Đồ án Tính quá trình cháy của nhiên liệu than và thiết kế cấp phối trong sản xuất xi măng năng suất 1 triệu tấn trên năm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU


BÁO CÁO MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 2

Đề Tài: Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu than và thiết kế
cấp phối trong sản xuất xi măng năng suất 1triệu tấn/năm

GVHD: ThS. Lê Minh Sơn
Danh sách nhóm 2
Nguyễn thị Ngọc Diễm

1510406

Nguyễn Trần Duẫn

1510420

Bùi Thị Tuyết Ngân

1512116

Nguyễn Thị Minh Thư

1513384

Ngày 15 tháng 11 năm 2017

Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Mục Lục
Contents

GVHD: Lê Minh Sơn

2


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Mục lục hình:

Mục lục bảng
Bảng 1.1 Diễn biến quá trình hóa lý khi nung luyện ………………………………………...6

Bảng 5.1 Thành phần hóa của hai nguyên liệu chính 100%.................................................. 16
Bảng 5. 2 Bảng quy đổi về nguyên liệu khô chưa nung 100%.............................................. 16
Bảng 5.3 Thành phần cấu tử điều chỉnh (nguyên liệu khô chưa nung 100%)........................17
Bảng 5.4 Thành phần hóa học của tro than ......................................................................... 17
Bảng 5.5 Nguyên liệu khô đã nung 100%............................................................................. 17
Bảng 5.6 Các modun, hệ số................................................................................................... 18

GVHD: Lê Minh Sơn

3


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

1.Tổng quan
1.1. Giới thiệu sơ lược về xi măng Poóc Lăng (XMP)
+ Xi măng Pooc lăng (XMP): Là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp gồm clinker
XMP và thạch cao ( CaSO4.2H2O) (3÷5%).Ngoài ra có thể có phụ gia công nghệ
( phụ gia trợ nghiền , phụ gia bảo quản).
+ Xi măng Pooc lăng hỗn hợp (PCB): Là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp gồm
Clinker XMP , thạch cao (3÷5%) và phụ gia hỗn hợp (<40%). Trong đó , phụ gia
đầy không vượt quá 20%. Ngoài ra có thể còn có phụ gia công nghệ.
+ Clinker XMP: Là sản phẩm thu được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp
nguyên liệu chủ yếu là đá vôi và đất sét . Trong sản phẩm này , khoáng chính là các
khoáng silicat canxi có độ bazơ cao.
1.2. Quy trình sản xuất XMP

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng bằng phương pháp khô
− Nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt được các bin tiếp liệu đưa vào nghiền
trong máy nghiền đứng, nghiền khô. Bột phối liệu mịn được đưa vào silo đồng
GVHD: Lê Minh Sơn

4


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

nhất. Bột phối liệu khô có mức đồng nhất đạt yêu cầu được bơm khí nén chuyển
vào lò nung. Do phối liệu khô, lò nung có cấu tạo hai phần: phần thiết bị trao đổi
nhiệt kiểu treo và phần lò quay.
− Than đá được nghiền bằng máy nhiền phun cháy trong lò theo chiều ngược với
chiều
− Chuyển vận của bột phối liệu. Khói lò có thể qua tháp làm nguội, vào thiết bị lọc
bụi tĩnh điện, rồi thải ra ngoài theo ống khói. Một phần khói lò được dẫn vào máy
nghiền để sấy than. Làm nguội clinker bằng thiết bị làm nguội kiểu ghi, sau đó
chứa trong silo. Từ đây, có thể xuất clinker trực tiếp theo hệ thống vận tải, hoặc
nghiền với các phụ gia và thạch cao thành xi măng chứa trong các silo.
1.3. Sơ lược về phương pháp khô lò quay trong sản xuất xi măng :

Hình 1.2 Lò quay phương pháp khô
1.3.1.Phương pháp khô với thiết bị lò quay
− 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 cacbonat canxi ) được thực hiện trong những
thiết bị đặc biệt gọi là hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo .Phần phản ứng pha lỏng
GVHD: Lê Minh Sơn

5


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

( tạo pha lỏng , kết khối tạo Clinker , làm nguội ) thực hiện nốt trong phần lò
quay.
− Nhược điểm : Trước đây , chất lượng có thấp hơn phương pháp ướt.
− Ưu điểm : Lò quay được giảm bớt chiều dài ( còn 60-80m), năng lượng tiết kiệm
hơn nhiều so với nung Clinker bằng phương pháp ướt . Vấn đề môi trường cũng
được xem là dễ giải quyết hơn.
1.3.2. Cấu tạo lò quay phương pháp khô
Lò quay được chia làm 3 khu vực chính:
• Phần đầu lò: tạo khoáng C2S, C3A, C4AF
• Phần giữa lò : tạo khoáng C3S
• Phần cuối lò : làm nguội .
1.3.3. Qúa trình hóa lý khi nung luyện
Bảng 1.1 Diễn biến quá trình hóa lý khi nung luyện
Nhiệt độ

Qúa trình

Phản ứng

< 1000C
100 ÷ 4000 C
400 ÷ 7500 C

Tách nước tự do
Bay hơi nước hấp phụ
Mất nước hóa học ( Phân
hủy Caolinit)
Phân hủy MêtaCaolinit

H2OL → H2Oh

H2OL → H2Oh
AS2H2 → AS2 + 2Hh ↑

600 ÷ 9000 C
600 ÷ 10000 C

Phân hủy đá vôi ,tạo
khoáng CS , CA

800 ÷ 13000 C

Tạo khoáng C2S, C3A,
C4AF

1250 ÷ 14500C

Tạo khoáng C3S

AS2 → AS + S
Hoặc AS2 → A + 2S
CaCO3 → CaO + CO2 ↑
C + S → CS
C+ F →
CF
C + A → CA
CA + 2C → C3A
CS + C → C2S
C3A + CF → C4AF
C2S + Ctd → C3S

− Trong hệ thống lò cũng diễn ra đủ tất cả các quá trình trên:
• Tại cyclone tầng 1 : Mất nước lý học.
• Tại cyclone tầng 2,3:Phân hủy Caolinit
• Tại cyclone tầng 4,5 : Phân hủy một phần đá vôi (<15%)
− Phối liệu ở Cylone tầng 4 vào Calciner , sau đó vào Cylone tầng 5 rồi được đưa
GVHD: Lê Minh Sơn

6


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

vào lò quay . Vật liệu Canxi hóa tới 90-95% trước khi vào lò. Có một lượng nhỏ
khoáng đã tạo ra trong calciner và cyclone tầng 5 . Tại Calciner , 80% đá vôi
được phân hủy ,sau đó bột liệu phân hủy nốt trong lò và xảy ra quá trình tạo
khoáng .
1.4. Quá trình cháy của nhiên liệu than
1.4.1. Mục đích
− Mục đích tính quá trình cháy nhiên liệu là xác định lượng nhiệt trị, lượng không
khí cần thiết để cháy nhiên liệu, lượng sản phẩm cháy, thành phần của nó và nhiệt
độ cháy. Trong nhiều trường hợp lò yêu cầu đạt nhiệt độ cao khi nhiên liệu lại có
nhiệt trị thấp thì lò không thể hoạt động được. Cũng có trường hợp nhiên liệu có
nhiệt trị cao nhưng lò lại yêu cầu nhiệt độ quá cao 1700-1800 thì lò cũng khó đạt
đến nhiệt độ yêu cầu. Vì vậy nếu nhiệt độ cháy của nhiên liệu không đạt được
nhiệt độ nung của lò, thì ta phải xác định nhiệt độ cần thiết phải nung nóng sơ bộ
không khí hoặc cả nhiên liệu khí trước khi vào cháy nhiên liệu. Trên cơ sở đó mà
quyết định hay lựa chọn thiết bị đốt nóng không khí hoặc nhiên liệu khí đó.
− Lượng không khí cần thiết để cháy nhiên liệu và lượng khí thải hay sản phẩm

cháy được xác định trên cơ sở cân bằng vật chất của quá trình cháy nhiên liệu.
− Nhiệt độ cháy nhiên liệu xác định trên cơ sở cân bằng nhiệt, bao gồm nhiệt của
nhiên liệu, không khí mang vào và nhiệt của các sản phẩm cháy tạo thành.
− Khi tính toán cần phân biệt sản phẩm cháy và khói lò. Thông thường khi tính toán
thì sản phẩm cháy là những khí tạo ra do quá trình cháy trong phạm vi buồng
cháy của lò nhằm đạt được nhiệt độ yêu cầu của công nghệ nung. Để đạt được
nhiệt độ này, nhiên liệu cần được đốt cháy với lượng không khí dư nhỏ nhất có
thể có. Hệ số này tùy thuộc vào từng loại lò và nhiệt độ cần có. Khói lò có lưu
lượng lớn hơn nhiều so với sản phẩm cháy torng khu vực của lò. Có hai nguyên
nhân làm lưu lượng khói lò tăng lên đó là không khí lọt vào lò và khí và O sản
sinh từ vật liệu nung.
− Nhằm đạt nhiệt độ cao trong vùng nung ta dùng hệ số không khí dư nhỏ. Khi khí
thoát ra khỏi lò nung có nhiệt độ rất cao nên ta phải tìm cách hạ nhiệt bằng cách
pha thêm không khí lạnh vào. Như vậy hệ số không khí dư của khói lò sẽ tăng lên
rất nhiều so với yêu cầu của vùng nung. Trong trương hợp sử dụng hàm nhiệt của
sản phẩm cháy để gai nhiệt sơ bộ vật liệu nung thì trên đường đi của sản phẩm
cháy không khí sẽ lọt vào lò và làm tăng hệ số không khí dư.
− Vật liệu nung như gốm sứ được nung nóng và sẽ phân hủy khoáng sét cũng như
bay hơi do độ ẩm nên trong khói lò thải ra không khí có kèm theo những hơi nước
này. Khi nấu thủy tinh từ phối liệu soda thì khói lò còn có thêm phân hủy từ soda
và độ ẩm của phối liệu. Khi nung clinker xi măng thì ngoài độ ẩm của phối liệu
còn có do phân hủy từ đá vôi. Do phối liệu nung clinker xi măng chứa gần 80%
đá vôi nê để sản xuất 1kg clinker xi măng theo phương pháp khô sẽ thải ra từ phối
liệu gân 0,5kg và khoảng 0,01kg hơi nước. Vì vậy mà khói của lò quay nung
GVHD: Lê Minh Sơn

7


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

clinker xi măng sẽ rất lớn mặc dù để sản xuất 1kg clinker chỉ dùng khoảng 0,10 –
0,12kg than.
1.4.2. Quy ước trong tính toán
− Quá trình cháy trong tính toán không phụ thuộc vào lượng nhiên liệu dùng vì
lượng không khí cần thiết và thể tích sản phẩm cháy tạo ra khi cháy nhiên liệu
được xác định theo một đơn vị khối lượng hoặc thể tích của nhiên liệu và biểu thị
bằng N ( mét khối tiêu chuẩn trên kg nhiên liệu) hoặc N (mét khối tiêu chuẩn trên
mét khối tiêu chuẩn nhiên liệu). Từ đây ta quy ước đơn vị mét khối trong tính
toán đều là mét khối chuẩn (thay cho Nviết dài).
− Nhiệt độ cháy nhiên liệu -nhiệt độ lý thuyết cực đại có thể có, được xác định theo
toàn bộ hàm nhiệt của khói lò. Nhiệt độ này cũng không phụ thuộc vào lượng
nhiên liệu cháy trong một đơn vị thời gian và xác định với độ chính xác cao.
− Mỗi trường hợp tính toán cần phải liên hệ đến những điều kiện thực tế cháy nhiên
liệu và những đặc điểm của thiết bị nhiệt. Trên cơ sở thực tế đó chúng ta lấy hệ số
không khí dư cho phù hợp để cháy nhiên liệu. Nhiệt độ thực tế hay nhiệt độ tác
dụng của khói lò phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau và rất khó tính toán.
− Khi tính toán quá trình cháy của nhiên liệu ta sử dụng đơn vị chuẩn, tức thể tích
khí ứng với 0 và áp suất 1atm và ký hiệu N, thể tích tốc độ . Song để đơn giản
các ký hiệu thể tích V, đơn vị m hay đều hiểu là ở dạng chuẩn khi tính toán hoặc
viết tay trong các công thức.
− Nhiệm vụ đầu tiên khi tính toán quá trình cháy của nhiên liệu là phải xác định
thành phần làm việc của nhiên liệu, sau đó xác định nhiệt trị của nó theo các công
thức đã cho. Trong thành phần làm việc sẽ có lượng hơi ẩm của nhiên liệu rắn
hoặc lượng hơi ẩm ở trạng thái cân bằng của nhiên liệu khí.
2. Nhiên liệu sản xuất clinker XMP:
− Trong công nghiệp sản xuất xi măng, người ta có thể dùng các dạng nhiên liệu:
• Rắn: than đá, than nâu, than mỡ, than cốc (cho xi măng lò đứng), vỏ xe phế

thải.
• Lỏng: các loại dầu, chủ yếu là dầu mazut,…
• Khí: khí tự nhiên (hiện chưa được sử dụng ở Việt Nam).
− Việc sử dụng loại nhiêu liệu nào trên thực tế phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, quan
trọng nhất là yếu tố kinh tế (giá thành).
− Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, than là nhiên liệu quan trọng nhất trong cộng
nghiệp sản xuất xi măng Pooclang (XMP).
− Các chỉ tiêu kỹ thuật thông thường dùng để đánh giá nhiên liệu: nhiệt trị, hàm
lượng chất bốc, tro, nhiệt độ lửa.
GVHD: Lê Minh Sơn

8


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

2.1. Nhiên liệu than:
− Than đá là nhiên liệu rắn chủ yếu dùng trong công nghệ sản xuất XMP, do ưu thế
về giá thành, lưu trữ và vận chuyển đơn giản so với những dạng nhiệu liệu khác.
− Ngoài ra, trong những hoàn cảnh cụ thể như vấn đề môi trường, tiết kiệm năng
lượng, có thể dùng những nhiên liệu rắn khác như vỏ ruột ô tô phế thải. Khi đó,
phần đốt nhiên liệu có thiết kế riêng.
− Thành phần hóa của than:
− Thành phần hóa của than đá gồm các chất hữu cơ và vô cơ, ngoài ra lượng ẩm 215%
− Cacbon (C), hidro (H), lưu huỳnh (S) là những thành phần cháy được trong than,
Thành phần các chất cháy được trong nhiên liệu càng cao thì nhiệt tỏa ra khi cháy
càng nhiều. Tuy nhiên, khi đánh giá chất lượng nhiên liệu, người ta thường dựa
vào thành phần C và H, còn S là thành phần không mong muốn trong nhiên liệu.

Thành phần hóa của nhiên liệu rắn thường không ổn định so với nhiên liệu dạng
lỏng và khí.
− Tro và ẩm trong nhiên liệu hoàn toàn không tham gia vào quá trình cháy. Tuy
nhiên, cần chú ý lượng ẩm bay hơi chỉ có tác dụng vật lí, còn tro sẽ lưu lại trong
thành phần clinker.
− Thành phần hóa của tro than trong khoảng:
• Al2O3: 15-20%
• SiO2: 20-40%
• Fe2O3: 20-45%
• CaO: 1-5%
• MgO: 0,5-1%
• SO3:2-8%
• Clorit: 0,01-0,1%
• Florit: < 0,02%
− Tro than làm thành phần clinker không ổn định, giảm chất lượng.
2.2. Nhiên liệu lỏng
− Trong công nghệ sản xuất XMP: Phổ biến nhất là mazút và chất thải lỏng từ công
nghệ lọc dầu.
− Có thể dung nhiên liệu lỏng chung nhiên liệu than (với lượng hạn chế hoặc tận
dụng nhiên liệu thải từ sản xuất sản phẩm khác.
− Mazút được dự trữ trong những bể chứa lớn. Để phun vào lò cần đốt nóng sơ bộ
từ 50-110 bằng các thiết bị nồi hơi đặc biệt hoặc đốt nóng bằng lò điện trở, nhằm
GVHD: Lê Minh Sơn

9


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

giảm độ nhớt dầu, lọc loại bỏ những tạp chất thô trước khi bơm với áp lực cao
vào lò nung clinker.
2.3. Nhiên liệu khí
− Phổ biến nhất là khí tự nhiên: Thành phần chính là mêtan CH4 và etan C2H6 (các
khí propan, butan, pentan...không đáng kể). Thành phần có thể có H2S và khí trơ
như Nito (N2), heli (He) và khí CO2, tổng thành phần có thể tới 10%. Nhiệt trị
khí tự nhiên cao, 8000-10000kcal/kg.
3. Nguyên liệu sản xuất clinker XMP:
− Nguyên liệu tự nhiên:
• Đá vôi (Limestone) CaCO3→ CaO
• Đất sét (Clay) Al2O3.nSiO2.mH2O→ Al2O3 + SiO2
• Quặng sắt (Iron ore) → Fe2O3
− Thường quan tâm chủ yếu tới thành phần hóa và thành phần hạt, hầu như không
quan tâm tới thành phần khoáng của các nguyên liệu chính dùng nung luyện
clinker XMP: do trong quá trình nung luyện clinker, bột phối liệu được nung tới
nóng chảy một phần rồi kết tinh tạo các khoáng cần thiết của clinker như C3S,
C2S, C3A và C4AF (kết khối với lượng pha lỏng lớn 15-25%)
3.1. Đá vôi
− Đá vôi là loại một loại đá trầm tích, về thành phần hóa học chủ yếu là khoáng vật
canxit và anragonit (các dạng kết tinh khác nhau của cacbonat can xi CaCO3).
− Đá vôi có nhiệm vụ cung cấp CaO. Bởi vì đây là oxit có hàm lượng cao nhất
trong clinker XMP, nên thành phần hóa của nguyên liệu cung cấp CaO đóng vai
trò quyết định tới việc lựa chọn công nghệ.
− Đá vôi thường được khai thạc từ các mỏ lộ thiên, rất hiếm khi khai thác ở mỏ hầm
− Đá thường được đập sơ bộ tại mỏ bằng các máy đập búa hoặc máy đập hàm cỡ
lớn.
− Đá cục được vận chuyển về nhà máy bằng xe goong, oto,..Nếu vị trí nhà máy gần
mỏ đá có thể vận chuyển bằng băng tải.
− Đá vôi thường được nghiền thô tới cỡ hạt 5-25mm có thể phối liệu để nghiền mịn

tiếp.
− Tùy thuộc vào tỉ lệ đá vôi- đất sét trong đá có thể có những tên gọi trung gian
khác nhau. Ví dụ:
• Đá vôi có hàm lượng CaCO3: 96-100%
• Đá vôi lẫn đất có hàm lượng CaCO3: 90-96%
• Đá vôi lẫn nhiều đất có hàm lượng CaCO3: 75-90%
GVHD: Lê Minh Sơn

10


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

• Đá lẫn đất có hàm lượng CaCO3: 40-75%
• Đất sét lẫn đá có hàm lượng CaCO3: 10-40%
• Đất sét có hàm lượng CaCO3: 0-4%
•

Đá lẫn đất được coi là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất XMP, bởi trong đá tự
nhiên đã có sự trộn lẫn đá vôi- đất sét, có tác dụng phản ứng xảy ra nhanh
chóng sau này.

3.2. Đất sét
− Đất sét là nguyên liệu mịn (phần lớn hạt nhỏ hơn 10mm). Gia công cơ học chủ
yếu là nghiền trục để phá vỡ cục lớn (phương pháp khô) hoặc cho nước vào
khuấy trộn thành bùn sệt (phương pháp ướt).
− Khai thác đất sét trong các mỏ hoặc ngầm dưới sông.
− Đất sét cung cấp đồng thời SiO2, Al2O3 và Fe2O3

− Yêu cầu thành phần hóa của đất sét như sau:
• SiO2 > 50%
• Al2O3 <20%
• Fe2O3 : 7-10%
• SO3 <1%
• R2O <1%
3.3. Phụ gia
− Phụ gia là những nguyên liệu khác nhằm cải thiện một tính chất nào đó của xi
măng.
− Tùy thuộc vai trò trong XM, có những loại phụ gia khác nhau:
• Phụ gia hiệu chỉnh thành phần: cát, boxit,…
• Phụ gia giảm tốc độ đóng rắn: thạch cao.
• Phụ gia hoạt tính thủy lực: puzolan, các loại đất đá núi lửa,…
• Phụ gia xỉ lò cao
• Phụ gia đầy: bột đá vôi, bột đá.

GVHD: Lê Minh Sơn

11


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

3.3.1.Quặng sắt
− Là phụ gia hiệu chỉnh thành phần
− Là nguyên liệu không thể thiếu cung cấp Fe 2O3 nhằm tạo pha lỏng cần thiết cho
quá trình nung luyện clinker và tạo khóa C4AF cho XMP.
− Quặng pirit sắt FeS2, xỉ sắt (hàm lượng Fe2O3 62-87%). FeS2 chứa S tạo SO2 khi

nung luyện là hạn chế của nguyên liệu này.
− Boxit (hàm lượng Fe2O3 khoảng 20%)
− Những loại đất đá có hàm lượng sắt cao như Latorit, đất đỏ (đá đỏ Hà Tiên II khai
thác từ Long Bình có hàm lượng Fe2O3 trên 30%, Al2O3 trên 18%).
3.3.2. Điatomite
− Là phụ gia hoạt tính thủy lực
− Là đá trầm tích với thành phần chủ yếu là silic oxit. Nó còn có tên khác là
kizengua hay đất tạo silic,..
− Ứng dụng:
• Làm chất lọc, tẩy rửa trong công nghệ sản xuất bia, rượu, nước giải khát, dầu...
• Dùng trong nuôi trồng thuỷ sản;
• Làm chất phụ gia thuỷ lực cho ximăng;
• Làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách nhiệt,...
4. Tính quá trình cháy nhiên liệu
− Độ ẩm làm việc W = 1% , hệ số không khí dư = 1,15. Nhiệt độ không khí 2 (gió
2 của lò quay là 70% lượng không khí cần để cháy than) bằng 400C . Lượng
không khí 1(theo vòi đốt hay ống phun than) chiếm 30% ở nhiệt độ thường.
Bảng 4.1 Thành phần hóa học của than cám 3 (II-96)
Than

W

A

S

C

H

O

N

V

∑

Cám 3

7

14

2

72

1,4

1,5

0,8

8

98,7

Bảng 4.2 Chuyển thành phần hóa của than cám 3 về 100%
Than

W

A

S

C

H

N

O

∑

Cám 3

7,092

14,184

2,026

72,948

1,419

0,811

1,520

100

GVHD: Lê Minh Sơn

12


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Hệ số sử dụng của than:

K sd =

100 − W2
100 − 1
=
= 1,066
100 − W1 100 − 7,092

Bảng 4.3 Thành phần làm việc của than
Than

Wl

Al

Sl

Ol

Cl

Hl

Nl

∑

Cám 3

1

15,12

2,15

1,62

77,763

1,512

0,835

100

Bảng 4.4 Thành phần hóa học của tro than . (II-97)
Tro
Cám 3

S

A

F

C

M

CK

60,32

27,12

4,99

6,58

0,79

0,2

100

Qtl : Nhiệt sinh thấp của than, Kcal/kg than.

= 81.77,763 + .1,512 - -6.1 = 6678,535 (Kcal/kg)
= 27998,39 (Kj/Kg)
+ Lượng không khí khô lý thuyết:
= (1,62 - 2,15)
= 7,316 (/kg)
Khi (hệ số không khí d của lò) :
+ Lượng không khí ẩm:
(/kg)
hàm ẩm của không khí d = 16 ÷ 20 (g/kgKKK). Cho d = 16 g/kgKKK)
+ Lượng không khí thực tế để cháy nhiên liệu:
Không khí khô: (/kg)
Không khí ẩm: = ( = (1+0,0016.16).8,4134 = 8,6288 (/kg)
+ Lượng hơi nước không khí mang vào :
= 8,6288 – 8,4134 = 0,2154 (/kg)
+Thể tích của sản phẩm cháy:
(/kg)
GVHD: Lê Minh Sơn

13


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

(/kg)
+

= 0,112.1,512 + 0,0124.1+ 0,2154 = 0,3971 (/kg)
= 0,79.8,4134 + 0,008.0,835 = 6,6533 (/kg)
= 0,21(1,15 - 1). (/kg)
Ta có :

Vα = VCO2 + V H 2O + VSO2 + V N 2 + VO2

= 0,3971+ + 6,6533+ = 8,7385 (/kg)
+ Thành phần của sản phẩm cháy:
% .100% = .100% = 16,507%
% .100% = .100% = 4,5443%
% .100% = .100% = 0,1722%
% .100% = .100% = 76,1378%
% .100% = .100% = 2,6378%
Tổng 100%.
Bảng 4.5 Cân bằng vật chất quá trình cháy 100kg than với = 1,15
Lượng vào

Kg

Lượng ra

Kg

Nhiên liệu
Không khí

100

Tro

Sản phẩm cháy
= 100.1,4425.1,977
= 100.0,015.2,852
=100.0,3971.0,804
=100.6,6533.1,251
=100.0,2305.1,429
Lệch

15,12

Tổng

1201,29

=100..0,79.1,251
=.0,804

252,48
831,49
17,32

Tổng

1201,29

285,18
4,28
31,93
832,33
32,940,

0,49

− Mức chênh lệch: 0,041%
− Xác định nhiệt độ cháy thực tế:
− Ta chọn nhiệt độ không khí 2 (gió 2 của lò quay là 70% lượng không khí cần để
cháy than) bằng 400C . Lượng không khí 1(theo vòi đốt hay ống phun than)
GVHD: Lê Minh Sơn

14


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

chiếm 30% ở nhiệt độ thường.
− Từ giản đồ i-t ta tìm được hàm nhiệt của không khí ở 400 bằng . Vì vậy hàm nhiệt
của sản phẩm cháy sẽ bằng:
i = + 0,7. = + 0,7 . =
= 853,71
− Hàm nhiệt của sản phẩm cháy khi hệ số =0,75 sẽ bằng:
i’ = i. =3574,45.0,75 = 2680,84 = 640,28 (Kcal/Kg)
− Theo giản đồ i-t ta tìm được nhiệt độ cháy thực tế = 1580.
5. Thiết kế cấp phối trong quá trình sản xuất xi măng
5.1. Chọn mo đun hệ số
5.1.1. Một số ký hiệu, quy ước:
S=Si

M=MgO

F=

C=CaO

K=O

=

N=

CK= chất khác

A=

R=

MKN= mất khi nung

Nguyên liệu chưa nung i : , …%
Nguyên liệu đã nung i : …%
Phối liệu : %
Clinker: …%
Với i=1 ( 1 số nguyên liệu)
5.1.2. Các modun, hệ số đặc trưng cho thành phần clinker
+ Hệ số bão hòa vôi KH theo Kind (hệ số bão hòa):
KH =

C − C td − 1,65 A − 0,35F − 0,7 S
2,8( S − S td )

Thông thường KH= 0.82-0.95
+ Hệ số bão hòa vôi LSF
LSF =

100(C − C td − 0,7 S )
2,8S + 1,18 A + 0,65F

LSF trong giới hạn: 9097.
+ Mô đun Silicat
n = MS =

GVHD: Lê Minh Sơn

S
A+ F

(hoặc có thể ký hiệu là n, thường MS = 1,9– 3,2) tốt
nhất là MS trong giới hạn2,2 – 2,6.
15


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ Mô đun nhôm
p = MA =

(hoặc có thể ký hiệu là p, thường MA = 1,5 – 2,5) Modul
MA còn giàu trữ lượng pha lỏng trong clinker.

A
F

Để phối liệu vừa đảm bảo thành phần hóa , vừa đảm bảo thành phần khoáng của
clinker sau nung, vừa đảm bảo lượng pha lỏng phù hợp cho việc tạo khoáng chính.
Chọn LSF=95, p=1,55, n=2,5.
5.2. Chọn số nguyên liệu
5.2.1. Nguyên liệu
− Nguyên liệu chính để sản xuất clinker XMP là đá vôi và đất sét. Chúng có thành
phần chính như sau :
Bảng 5.1 Thành phần hóa của hai nguyên liệu chính 100%
C

M

R

SO3

CK

∑

Nguyên liệu

S

A

F

MKN

Đá vôi

2,66

0,82

0.44 52,78

0,49 0,07 0,01 1,19 41,59

100,05

Đất sét

59,92

17,18

5,67 4,20

0,85 1,79 1,11

100

0,56 8,72

Bảng 5. 2 Bảng quy đổi về nguyên liệu khô chưa nung 100%
Nguyên liệu S

A

F

C

M

R

SO3

CK

MKN

∑

Đá vôi

2,66

0,82

0,44

52,75

0,49

0,07

0,01

1,19

41,57

100

Đất sét

59,92

17,18

5,67

4,20

0,85

1,79

1,11

0,56

8,72

100

Ta có:
= 2,111
= = 1,864
= = 2,622
= = 3,03
− Nhận thấy các mô đun MA, Ms của đá vôi và đất sét đều nằm ngoài giới hạn của
các mô đun đối với lò quay phương pháp khô.
MA = 1,5
MS = 2,2
Ta bổ sung thêm quặng sắt để giảm alumin .
Khi cố định alumin P = = 1,55 =
GVHD: Lê Minh Sơn

16


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Suy ra : = – F
Trên ta đã có: nên ta suy ra = – F = 0,955F
Khi đó = = 2,121
do đó ta phải bổ sung cả diatomit để tăng hàm lượng Si.
Bảng 5.3 Thành phần cấu tử điều chỉnh (nguyên liệu khô chưa nung 100%)

Nguyên liệu
Quặng sắt
Diatomit

19,5
81,04

4,03
7,00

65,26
2,14

3,08
3,45

5,44
1,01

W
4
2

2,69
5,36

100
100

5.2.2. Nhiên liệu

Sử dụng 100% altracite_loại cám 3.
Bảng 5.4 Thành phần hóa học của tro than .
Than
S
A
F
C
M
CK
Cám 3
60,32
27,12
4,99
6,58
0,79
0,2
Vậy ta sẽ chọn bài phối liệu 4 cấu tử có lẫn tro than.

100

5.3.Quy về nguyên liệu khô đã nung 100% và tính lượng tro trong clinker
5.3.1.Nguyên liệu khô đã nung 100% và các modun, hệ số:
100
Hệ số chuyển đổi: k0 = 100 − MKN

Bảng 5.5 Nguyên liệu khô đã nung 100%
Nguyên liệu

Đá vôi

4,55

1,4

0,75

90,28

0,84

0,12

0,02

2,04

Đất sét

65,64

18,82

6,21

4,61

0,93

1,96

1,22

0,61

Quặng sắt

20,04

4,14

67,06

3,17

-

-

-

5,59

Diatomit

85,63

7,40

2,26

3,65

-

-

-

1,07

GVHD: Lê Minh Sơn

17


Quá trình và thiết bị silicate 2

Than

60,32

Nhóm 2

27,12

4,99

6,58

0,79

Bảng 5.6 Các modun, hệ số
Các hệ số
Ban đầu
kH

Nguyên liệu

-

-

100

MA

MS

Đá vôi

a

1.00

76,144

0,24

-0,816

Đất sét

b

1.00

-195,367

9,193

3,006

Quặng sắt

c

1.00

-96,219

-102,81

-158,889

Diatomit

d

1.00

-233,385

3,887

61,495

Than

e

0.98

-200.37

19.39

-19.96

5.3.2. Lượng tro trong clinker
t% = n.A.B.100%
Trong đó:
• n : hệ số lắng tro trong clinker. Chọn n = 100%.
• A : độ tro của than. A = 15,12%
• B : lượng than tiêu tốn cho 1 kg clinker, kg/kgCL.
Ta có : B =
Với q : nhiệt tiêu tốn để nung 1 kg clinker. Chọn q = 730 kcal/kgCl.
: nhiệt sinh thấp của than, kcal/kg than.
= 81 + 246 – 26( - ) - 6
= 81.77,763+246.1,512 – 26.(1,62-2,15) – 6,1
= 6678,535 ( kg/kgthan)

Suy ra: B = = 0,109 (kg/kgCL)
Vậy, t% = 1.0,1512.0,109.100% = 1,648%
5.4. Dựng và giải hệ phương trình:
− Gọi x1, x2, x3, x4 lần lượt là tỉ lệ của đá vôi , đất sét, quặng sắt, diatomit trong
clinker. Ngoài ra, xtro = t% = 1.648%
Ta có: x1 + x2 + x3 + x4 + xtro = 100
Thay số liệu ở bảng 5.6 vào các phương trình sau:
GVHD: Lê Minh Sơn

18


Quá trình và thiết bị silicate 2

Ta được hệ sau:

Nhóm 2

76,144x1 − 195,367x 2 − 96, 219x 3 − 233.85x 4 − 187,55.1, 648 = 0
0, 24x + 9,193 x − 102,81x + 3,887 x + 19,379.1, 648 = 0

1
2
3
4

−0.816x1 + 3.006 x2 − 158.889 x3 + 61, 495x 4 − 19.893.1, 648 = 0
 x1 + x2 + x3 + x4 + 1.648 = 100

Giải hệ bằng phương pháp Gauss ta có:

x1 = 72,0012%

x3 = 2,29176%

x2 = 17,5049%

x4 = 6,65414

xtro = 1,648%

5.5. Tính kiểm tra
5.5.1 Tính kiểm tra thành phần hóa clinker
Sk =
=

Sik .x1 + S 2k .x2 + S3k .x3 + S4k .x4 + Stro .xtro
100

4,55.72, 0012 + 65, 64.17,5049 + 20, 04.2, 29176 + 85, 63.6, 655414 + 60,32.1, 648
100

= 21,8319%
Ak =
=

Aik .x1 + A2k .x2 + A3k .x3 + A4k .x4 + Atro .xtro
100

1, 40.72, 0012 + 18,82.17, 5049 + 4,14.2, 29176 + 7, 39.6,55414 + 27,12.1, 648
100

= 5,3286%
Fk =
=

Fi k .x1 + F2k .x2 + F3k .x3 + F4k .x4 + Ftro .xtro
100

0, 75.72, 0012 + 6, 21.17, 5049 + 67, 06.2, 29176 + 2, 26.6,55414 + 4, 99.1, 648
100

=3,3943%
Ck =
=

Cik .x1 + C2k .x2 + C3k .x3 + C4k .x4 + Ctro .xtro
100

90, 28.72, 0012 + 4, 61.17,5049 + 3,17.2, 29176 + 3, 65.6,55414 + 6,58.1, 648
100

=66,2401%
GVHD: Lê Minh Sơn

19


Quá trình và thiết bị silicate 2

M ik .x1 + M 2k .x2 + M 3k .x3 + M 4k .x4 + M tro .xtro 0,84.72, 0012 + 0,93.17,5049 + 0,79.1, 648

=
= 0, 7738%
100
100

Mk =
Rk =

Rik .x1 + R2k .x2 0,12.72,0012 + 1,96.17,5049
=
= 0, 4392%
100
100

Sk =

Sik .x1 + S 2k .x2 0, 02.72,0012 + 1, 22.17,5049
=
= 0, 215%
100
100

CK k =
=

Nhóm 2

CK ik .x1 + CK 2k .x2 + CK 3k .x3 + CK 4k .x3 + CK tro .xtro
100

2, 04.72.0012 + 0, 61.17,5049 + 5,59.2, 29176 + 1, 07.6,55414 + 0, 21.1, 648
100

= 1,7771%
5.5.2. Tính kiểm tra các modun, hệ số:
100.C k
2,8.S k + 1,18A k + 0, 65.F k
100.66, 2401
=
= 95,14
2,8.21,8319 + 1,18.5,3286 + 0, 65.3,3943
L SF =

MA =

Ak 5,3286
=
= 1,56
F k 3,3943

MS =

Sk
21,8319
=
= 2,50
k
k
A +F
5,3286 + 3,3943

5.5.3. Tính kiểm tra thành phần khoáng của clinker:
C3S = 4,072.Ck – 7,602.Sk – 6,723 – 1,433.Fk
= 4,07.66,2401 – 7,6.21,8319 – 6,72.5,3286 – 1,42.3,3943 = 63,047%
C2S = 8,6.Sk + 5,07.Ak + 1,07Fk – 3,07.Ck
= 8,6.21,8319 + 5,07.5,3286 + 1,07.3,3943 – 3,07.66,2401 = 15,045%
C3A = 2,65.Ak – 1,7.Fk = 2,65.5,3286 – 1,7.3,3943 = 8,350%
C4AF = 3,04.Fk = 3,04.3,3943 = 10,3187%
Tổng 4 khoáng chính = 63,047 + 15,045 + 8,350 + 10,3187 = 96,7607%
5.5.4. Hàm lượng pha lỏng nóng chảy:
+ Tính theo thành phần khoáng:
L% = 1,12C3A + 1,35.C4AF = 1,12.8.350 + 1,35.10,3187 = 23,2822%
+ Tính theo thành phần hóa:
L1450 = 3.Ak + 2,25Fk + Mk + Rk
GVHD: Lê Minh Sơn

20


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

= 3.5,3286 + 2,25.3,3943 + 0,7738 + 0,4392 = 24,836%
5.6. Tính thành phần hóa phối liệu, thành phần đóng góp của nguyên liệu trong phối
liệu và tít phối liệu:
5.6.1. Phần đóng góp của nguyên liệu trong phối liệu
+ Đá vôi:
100 x1
.100%

100 − MKN10
X1 =
100 x3
100 x1
100 x2
100 x4
+
+
+
0
0
0
100 − MKN1 100 − MKN 2 100 − MKN 3 100 − MKN 40
100.72, 0012
.100%
123, 2264
100 − 41,57
=
=
.100% = 81, 239%
100.72, 0012 100.17,5049 100.2, 29176 100.6,55414 151, 6841
+
+
+
100 − 41,57
100 − 8, 72
100 − 2.69
100 − 5,36

+ Đất sét

100.17,5049
.100%
100 − 8, 72
X2 =
= 12.643%
151, 6841

+ Điatomit
100.6,55414
.100%
100 − 5,36
X3 =
= 4,565%
151, 6841

+ Quặng sắt
100.2, 29176
.100%
100 − 2, 69
X4 =
= 1,553%
151, 6841

5.6.2. Thành phần hóa của phối liệu
S10 . X 1 + S 20 . X 2 + S30 . X 3 + S 40 . X 4
S =
100
2, 66.81, 239 + 59,92.12, 643 + 19,5.1,553 + 81, 04.4,565
=
= 13, 739%

100
0

A10 . X 1 + A20 . X 2 + A30 . X 3 + A40 . X 4
A =
100
0,82.81, 239 + 17,18.12, 643 + 4, 03.1,553 + 7.4,565
=
= 3, 220%
100
0

GVHD: Lê Minh Sơn

21


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

F10 . X 1 + F20 . X 2 + F30 . X 3 + F40 . X 4
100
0, 44.81, 239 + 5, 67.12, 643 + 65, 26.1,553 + 2,14.4, 565
=
= 2,186%
100
F0 =

C10 . X 1 + C20 . X 2 + C30 . X 3 + C40 . X 4

100
52, 75.81, 239 + 4, 20.12, 643 + 3, 08.1,553 + 3, 45.4,565
=
= 43,59%
100

C0 =

M 10 . X 1 + M 20 . X 2
100
0, 49.81, 239 + 0,85.12, 643
=
= 0,506%
100
M0 =

R10 . X 1 + R20 . X 2
100
0, 07.81, 239 + 1, 79.12, 643
=
= 0, 283%
100
R0 =

S10 . X 1 + S 20 . X 2
100
0, 01.81, 239 + 1,11.12, 643
=
= 0,148%
100

S0 =

MKN10 . X 1 + MKN 20 . X 2 + MKN 30 . X 3 + MKN 40 . X 4
100
41,57.81, 239 + 8, 72.12, 643 + 2, 69.1,553 + 5,36.4, 565
=
= 35,16%
100
MKN 0 =

CK10 . X 1 + CK 20 . X 2 + CK 30 . X 3 + CK 40 . X 4
100
1,19.81, 239 + 0,56.12, 643 + 5, 44.1,553 + 1, 01.4,565
=
= 1,168%
100

CK 0 =

5.6.3. Tính tít phối liệu
T = 1,785.C0 + 2,09.M0 = 1,785.43,590 + 2,09.0,506 = 78,886%
6. Nhận xét
− Các kết quả tính toán cho thấy các mo đun, hệ số ta chọn ban đầu là phù hợp
− Hàm lượng sau khi nung phối liệu tạo clinker là cao (63,047%) có thể đảm bảo
cho xi măng có cường độ yêu cầu (mác 40) nhưng cũng làm cho quá trình nung
luyện khó khan hơn
− Bài phối liệu có đưa tro than vào nhưng số phương trình không đổi. Vế trái không
GVHD: Lê Minh Sơn

22

Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

đổi nhưng vế phải thay đổi. Mặc dù vậy, các thông số của tro than đưa vào đều
tính được ngay nên hệ vẫn giải bình thường bằng phương pháp Gauss.
− Hàm lượng pha lỏng L = 24,836% là phù hợp cho quá trình tạo khoáng diễn ra
theo yêu cầu.
− Tít phố liệu T = 78,886% là phù hợp.
7. Tính cường độ của clinker
− Giả sử tổng hàm lượng kiềm có trong clinker gồm 2 loại là và . Giả thiết hàm
lượng của chúng là như nhau, ta có:
R k 0,4392
Na 2 O = K 2 O =
=
= 0,2196%.
2
2

Suy ra K = K 2 O + 1,52.Na 2 O = 0,2196 + 1,52.0,2196 = 0,5534%
MSO3 =

SO3
0,85.K

=

0,215

= 0,457 < 0,5
0,85.0,5534

Do đó : K s = 1,18.SO3 = 1,18.0,215 = 0,2537%
28
2
Vậy, Rn = 52 − 10.K s + 0,15.C 3 S = 52 − 10.0,2357 + 0,15.63,047 = 58,92( N / mm )

2
Cường độ xi măng là : R = 58,92.100 − 58,92.( 21 + 4) = 44,19( N / mm )

− Tiêu chuẩn xi măng PCB40 nhà máy dự định sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng
TCVN 6260-1997.
Bảng 7.1Tiêu chuẩn xi măng PCB40 của Việt Nam
Các yêu cầu kỹ thuật

PCB 40
2

Cường độ nén (N/mm ) :
+ 72 giờ ± 45 phút

≥ 18

+ 28 ngày ± 8 giờ

≥ 40

Thời gian đông kết:
+ Bắt đầu (phút)

≥ 45

+ Kết thúc (giờ)

≤ 420

GVHD: Lê Minh Sơn

23


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Độ nghiền mịn:
+ Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09mm (%)

≤ 10

+Bề mặt riêng theo phương pháp Blaine (

≥ 2800

+ Độ ổn định thể tích theo phương pháp Le Chatelier (mm)

≤ 10

Hàm lượng SO3 (%)

≤ 3,5

8. Tính cân bằng vật chất của toàn nhà máy
8.1. Tiêu hao nguyên liệu khô lý thuyết cho 1 kg clinker
AC =

100
100
=
= 1,542(kg / kgCL)
0
100 − 35,16
100 − MKN

0
trong đó MKN là mất khi nung của phối liệu (%).

+ Tiêu hao đá vôi:
AC1 =

AC . X 1 1,542.81,239
=
= 1,253( kg / kgCL )
100
100

+ Tiêu hao đất sét :
AC2 =

AC . X 2 1,542.12,643
=
= 0,195( kg / kgCL )
100
100

+ Tiêu hao quặng sắt:
AC3 =

AC . X 3 1,542.1,553
=
= 0,024( kg / kgCL )
100
100

+Tiêu hao điatômit:
AC4 =

AC . X 4 1,542.4,565
=
= 0,070( kg / kgCL)
100
100

Với X1, X2, X3, X4 là phần trăm cấu tử trong phối liệu ở trạng thái khô.
8.2. Tiêu hao nguyên liệu ẩm lý thuyết (trạng thái ẩm tự nhiên)
Gọi là độ ẩm tự nhiên của đá vôi, đất sét, quặng sắt và điatômit
Cho W1 = 3 %, W3 = 4 % (II-85)
W2 = 10 % (II-80), W4 = 2 % (II-274).
+ Tiêu hao đá vôi:

Bb1 =

AC1 .100 1,253.100
=
= 1,292(kg / kgCL)
100 − W1
100 − 3

GVHD: Lê Minh Sơn

24


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ Tiêu hao đất sét :
AC2 .100
0,195.100
B =
=
= 0,217(kg / kgCL)
100 − W2
100 − 10
2
b

+ Tiêu hao quặng sắt:
Bb3 =

AC3 .100 0,024.100
=
= 0,025(kg / kgCL)
100 − W3
100 − 4

+ Tiêu hao điatômit:
B =
4
b

AC4 .100
100 − W4

=

0,07.100
= 0,071(kg / kgCL)
100 − 2

8.3. lượng clinker lý thuyết thu được khi nung 1kg phối liệu khô
K lt =

1
1
=
= 0,649(kg / kgCL)
AC 1,542

8.4. Lượng nguyên liệu thực tế để nung 1kg clinker
8.4.1. Nguyên liệu khô thực tế:
Gọi p là tổn thất nguyên liệu khi gia công phối liệu. Chọn p=3% (II-86)
+ Đá vôi:
A1H =

AC1 .100 1,253.100
=
= 1,292(kg / kgCL)
100 − p
100 − 3

+Đất sét:
AC2 .100 0,195.100
A =
=
= 0,201(kg / kgCL)
100 − p
100 − 3
2
H

+Quặng sắt;
AH3 =

AC3 .100 0,024.100
=
= 0,025(kg / kgCL)
100 − p
100 − 3

+ Điatômit :
AH4 =

AC4 .100 0,07.100
=
= 0,072(kg / kgCL)
100 − p 100 − 3

8.4.2. Nguyên liệu ẩm thực tế:
+ Đá vôi:
Bb1 .100 1,292.100
B =
=
= 1,332(kg / kgCL)
100 − p
100 − 3
1
H

+ Đất sét:
GVHD: Lê Minh Sơn

25