, T2)
Thay đổi chiều dài tại 1500oC x

¾ 0.3
¾ 0.3
2h (%)
Độ dãn nở nhiệt tại 1000oC (%)
0.7
0.6
Thành phần hóa (%)
MgO
70
60
Cr2O3
2
2.5
Đặc tính
chống nứt
chống nứt
2.5.3 Gạch Magnesia-Crome HDB -78
Thành phần gạch MgO – Cr2O3 (gạch chịu lửa cao)
Có các đặc điểm kỹ thuật sau :
Độ chịu lửa (SK)
: 40
Độ rỗng bề mặt (%)
: 17
Khối lượng riêng
: 3.0
Cường độ nghiền (KG/cm 2)
: 400
2
Độ chịu lửa dưới tải trọng (2KG/cm , T2) : 1700
Thay đổi chiều dài tại 1500oC x 2h (%) : +0.1

Độ dãn nở nhiệt tại 1000 oC (%)
: 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 :
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 15


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Khối lượng riêng (300oC x 24h)
Thành phần hóa (%)

: 3.15
: Al2O3 : 88
SiO2 : 7
o
Thay đổi chiều dài tại 1500 C x 3h (%) : +0.7
Cường độ nghiền (KG/cm2) (300oC x 24h) : 400
Đặc tính

: chống rạn,chống ăn mòn
2.5.5 Gạch có hàm lượng alumina cao HACT – 165
Đặc điểm kỹ thuật :
Khả năng chịu được nhiệt độ cực đại (oC)
: 1650
2
Cường độ vật liệu dự đoán (KG/cm )
: 2200
Thay đổi độ dài tại 110oC x 24h (%)
: -0.1
o
1350 C x 3h
: -0.3
500oC x 3h
: -0.6
o
Độ dẫn nhiệt (kcal/m.h. C)
:260oC : 0.65
:540oC : 0.75
:800oC : 0.86
Thành phần hóa (%)
:Al2O3 : 58
:SiO2 : 20

Gạch lót lò quay

Gạch lót lò quay dạng hình cung
Phương pháp lót gạch chịu lửa trong lò quay
Lắp đặt gạch lót chịu 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.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 16


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

2.6 Thiết bị làm nguội
2.6.1 Thiết bị 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 1300-1350 oC, 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 bị làm nguội kiểu thùng quay chỉ tồn tại ở các nhà máy cũ.

2.6.2 Thiết bị làm nguội kiểu hành tinh
Thiết bị 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 bị 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.
Việc lắp đặt thiết bị làm nguội kiểu hành tinh làm xuất hiện một số vấn
đề nan giải như: tính toán tải trọng cơ học, ứng suất cơ vùng tiếp giáp có thể
dẫn tới nứt lò, một phần clinker dính vào lò con rơi xuống ống phun, chế độ
khí động của dòng khí qua các lò con không ổn định, khó điều chỉnh lửa, ồn
ào khi làm việc…kinh phí đầu tư cho thiết bị làm nguội kiểu hành tinh và
kiểu ghi được xem là tương đương.

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 17


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

2.6.3 Thiết bị làm nguội kiểu ghi
Hiện nay, phổ biến là các thiết bị làm nguội độc lập kiểu ghi đo có tốc
độ làm nguội nhanh hơn, nhờ vậy, chất lượng clinker được cải thiện rất nhiều.
So với các thiết bị làm nguội các kiểu khác, thiết bị làm nguội kiểu ghi kín,
dễ đảm bảo vệ sinh môi trường hơn. Trong đó, không khí chuyển động vuông
góc với chiều chuyển động của clinker, dòng khí chuyển động ngang rất ít,
tránh được hiện tượng truyền nhiệt lẫn nhau trong khối clinker, nhờ vậy tốc
độ làm nguội rất cao và nhiệt độ của clinker có thể từ nhiệt độ khá cao(
13000C ) xuống còn rất thấp ( 65- 1000C)

Clinker di chuyển trên các tấm ghi,truyền nhiệt cho không khí, hạ nhiệt
độ rất nhanh xuống còn 100 _ 1500C, thậm chí chỉ còn 650C. Nhiệt độ clinker
thấp rất thuận lợi cho những công đoạn sau (ủ và nghiền). Năng suất các thiết
bị làm nguội kiểu ghi cũng rất cao, có thể tới 10000 tấn clinker / ngày đêm.

2.6.4 Thiết bị làm nguội kiểu buồng
Buồng làm nguội là thiết bị đơn giản về nguyên tắc nhưng có thể đáp
ứng tốt những yêu cầu kỹ thuật làm nguội clinker, năng suất có thể 3000 tấn/
ngày đêm. Buồng được lắp ngay cuối lò nung. Phía trong buồng lót gạch chịu
lửa, thành buồng có những lỗ thông hút khí từ ngoài vào. Clinker nóng từ lò
nung rơi trong không gian buồng được làm nguội bởi không khí nén thổi
ngược từ dưới lên. Thời gian lưu clinker trong buồng được điều chỉnh nhờ hệ
thống ghi ống trụ. Gió vào buồng được phân phối theo tỷ lệ: 35% thổi từ
dưới lên qua hệ thống ghi hình trụ, 45% cấp từ phần giữa lò và 20% từ các
khe hở tường buồng.
Tốc độ làm nguội clinker trong thiết bị kiểu này tương đương với thiết
bị làm nguội kiểu ghi, vì vậy, chất lượng clinker tốt. Nhiệt độ clinker qua ghi
trụ khoảng 250- 280oC, tiếp tục được làm nguội trên băng tải. Nhiệt độ khí
nóng (làm gió 2) khoảng 900 _ 10000C. Hệ số tác dụng nhiệt hữu ích của
buồng làm nguội tới 83%, kín không gây bụi. Chi phí xây dựng cao hơn thiết
bị kiểu ghi (hơn khoảng 10%) và chi phí năng lượng cao hơn.
2.7 Sự cháy nhiên liệu trong lò nung
2.7.1 Kích thước vòi phun nhiên liệu rắn

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 18


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Hiện nay, than là loại nhiên liệu phổ biến nhất trong công nghiệp sản
xuất xi măng. Các vòi phun than có kết cấu tương đối đơn giản, có thể hình
dung như những ống trụ với kích thước khác nhau.

Tốc độ dòng khí quá nhỏ (20-25m/s) có thể dẫn tới hiện tượng cháy nhiên liệu
ngay sát đầu vòi phun. Vận tốc dòng khí không thích hợp, kích thước ngọn lửa (chiều
dài và rộng) không đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt cho phối liệu. Vì vậy, tốc độ phun
phụ thuộc đường kính lò D. Ngoài ra, tốc độ vòi phun còn phụ thuộc tính chất than,
đặc biệt độ mịn bột than.
Trường hợp chất lượng than thấp, bất buộc phải dùng chung nhiên liệu
khác (dầu hoặc khí), vòi phun phải thiết kế khác. Tốc độ phun còn phụ thuộc
lượng không khí hoà trộn cùng phối liệu, to gọi là gió một, trong công nghệ
XM, khoảng 6% lượng không khí cần cho quá trình cháy.

Vòi phun dầu

vòi phun ga

2.7.2 Vị trí vòi phun
Có hai cách đặt vòi phun trong lò quay: vuông góc hoặc song song với
trục lò.
 Đặt vuông góc: phối liệu nhận nhiệt trực tiếp, truyền nhiệt tốt hơn. Hạn
chế của kỹ thuật này là lửa ngắn, cháy không hết nhiên liệu, làm xáo
trộn phối liệu và tăng tốc độ quá trình ăn mòn VLCL.
 Đặt song song với trục lò đảm bảo sự cháy nhiên liệu triệt để. Để tăng
nhiệt truyền từ nhọn lửa vào phối liệu, cần lựa chọn vị trí đặt vòi phun
phù hợp. Với những lò bán kính nhỏ, vòi phun đặt chính tâm lò, còn với

những lò bán kính lớn, vị trí vòi phun không đặt ở chính tâm lò, mà ở
mức thấp dưới tâm, sao cho lửa tiếp xúc được với khối phối liệu trong lò
để tăng hiệu quả truyền nhiệt , nhưng lửa phun không chạm vào GCL ở
phần trên thân lò.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 19


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

2.7.3 Quá trình cháy của nhiên liệu
Quá trình cháy là quá trình oxy hoá kèm theo sự phát lửa và toả nhiệt
nói cách khác, cháy là quá trình phản ứng hoá học giữa oxy và nhiên liệu
(oxy hoá), kết quả quá trình là sự phát lửa và toả nhiệt.
Quá trình cháy bao gồm những giai đoạn chính như sau:

Hoà trộn là quá trình hoà trộn nhiên liệu với không khí.

Phản ứng cháy: phản ứng hoá học giữa oxy và các thành phần
cháy được của nhiên liệu ( C, P, S) . quá trình toả nhiệt và phát sáng ( lửa).

Phát tán sản phẩm cháy: sản phẩm sau khi cháy là hỗn hợp các
oxít CO, CO2, H2O, SO2, NOx….Không khí nóng và phần nhiên liệu chưa
phản ứng hết. Hỗn hợp có nhiệt độ cao phát tán trong không gian lò, hoàn tất
quá trình cháy, truyền nhiệt cho phối liệu, hạ nhiệt liệu rồi thoát ra khỏi lò.
Tốc độ quá trình cháy phụ thuộc vào
giai đoạn chậm nhất trong các giai đoạn nói

trên. Trong các hệ thống lò đốt công nghiệp
thông thường, giai đoạn chậm nhất thường là
giai đoạn hoà trộn. Vòi phun nhiên liệu được
thiết kế sao cho hoà trộn nhiên liệu _không
khí tốt nhất để quá trình cháy được xảy ra
hoàn toàn.Không khí trong quá trình cháy
thường chia làm ba loại, tương ứng với ba
giai đoạn cháy gió 1, gió 2, gió 3.
Gió 1 ( hoặc lượng khí sơ cấp ):
Lượng không khí hoà trộn với nhiên liệu trước khi xảy ra phản ứng cháy
gọi là gió 1. đây là lượng khí cần cho quá trình cháy, thổi cưỡng bức, hoà trộn
rất nhanh cùng nhiên liệu qua vòi phun. Nếu hoà trộn tốt, gió 1 sẽ cháy hết.
Gió 1 có tác dụng kiểm soát tốc độ hoà trộn khí + nhiên liệu, tốc độ dòng và
ổn định hình dạng ngọn lửa trong quá trình cháy.
Gió 2 ( hoặc khí thứ cấp)
Lượng không khí bị cuốn tự nhiên theo dòng phun nhiên liệu cháy thành
ngọn lửa do chênh lệch áp suất. Lượng khí này phụ thuộc tỉ lệ hoà trộn của
gió 1 và tốc độ dòng khí. Gió 2 là dòng khí đối lưu bên cạnh dòng lửa khí ảnh
hưởng nhiều tới hình
Vùng phân
dạng, kích thước và nhiệt
Vùng
Gió
độ ngọn lửa. Trong công
nghệ sản xuất XM, gió 2
đóng vai trò quan trọng
Gió
Đốt
tăng nhiệt độ cháy của
ngọn lửa, do không thể

tăng nhiệt độ, gió 1 (
không khí nóng không
thuận lợi cho quá trình chuyển vận và hoà trộn với than trong đường ống.)
Gió 3 : Lượng khí tự nhiên hoặc cưỡng bức thêm vào hỗn hợp sản phẩm
cháy sau khi quá trình cháy đã hoàn tất về cơ bản. Gió 3 có tác dụng điều
chỉnh nhiệt độ hỗn hợp khi cháy.

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 20


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Trong công nghệ sản xuất clinker, XMP, lượng khí hồi lưu từ các thiết
bị làm nguội thường là gió 3, nếu thiết bị ổn định, tăng dần khí trong thiết bị
làm nguội làm giảm nhiệt độ gió 2 và do đó giảm nhiệt độ lửa, và do đó, thậm
chí còn tốn nhiên liệu thêm chứ không tiết kiệm được nhiên liệu như mong
chờ. Lượng nhiên liệu tiêu tốn thêm lớn hơn lượng nhiên liệu dùng nâng nhiệt
độ khí thải.
III. Lò tầng sôi
1. Các nét đặc trưng chính của dây chuyền
So với hệ thống lò quay thông dụng, hệ thống lò tầng sôi có những nét đặc
trưng sau:
 Cho phép sử dụng linh hoạt các loại nhiên liệu chất lượng khác nhau
 Hiệu suất sử dụng nhiệt thải đạt tới 80%
 Giảm tiêu hao nhiệt 25-10%, và như vậy, làm giảm 25-10% lượng CO2
thoát ra môi trường

 Giảm hàm lượng NOx thoát ra môi trường tới 50% do sử dụng công nghệ
đốt nhiên liệu tiên tiến trong tầng sôi nhiệt độ 13000C.
 Nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ nên đảm bảo chất lượng ổn định clinker
 Bố trí thết bị cho phép tiết kiệm mặt bằng và chi phí xây doing
 Giảm chi phí vận hành và chi phí bão dưỡng.
2. Cấu tạo hệ thống
Sơ đồ công nghệ của hệ thống lò nung
mới kiểu tầng sôi FLUBECKS được thiết kế
để sản xuất các chủng loại xi măng đặc biệt
như xi măng đóng rắn nhanh, xi măng belít ít
tỏa nhiệt. Nó bao gồm hệ lò 2 tầng: tạo hạt
và lò nung.
Hệ thống lò FLUBECKS bao gồm tháp
trao đổi nhiệt kiểu treo được trang bị buồng
tiền nung với chức năng phân giải cacbonát,
lò tầng sôi để nung luyện clinker và máy làm
nguội clinker kiểu tầng sôi với kiểu thổi gió
qua lớp clinker cố định.
2.1 Tháp trao đổi nhiệt
Tháp trao đổi nhiệt thể treo SP trang bị
buồng đốt phụ SC gồm tháp trao đổi nhiệt 4 tầng nhằm sấy khô nguyên liệu, buồng
đốt phụ với chức năng phân giải cácbonat tương tự hệ thống lò quay phương pháp
khô hiện tại.
2.2 Lò nung
Lò nung luyện clinker kiểu tầng sôi có chức năng tạo hạt nguyên liệu có kích
thước 1.2-2mm và nung luyện clinker ở nhiệt độ cao 1300 0C. Trong công nghệ nung
luyện này, không cần phải cấp các hạt clinker làm lõi trước khi nung và đây cũng
chính là chìa khóa công nghệ dẫn đến thành công.
2.3 Máy làm nguội
Máy làm nguội clinker kiểu thổi gió trong tầng sôi có chức năng làm nguội

nhanh clinker xuống dưới 10000C trong vùng nhiệt độ cao một cách nhanh chóng để
đảm bảo chất lượng tối ưu của clinker.
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 21


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Máy làm nguội clinker qua lớp vật liệu cố định có chức năng làm nguội clinker
tới nhiệt độ khoảng 1500C một cách kinh tế nhất.
2.4 Hệ thống phân loại và tháo clinker tại đáy
Hệ thống phân loại và tháo clinker ở đáy có chức năng tháo một cách có lựa
chọn các hạt clinker đủ kích thước trở lên xuống máy làm nguội. Các hạt nhỏ và các
hạt bột được quay ngược trở lại để tiếp tục nung luyện và tạo hạt, do đó thời gian lưu
giữ nguyên liệu để tham gia phản ứng tạo khoáng cho clinker sẽ là như nhau. Nhờ
vậy, chất lượng clinker sẽ được đảm bảo. Hệ thống này cho phép kiểm soát một cách
tốt nhất chất lượng hạt clinker cũng như đường phân bổ cỡ hạt sản phẩm ra khỏi lò
nung FCK và vật liệu trong lò.
2.5 Cơ cấu thổi bột liệu
Bột liệu được thổi vào một cách nhanh chóng nhằm tránh hiện tượng dính bám
cũng như kết khối trước trong FCK. Nó cũng đồng thời thực hiện chức năng kiểm
soát quá trình tự tạo hạt của clinker trong suốt thời gian kết luyện ở nhiệt độ cao.
2.6 Cơ cấu phân phối đặc biệt
Cơ cấu phân phối
đặc biệt được trang bị
hàng loạt lỗ phun gió có
tác dụng tạo điều kiện cho

quá trình tạo hạt diễn ra
tốt nhất. Các lỗ được bố
trí để không cho phép tạo
ra các vùng thụ động gần
cơ cấu phân phối nhằm
tránh hiện tượng dính bám
gây tắc nghẽn. Phần trung
tâm hình côn được sử dụng để tạo điều kiện tốt nhất cho tầng sôi.
Kết luận :
 Hệ thống lò nung kiểu tầng sôi cho phép kiểm soát cỡ hạt tại lò tạo hạt
thông qua cơ cấu phân phối đặc biệt, hệ thống tháo clinker có phân loại theo
cỡ hạt và hệ thống thổi bột liệu
 Chất lượng clinker trong các lò thử nghiệm được đảm bảo nhờ nguyên liệu
có đủ thời gian lưu giữ trong zone nung với nhiệt độ cao, còn nhiên liệu sẽ
cháy heat và không lẫn vào trong clinker
 Hiệu suất thu hồi tại các hệ lò thử nghiệm đều đạt mức cao.
 Lượng CO2 thoát ra môi trường giảm 20-25% so với các lò quay thông
dụng
 Lượng khí NOx trong khí thải giảm nhiều so với lò quay nhưng vẫn còn
chưa đạt được mục tiêu ban đầu đề ra.
IV. So sánh và chọn loại lò

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 22


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Lò đứng

Lò quay ướt

Lò quay khô

Ưu điểm

 Do trộn than với phối
liệu nên khi nhiên liệu
cháy trực tiếp truyền nhiệt
cho phối liệu.Vì vậy năng
lượng tiêu tốn cho 1 đơn
vị khối lượng clinker ít
hơn so với lò quay phương
pháp ướt.
 Chi phí xây dựng và
bảo trì thấp thích hợp cho
những nơi có nhu cầu XM
thấp.

 Phối liệu được nghiền ướt,
có độ đồng nhất cao nên chất
lượng clinker rất đồng đều do
đó xi măng có chất lượng cao.
 Có dạng ống trụ dài,đường
kính lớn. Do đó,lò quay có
diện tích làm việc lớn, cho
năng suất cao.

 Tự động hóa sản xuất,hoạt
động liên tục(so với lò đứng).

 Tiết kiệm
nhiệt hơn
phương pháp ướt
nhờ hệ thống
TĐN
 Nhờ thiết bị
trao đổi nhiệt
nên giảm đáng
kể chiều dài
lò,tiết kiệm vật
liệu,diện tích xây
dựng.
 Giảm ô nhiễm.

Nhược
điểm:

 Chất lượng clinker
thấp do nhiệt sẽ làm lớp
phối liệu bên ngoài kết
khối trước trong khi lớp
bên trong mới ở giai đoạn
sấy hay phân hủy.
 Năng suất thấp do cần
thời gian để kết khối hoàn
toàn phối liệu.
 Ô nhiễm môi trường.

 Tiêu tốn nhiều nhiệt lượng
để làm bay hơi toàn bộ lượng
nước có trong hỗn hợp bùn
(1300 – 1450 kcal/kg
clinker).Chi phí năng lượng
này chiếm tỷ lệ cao nhất trong
tổng chi phí năng lượng để
nung clinker
 Kích thước lò quay quá lớn,
tiêu hao điện năng, tiêu hao
gạch chịu lửa cao, rủi ro khi
vận hành lò cao, đồng thời đòi
hỏi mặt bằng nhà máy rất lớn.
 Vấn đề môi trường chưa
được giải quyết.

 Độ đồng
nhất không cao
bằng phương
pháp ướt nhưng
được cải tiến
bằng hệ thống
đồng nhất.

Từ những ưu điểm trên ta thấy chọn lò nung phương pháp khô,hệ thống trao
đổi nhiệt SLC-D, 5 tầng.
CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC HỆ THỐNG LÒ NUNG

I. Số liệu
a. Năng suất lò nung

.
= .
( / )
× ×
Năng suất tính theo ngày:Qn = 88.59×24 = 2126 (T/ngày)
=

SVTH: Đỗ Minh Hiền

Page 23


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

b. Chọn loại lò quay có hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo SLC-D, có 3 bệ đỡ ,
tham khảo bảng sau
Dựa vào bảng thống kế ở trên ta chọn lò nung:

Kích thước lò: L D = 3.75  57
Với L : chiều dài lò (m)
D : đường kính trong của lò (m)
II. Tính các thông số
1. Thời gian lưu phối liệu trong lò:

t

1.77  57  36
1.77  L  
 2  30.75( ph)
F=
pDn
3.5  3.75  3

Trong đó:
 t : thời gian lưu (phút)
 p: góc nghiêng (độ)
Dựa vào bảng:
< 2.8
D (m)
p (0)
5
SVTH: Đỗ Minh Hiền

2.8 - 3

3 – 3.4

> 3.4

4

3

3 – 3.5

Page 24


Đồ Án Lò Xi Măng

GVHD:TS. Nguyễn Khánh Sơn

Do D = 3.75 m nên ta chọn p = 3.5 0
 n: số vòng quay (v/ph).
Khi quay,phối liệu trong lò thay đổi vị trí nhận nhiệt.Tốc độ quay nhanh bề
mặt nhận nhiệt tăng,năng suất tăng,nhưng nếu tốc độ quá cao thì phản ứng sẽ
không hoàn toàn,ăn mòn gạch chịu lửa.Với lò đường kính lớn 3.75 m ta chọn n
= 3 vòng/phút.
 : góc nghiêng tự nhiên của dòng phối liệu chảy trong lò (độ)
Với hạt đất sét  = 36.
F : hệ số thực nghiệm F= 2.
2. Diện tích tiết diện lò:
SL = D2 = 44.18 m2
3. Diện tích mặt cắt bị lò chiếm bởi phối liệu
Spl = SL = 0.12  44.18 =5.3 m2
Trong đó:
  : hệ số đổ đầy (%),thường 5 – 17 %
Lò có đường kính càng lớn thì bề mặt nhận nhiệt của lò tăng,lượng phối liệu
đổ đầy càng cao.Đường kính tối đa của lò hiện nay là 6 m vì nó bị giới hạn do
tuổi thọ gạch chịu lửa.Khi tăng đường kính lò thì độ côn của gạch chịu lửa
nhỏ,nghĩa là tuổi thọ gạch sẽ kém hơn lò có đường kính nhỏ hơn.
Lò có đường kính 3.75 m ta chọn  = 12 % là phù hợp.
4. Tính công suất lò quay
Công suất truyền động cho lò gồm năng lượng cần cho quá trình quay lò và cần
cho phối liệu chuyển động.

4.1 Công suất truyền động

E

W  b  t  N  f  0.595
kW
r

Trong đó:
 W: tải trọng theo phương thẳng đứng trên các trục đỡ (T)
Lót 2 lớp gạch cho vùng kết khối, các vùng còn lại ta lót 1 lớp gạch. Các
loại gạch theo từng khu vực:
Vùng đầu vào lò
Chiều dài L1=0.75 m
Gạch samốt
Thép CT30
Vùng phân huỷ cácbonat
Chiều dài là L2=18.5 m
Gạch cao nhôm
Thép CT30
SVTH: Đỗ Minh Hiền

Chiều dày
(m)

Khối lượng
riêng
d(kg/m3)

0.25

0.08

1900
7800

0.25
0.08

2400
7800
Page 25