Báo cáo môn Quá trình thiết bị 2: Tính toán quá trình cháy của nhiên liệu than và thiết kế cấp phối trong sản xuất xi măng năng suất 1triệu tấn/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
Nguyễn Trần Duẫn
Bùi Thị Tuyết Ngân
Nguyễn Thị Minh Thư

1510406
1510420
1512116
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% 
 Bảng 5. 2 Bảng quy đổi về nguyên liệu khô chưa nung 100% 
 Bảng 5.3 Thành phần cấu tử điều chỉnh (nguyên liệu khô chưa nung 100%) 
 Bảng 5.4 Thành phần  hóa học của tro than . 
 Bảng 5.5 Nguyên liệu khô đã nung 100% 
 Bảng 5.6 Các modun, hệ số 
 

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 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. 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  
GVHD: Lê Minh Sơn

5


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

những thiết bị  đặc biệt gọi là hệ  thống trao đổi nhiệt kiểu treo .Phần phản 
ứng pha lỏng ( tạo pha lỏng , kết khối tạo Clinker , làm nguội ) thực hiện 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 60­80m), 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 
Nhiệt độ

Bảng .1 Diễn biến quá trình hóa lý khi nung luyện
Qúa trình
Phản ứng

< 1000C

Tách nước tự do

H2OL   H2Oh

100   4000 C

Bay hơi nước hấp phụ

H2OL   H2Oh

400      7500 C

Mất nước hóa học 
( Phân hủy Caolinit)

AS2H2   AS2 + 2Hh 

600    9000 C

Phân hủy MêtaCaolinit

AS2   AS  + S
Hoặc AS2   A + 2S

600    10000 C

Phân hủy đá vôi ,tạo 
khoáng CS , CA

800   13000 C

Tạo khoáng C2S, C3A, 
C4AF

CaCO3   CaO + CO2 
C + S         CS
C+ F            CF
C + A          CA
CA + 2C    C3A
CS  + C     C2S
C3A + CF   C4AF

GVHD: Lê Minh Sơn

6

Quá trình và thiết bị silicate 2

1250    14500C

Nhóm 2

Tạo khoáng C3S

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 
vào lò quay . Vật liệu Canxi hóa tới 90­95% 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 1700­1800 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.
GVHD: Lê Minh Sơn

7


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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 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.
GVHD: Lê Minh Sơn

8


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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.
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: 15­20%
SiO2: 20­40%
GVHD: Lê Minh Sơn

9


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Fe2O3: 20­45%
CaO: 1­5%
MgO: 0,5­1%
SO3:2­8%
Clorit: 0,01­0,1%

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 50­110 bằng các thiết bị nồi hơi đặc biệt hoặc đốt nóng bằng lò điện trở,  
nhằm 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, 8000­10000kcal/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 15­25%)
3.1. Đá vôi
Đá vôi là loại một loại đá trầm tích, về thành phần hóa học chủ yếu là khoáng  
GVHD: Lê Minh Sơn

10


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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 5­25mm 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: 96­100%
Đá vôi lẫn đất có hàm lượng CaCO3: 90­96%
Đá vôi lẫn nhiều đất có hàm lượng CaCO3: 75­90%
Đá lẫn đất có hàm lượng CaCO3: 40­75%
Đất sét lẫn đá có hàm lượng CaCO3: 10­40%
Đất sét có hàm lượng CaCO3: 0­4%
 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%
GVHD: Lê Minh Sơn

11


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Fe2O3 : 7­10%
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

12


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 Fe2O3 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 62­87%). 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.
Than

Bảng 4. Thành phần  hóa  học của than cám 3    (II­96)
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. Chuyển thành phần hóa của than cám 3 về 100%
Than

W

GVHD: Lê Minh Sơn

A

S

C

H

N

O
13


Quá trình và thiết bị silicate 2

Cám 3

7,092

Nhóm 2

14,184

2,026

K sd

Hệ số sử dụng của than:  

72,948
100 W2
100 W1

1,419

0,811

100 1
100 7,092

1,520

100

1,066

Bảng 4. 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. Thành phần  hóa học của tro than . (II­97)
Tro
Cám 3

S

A

F

C

M

CK

60,32

27,12

4,99

6,58

0,79

0,2

 

Qtl

100

 : 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)
GVHD: Lê Minh Sơn

14

Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ Lượng hơi nước không khí mang vào :
  = 8,6288 – 8,4134 = 0,2154 (/kg)
+Thể tích của sản phẩm cháy:
 (/kg)
 (/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)
V

Ta có : 

VCO2

V H 2O

VSO2

VN2

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. 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
Tổng

15,12

=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
1201,29

Mức chênh lệch:   0,041%
Xác định nhiệt độ cháy thực tế:
GVHD: Lê Minh Sơn

15


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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) 
chiếm 30% ở nhiệt độ thường.
Từ  giản đồ i­t 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 i­t 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

C=CaO 

K=O  N=  =

CK= chất khác

 F= 
R=

A=
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 0,35 F
2,8( S S td )

0,7 S

Thông thường KH= 0.82­0.95
+ 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.
GVHD: Lê Minh Sơn

16


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ Mô đun Silicat
n

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

S

MS

A F

+ 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. Thành phần hóa của hai nguyên liệu chính 100%
Nguyên liệu S
A
F
C
M
R
SO3 CK MKN
Đá vôi
Đất sét

2,66
59,92

0,82
17,18

Nguyên 

Bảng 5.  Bảng quy đổi về nguyên liệu khô chưa nung 100%
S
A
F
C
M
R
SO3 CK

MKN

liệu
Đá vôi
Đất sét

2,66
59,92

0,82
17,18

0.44 52,78
5,67 4,20

0,44
5,67

52,75
4,20

0,49 0,07 0,01
0,85 1,79 1,11

0,49
0,85

0,07
1,79

0,01
1,11

1,19 41,59
0,56 8,72

1,19
0,56

100,05
100

41,57
8,72

100
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 
GVHD: Lê Minh Sơn

17

Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Ta bổ sung thêm quặng sắt để giảm alumin .
Khi cố định alumin P = = 1,55 = 
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. Thành phần cấu tử điều chỉnh (nguyên liệu khô chưa nung 100%)
Nguyên liệu
W
Quặng sắt

19,5

4,03

65,26

3,08

5,44

2,69

4

100

Diatomit

81,04

7,00

2,14

3,45

1,01

5,36

2

100

5.2.2. Nhiên liệu 
Sử dụng 100% altracite_loại cám 3.
Bảng 5. Thành phần  hóa học của tro than .
S
A
F
C
M
CK

Than
Cám 3

60,32

27,12

4,99

6,58

0,79

0,2

100

Vậy ta sẽ chọn bài phối liệu 4 cấu tử có lẫn tro than.
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:
Hệ số chuyển đổi: k0 =
Bảng 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

GVHD: Lê Minh Sơn

18


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Diatomit

85,63

7,40

2,26

3,65

­

­

­

1,07

Than

60,32

27,12

4,99

6,58

0,79

­

­

100

Bảng 5. Các modun, hệ số
Các hệ số Ban đầu
kH

Nguyên liệu

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.(1,62­2,15) – 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%

GVHD: Lê Minh Sơn

19


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Ta có: x1 + x2 +  x3 + x4 + xtro = 100
Thay số liệu ở bảng  5.6 vào các phương trình sau:

Ta được hệ sau: 
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
 
 
= 21,8319%
 

 
= 5,3286%
 
 
=3,3943%
 
=66,2401%

 
 
= 1,7771%

GVHD: Lê Minh Sơn

20


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

5.5.2. Tính kiểm tra các modun, hệ số: 
 
 
 
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
= 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:

+ Đất sét
 
+ Điatomit
+ Quặng sắt
 
GVHD: Lê Minh Sơn

21


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

5.6.2. Thành phần hóa của phối liệu
 

 

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 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:
Na 2 O

Suy ra 

K

K 2O

Rk
2

0,4392
2

K 2 O 1,52.Na2 O

GVHD: Lê Minh Sơn

0,2196%.
0,2196 1,52.0,2196

0,5534%

22


Quá trình và thiết bị silicate 2
SO3

MSO3

0,85.K
Ks

Vậy, 

0,215
0,85.0,5534

1,18.SO3

Do đó : 
Rn28

Nhóm 2
0,457

1,18.0,215

52 10.K s

Cường độ xi măng là : 

0,15.C 3 S

R

0,5

0,2537%
52 10.0,2357 0,15.63,047

58,92.100 58,92.(21 4)

58,92( N / mm 2 )

44,19( N / mm 2 )

Tiêu chuẩn xi măng PCB40 nhà máy dự định sản xuất theo tiêu chuẩn chất 
lượng TCVN 6260­1997.
Bảng 7.Tiêu chuẩn xi măng PCB40 của Việt Nam

Các yêu cầu kỹ thuật
PCB 40
2

Cường độ nén (N/mm ) :
+ 72 giờ   45 phút
+ 28 ngày   8 giờ
Thời gian đông kết:
+ Bắt đầu (phút)
+ Kết thúc (giờ)

18
40

45
420

Độ nghiền mịn:
+ Phần còn lại trên sàng kích thước lỗ 0,09mm (%)
+Bề mặt riêng theo phương pháp Blaine (

10
2800

+ Độ ổn định thể tích theo phương pháp Le Chatelier (mm)
Hàm lượng SO3 (%)

GVHD: Lê Minh Sơn

10

3,5

23


Quá trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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 MKN 0

trong đó  

MKN 0

100
100 35,16

1,542(kg / kgCL)

           

 là mất khi nung của phối liệu (%).

+ Tiêu hao đá vôi:     
AC . X 1
100

AC1

1,542.81,239
100

1,253 kg / kgCL

+ Tiêu hao đất sét :
AC . X 2
100

AC2

     

1,542.12,643
100

0,195 kg / kgCL

+ Tiêu hao quặng sắt:
AC3

     

AC . X 3
100

1,542.1,553
100

0,024 kg / kgCL

1,542.4,565
100

0,070 kg / kgCL

+Tiêu hao điatômit:
AC4

     

AC . X 4
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 %  (II­85)
W2 = 10 % (II­80), W4 = 2 %  (II­274).
  + Tiêu hao đá vôi:
Bb1

     

AC1 .100
100 W1

1,253.100
100 3

1,292(kg / kgCL)

  + Tiêu hao đất sét :

GVHD: Lê Minh Sơn

24


Quá trình và thiết bị silicate 2
Bb2

     

AC2 .100
100 W2

Nhóm 2
0,195.100
100 10

0,217(kg / kgCL)

  + Tiêu hao quặng sắt:
Bb3

     

AC3 .100
100 W3

0,024.100
100 4

0,025(kg / kgCL)

  + Tiêu hao điatômit:
4
b

B

     

AC4 .100

0,07.100
100 2

100 W4

0,071(kg / kgCL)

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

     

1
AC

1
1,542

0,649(kg / kgCL)

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% (II­86)
  + Đá vôi:
1
H

A

     

AC1 .100
100 p

1,253.100
100 3

1,292(kg / kgCL)

0,195.100
100 3

0,201(kg / kgCL)

0,024.100
100 3

0,025(kg / kgCL)

  +Đất sét:
2
H

A

     

AC2 .100
100 p

  +Quặng sắt;
AH3

     

AC3 .100
100 p

  + Điatômit :
AH4

     

AC4 .100
100 p

GVHD: Lê Minh Sơn

0,07.100
100 3

0,072(kg / kgCL)

25