ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐHBK

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc xây dựng cơ sở hạ
tầng và thượng tầng kiến trúc để đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước là không thể thiếu
và vô cùng mạnh mẽ do vậy nhu cầu sử dụng của xi măng cũng tăng theo.
Nước ta luôn nằm trong Top những nước dẫn đầu về sản lượng sản xuất và tiêu thụ xi
măng trong khối ASEAN. Năm 2012 lượng xi măng tiêu thụ trong nước đạt 53 triệu tấn và
xuất khẩu khoảng 6 triệu tấn (1). Năm 2013 sản lượng xi măng đạt 79.45 triệu tấn, sản lượng
tiêu thụ ước tính 57 đến 59 triệu tấn (kể cả xuất khẩu 8 triệu tấn). Năm 2014 đạt 81.56 triệu
tấn, tiêu thụ 64 đến 66 triệu tấn (xuất khẩu 9 triệu tấn). Năm 2015 sản lượng xi măng đạt
83.86 triệu tấn, tiêu thụ từ 71 đến 74 triệu tấn (xuất khẩu 10 triệu tấn) (2). Bộ xây dựng đã
tính toán nhu cầu xi măng trong năm 2016 khoảng 75-77 triệu tấn, tăng 3.2-6% so với năm
2015. Trong đó tiêu thụ xi măng nội địa khoảng 59-60 triệu tấn, tăng 4.5-6.3%, xuất khẩu
16-17 triệu tấn.
Ngành xi măng phát triển sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của đất nước. Doanh thu
do nó mang lại đóng góp nhiều cho nền kinh tế quốc dân, góp phần giải quyết khó khăn về
công ăn việc làm, giúp các doanh nghiệp trả các khoản vốn vay đầu tư, giảm chi phí tài
chính và rủi ro kinh doanh. (3)
Tuy nhiên cùng với sự phát triển đó thì nghành xi măng cũng không tránh khỏi những
thách thức đặt ra. Một trong những áp lực không nhỏ đối với doanh nghiệp sản xuất xi măng
đó là áp lực về tài chính. Do không đủ nguồn tài chính nên hầu hết các nhà máy xi măng đều
xây dựng theo hình thức góp vốn và vay vốn ngân hàng trong, ngoài nước nên các nhà máy
luôn thiếu vốn và chịu áp lực trả nợ rất lớn trong khi lại không thể hạ giá thành sản
phẩm. Thách thức thứ hai là sự cạnh tranh với các nước trên thế giới về chất lượng và giá
thành xi măng, sự biến động của thị trường sản xuất, tiêu thụ. Thách thức lớn cuối cùng là
sản xuất xi măng lại là lĩnh vực ảnh hưởng nhiều đến ô nhiễm môi trường, tiêu hao nhiều
nguyên liệu, năng lượng. Nhiệm vụ hiện nay là phải tìm được giải pháp quản lý cũng như áp
dụng dây chuyền công nghệ phù hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng tiết kiệm nguyên-nhiên
liệu trong quá trình sản xuất clinker-xi măng, góp phần làm giảm giá thành sản phẩm trong
khi vẫn đảm bảo được chất lượng yêu cầu và thân thiện môi trường. Tuy nhiên hiện nay các
nhà máy vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm.
Để giải quyết một phần các vấn đề về chất lượng, công nghệ đòi hỏi cần nguồn nhân

lực trình độ cao do đó là một kỹ sư tương lai tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế phân xưởng
lò nung sản xuất clinker để sản xuất xi măng PC50, năng suất 1.4 triệu tấn/năm. Lò quay
phương pháp khô và nhiên liệu sử dụng là than”. Đồ án còn nhiều sai sót do trình độ còn hạn
chế, chưa có thực tế trải nghiệm. Tôi chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy THS.GVC
Nguyễn Dân.
Đà Nẵng, ngày 1 tháng 3 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Phước Anh


CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH
1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ:
Đá vôi

Đất sét

Quặng sắt

Đá cao Silic

Than

Gia công
sơ bộ

Gia công
sơ bộ

Gia công
sơ bộ

Gia công sơ
bộ

Máy sấy
nghiền

Tiền đồng
nhất

Tiền đồng
nhất

Tiền đồng
nhất

Tiền đồng
nhất

Than mịn

Silô chứa

Silô chứa

Silô chứa

Silô chứa

Vít tải

Định lượng

Định lượng

Định lượng

Định lượng

Định lượng

Băng tải chung
Khí thải
cấp nhiệt

Sấy nghiền liên hợp

Đồng nhất bột liệu

Tháp trao đổi nhiệt


Gió 3

Calciner

Lò quay

Béc đốt

Thạch cao và phụ gia
Gió 1

Gió 2
Máy đập búa
Dàn làm lạnh
Tiền đồng nhất
Kho chứa và ủ clinker
Silô chứa
Máy nghiền clinker
Định lượng
Xi măng

Silô chứa

Kiểm tra tính
chất lý-hóa
của xi măng

Đóng bao

Xuất hàng

1.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Đá vôi tại các mỏ được khai thác bằng phương pháp khoan nổ mìn được ôtô có công
suất lớn vận chuyển về phễu tiếp liệu để đưa đến trạm đập đá vôi và được gia công sơ bộ
bằng máy đập hàm đến kích thước 60-80mm, sau đó đưa vào máy đập búa. Đá ra khỏi máy
đập búa có kích thước 5-25mm sẽ theo băng tải cao su tập trung vào kho dài đồng nhất sơ bộ
theo phương pháp Chevron. Đá vôi sau khi tiền đồng nhất được đưa vào két chứa hoặc silô.
Đất sét sau khi khai thác tại các mỏ bằng phương pháp bốc xúc trực tiếp dùng tàu

cuốc, máy xúc được vận chuyển về trạm đập bằng ôtô và đổ vào máy cán trục hai trục. Đất
sét sau khi qua máy cán trục có kích thước < 25mm theo băng tải cao su tập trung vào kho


đồng nhất sơ bộ theo phương pháp Windrow để đảm bảo độ đồng nhất rồi được đưa đến két
chứa hay silô để định lượng cấp cho máy nghiền liệu.
Quặng sắt, đá cao silic, thạch cao và phụ gia được mua về nhà máy bằng đường bộ
hoặc đường sắt. Nếu có kích thước lớn thì đưa qua máy đập búa để đập sơ bộ đến kích thước
khoảng ≤ 25mm trước khi đưa vào kho chứa để tiền đồng nhất. Sau đó được hệ thống máy
cào và băng tải cao su đưa đến két chứa hay silô.
Than cám 4A nhập vào kho nhà máy cũng được đánh đống trộn đều trước khi cấp cho
máy nghiền than để tạo kích thước yêu cầu độ mịn <5%, độ ẩm khoảng 1-1.5% (máy nghiền
than có thể là một máy sấy nghiền liên hợp), sau đó đưa vào silô chứa. Tại đây than mịn
được định lượng rồi đưa đến béc đốt để đốt nhiên liệu.
Từ bốn silo chứa đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic được tháo qua hệ thống cân
định lượng rồi được hệ thống băng tải cao su vận chuyển đến máy sấy nghiền liên hợp, sử
dụng tác nhân sấy là khói lò. Tại đây bột liệu được nghiền tới độ mịn có độ sót sàng <10%
trên sàng N008, độ ẩm ≤ 1% được thu hồi bằng hệ thống cyclon lắng, lọc bụi tĩnh điện rồi
vận chuyển về silô đồng nhất. Dựa vào áp lực nhất định của khí nén để tiến hành trộn đều
bột liệu. Sau đó được định lượng và cấp vào tháp trao đổi nhiệt. Tại đây xảy ra các quá trình
mất nước lý học, hóa học và phân hủy một phần cacbonat. Tiếp theo qua calciner để tăng
hiệu suất phân hủy cacbonat đến 90÷95% trước khi vào lò. Bột liệu đi từ đầu lò tới cuối lò
còn khí nóng thì chuyển động ngược chiều với bột liệu nhờ đó bột liệu tiếp tục được đun
nóng để thực hiện các phản ứng tiếp theo và kết khối tạo clinker. Sau khi ra khỏi lò quay
clinker có nhiệt độ khoảng 14500C được đưa qua dàn làm lạnh kiểu ghi để hạ nhiệt độ xuống
1000-11000C. Clinker ra khỏi thiết bị làm lạnh được đưa ra kho ủ từ 7-10 ngày.
Đập thô clinker, thạch cao và các phụ gia khác theo tỉ lệ yêu cầu trong máy đập hàm
đến kích thước đạt yêu cầu để tạo xi măng. Xi măng bột từ máy đập nghiền ra có nhiệt độ
thường là 80-1300C hoặc cao hơn được tiếp tục làm lạnh trong các silô chứa. Xi măng được
kiểm tra tính chất lý hóa rồi được tháo ra ngoài, đóng bao và được vận chuyển qua các băng

tải cao su tới máng xuất xi măng.

CHƯƠNG II: TÍNH PHỐI LIỆU


2.1 Mục đích
Mục đích của bài tính phối liệu là để xác định tỉ lệ pha trộn giữa các cấu tử khi nung
luyện để có clinker chất lượng đúng yêu cầu. Bài phối liệu của tôi gồm 2 cấu tử chính là đá
vôi và đất sét, ngoài ra tôi dùng thêm quặng sắt để điều chỉnh môđun alumin và đá cao Silic
để điều chỉnh môđun silicat. Vì dùng nhiên liệu là than nên sẽ có tro than lẫn vào clinker.
Vậy bài phối liệu của tôi gồm bốn cấu tử: đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic và tro than
lẫn vào.
2.2 Nguyên tắc và phương pháp:
2.2.1 Nguyên tắc:
Từ yêu cầu chất lượng của xi măng, ta dựa vào thực tế lựa chọn các các LSF, n, p.
Chọn cấu tử hiệu chỉnh phù hợp 3 chỉ số đặc trưng rồi tiến hành tính bài phối liệu.
2.2.2 Phương pháp:
Phương pháp toán học dựa vào 3 hệ số đặc trưng LSF, n, p và thành phần hóa học của
nguyên liệu.
2.3 Trình tự tính toán:
1. Căn cứ vào chất lượng xi măng dựa vào thực tế để chọn các hệ số LSF, n, p.
2. Quy đổi thành phần hóa học hai của nguyên liệu là đá vôi và đất sét về 100%. Dựa
vào công thức thực nghiệm sau đó so sánh với LSF, n, p đã chọn để bổ sung thêm cấu
tử hiệu chỉnh.
3. Xác định hàm lượng tro lẫn vào clinker theo công thức t = (%). Trong đó:
P: lượng than tiêu tốn riêng (kg than/kg clinker)
A: hàm lượng tro có trong nhiên liệu (%)
n: lượng tro lẫn vào clinker xi măng so với tổng hàm lượng tro có trong nhiên liệu.
4. Chuyển từ bảng nguyên liệu chưa nung sang bảng thành phần hóa học của nguyên
liệu đã nung để tiện việc tính toán (nghĩa là trừ đi MKN).

5. Thiết lập 4 phương trình theo phần trăm của 4 cấu tử, LSF, n, p và tiến hành tính theo
công thức hướng dẫn.
6. Dùng định thức Cramer giải hệ tìm tỉ lệ % của các cấu tử chính, phụ. Tính thành phần
hóa học của từng cấu tử trong clinker, thành phần khoáng, lượng pha lỏng, kiểm tra
lại 3 hệ số cơ bản.
7. Tính chuyển về bài phối liệu chưa nung và tính tít phối liệu.
2.4 Một số kí hiệu, quy ước:
Bảng 2.1 Kí hiệu các thành phần hóa học của nguyên liệu:
Hợp chất

SiO2

Kí hiệu

S

Al2O3 Fe2O3
A

F

CaO
C

Mg
O
M

R2O

Chất khác

Mất khi nung

R

MK

MKN

2.5. Tính bài phối liệu:
- Hệ số bão hòa vôi: LSF =
- Môđun alumin:
MA =
- Môđun silicat:
MS =
- Chọn các hệ số, môđun:
Thành phần các khoáng chính được giới hạn như sau:


C3S+C2S = 75÷82%
C3A+C4AF = 18÷25%
C2S+C3S+C3A+C4AF = 95÷97%
LFS = 85÷95
MA = 1÷3
MS = 1.7÷3.5
Chọn:
LFS = 95
MA = 1.60
MS = 2.40

- Chọn nguyên liệu – cấu tử điều chỉnh – nhiên liệu:
Nguyên liệu chính để sản xuất clinker xi măng Portland bao gồm: đá vôi, đất sét.
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu chính
Nguyên
liệu

S

Đá vôi
Đất sét

A

2.66 0.82
59.92 17.18

F

C

M

R

SO3

CK

MKN

0.44
5.67

52.78
4.2

0.49
0.85

0.07
1.79

0.01
1.11

1.19
0.56

41.59
8.72

∑
100.0
5
100

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu chính quy về 100%
Nguyên
liệu
Đá vôi

Đất sét
Ta có:

S
A
F
C
2.659 0.82 0.44 52.75
59.92 17.18 5.67 4.2

M
0.49
0.85

R
0.07
1.79

SO3
0.01
1.11

CK
1.19
0.56

MKN
41.57
8.72

∑
100
100

MAđs = = = 3.03
MS = = = 2.622

Ta phải dùng nguyên liệu tăng Fe2O3 và SiO2 để điều chỉnh MA, MS của đất sét.

Bảng 2.4: Thành phần hóa của nguyên liệu điều chỉnh
Nguyên
liệu
Quặng sắt
Đá cao
Silic

S
25.02

A
11.73

F
52.2

C
0.14

M
0.36

R
0

SO3
0

CK
2.3

MKN
8.27

∑
100

88.04

6.69

1.55

0.25

0.24

0

0

1.86

1.37

100


Nhiên liệu sử dụng cho hệ thống lò là 100% than cám 4A Quảng Ninh.
Bảng 2.5: Thành phần hóa học làm việc của than cám 4A Quảng Ninh
WL
AL
SL
CL
HL
NL
OL
VL
1
17 2.4
69.5 1.4
0.8
1.7
8
Trong đó:
WL: Độ ẩm làm việc của than.
AL: Hàm lượng tro than làm việc.
SL: Hàm lượng lưu huỳnh làm việc trong than.
CL: Hàm lượng cacbon làm việc trong than.
HL: Hàm lượng hidro làm việc trong than.
NL: Hàm lượng nitơ làm việc trong than.

OL: Hàm lượng oxi làm việc trong than.
VL: Hàm lượng chất bốc làm việc trong than.
Áp dụng công thức tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu ta có:
Qt = 81CL+246HL-26(OL-SL)-6WL = 5986.1 (kcal/kg than)
Chọn lượng nhiệt tiêu tốn riêng: q = 750 (kcal/kg clinker)
Lượng tro than đọng lại trong lò: n = 100 (%)
Lượng than cần thiết để nung 1kg clinker:
P = = = 0.1253 (kg than/kg clinker)
Lượng tro than lẫn trong clinker xi măng:
t = 100 = 100 = 2.1299 (%)
Bảng 2.6: Thành phần hóa học của tro than
S
61.8

A
24

F
4.09

C
4.3

M
0.01

R
0

SO3

0

CK
5.5

MKN
0

∑
100

Bảng 2.7: Thành phần hóa học của nguyên liệu đầu kể cả tro than
Cấu tử
Đá vôi
Đất sét
Quặng sắt
Đá cao
Silic
Tro than

S
A
2.659 0.82
59.92 17.18
25.02 11.73

F
0.44
5.67
52.2

C
52.75
4.2
0.14

M
0.49
0.85
0.36

R
0.07
1.79
0

SO3
0.01
1.11
0

88.04
61.8

1.55
4.09

0.25
4.3

0.24
0.01

0
0

0
0

6.69
24.3

CK MKN
1.19 41.57
0.56 8.72
2.3
8.27

∑
100
100
100

1.86
5.5

100
100

1.37

0


Bảng 2.8: Thành phần của nguyên liệu, nhiên liệu khô đã nung
Cấu tử
Đá vôi
Đất sét
Quặng sắt
Đá cao
Silic
Tro than

S
4.55
65.64
27.28

A
1.403
18.82
12.79

F
0.75
6.21
56.9

C
90.28
4.601

0.153

M
0.838
0.931
0.392

R
0.12
1.961
0

SO3
0.017
1.216
0

CK
2.04
0.61
2.51

MK
N
0
0
0

89.26
61.8

6.783
24.3

1.57
4.09

0.253
4.3

0.243
0.01

0
0

0
0

1.89
5.5

0
0

∑
100
100
100
100

100

- Lập và giải hệ phương trình:
Gọi xi (i = 1÷5) là phần trăm các cấu tử: Đá vôi, đất sét, quặng sắt, đá cao Silic, tro than.
Phương trình 1: Tổng phần trăm các cấu tử, kể cả tro than.
∑xi = 100% ↔ x1+x2+x3+x4+x5 = 100 (%)
x1+x2+x3+x4 = 100-x5 = 100-2.1299
x1+x2+x3+x4 = 97.8701 (1)
Với x5 = t = 2.1299 (%)
Phương trình 2: Từ hệ số bão hòa vôi
LSF =
↔ ∑[LSF(2.8Sik+1.18Aik+0.65Fik)-100Cik]xi = 0
Trong đó: Cik, Sik, Aik, Fik: %CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 của cấu tử i có trong clinker.
Đặt ai = LSF(2.8Sik+1.18Aik+0.65Fik)-100Cik (i = 1÷4)
a5 = [100C5-LSF(2.8S5+1.18A5+0.65F5)]t
a1
a2
a3
a4
a5
-7614.299
19494.654
12186.164
24575.993 -40437.629
Ta có phương trình:
-7614.299x1+19494.654x2+12186.164x3+24575.993x4 = -40437.629 (2)
Phương trình 3: Từ hệ số môđun alumin
MA =
↔ ∑(MAFik-Aik)xi = 0
Đặt bi = (MAFik-Aik) (b = 1÷4)

b5 = (Aik - MAFik)t

b1
-0.198

b2
-8.883

b3
78.227

b4
-4.268

b5
37.819

Ta có phương trình: -0.198x1-8.883x2+78.227x3-4.268x4 = 37.819 (3)
Phương trình 4: Từ hệ số môđun silicat
MS =


∑[(MS(Aik+Fik)-Sik]xi = 0
Đặt ci = MS(Aik+Fik)-Sik
c5 = [Sik-MS(Aik+Fik)]t
c1
c2
c3
c4
c5

0.623
-5.565
139.937
-69.212
-13.495
Ta có hệ phương trình: 0.623x1-5.565x2+139.937x3-69.212x4 = -13.495 (4)
Từ (1), (2), (3), (4) ta có hệ phương trình:

D=

D = -167936864.7

Dx1 =

97.8701
1
40437.62 19494.65
9
4
37.819 -8.883
-13.495 -5.565

1

1

12186.16
4
78.227
139.937

24575.99
3
-4.268
-69.212

Dx1 = -12106429050

Dx2 =

1
-7614.299
-0.198
0.623

97.8701
-40437.629
37.819
-13.495

1
12186.164
78.227
139.937

1
24575.993
-4.268
-69.212

Dx2 = -2930710959

Dx3 =

1
-7614.299
-0.198
0.623

1
19494.654
-8.883
-5.565

97.8701
-40437.629
37.819
-13.495

1
24575.993
-4.268
-69.212

Dx3 = -493994878.5

Dx4 =

1

1

1

97.8701

-7614.299
-0.198
0.623

19494.654
-8.883
-5.565

12186.164
78.227
139.937

-40437.629
37.819
-13.495

Dx4 = -904862857.9
Giải hệ phương trình ta có:
x1= Dx1/D = 72.089
x2 = Dx2/D = 17.451
x3 = Dx3/D = 2.942
x4 = Dx4/D = 5.388
Vậy %Đá vôi = x1 = 72.089 (%)

% Đất sét = x2 = 17.451 (%)
% Quặng sắt = x3 = 2.942 (%)
% Đá cao Silic = x4 = 5.388 (%)
% Tro than = x5 = 2.1299 (%)
- Tính kiểm tra:
Thành phần hóa học của từng cấu tử trong clinker:
Bảng 2.9: Thành phần hóa của clinker
Cấu tử

S

A

Đá vôi

3.280
11.45
6

1.011

Quặng sắt
Đá cao
Silic

0.802

0.376

4.809

Tro than

1.316

0.366
0.517
8

Đất sét

3.285

F
0.542
6
1.084
1.673
3
0.084
7
0.087
1

C
65.08
0.803
0.004
0.014
0.092

M
0.60
4
0.16
3
0.01
2
0.01
3
2E04

R
0.08
6
0.34
2

SO3
0.0123
4
0.2122
1

0

0

0

0

0

0

CK
1.46
7
0.10
7
0.07
4
0.10
2
0.11
7

∑
72.089
17.451
3
2.9415
5
5.3881
1
2.1299
3

21.66
3.471
0.79 0.42 0.2245 1.86
Clinker
4
5.555
7
66
2
9
5
7
100
 Tính kiểm tra các hệ số:
LSF = 95
n = 2.40003
p = 1.600063
 Tính thành phần khoáng clinker:
C3S = 4.07CK-7.6SK-6.72AK-1.43FK = 61.6685 (%)
C2S = -3.07CK+8.6SK+5.07AK+1.083FK = 15.6627 (%)
Tổng các khoáng silicat: (C3S+C2S) = 61.6685+15.6627 = 77.2912 (%)
C3A = 2.65AK-1.69FK = 8.8534 (%)
C4AF = 3.04FK = 10.554 (%)
Tổng các khoáng alumin: (C3A+ C4AF) = 19.4074 (%)
Tổng 4 khoáng chính:
(C3S+C2S+C3A+C4AF) = 96.6986 (%)
 Tính lượng pha lỏng:
L = 1.12C3A+1.35C4AF = 24.1636 (%)
Nhận xét: Lượng pha lỏng L = 24.1636% phù hợp với lý thuyết ( lò quay phương pháp khô
L = 24÷26%) đảm bảo cho quá trình.

- Tính chuyển về bài phối liệu chưa nung:
Kí hiệu:
xik: % hàm lượng cấu tử i (không kể tro) trong clinker.
Xi: % hàm lượng cấu tử i trước khi nung.
MKNi: lượng mất khi nung của cấu tử i.
Áp dụng công thức chuyển đổi:
Phần trọng lượng: Xi0 =
Phần trăm:
(%) =
Bảng 2.10: Thành phần hóa của phối liệu khô chưa nung
% Nguyên liệu
đã nung

Cấu tử
Đá vôi
Đất sét
Quặng sắt
Đá cao Silic
Tro than
Tổng

x1 =
x2 =
x3 =
x4 =
x5 =
∑=

72.089
17.451

2.942
5.388
2.1299
100

Thành phần phối liệu
Phần trọng lượng
( %)
0
X1 =
123.4
81.617
0
X2 =
19.12
12.648
0
X3 =
3.207
2.121
0
X4 =
5.463
3.614
_
_
0
∑Xi =
151.19
100

Bảng 2.11: Thành phần hóa của phối liệu khô chưa nung
Cấu tử

S

Đá vôi

2.17

A
0.66
9

F
0.35
9

C
43.05
6

M
0.4

R
0.05
7

SO3

0.00
8

CK
0.97
1

MKN
33.92
7

∑
81.61
7


2.17 0.71
0.10 0.22
3
7
0.531
8
6
0.24 1.10
0.00
0.531
9
7
0.003
8

0
0.24 0.05
0.00
3.182
2
6
0.009
9
0
13.46 3.33 2.23 43.59 0.52 0.28
Tổng
1
3
9
9
5
3
Tính tít phối liệu: T = 1.785C+2.09M
Trong đó: C: Hàm lượng CaO trong phối liệu.
M: Hàm lượng MgO trong phối liệu.
T = 1.785×43.599+2.09×0.525 = 78.919
Đất sét
Quặng
sét
Đá cao
Silic

7.578

0.14

0
0
0.14
9

0.07
1
0.04
9
0.06
7
1.15
8

1.103

12.64
8

0.175

2.121

0.049
35.25
5

3.614
100

CHƯƠNG III: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO LÒ NUNG
3.1 Mục đích:
Tính cân bằng vật chất để kiểm tra xem lượng vật chất ra và vào lò nung có bằng nhau
không. Nếu lượng vật chất vào khác lượng vật chất ra nghĩa là có tổn thất trong quá trình
sản xuất. Lượng tổn thất < 5% thì có thể chấp nhận nhưng khi lớn hơn 5% thì phải tính toán
lại, xem tổn thất nhiều ở đâu để khắc phục. Từ đó, nhà máy có thể lên kế hoạch dự trữ sản
xuất và tính toán giá cả sản phẩm cho hợp lý.
3.2 Nguyên tắc:
Dựa vào quy luật cân bằng vật chất để tính cân bằng vật chất cho toàn nhà máy, lượng
vật chất vào và ra khỏi lò.
3.3 Trình tự tính toán:
1. Chọn lò và các thông số kỹ thuật:
- Tính hệ số sử dụng thời gian của lò nung.
- Tính năng suất phân xưởng lò nung. Căn cứ vào năng suất tính được để chọn năng suất,
chiều dài, đường kính của lò sao cho hợp lý (hệ số dự trữ công suất dư < 5%).
2. Tính cân bằng vật chất cho lò nung:
- Lượng nhiên liệu dùng để sản xuất 1kg clinker.
- Xác định lượng nguyên liệu tiêu tốn cho 1 tấn clinker (nguyên liệu khô lý thuyết, ẩm lý
thuyết, khô thực tế, ẩm thực tế).
- Tính lượng nguyên, nhiên liệu thực tế cần cho hoạt động của lò nung trong một năm.


- Tính lượng vật chất vào lò .
- Tính lượng vật chất ra khỏi lò .
- Xác định sai số giữa lượng vật chất vào và ra khỏi lò nung:
∆G =

∑ Gv − ∑ Gr .100

∑ Gv

- Lập bảng cân bằng vật chất cho việc đốt cháy 1kg nhiên liệu.
3. Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy.
4. Tính nhiệt độ cháy lý thuyết và thực tế của nhiên liệu.
3.4 Hệ số sử dụng thời gian của lò nung:
- Thời gian ngừng lò trong năm:
+ Đại tu:
20 ngày/năm
+ Trung tu:
7 ngày/năm
+ Tiểu tu và sửa chữa đột xuất: 4 ngày/năm
Tổng: 31 ngày/năm
Vậy thời gian nghỉ của lò trong năm là: 31 (ngày/năm)
- Hệ số sử dụng thời gian của lò nung:
K = 0.91507
3.5 Năng suất phân xưởng lò nung:
Năng suất yêu cầu của nhà máy: M’ = 1.4 triệu tấn xi măng/năm
Để sản xuất xi măng PC50 ta nghiền (90÷95)% clinker với (3-5)% thạch cao thiên
nhiên+phụ gia khoáng hoạt tính+phụ gia khác.
- Chọn tổng tỉ lệ thạch cao và các phụ gia: A = 10%
- Quy đổi sản lượng clinker/năm:
M = = = 1.26×106 (clinker/năm)
- Hệ số tổn thất trong sản xuất với công nghệ hiện đại: φ ≤ 1 (%)
Chọn φ = 1 (%)
- Năng suất phân xưởng lò nung:
N = = = 145.274 (tấn/h)
Hay N = 3486.576 (tấn/ngày)
N = M× = 1.26×× = 1272600 (tấn/năm)
- Căn cứ N = 3486.576 (tấn/ngày) ta chọn lò có năng suất 4000 (tấn/ngày).
N = 4000 (tấn/ngày) = 166.667 (tấn/h)
- Dự trữ công suất lò theo kế hoạch sửa chữa:

P1 = 100-100×K = 100-100×0.91507 = 8.4932(%)
- Hệ số dự trữ công suất tổng (P = P1+P2):
P = = 12.8356 (%)
- Hệ số dự trữ công suất dư:
P2 = P-P1 = 12.8356-8.4932 = 4.3424 (%) < 5% (chấp nhận được)
Kết quả trên phù hợp và cho phép tính toán tiếp tục.
Vậy chọn lò có: Công suất lò: 4000 tấn/ngày
Chiều dài lò: 70 m
Đường kính lò: 4.6 m
3.6 Lượng nguyên liệu khô lý thuyết độ ẩm w = 0:


100 tấn nguyên liệu → (100-MKN) tấn clinker
tấn nguyên liệu ←
1
tấn clinker
Lượng nguyên liệu khô lý thuyết để thu được 1 tấn clinker:
= = = 1.5445 (tấn/tấn clinker)
3.7 Tính cân bằng vật chất cho lò nung:
Các thông số của nguyên liệu:
Độ ẩm tự nhiên của đá vôi w1 = 1.5%
Độ ẩm tự nhiên của đất sét w2 = 2%
Độ ẩm tự nhiên của quặng sắt w3 = 1.5%
Độ ẩm tự nhiên của đá cao Silic w4 = 1.5%
Độ ẩm tự nhiên của thạch cao w5 = 1% và phụ gia w6 = 1%
Hệ số sử dụng thời gian của lò: K = 0.91507
3.7.1 Lượng than dùng để sản xuất 1kg clinker:
= P = 0.1253 (kg than/kg clinker)
3.7.2 Xác định lượng nguyên liệu tiêu hao để tạo thành 1 tấn clinker:
Bảng 3.1 Tỉ lệ các cấu tử trong phối liệu (%)

Đá vôi
81.617
Đất sét
12.648
Quặng sắt
2.1214
Đá cao Silic
3.614
Bảng 3.2 Độ ẩm tự nhiên của nguyên liệu (%)
Đá vôi
1.5
Đất sét
2
Quặng sắt
1.5
Đá cao Silic
1.5
3.7.2.1 Lượng nguyên liệu lý thuyết để sản xuất 1 tấn clinker:
a) Lượng nguyên liệu khô lý thuyết:
- Đá vôi:
= = 1.2606 (tấn/tấn clinker)
- Đất sét:
= = 0.1953 (tấn/tấn clinker)
- Quặng sắt:
= = 0.0328 (tấn/tấn clinker)
- Đá cao Silic: = = 0.0558 (tấn/tấn clinker)
Vậy tổng nguyên liệu khô lý thuyết tiêu tốn là:
= = 1.54453 (tấn/tấn clinker)
Tất cả các số liệu trên là lý thuyết chưa kể tới tổn thất trong sản xuất.
b) Lượng nguyên liệu ẩm tự nhiên:

- Đá vôi:
= = = 1.2798 (tấn/tấn clinker)
- Đất sét:
= = = 0.1993 (tấn/tấn clinker)
- Quặng sắt: = = = 0.0333 (tấn/tấn clinker)
- Đá cao Silic: = = = 0.0567 (tấn/tấn clinker)
Vậy tổng nguyên liệu ẩm lý thuyết tiêu tốn là:
= 1.56906 (tấn/tấn clinker)
3.7.2.2 Lượng nguyên liệu thực tế để sản xuất 1 tấn clinker:


a) Lượng nguyên liệu khô thực tế:
Do có một lượng bụi bị cuốn ra ngoài ống khói và tổn thất do vận chuyển nên chọn hệ số tổn
thất là 1%.
- Đá vôi:
= = 1.2733 (tấn/tấn clinker)
- Đất sét:
= = 0.1973 (tấn/tấn clinker)
- Quặng sắt:
= = 0.0331 (tấn/tấn clinker)
- Đá cao Silic: = = 0.0564 (tấn/tấn clinker)
= 1.56013 (tấn/tấn clinker)
b) Lượng nguyên liệu ẩm thực tế:
- Đá vôi:
= = 1.2927 (tấn/tấn clinker)
- Đất sét:
= = 0.2013 (tấn/tấn clinker)
- Quặng sắt:
= = 0.0336 (tấn/tấn clinker)
- Đá cao Silic: = = 0.0572 (tấn/tấn clinker)

Vậy tổng nguyên liệu ẩm thực tế tiêu tốn là:
= 1.58491 (tấn/tấn clinker)
Bảng 3.3 Bảng tổng kết lượng nguyên liệu tiêu tốn cho 1 tấn clinker
Nguyên liệu

Lý thuyết

Thực tế

Khô
Ẩm
Khô
Ẩm
Đá vôi
1.2606
1.2798
1.2733
1.2927
Đất sét
0.1953
0.1993
0.1973
0.2013
Quặng sắt
0.0328
0.0333
0.0331
0.0336
Đá cao Silic
0.0558

0.0567
0.0564
0.0572
Phối liệu
1.54453
1.56906
1.56013
1.58491
3.7.3 Lượng nguyên, nhiên liệu thực tế cần thiết cho hoạt động lò nung trong 1 năm:
Năng suất của nhà máy M’ = 1.4× tấn/năm với lượng phụ gia và thạch cao là 10%.
3.7.3.1 Lượng nguyên liệu cần thiết cung cấp hằng năm cho lò nung (tính theo lượng nguyên
liệu ẩm thực tế):
- Đá vôi:
= = 1.2927×1272600 = 1645118.412 (tấn/năm)
- Đất sét:
= = 0.2013×1272600 = 256231.154 (tấn/năm)
- Quặng sắt: = = 0.0336×1272600 = 42759.781 (tấn/năm)
- Đá cao Silic: = = 0.0572×1272600 = 72844.732 (tấn/năm)
Tổng lượng nguyên liệu ẩm thực tế cung cấp hằng năm:
= +++
= 1645118.412+256231.154+42759.781+72844.732 = 2016954.079 (tấn/năm)
3.7.3.2 Lượng nhiên liệu cung cấp hằng năm:
= ×N = 0.1253×1272600 = 159444.3795 (tấn/năm)
Bảng 3.4 Bảng tổng kết lượng nguyên liệu ẩm thực tế tiêu tốn
Nguyên liệu
Đá vôi
Đất sét
Quặng Sắt

Lượng nguyên liệu cần thiết dùng

Tấn/năm
Tấn/ngày
Tấn/giờ
1645118.412
4507.174
187.799
256231.154
702.003
29.250
42759.781
117.150
4.881

%
81.564
12.704
2.120


Đá cao Silic
Tổng

72844.732
2016954.079

199.575
5525.902

8.316
230.246

3.612
100

Bảng 3.5 Bảng tổng kết lượng than tiêu tốn
Thành phần
Than

Tấn/năm
159444.3795

Tấn/ngày
436.8339

Tấn/giờ
18.2014

Tấn/tấn clinker
0.1253

3.7.4 Lượng vật chất vào lò:
3.7.4.1 Lượng than tiêu tốn để nung 1kg clinker:
= P = 0.1253 (kg than/kg cliner)
3.7.4.2. Lượng nguyên liệu vào lò có kể đến lượng bụi tổn thất do khí thải cuốn ra khỏi lò:
* Lượng nguyên liệu khô:
: Lượng nguyên liệu khô lý thuyết thu được 1 tấn clinker:
= 1.54453 (Tấn/Tấn Clinker)
Gọi a là tổn thất nguyên liệu theo bụi ra ngoài.
Với phương pháp khô ta chọn a = 2%:
= 1.5760 (tấn/tấn clinker)

(7.1 - Trang 116 - Thiết kế nhà máy xi măng)
* Lượng nguyên liệu ẩm vào lò:
= = 1.5920 (tấn/tấn clinker)
(7.2 - Trang 116 - Thiết kế nhà máy xi măng)
Vì đây là phương pháp khô nên chọn độ ẩm của phối liệu vào lò: WC = 1%.
3.7.4.3. Lượng không khí lò nung:
* Lượng không khí khô lý thuyết:
(Công thức 1.9 – Trang 11 – Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập 1)
= 0.0889×69.5+0.2667×1.4+0.0333×(2.4-1.7) = 6.575 (m3/kg than)
* Lượng không khí khô thực tế:
Lαk = α × Lk0

Theo Bảng 1.4/10 - Tính toán kĩ thuật nhiệt lò công nghiệp, đối với nhiên liệu than bụi cháy
hoàn toàn với α = 1.2 – 1.3, ở đây ta chọn α = 1.25
Lkα =

6.575×1.25 = 8.21905 (m3/kg than)
* Lượng ẩm không khí vào lò:
Xác định hàm ẩm của không khí ẩm: dkk
Theo Công thức trang 198 – Quá trình và thiết bị truyền chất – Lê Ngọc Trung, ta có:
ϕ × pbh
d kk = 0.622 ×
p − ϕ × pbh
Nhiệt độ: 26.50C
Độ ẩm: 81% = 0.81
p = 760 [mmHg] = 760/750 = 1.0133 (bar)
Theo bảng hơi nước bão hòa theo nhiệt độ:
( />

Áp suất hơi bão hòa: Ở 250C: pbh = 0.03167 (bar)

Ở 300C: pbh = 0.04241 (bar)
Dùng công thức nội suy để tìm pbh ở nhiệt độ 26.50C:
=
Với x là pbh ở nhiệt độ 26.50C.
Suy ra x = 0.03167+ = 0.03489 (bar)
dkk = 0.622× = 0.01796 (kg ẩm/kg KKK) = 17.96 (g ẩm/kg KKK)
*Lượng không khí ẩm thực tế vào lò nung:
= rk××
Trong đó:
rk: là khối lượng riêng của không khí (rk = 1.293 kg/m3 không khí)
: là lượng không khí ẩm thực tế (m3/kg than)
: lượng nhiên liệu tiêu tốn để nung 1kg clinker.
- Lượng không khí ẩm thực tế:
= (1+0.00124×dkk)× = (1+0.00124×17.96)× 8.21905 = 8.40206 (m3/kg than)
- Lượng không khí ẩm lý thuyết:
(Công thức 1.10 – trang 11 – Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp tập 1)
L0 = (1+0.00124×dkk)× = (1+0.00124×17.96)× 6.575 = 6.72165 (m3/kg than)
Suy ra: = 1.293×8.40206×0.1253 = 1.3611 (kg/kg clinker)
Vậy tổng lượng vật chất vào lò:
∑ = = 0.1253+1.5920+1.3611 = 3.0784 (kg/kg clinker)
3.7.5 Lượng vật chất ra lò:
3.7.5.1. Lượng clinker ra khỏi lò nung: 1kg
3.7.5.2. Lượng khí CO2 của phối liệu:
= (kg/kg clinker)
(7.14 - Trang 118 - Thiết kế nhà máy xi măng)
Trong đó: : Lượng CO2 liên kết trong phối liệu (%)
M CO2 .CaO C M CO2 .MgO C
C
CO2 =
+

M CaO
M MgO
(Công thức 7.15 - Trang 118– Thiết kế nhà máy xi măng)
% CaO và MgO có trong phối liệu: CaOC = 43.599 (%)
MgO C = 0.525 (%)
= = 34.832 (%)
β = 0.3÷0.6 là mức độ phân huỷ hoàn toàn cacbonat của bụi không thu hồi lại, chọn β = 0.4
Suy ra: = ×[1.5445+(1.5760-1.5445)×0.4] = 0.5424 (kg/kg clinker)
= = = 0.2762 (m3/kg clinker)
3.7.5.3 Ẩm của phối liệu thoát ra:
GWf = GCW − GC =
3.7.5.3.1 Ẩm lý học của phối liệu:
1.5920-1.5760 = 0.016 (kg/kg clinker)
(Công thức 7.17 - Trang 118 – Thiết kế nhà máy xi măng)


3.7.5.3.2 Ẩm hoá học của phối liệu:
 M 2 H 2 O * Al2O3 

GWh = GC 
 M Al O * 100 
2 3



(Công thức 7.18 - Trang 118 – Thiết kế nhà máy xi măng)
Trong đó: : % Al2O3 có trong phối liệu

M 2 ( H 2O ) , M Al2O3

: KLPT tương ứng của 2 phân tử nước và ôxyt

nhôm.
Vậy: = 1.5760×) = 0.0187 (kg/kg clinker)
3.7.5.4 Lượng bụi của phối liệu bay ra:
=(
(7.19 Trang 119 Thiết kế nhà máy xi măng)
MKNC: % MKN có trong phối liệu
= (1.57601.5445)(1−) = 0.0271 (kg/kg clinker)
3.7.5.5 Lượng khí thải bay ra do nhiên liệu rắn cháy:
Theo công thức 1.14 - Trang 12 – Tính toán kỹ thuật nhiệt lò công nghiệp - Tập 1, ta
có:
= 0.0187×CL = 0.0187×69.5 = 1.2997 (m3/kg than)
= 0.007×SL = 0.007×2.4 = 0.0168 (m3/kg than)
= 0.21×(α-1)×L0 = 0.21×(1.25-1)× 6.72165 = 0.3529 (m3/kg than)
= 0.008×NL+0.79× = 0.008×0.8+0.79× 8.40206 = 6.6440 (m3/kg than)
= 0.112×HL + 0.0124×WL +0.00124×dkk×
= 0.112×1.4+0.0124×1+0.00124×17.96×8.40206 = 0.3563 (m3/kg than)
Vậy ++++ = 1.2997+0.0168+0.3529+6.6440+0.3563
= 8.6697 (m 3/kg than)
Khối lượng của các khí trong sản phẩm cháy:
= ×= 1.2997× = 2.553 (kg/kg than)
= ×= 0.0168× = 0.048 (kg/kg than)
= × = 0.3529 × = 0.504 (kg/kg than)
= ×= 6.6440× = 8.305 (kg/kg than)
= × = 0.3563× = 0.286 (kg/kg than)
Lượng khí thải do nhiên liệu thoát ra:
Gkt = (++++)×
= (2.553+0.048+0.504+8.305+0.286)×0.1253 = 1.4655 (kg/kg clinker)
Tổng lượng vật chất ra khỏi lò:

= 1+++++ = 1+0.5424+0.016+0.0187+0.0271+1.4655
= 3.0697 (kg/kg clinker)


* Sai số giữa lượng vật chất vào và lượng vật chất ra lò nung là:

∆G =

∑ Gv − ∑ Gr .100

∑ Gv
ΔG = = 0.287% < 5% (chấp nhận được)
Bảng 3.6 Bảng cân bằng vật chất cho việc đốt cháy 1kg nhiên liệu

TT
1

2

3

Chất tham gia
Than đá
Không khí

kg
1

Chất tạo thành

CO2
SO2
O2

O2

2.5206

N2
H2 O

dkk

8.297
0.1509

N2
H2O
Tro

Tổng

11.9685

Tổng

kg
2.553
0.048
0.504

8.305
0.286
0.17
11.866

* Sai số giữa lượng chất tham gia phản ứng và lượng chất tạo thành:
Δ = = = 0.8538%
Δ = 0.8538% < 5% (chấp nhận được)
3.7.6 Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy:
Theo công thức 1.21 - trang 13 - Tính toán kĩ thuật nhiệt luyện kim – Hoàng Kim Cơ,
ta có:

ρ Spc =

44 × %CO2 + 18 × % H 2O + 28 × % N 2 + 32 × %O2 + 64 × % SO2
22.4 ×100

Bảng 3.7 Bảng thành phần phần trăm của chất khí trong sản phẩm cháy

Tổng

lượng khí thải (m3/kg than)
1.2997
0.3563
0.0168
0.3529
6.6440
8.6697

%

14.9908
4.1095
0.1938
4.0704
76.6355
100

ρspc= = 1.3491 (kg/m3)
3.7.7 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết và nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu:
3.7.7.1 Nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu:


CSPC * tlt = iΣ =

Q
Vα

Cnl .t nl [ k .Ckk 1.tkk 1 + (1 − k ).Ckk 2 .t kk 2 ]. Lα
+
Vα
Vα

k'

t

+

Theo công thức 1.26 sách

TTKTNLCN HKC:
Trong đó:
t1, t2: nhiệt độ giả thiết của sản phẩm cháy chọn nhỏ hơn và lớn hơn nhiệt độ
cháy lý thuyết, thường t2-t1 = 100 0C.
i∑: nhiệt hàm tổng cộng của sản phẩm cháy nhiên liệu, kJ/m3.
CSpc: nhiệt dung của sản phẩm cháy, kJ/m3
Qt: nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg
Qt = 5986.1 (kcal/kg)
Qt = 5986.1×4.187 = 25063.8 (kJ/kg)
Vα: lượng sản phẩm cháy tạo thành khi đốt 1kg nhiên liệu, m3/kg.
tnl: nhiệt độ của nhiên liệu, 0C
Ckk1, Ckk2: nhiệt dung riêng của không khí ứng với nhiệt độ t1 và t2, kJ/m3độ
tkk1, tkk2: nhiệt độ của gió tươi vào lò (gió 1) và gió 2 được lấy từ thiết bị làm
lạnh, 0C
: lượng không khí ẩm thực tế, 8.40206 (m3/kg than)
Nhiên liệu sau khi được sấy nghiền liên hợp và qua các thiết bị vận chuyển trung gian
nên nhiệt độ nhiên liệu còn khoảng, tnl = 600C.
Theo công thức I.48 – Trang 153 – Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất – Tập 1:
Cnl = 837 + 3,7tnl + 625V (J/kg độ)
Cnl = 837+3.7×60+625×8 = 6059 (J/kg.độ) = 6.059 (kJ/kg.độ)
Ta có: tkk1= 26.50C, là nhiệt độ gió tươi.
Gió 2 được lấy từ khí nóng từ thiết bị làm lạnh, chọn: t kk2 = 8000C.
Dựa vào bảng phục lục I - Trang 404 - Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim - Hoàng Kim
Cơ, ta có:
Ở 00C: Ckk1 = 1.3009 (kJ/m3độ)
Ở 1000C: Ckk1 = 1.3051 (kJ/m3độ)
Dùng công thức nội suy tính Ckk1 ở 26.50C:
Ckk1 = 1.3009 + = 1.302 (kJ/m3độ)
Ở 8000C: Ckk2 = 1.3821 (kJ/m3độ)
Tỉ lệ giữa gió 1 và gió 2: k = 0.2

iΣ
Vậy: = + +
i∑ = 3796.8463 (kJ/m3)
iΣ
Giả thiết hàm nhiệt tổng
nằm trong giới hạn i1 (tương ứng t1) và i2 (tương ứng t2)
iΣ
nghĩa là i1 < < i2 trong điều kiện t2-t1 = 1000C.


tlt =

i∑ − i1
.( t 2 − t1 ) + t1
i2 − i1

Dùng phép nội suy xác định nhiệt độ cháy theo công thức:

Trong đó: t1, t2: nhiệt độ sản phẩm cháy nhỏ hơn và lớn hơn nhiệt độ cháy lý thuyết
với điều kiện t2-t1 = 100 0C.
i1, i2: hàm nhiệt của sản phẩm cháy tại nhiệt độ t1, t2 kJ/m3
Giả thiết t1 = 22000C < t∑ < t2 = 23000C
Dựa vào bảng phục lục II – Trang 404 – Tính toán kỹ thuật nhiệt lò luyện kim – Hoàng
Kim Cơ và bảng 3.7, ta tính được i1 và i2.
 Ở nhiệt độ t1 = 22000C hàm nhiệt của sản phẩm cháy là:
= 5464.20×14.9908/100 = 819.1278 (kJ/m3)
= 5283.99×0.1938/100 = 10.2393 (kJ/m3)
= 4358.83×4.1095/100 = 179.1281 (kJ/m3)
= 3487.44×4.0704/100 = 141.9516 (kJ/m3)
= 3295.84×76.6355/100 = 2525.7834 (kJ/m3)

i2200
= 3676.2302 (kJ/m 3)
i2200 = t1 = 819.1278+10.2393+179.1281+141.9516+2525.7834 = 3676.2302 (kJ/m3)
 Ở nhiệt độ t2 = 23000C hàm nhiệt của sản phẩm cháy là:
= 5746.39×14.9908/100 = 861.4304 (kJ/m3)
= 5535.21×0.1938/100 = 10.7261 (kJ/m3)
= 4485.34×4.1095/100 = 184.3271 (kJ/m3)
= 3662.33×4.0704/100 = 149.0703 (kJ/m3)
= 3457.20×76.6355/100 = 2649.4425 (kJ/m3)
i2300
= 3854.9964 (kJ/m 3)
i2300 = t2 = 861.4304+10.7261+184.3271+149.0703+2649.4425 = 3854.9964 (kJ/m3)
Kết quả nhận được i1 < i∑ < i2 cho thấy việc chọn 22000C < tlt < 23000C là phù hợp.
Vậy tlt = ×(2300-2200)+2200 = 2267.47150C
3.7.7.2 Nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu:
(0C)
Với η là hệ số tổn thất hàm nhiệt của sản phẩm cháy
tlt : nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu, 0C
(Công thức 1.24 - Trang 14 - Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim – Hoàng Kim Cơ)
Tra bảng 1.7 - Trang 14 - Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim – Hoàng Kim Cơ, ta chọn
η:
Với lò quay đốt than bụi thì ηtt = 0.7- 0.75, chọn η = 0.7
Suy ra nhiệt cháy thực tế của nhiên liệu là:
ttt = 2267.4715×0.7 = 1587.23000C
Vậy nhiệt độ cháy thực tế của nhiên liệu đảm bảo quá trình nung luyện clinker đạt chất
lượng.
3.8 Cân bằng vật chất cho tháp trao đổi nhiệt:
3.8.1 Xác định lượng khí CO2 từ nguyên liệu thoát ra tính cho 1kg clinker:

3.8.1.1 Lượng khí CO2 tách ở cyclon bậc I:
Mức độ phân giải cacbonat trong cyclon bậc I theo thực tế tại các nhà máy khoảng
15÷25%, ta chọn y =18%.
= 0.18× = 0.18×0.5424 = 0.0976 (kg/kg clinker)
= = 1.9643 (kg/m3)
= = = 0.0497 (m3/kg clinker)
3.8.1.2 Lượng khí CO2 tách ở calciner:
Mức độ phân giải cacbonat tại calciner là mãnh liệt nhất, trong thực tế mức độ phân
giải tại đây lên đến 80%.
= 0.8× = 0.8×0.5424 = 0.4339 (kg/kg clinker)
= = = 0.2209 (m3/kg clinker)
3.8.1.3 Lượng khí CO2 tách ở trong lò:
Lượng cacbonat bị phân giải trong lò: 100-18-80 = 2%
= 0.02× = 0.02×0.5424 = 0.0108 (kg/kg clinker)
= = = 0.0055 (m3/kg clinker)
3.8.1.4 Lượng khí CO2 thoát ra khỏi lò quay và calciner:
= + = 0.4339+0.0108 = 0.4447 (kg/kg clinker)
= = = 0.2264 (m3/kg clinker)
3.8.2 Xác định lượng bụi phối liệu đi qua các cyclon tính cho 1kg clinker:
Tháp trao đổi nhiệt ở đây là tháp có hai nhánh, hai dòng hoàn toàn như nhau. Do đó ta
chỉ tính cho một nhánh.
3.8.2.1 Tính cho cyclon bậc I:
Gọi z là mức độ hao tổn bụi phối liệu từ cyclon bậc I đi vào đầu lò do bị khí nóng lò
cuốn ra, dựa theo thực tế nhà máy ta chọn z = 15%.
Muốn nung được 1kg clinker thì phối liệu khô đi vào lò từ cyclon bậc I là: 1+ (kg)
Gb
Gv

G1
- Lượng bụi bay theo khói lò vào cyclon bậc I:

= = = 0.2550 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi lắng trong cyclon bậc I:
Là tổng lượng hỗn hợp phối liệu khô với lượng bụi theo khói ra khỏi đầu lò vào cyclon
bậc I.
= 1++ = 1+0.4447+0.2550 = 1.6997 (kg/kg clinker)
Tuy nhiên khi vào cyclon bậc I hỗn hợp phối liệu sẽ được đề cacbonat một phần tạo ra
lượng khí CO2 là: = 0.0976 (kg/kg clinker)
- Vậy tổng lượng khí và bụi trong cyclon bậc I là:
+ = 1.6997+0.0976 = 1.7973 (kg/kg clinker)


Lượng khí và bụi này sẽ chiếm một thể tích hữu ích của cyclon bậc I. Gọi a 1 là hệ số
làm việc hữu ích của cyclon bậc I, chọn a1 = 0.9.
- Tổng lượng bụi phối liệu đưa vào cyclon bậc I là:
= (+)/a1 = 1.7973/0.9 = 1.9971 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi bị cuốn theo dòng khí ra khỏi cyclon bậc I đi vào gazaxog của cyclon bậc II là:
= – (+) = 1.9971-1.7973 = 0.1998 (kg/kg clinker)
3.8.2.2 Tính cho cyclon bậc II:
- Lượng bột liệu lắng trong cyclon bậc II là:
= - = 1.9971-0.2550 = 1.7421 (kg/kg clinker)
- Lượng bột liệu đưa vào cyclon bậc II:
Là lượng bột liệu từ cyclon bậc III đi xuống bậc I bị cuốn vào cyclon bậc II. Ở cyclon
bậc II coi như không có sự phân giải cacbonat. Gọi a 2 là hệ số làm việc hữu ích của cyclon
bậc II, chọn a2 = 0.92
Vậy tổng lượng bụi đưa vào cyclon bậc II là:
= /a2 = 1.7421/0.92 = 1.8936 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi ra khỏi cyclon bậc II đi lên phía trên là:
= - = 1.8936 -1.7421 = 0.1515 (kg/kg clinker)
3.8.2.3 Tính cho cyclon bậc III:
- Lượng bột liệu lắng trong cyclon bậc III:

Đó là hiệu số giữa tổng lượng liệu đưa vào cyclon bậc II và lượng bụi ra khỏi cyclon
bậc I:
= - = 1.8936 - 0.1998 = 1.6938 (kg/kg clinker)
- Lượng bột liệu đưa vào cyclon bậc III:
Là lượng bột liệu từ cyclon bậc VI đi xuống bậc II bị cuốn vào cyclon bậc III. Ở
cyclon bậc III coi như không có sự phân giải cacbonat. Gọi a 3 là hệ số làm việc hữu ích của
cyclon bậc III, chọn a3 = 0.9
Vậy tổng lượng bụi đưa vào cyclon bậc III là:
= /a3 = 1.6938 /0.9 = 1.8821 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi ra khỏi cyclon bậc III đi lên phía trên là:
= - = 1.8821 -1.6938 = 0.1883 (kg/kg clinker)
3.8.2.4 Tính cho cyclon bậc IV:
- Lượng bột liệu lắng trong cyclon bậc IV là:
Đó chính là hiệu số giữa tổng lượng liệu đưa vào cyclon bậc III và lượng bụi ra khỏi
cyclon bậc II:
= - = 1.8821-0.1515 = 1.7306 (kg/kg clinker)
- Lượng bột liệu đưa vào cyclon bậc IV:
Là lượng bột liệu từ cyclon bậc V đi xuống bậc III bị cuốn vào cyclon bậc IV. Ở
cyclon bậc IV coi như không có sự phân giải cacbonat. Gọi a 4 là hệ số làm việc hữu ích của
cyclon bậc IV, chọn a4 = 0.9
Vậy tổng lượng bụi đưa vào cyclon bậc IV là:
= /a4 = 1.7306/0.9 = 1.9229 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi ra khỏi cyclon bậc IV đi lên phía trên là:
= - = 1.9229 -1.7306 = 0.1923 (kg/kg clinker)
3.8.2.5 Tính cho cyclon bậc V:


Riêng bậc V ta bố trí hai cyclon để tăng hiệu quả lắng trước khi đưa qua lọc bụi.
- Lượng bột liệu lắng trong cyclon bậc V là:
Đó chính là hiệu số giữa tổng lượng liệu đưa vào cyclon bậc IV và lượng bụi ra khỏi

cyclon bậc III:
= - = 1.9229-0.1883 = 1.7346 (kg/kg clinker)
- Lượng hơi nước mà vật liệu mang theo bị tách ra khỏi cyclon bậc V là:
Gnước = (×w)/100
Với w là độ ẩm của phối liệu trước khi vào cyclon bậc V: w = 1%
là lượng nguyên liệu khô thực tế, kg/kg clinker
Gnước = (1.56013×1)/100 = 0.0156013 (kg/kg clinker)
- Lượng bột liệu đưa vào cyclon bậc V:
Là lượng liệu từ phễu cấp liệu xuống cyclon bậc IV bị cuốn vào cyclon bậc V. Ở
cyclon bậc V coi như không có sự phân giải cacbonat. Gọi a5 là hệ số làm việc hữu ích của
cyclon bậc V, chọn a5 = 0.95
Vậy tổng lượng bụi đưa vào cyclon bậc V là:
= (+Gnước)/a5 = (1.7346+0.0156013)/0.95 = 1.8424 (kg/kg clinker)
- Lượng bụi bay ra khỏi một cyclon bậc V theo khói:
Là hiệu số giữa lượng bụi đưa vào và lượng bụi lắng trong cyclon bậc V.
= - (+Gnước) = 1.8424-(1.7346+0.0156013) = 0.0921 (kg/kg clinker)
- Lượng bột liệu từ bình bơm cấp cho lò nung (tính cho một cyclon bậc V):
Là hiệu số giữa tổng lượng bụi đưa vào cyclon bậc V với phần bụi từ cyclon bậc IV
vào cyclon bậc V.
= - = 1.8424-0.1923 = 1.6501 (kg/kg clinker)
- Kiểm tra lại lượng bột liệu từ bình bơm theo công thức:
= 1+++ = 1+0.5424+0.0156013+0.0921 = 1.6501013 (kg/kg clinker)
Vậy ≈
Bảng 3.8 Dòng vật liệu trong các cyclon (cho một nhánh)
Dòng vật liệu (kg/kg clinker)
Lượng bụi theo khói thải cyclon
phía dưới vào cyclon phía trên.
Lượng bụi đưa vào các cyclon.
Lượng bụi lắng trong cyclon.
Lượng bụi ra khỏi cyclon theo

kênh dẫn đi lên phía trên.

1 cyclon
I

1 cyclon
II

1 cyclon 1 cyclon 2 cyclon
III
IV
V

0.2550

0.1998

0.1515

0.1883

0.1923

1.7421
1.6997

1.6938
1.7421

1.7306

1.6938

1.7346
1.7306

1.6501
1.7346

0.1998

0.1515

0.1883

0.1923

0.0921