Nghiên cứu dây chuyền thiết bị lò quay phương pháp khô sản xuất Clinker công suất 700 tấn ngày

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Tiến Long

NGHIÊN CỨU DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ LÒ QUAY PHƯƠNG
PHÁP KHÔ SẢN XUẤT CLINKER CÔNG SUẤT 700TẤN / NGÀY

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS.TRẦN VĂN ĐỊCH

Hà Nội - 2004


Lời cảm ơn
Sau gần ba tháng nghiên cứu, làm việc khẩn tr-ơng, d-ới sự giúp
đỡ, chỉ dẫn tận tình của GS.TS. Trần Văn Địch (Bộ môn công nghệ chế
tạo máy-khoa Cơ khí Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội) và các cán bộ
nghiên cứu phòng Cơ khí nặng Viện nghiên cứu Cơ khí Hà nội đến
nay luận văn này đà cơ bản hoàn thành.
Tr-ớc tiên, tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Trần Văn Địch đÃ
trực tiếp h-ớng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Đồng thời, tôi cũng xin
chân thành cảm ơn tập thể cán bộ Khoa SPKT Tr-ờng ĐHBK Hà nội đÃ
tạo điều kiện cho tôi cả về chuyên môn lẫn tinh thần, cảm ơn tập thể cán
bộ Viện nghiên cứu cơ khí Hà nội đà giúp tôi rất nhiều về kiến thức
chuyên môn và thực tiễn sản thiết bị xi măng của Viện cũng nh- của các
nhà máy sản xuất xi măng lò quay, lò đứng có quan hệ đặc biệt với Viện,
để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thày giáo khoa
Cơ khí đà truyền đạt kiến thức cho tôi trong những năm học vừa qua, cảm
ơn Trung tâm đào tạo và bồi d-ỡng sau đại học đà tạo điều kiên giúp tôi
đi đến kết quả ngày hôm nay.

Hà nội, ngày 12 tháng 10 năm 2004
Tác giả

Nguyễn Tiến Long


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Mở đầu
Đặt vấn đề
1. Giới thiệu tình hình sản xuất xi măng lò quay ở trong n-ớc và trên thế
giới.
Kết quả thực hiện chính sách đổi mới của Đảng đà tạo ra một công
tr-ờng xây dựng trong cả n-ớc.
Chúng ta cần có xi măng để xây dựng nhà ở, xí nghiệp và các cơ sở
hạ tầng. Nhu cầu xây dựng đà và đang đòi hỏi đẩy nhanh tốc độ sản xuất xi
măng trong n-ớc.
Sức tiêu thụ xi măng năm 1992 mới có 4,2 triệu tấn nh-ng đến năm 1993
lên tới 5,2 triệu tấn và đến năm 2003 cả n-ớc đòi hỏi khoảng hơn 21 triệu
tấn/năm.
Cho đến nay chúng ta mới có một số rất ít nhà máy xi măng lò quay
nh- Hoàng Thạch Hải D-ơng, Bỉm Sơn Thanh Hoá, ChinFong Hải Phòng,
Bút Sơn Hà Nam và một số nhà máy đang chuẩn bị xây dựng còn lại là các
nhà máy xi măng lò đứng có công nghệ lạc hậu. Do vậy l-ợng xi măng do
chúng ta sản xuất không đáp ứng đ-ợc nhu cầu trong n-ớc nên hàng năm
chúng ta phải chi một l-ợng lớn ngoại tệ để nhập khẩu clinker hoặc xi măng

thành phẩm. Xét về điều kiện tài nguyên chúng ta có một tiềm năng rất lớn
để sản xuất xi măng dùng cho nhu cầu nội địa và xuất khẩu.
Với lí do nh- trên Nhà n-ớc đà tập trung và đầu t- sản xuất xi măng
lò quay trong n-ớc cũng nh- cải tạo nâng cao năng suất của các Nhà máy xi
măng lò quay có sẵn.
Trên thế giới các n-ớc phát triển đà chủ yếu đầu t- vào xây dựng Nhà
máy sản xuất xi măng lò quay.
2. Xuất sứ của đề tài.
Qua thực tế khả năng sản xuất thiết bị xi măng và nhu cầu xây dựng
thêm nhiều Nhà máy sản xuất xi măng mới trong n-ớc. Vì vậy tác giải
mạnh dạn nghiên cứu sâu về thiết bị xi măng lò quay vì nó giải quyết đ-ợc
số l-ợng cũng nh- chất l-ợng xi măng cần thiết trên thị tr-ờng tiêu thụ hiện
nay. Đây là cộng nghệ sản xuất có năng suất cao nh-ng ít gây ra ô nhiễm môi
tr-ờng đạt đ-ợc yêu cầu của Nghị định th- Kyoto mà ViƯt Nam ®· ký kÕt.

Ngun TiÕn Long

1


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Ch-ơng I. Tổng quan
1.1. Phân tích -u, nh-ợc điểm của lò quay ph-ơng pháp khô và ph-ơng
pháp -ớt
1.1.1. Ph-ơng pháp chuẩn bị vật liệu để nung luyện trong lò quay.
Ng-ời ta tách ra 2 ph-ơng pháp chính để chuẩn bị vật liệu cấp cho lò
quay.
1. Ph-ơng pháp -ớt: Bùn nguyên liệu có 18-45% n-ớc sản xuất bằng
máy nhào khuấy, nghiền -ớt hoặc phối hợp 2 ph-ơng pháp đó.
Chuẩn bị theo ph-ơng pháp -ớt cần thiết khi lí tính của các thành

phần cấu tử nguyên liệu (nh- đất sét dẻo, đá phấn có độ ẩm cao) không
cho phép sản xuất 1 cách có kinh tế bột nguyên liệu khô.
2. Ph-ơng pháp khô, khi đó ng-ời ta sản xuất ra bột nguyên liệu từ
các thành phần cấu tử nguyên liệu khô.
Tuỳ thuộc vào ph-ơng pháp sản xuất vật liệu mà ng-ời ta áp dụng
các ph-ơng pháp nung luyện trong lò quay nh- sau.
1. Ph-ơng pháp -ớt:
a. Trong các lò quay dài có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong nh- xích
các cánh hình đáy quạt
b. Trong các lò quay ngắn không có các cơ cấu trao đổi nhiệt bên
trong mà có cơ cấu trao đổi nhiệt bên ngoài sau lò để sấy bùn nguyên liệu,
nh-ng cơ cấu trao đổi nhiệt đó đ-ợc quen gọi là bộ sấy bùn máy cô đặc
và máy can xi hoá .
c. Trong các lò quay chiều dài trung bình có thiết bị cơ khí khử n-ớc
sơ bộ bùn nguyên liệu trong các phun lọc hút hoặc lọc ép để nghiền đập cặn
lọc độ ẩm 15-20% và tiếp tục sấy trong lò có zoon xích ngoằn.
d. Trong các lò quay ngắn không có cơ cấu trong lò, có thiết bị cơ khí
khử n-ớc sơ bộ bùn nguyên liệu.
BÃ lọc còn lại đ-ợc chế biến thành bánh hoặc viên đ-a vào bộ gia
thiết, ví dụ, kiểu dừng (bộ gia nhiệt của hÃng Devis) hoặc kiểu ghi sáng
(sàng Lepol của hÃng Pelozius).
2. Ph-ơng pháp khô.
a. Trong các lò dài không có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong.
b. Trong các lò dài có cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong nh- xích, cần
bên kết bằng gốm.

Nguyễn Tiến Long

2

Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
c. Trong các lò quay ngắn làm việc đồng thời với các bộ gia nhiệt
nh- cơ cấu trao đổi huyền phù hoặc ghi sang Lepol
d. Trong các lò quay ngắn có nồi hơi thù hồi.
1.1.2. Năng suất lò nung
Kết cấu đa dạng của lò quay, các ph-ơng pháp nung luyện và những
yếu tố ảnh h-ởng khác nhau đang cản trở việc xây dựng các công thức tính
toán năng suất.
Đối với những mục đích thực tiễn khi chọn các qui cách tiêu chuẩn
của lò quay ng-ời ta sử dụng các số liệu thống kê về năng suất của các thiết
bị t-ơng tự các công thức tính năng suất lò nung đ-ợc áp dụng một cách
hạn chế, bởi vì trong đó chỉ đ-a vào 1 phần các yếu tố ảnh h-ởng đến năng
suất, tr-ớc hết chúng chỉ dựa vào kích th-ớc của lò quay.
Công thức của Matin có đ-a vào 1 số yếu tố nhiệt động lực.
Q = 2826

v 2`
D
Vg

Q Năng suất lò quay T/h
v Vận tốc khi ở đầu ra của lò nung.
Vg Thể tích riêng của khí m2/kg clinke
D - Đ-ờng kính trong của lò nung m.
Khodorov đà xây dựng công thức tính năng suất lò nung ph-ơng
pháp -ớt mà Liên Xô (cũ) áp dụng để tính to¸n thiÕt kÕ.

D


DL.45  K   0,02 
L


Q=
  (W  10).1,6 
10001  

400

 

Víi L – chiỊu dài lò quay, m, W- độ ẩm bùn, %; K Hệ số đặc
tr-ng cho kết cấu của lò , K = 350 dùng cho lò cỡ ngắn có LD = 20 55
và hệ thống xích lớn. Để phân tích hoạt động của lò nung ng-ời ta nghiên
cứu các chỉ tiêu sau đâu:
1. Công suất nhiệt của lò: Là số l-ợng nhiệt năng trong 1 đơn vị thời
gian toả ra trong zoon nung. Để xác định công suất nhiệt Q Kcal giờ có thể
áp dụng công thức Khođorov.
Q = 1.1 .10D3
D - Đ-ờng kính trung bình trong lò. Công thức này có thể áp dụng
cho các lô sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt và khô với L/D 30.
Nguyễn TiÕn Long

3


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
2. Tải trọng nhiệt riêng của tiết diện ngang zôn nung (khoảng trống).
Qp Kcal m2 giờ là số l-ợng nhiệt qui ®ỉi cho 1m3 tiÕt diƯn ngang z«n nung

trong 1 giê.
Q 1.1.106 D3

 1,1.106 D
Qp =
2
Fp
0,785D

Trong ®ã Fp – DiƯn tÝch (tù do) trong tiÕt diƯn ngang cđa trong z«n
nung m2, trong phép tính có đ-a vào 0,785 D. Trong đó D đ-ờng kính vỏ
thép của lò.
Tải trọng nhiệt của tiết diện ngang thoáng của lò không đ-ợc v-ợt
quá 3,46.106 Kcal /(m2 giờ) trị số đó thu đ-ợc trong điều kiện khi vận tốc
khi trong lò ở zôn nung khô quá 8,6m/giây để đảm bảo quá trình trao đổi
nhiệt có hiệu quả giữa khí và vật iệu.
Lò nung sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt tiêu tốn nhiệt năng nhiều hơn
để sấy bùn, nh- vậy quá trình nung luyện xảy ra th-ờng có l-ợng khí dlớn, do đó tốc độ của gió nóng trong zôn nung v-ợt hơn 8,6 giây và lên tới
10m/giây, tốc độ khí cao không chỉ ảnh h-ởng xấu đến quá trình trao đổi
nhiệt mà còn là nguyên nhân bắt một số l-ợng lớn bụi của vật liệu nung
luyện. Cũng cần xét đến việc nồng độ nhiệt trong khí lò tăng tỷ lệ với lập
ph-ơng vận tốc của chúng.
Tải trọng nhiệt của zôn nung ng-ời ta gọi số l-ợng nhiệt năng toả ra
trong 1m3 zôn nung trong 1 giờ, nh- vậy để tính toán cần phải biết tr-ớc
chiều zôn nung, chiều dài đó có thể lấy theo 20,30. Chiều dài zôn nung tuỳ
thuộc vào suất tiêu hao nhiệt năng ®Ĩ nung lun clinke.
Tõ kinh nghiƯm thùc tÕ cho thÊy, tải trọng nhiệt của zôn nung bằng
gần 300.000 Kcal/m3 giờ trị số phỏng chừng đó có thể dao động trong
khoảng 10%. Nh-ng nói chung nó vẫn đ-ợc xem nh- 1 đại l-ợng không
đổi, các cuộc thực ngiệm nhằm nâng cao trị số đó bằng cách tăng c-ờng

chế độ nung luyện đà dẫn đến việc làm tăng nhiệt độ khí thải và vận tốc khí
trong lò, vì vậy đà không đạt đ-ợc mục đích đề ra,
Các lò quay loại dài theo ph-ơng pháp sản xuất -ớt.
Trong bảng I.1 nêu dẫn các kích th-ớc và số liệu về năng suất của
các lò quay loại dài theo ph-ơng pháp sản xuất -ớt.
Theo bảng đó nh- đà thấy, năng suất riêng của các lò dài ph-ơng
pháp -ớt bình uân 0,526T/(m3 ngày) (thể tích hữu ích đ-ợc tính từ lớp lót).
Năng suất riêng của lò quay là hàm số các kích th-ớc của nó. Các lò quay
kích th-ớc nhỏ kiểu cũ có thể tích tới 500m3 và không đ-ợc nêu trong lò
Nguyễn Tiến Long

4


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
quay lớn kiểu mới ph-ơng pháp -ớt thể tích 7500 8000 m3 có năng suất
riêng thấp hơn 0,45 T/m3 ngày.
Tỷ lệ chiều dài với đ-ờng kính L/D của các lò quay dài ph-ơng pháp
-ớt bằng trung bình 33:1. Suất tiêu hao nhiƯt n»m trong kho¶ng 1300 –
1650 Kcal/kg clinke nÕu so sánh với các lò ngắn kết cấu cũ thì lò dài tiết
kiệm đ-ợc nhiệt 400 700 Kcal/kg clinke, nhiệt độ khí thải của các lò
quay dài ph-ơng pháp -ít b»ng 150 – 2300C, nång ®é bơi trong khÝ thải
bằng 15s/m3.
Bảng I.1 kích th-ớc và năng suất của các loại lò quay dài theo
ph-ơng pháp sản xuất -ớt.
Kích th-ớc L/T
Thể
tích Năng
suất Năng
suất

3
(m)
thoáng m
T/ngày
riêng T/m3
ngày
Lò quay Tây
Đức
6,9/6,4 x 231 33 :1
7519
3100
0,452
7,0/6,25
x 31 :1
5710
300
0,525
202
5,6 x 183
3850
2000
0,519
33 :1
4,3/5,3 x 165 30 :1
2800
1500
0,535
4,55/5 x 164 34 :1
2378
1250

0,525
4,25/48,5 x 35 :1
2112
1220
0,561
160
4,55/4,10/455 35 :1
1900
1000
0,526
x 152
3,8/4,4 x 130 32 :1
1816
981
0,535
Lò quay Liên
Xô
5 x 185
2940
1700
0,578
37 :1
4,5 x 170
2244
1200
0,534
33 :1
4 x 150
1521
850

0,557
37,5 :1
Suất tiêu hoa điện năng khi lò dài ph-ơng pháp -ớt làm việc bằng 1422kW/giờ/tấn clinke. Tính từ bể bùn cho đến khi clinke rơi xuống ghi sàng
máy lạnh. Mất mát sức hút trong lò quay dài ph-ơng pháp -ớt có hệ thống
xích là 150-180mm cèt n-íc.
Ngun TiÕn Long

5


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
1.2. Khử n-ớc trong bùn nguyên liệu.
Làm giảm hàm l-ợng n-ớc trong bùn nguyên liệu theo 2 ph-ơng
pháp: Hoá học bằng cách pha chất lỏng bùn và cơ học b»ng c¸ch khư
n-íc cđa bïn trong c¸c phin läc dÉn.
VÝ dụ: Các loại phun lọc kiểu tang hoặc đĩa, ng-ời ta còn sử dụng
phin lọc ép tạo thành các bánh có độ ẩm 18-20%. Song điều đó đòi hỏi phải
đầu t- bổ sung.
Ph-ơng pháp khử n-ớc bùn bằng cơ học cho phép giảm ngắn chiều
dài của các lò quay ph-ơng pháp -ớt.
Ví dụ: lò quay dùng bùn độ ẩm 38% có suất tiêu hoa nhiệt năng
1500Kcal/kg clinke. Giảm độ ẩm bùn xuống 36% sẽ giảm đ-ợc suất tiêu
hoa nhiệt năng xuống 1500 0,95 hệ số = 1425 Kcal/kg và ng-ợc lại tăng độ
ẩm bùn lên 11% thì sẽ làm tăng suất tiêu hao nhiệt năng lên 1500 x 1,08 =
1620 Kcal/kg clinke.
1.2.1. Khử n-ớc bằng ph-ơng pháp hoá học (chất pha loÃng bùn)
Bùn nguyên liệu xi măng bao gồm n-ớc và các vật chất cứng ở dạng
hạt mịn phân tán.
Hệ đó có độ nhớt nhất định đ-ợc đo bằng độ chảy (tính l-u động) của
bùn trên tấm ghi xu tác đơ, thiết bị t-ơng tự để đo độ nhớt của bùn cũng

đ-ợc hÃng SMit thiết kế chế tạo.
Ng-ời ta pha chất loÃng vào bùn nguyên liệu xi măng để làm giảm
độ ẩm của nó mà vẫn giữ đ-ợc độ nhớt. Cứ giảm đ-ợc 1% độ ẩm của bùn
thì tăng đ-ợc năng suất của lò lên khoảng 1,5%. Đồng thời giảm đ-ợc
khoảng 1% tiêu hao nhiệt năng để nung luyện clinke. Pha chất pha loÃng
bùn vào máy nghiền nguyên liệu. Một vài loại còn có tác dụng đồng thời là
chất kích thích tố của quá trình nghiền -ớt.
Hiệu quả của các chất pha loÃng bùn cơ bản phụ thuộc vào tÝnh chÊt
lý ho¸ cđa chóng. Ng-êi ta chän cã thùc nghiệm các chất pha loÃng thích
hợp cho từng loại vật liệu và từng nhà máy xi măng khi đó mỗi loại chất
pha loÃng đ-ợc đặc tr-ng bằng nồng độ tối -u, v-ợt quá nồng độ đó sẽ dẫn
đến tăng độ nhít cđa bïn, vÝ dơ: nÕu pha 0,3% NaOH th× ®é Èm cđa bïn
gi¶m tõ 40 xng 31,6%. Song nÕu pha số l-ợng lớn NaOH thì bùn sẽ trở
nên cứng hơn.
Độ tuổi của bùn cũng ảnh h-ởng đến tính chất của nó mặc dù điều đó
cũng khó mà tính đ-ợc trong điều kiện công nghiệp. Bùn với độ ẩm 40%
Nguyễn TiÕn Long

6


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
cũng có độ nhớt ở tuổi 7 ngày nh- bùn mới cũng từ 1 loại nguyên liệu với
độ ẩm 35,8% nếu nghiền thô hơn thì độ nhớt giảm.
Các iôn phân tử của chất pha loÃng bám vào bề mặt của các hạt trong
bùn. Điều đó ngăn ngừa đ-ợc sự liên kết các hạt, làm giảm ma sát nội và
tăng độ chảy.
Có 2 nhóm chất pha loÃng bùn :
a. Chất điện phân kiềm : Na2SiO3 (Silicát Natri), Na OH (hyđrôxit
Natri), Na2C03 (cácbonnat Natri)

b. Hoạt tính bề mặt cơ bản là các chất hữu cơ - lienin phụ
Lienosunfonat canxi, axit humic, n-ớc kiềm Sunphit phụ gia chứa cácbon,
n-ớc mặt
Phụ gia 0,3 0,4% phần có kiềm Sunphit ở đây và phần d-ới vật thể
khô trong tính toán cho hỗ hợp khô. Cho phép giảm độ ẩm bùn xuống 5-8%
có tr-ờng hợp đà đ-ợc mô tả, khi pha 0,075%, Na2C03. Cho phép giảm độ
ẩm của bùn từ 42 xuống 31,4% không làm giảm độ chảy của nó.
Pha thuỷ tinh loÃng với số l-ợng 0,1% làm giảm độ ẩm của bùn từ
35,5 xuống 21% pha tripolifosfat Natri Na2P20 cđa bïn tõ 35,5 – 21% .
Víi số l-ợng 0,8%. Thì độ ẩm của bùn giảm đ-ợc 3%. Nếu trong đó không
có sunfat canxi hoá magiê hoà tan. Các chất đó phản ứng qua lại với nhau
và làm nhiễm độc.
Mặt khác pha loÃng bùn còn làm tăng giá trị số pH vì với nồng độ
các ion hidroxit cao sẽ không tạo ra cặn lắng.
Đạt đ-ợc nh- vậy ví dụ nếu pha xô đa sử dụng các chất điện phân
kiềm làm chất pha loÃng bùn yêu cầu phải định l-ợng chính xác để tránh
những ảnh h-ởng xấu của chúng đến quá trình nung luyện và chất l-ợng xi
măng.
Các chi phí cho chất pha loÃng bùn phải thấp hơn mức tiết kiệm do
giảm tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng chất pha loÃng.
1.2.2. Ph-ơng pháp khử n-ớc trong bùn bằng cơ học (hệ thống xích)
Các lò quay theo ph-ơng pháp sản xuất -ớt và khô có các hệ thống
xích khác nhau. Công dụng duy nhất của hệ thống trong lò sản xuất khô là
tăng c-ờng quá trình trao đổi nhiệt giữa khí nóng trong lò với bột nguyên
liệu trong các lò sản xuất -ớt ngoài công dụng trên, hệ thống xích còn đóng
vai trò làm bay hơi n-ớc vận chuyển vật liệu và ngăn ngừa hiện t-ợng tạo
vòng anô bùn.
Nguyễn Tiến Long

7

Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Hệ thống xích bản thân nó không phải là cơ cấu cơ học để khử n-ớc
trong bùn, song vì nó thực hiện vai trò lớn về cơ học (phụ trợ cho quá trình
sấy bùn) nên nó th-ờng thuộc về nhóm khử n-íc trong bïn b»ng c¬ häc.
Ng-êi ta chia hƯ thèng xích thành 2 kiểu: Mành xích và vòng xích.
Trong các màng xích mỗi sợi chỉ cố định 1 đầu, chiều dài xích bằng
khoảng 0,7 đ-ờng kính trong cửa lò. Khoảng cách giữa các điểm treo của
sợi theo chu vi lò gần 30cm. Nếu mành th-a hơn 10-45cm. Khoảng cách
dọc tim lò giữa các vành treo cũng khoảng chừng nh- trên, các mành treo
đ-ợc phân bố vuông góc với tim lò. ở Liên Xô(cũ) ng-ời ta cố định mành
xích theo đ-ờng vít xoắn.
Các võng xích phải treo làm sao để khoảng cách trống còn lại bằng
0,4 đ-ờng kính trong cửa lò, các sợi xích hình thành võng xích, đ-ợc treo cả
2 đầu dọc theo đ-ờng vít xoắn đ-ờng này tạo ra với tim lò 1 góc 450 đến 600
đối với đ-ờng kính d-ới 4m góc đó phải bằng 450 600 đối với lò có
đ-ờng kính từ 4m trở lên 600.
Trong các lò quay ph-ơng pháp khô, ng-ời ta th-ờng áp dụng các
màng xích. Trong giôn xích ng-ời ta để lại 1,2 đoạn không treo xích.
Những đoạn đó cân bằng nhiệt ®é khi lµ thĨ tÝch ®Ưm ®Ĩ lµm ®Ịu tèc độ
chuyển các nhóm vật liệu biệt lập tạo điều kiện cho quá trình bụi và cho
khẳ năng lắp đặt cặp nhiệt.
Trong các lò quay ph-ơng pháp -ớt ng-ời ta áp dụng tổ hợp vòng
xích và màn xích.
Các vòng xích chuyển vật liệu tốt hơn các sợi treo tự do đó là điều
đặc biệt quan trọng đối với ph-ơng pháp -ớt. Tuy vậy lắp ráp màng xích
đơn giản hơn và nhanh hơn lắp ráp vòng xích.
Sức cản thuỷ lực của màn xÝch b»ng 1-2mm cét n-íc cßn cđa vâng
xÝch 2 – 3mm cột n-ớc trên 1m chiều dài zôn xích.

Chiều dài zôn xích đối với lò quay ph-ơng pháp -ớt có thể xác định
theo công thức:
LK = 0,071. 0,1 1


L
D



Trong đó: L chiều dài lò nung, m; D- Đ-ờng kính trung bình của
thân lò, m.
Đồng thời cũng cần thiết xét đến những chuẩn số sau:
Nếu L/D > 33 zôn xích phải chiếm 18-2% chiều dài lô, còn L/D =3325 thì 10%, L/D < 5 nói chung không cần có xích vì nhiệt độ khi cao.
Nguyễn Tiến Long

8


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Ngoài ra cịng cÇn ghi nhí r»ng bïn sau khi rêi zon xích phải chứa 810% n-ớc bởi vì với độ ẩm quá thấp sẽ làm tăng mức thải bụi do các hạt bị
phá vỡ.
Trọng l-ợng xích trong tính toán cho 1 tấn clinke/ngày theo ph-ơng
pháp sản xuất -ớt là 120Kg, ph-ơng pháp sản xuất khô 105-110kg. Đồng
thời với 1m3 thể tÝch z«n xÝch ng-êi ta cịng tÝnh diƯn tÝch bỊ mặt hữu ích
nh- sau: Trong các lò ph-ơng pháp -ớt 6-8,5m3/m3. Khô 8,5 12m3/m3.
Các lò quay hiện đại với hệ thống xích mô tả ở trên đ-ợc đặc tr-ng
bằng các suất tiêu hao nhiệt năng: lò ph-ơng pháp -ớt 1280-1430; ph-ơng
pháp khô 980 1130 Kcal/kg clinke. Các hệ thèng xÝch lùa chän hỵp lý so
víi hƯ thèng kÐm hiệu quả sẽ cho phép tiết kiệm nhiên liệu t-ơng đ-ơng với

300kcal/kg clinke.
Từ thực tế sản xuất cho thấy xích treo với tổng chiều dài 1500m sẽ
giảm nhiệt độ khí thải xuống khoảng 1100C. Hiệu suất nhiệt của các vòng
xích có cùng mật độ tức là khẳ năng của võng xích làm bay hơi 1Kg n-ớc
trên 1m2 bề mặt trong 1 đơn vị thời gian lớn hơn 50%.
Xích trong các lò quay ph-ơng pháp khô không thể thực hiện chức
năng sấy vật liệu, nên nhiệt độ khí thải trong lò khoảng 100 0C trong khi đó
ở các lò quay, ph-ơng ph¸p -ít víi kÕt cÊu hƯ thèng xÝch cã hiƯu quả thì
nhiệt độ đó bằng khoảng 2000C.
Vật liệu làm xích: nếu nhiệt độ d-ới 5300C có thể dùng thép tôi thấm
cac bon. Song ở nhiệt độ cao hơn thì nó sẽ mất độ cứng vì tính chống mòn
nếu nhiệt độ 530-6400C có thể sử dụng thép không rỉ đà tôi có hàm l-ợng
crôm cao ở dải nhiệt 640-9700C thép không rỉ. Nếu nhiệt độ từ 970 trở lên
thì dùng các hợp kim bền cao và chịu nhiệt cao có hàm l-ợng crôm và
niken cao.
Các hợp kim chứa hơn 20% niken ng-ời ta không sử dụng vì độ nhạy
của chúng với tác động của môi tr-ờng. Nếu hàm l-ợng crôm và niken cao
thì độ bền oxi hoá tăng. Mặc dù vậy hàm l-ợng oxy trong lò không đ-ợc
v-ợt quá 2%.
Với môi tr-ờng khử oxy trong lò, xích phải chịu tác động mạnh của
Hiđrosunfita.
Sự quá nhiệt sẽ làm hỏng xích làm bằng bất cứ loại vật liệu nào. Độ
mòn của xích trong các lò quay ph-ơng pháp -ớt là 100-150g/T clinke.
Trong các lò dài ph-ơng pháp khô độ mòn xích là 80-120g/T clinke.
1.2.3. Các cơ cấu bên trong của lò quay theo ph-ơng pháp sản xuất -ớt.
Nguyễn Tiến Long

9

Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Trừ các hệ thống xích ra, ng-ời ta chia các cơ cấu trao đổi nhiệt bên
trong lò quay ph-ơng pháp -ớt thành cơ cấu gia nhiệt và sấy.
Các bộ gia nhiệt bùn đ-ợc lắp đặt tr-ợc zôn xích trong lò quay. Một
trong những bộ gia nhiệt đ-ợc sử dụng rộng rÃi do hÃng (S.Mít) thiết kế Lò
can xi hoá giới thiệu trong.
Hình chữ thập bằng thép 1 chia tiết diện ngang của lò thành 1 khoang
các khoang A từ phía bùn vào đ-ợc các thành thép ngăn kín. Đồng thời các
khoang B lại đ-ợc ngăn kín từ phía đối diện bùn vào qua các khoang B vào
dung tích bên trong chữ thập có các vật thể độn đầy. Trong thời gian lò
quay bùn đ-ợc nâng lên vào thùng chứa 2 nằm nhô bên trên vỏ lò sau nửa
vòng quay bùn chảy vào các khoang từ đó tiếp tục đi vào zôn xích của lò rồi
thoát ra với nhiệt độ thấp, khi lò nóng đi vào bộ gia nhiệt qua các khoang A
và qua ghi sàng 3 vào các khoang B, từ đó đi qua 1 đoạn ngắn của lò rồi
thoát ra với nhiệt độ thấp, khí nóng chuyển động thành dòng ng-ợc đi qua
bộ gia nhiệt và trực tiếp nung nóng bùn. Ngoài ra bùn còn đ-ợc các thành
nóng của các khoang nung nóng. Đồng thời cả khi tiếp xúc với các vật thể
độn đầy lò can xi hoá của h·ng (S.MÝt) gia nhiÖt cho bïn tõ 10  15 đến 55
650C là cơ cấu lắng bụi.
Bộ gia nhiệt cũng làm việc với nguyên lý nh- vậy, khác nhau là ở chỗ
tại đó tiết diện ngang của lò đ-ợc chia thành 6 khoang. Bộ gia nhiệt bùn
nh- vậy đ-ợc thiết kế ở Liên Xô(cũ)
Nh-ợc điểm của nó ở chỗ ghi sàng với thời gian làm việc th-ờng bị
tắc, để xử lý hiện t-ợng này cần phải thêm n-ớc vào bùn nhiều hơn 23%(232).
Một nguyên lý khác đ-ợc áp dụng trong kết cấu. ở đây cơ cấu xích
dùng để tăng c-ờng trao đổi nhiệt giữa khí nóng ở giữa lò và bùn. Các bộ
gia nhiệt nh- vậy nhiều tr-ờng hợp phải đ-ợc sử dụng trọng các lò quay của
Liên Xô sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt. Kích th-ớc 4,5 x 17m, đ-ờng kính
của bộ gia nhiệt 5,5m với chiều dài 2,35. Tổng chiều dài của xích bằng
160m, trọng l-ợng 2 tấn, diện tích bề mặt hữu ích của xích 31m2. Bộ gia

nhiệt bùn do Đông Đức sản xuất.
Bổ sung cho các hệ thống xích và ở phía sau chúng (nếu nhìn từ phía
cấp bùn) th-ờng đ-ợc lắp đặt các cơ cấu chuyên dụng để khử phần n-ớc
còn lại của bùn. Nguyên liệu đà đ-ợc gia nhiệt sấy và đồng thời nung nóng
vật liệu đà sấy khô.
Nguyễn Tiến Long

10


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Cơ cấu nh- vậy để sấy, còn gọi là cơ cấu trao đổi nhiệt kiểu ổ mạng
chia tiết diện ngang của lò thành 7 khoang nhằm đạt đ-ợc mức trao đổi
nhiệt tốt nhất giữa khí nóng và vật liệu .
Cơ cấu trao đổi nhiệt ô mạng Liên Xô(cũ) thiết kế và đ-ợc chế tạo
đầu tiên dùng cho lò quay 4,5 x 135m. Ph-ơng pháp -ớt, nó đ-ợc chế tạo từ
thép crôm niken chịu nhiệt (25% Cr và 6%Nj). Bộ trao đổi nhiệt kiểu ô
mạng lắp trong lò trên 2 đoạn dài 4,5m bề mặt của nó trong lò đ-ờng kính
5m bằng 380m2.
Các bộ trao đổi nhiệt kiểu ô mạng bằng thép cũng đ-ợc sử dụng
trong các lò quay loại dài ph-ơng pháp khô, chúng đắt hơn các cơ cấu
t-ơng tự b»ng gèm song nã l¹i cã søc cÈu thủ lùc nhỏ hơn.
Các cách của cơ cấu để sấy bùn do Liên Xô (cũ) thiết kế, tuỳ thuộc
vào chiều dài lỗ mạng ng-ời ta lắp 8-12 cánh nh- vậy. Đặc điểm của chúng
là nâng vật liệu lên để tăng mức khuấy trộn với khí nóng của lò và mức
truyền nhiệt từ thép nóng sang vật liệu. Ngoài ra còn tạo cho khí nóng của
lò đ-ờng chuyển động xoay làm tăng mức trao đổi nhiệt.
1.2.4. cơ cấu trao đổi nhiệt lắp ngoài dùng cho lò quay ph-ơng pháp -ớt.
Các thiết bị gia nhiệt và sấy bùn nguyên liệu nằm ngoài lò quay gồm:
Ví dụ: Các lò can xi hoá của hÃng Builen Miasơ , Braunsveysơ và

bộ cô đặc của hÃng Krupp Rey Khauzea (Tây Đức).
Bộ phận chính của lò can xi hoá lò tang quay phần hình trụ của
tang có ghi sàng với các khe hở nh- nhau tăng 50% dung tích chứa vật thể
độn đầy - quay đổi tần số 1,6 1,1 vòng/ phút tuỳ thuộc vào đ-ờng kính
tang đ-ợc bọc trong lớp vỏ cách nhiệt bằng các tấm thép, trên vỏ có láp cơ
cấu phân phối để điều đặn cáp bùn dọc chiều dài của tang.
Bùn nguyên liệu chứa 35-45% n-ớc, chảy từ cơ cấu phân phối qua
các khe ghi sàng đi vào tang, trong đó bùn phủ lên bề mặt nóng của các vật
thể nặng độ.
Nhờ tang quay chậm trên hình dạng của vô vàn các khe hở kẹp giữa
các vật thể độn biến đổi, dẫn đến làm tăng c-ờng quá trình trao đổi nhiệt
giữa bùn và khí nóng của lò. Sơ đồ chuyển động của bùn và khí nóng trong
tang quay (lò can xi hoá).
Nhiệt độ khí thải bằng gần 1250C. Nhờ sự ma sát qua lại của các vật
thể độn lớp bùn đ-a vào sấy đ-ợc tách ra và chuyển hoá thành dạng hạt, các
hạt thu đ-ợc đi qua khe hở của ghi sàng vào lò. Độ ẩm còn lại của hạt 1012%.
NguyÔn TiÕn Long

11


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Hiệu quả sử dụng lò can xi hoá tuỳ thuộc vào tính chất của nguyên
liệu. Bùn nguyên liệu phải có độ dẻo nhất định đẻ đảm bảo quá trình tạo
hạt. Tuỳ thuộc vào độ ẩm của bùn suất tiêu hao nhiệt năng khi (lò can xi
hoá). Cùng đồng thời làm việc với lò quay là 1250 1400 Kcal/Kg clinke.
Bảng I.2 Các kích th-ớc của (lò can xi hoá) dùng cho
ph-ơng pháp -ớt (hÃng Biulek Miagơ ) Braunsveygơ Tây Đức.
Đ-ờng
3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 4,9 4,5 4,5 4,5 4,5

kÝnh tang
(m)
ChiỊu dµi 4,5 4,8 2,4 2,5 3,1 2,5 3,1 3,4 3,6 3,6 3,6 4,0
tang (m)
Năng suất 450 175 200 250 309 300 320 402 480 500 600 1000
qui đổi ta T
clinke/ngày
Bộ cô đặc của hàng Krupp cũng làm việc theo nguyên lý t-ơng tự lò
can xi hoá và bộ cô đặc cũng có thể sử dụng nh- bộ gia nhiệt bột nguyên
liệu theo ph-ơng pháp khô, nh-ng tr-ớc khi nạp bột nguyên liệu khô vào đó
cần phải làm ẩm bằng cách thêm 42-44% n-ớc để về hạt.
Theo ph-ơng pháp sản xuất khô lò can xi hoá và bộ cô đặc làm giảm
mức tiêu hao nhiệt năng l-ợng xuống 1100 1200 Kcal/kgclinke. Tuy vậy
ở đây về cơ bản chúng bị các cơ cấu trao đổi nhiệt kiểu thể vẫn lấn át.
1.3. Các lò quay loại dài theo ph-ơng pháp sản xuất khô.
Các lò quay loại dài ph-ơng pháp khô đ-ợc sử dụng rộng rÃi ở Mỹ vì
nhu cầu tối thiểu về công nhân vận hành. Trong nhữn lò đó dài 140 10m,
ban đầu không sử dụng các cơ cấu trao đổi nhiệt bên trong do ®ã nhiƯt ®é
khÝ th¶i b»ng 700-7500C. Nh»m gi¶m nhiƯt ®é đó tr-ớc công đoạn thu bụi
ng-ời ta đà áp dụng ph-ơng pháp phun n-ớc tiếp sau để sử dụng nhiệt tốt
hơn trong các lò nh- vậy ng-ời ta bắt đầu lắp các cơ cấu xích, sau này là
các bộ gia nhiệt hình chữ thập bằng kim loại và các cơ cấu trao đổi nhiệt
bằng gốm.
1.3.1. Các cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm.
Các cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm đ-ợc sử dụng trong lò ở dạng các
đoạn dài 4-5m. Đúng ra thì ng-ời ta lắp 3 đoạn riêng biệt, đoạn nọ cách
đoạn kia 4-5 m các đoạn kề nhau đặt lệch nhau 600. Vật liệu cho các cơ cấu
trao đổi nhiệt là sa mốt chịu lửa, chứa 70-75% Al203.
Nguyễn TiÕn Long

12


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Trên giới thiệu cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm chịu tiết diện ngang lò
nung thành 3 khoang hình quạt. Kiểu cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm nhvậy gọi là cấu liên kết Đitse.
Cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm chia tiết diện ngang của lò thành 4
khoang vuông gọi là cầu liên kết Azbe.
Mục đích của những cơ cấu này là phân chia vật liệu và khí nóng
trong lò thành 3 hoặc 4 (Khoang) luồng để tăng c-ờng hơn mức tiếp xúc và
trao đổi nhiệt giữa khí nóng và vật liệu . ở đó còn xuất hiện quá trình trao
đổi nhiệt mạnh giữa vật liệu gốm với vật liệu nung, Nhờ quá trình đó rải
mạnh nên sự truyền nhiệt cđa c¸c líp vËt liƯu nãng sang líp vËt liƯu nguội
đạt hiệu quả hơn. Đảo trộn vật liệu không đèn trong lò có thể sẽ làm tăng
hàm l-ợng với tự do lên đến và hơn 2% và làm tăng mức khi nung clinke.
Sử dụng các cơ cấu gồm trong lò làm tăng năng suất lò quay lên 812% đồng thời giảm t-ơng đ-ơng suất tiêu hao nhiệt. Nhiệt độ khí thải
giảm xuống 80-100%0C. Các cơ cấy trao đổi nhiệt bằng gốm đ-ợc lắp ở
những chỗ nhiệt độ khí lò bằng 1200 10000C, bởi vì trong những khu
vực đỗ của lò nung th-ờng thấy độ chênh lệch nhiệt tối đa giữa khí nóng và
vật liệu đ-ơng nhiên chúng rất thích hợp để tăng c-ờng trao đổi nhiệt.
Tuy vậy, sử dụng các cơ cấu trao đổi nhiệt trong lò bằng gốm cũng
nh- bằng kim loại đều dẫn đến làm tăng sức cải thuỷ lực của lò và chi phí
điện năng cho bộ dẫn động quạt khói. Khi sản xuất phối hợp từ thạch cao
thu đ-ợc xi măng và axit sunfuric thì trong khÝ nãng cđa lß cã chøa S0 2.
nh- vËy không thể sử dụng cơ cấu trao đổi nhiệt bằng kim loại trong tr-ờng
hợp này cơ cấu trao đổi nhiệt bằng gốm đặc biệt thích hợp (232A)
Khi cải tạo các lò quay dài ph-ơng pháp -ớt sang ph-ơng pháp khô
có hệ thống xích nhiều tr-ờng hợp làm tăng sản l-ợng clinke lên 35-40%.
Đồng thời giảm suất tiêu hao nhiệt trung bình xuống 33%. Nhiệt độ khí thải
của các lò quay dài ph-ơng pháp khô có hệ thống xích bằng 380-4000C. Sử

dụng khí thải đó cho phép sấy sơ bộ vật liệu vào lò với độ ẩm tới 13%.
Nếu để gia nhiƯt, ®ång thêi cịng sư dơng giã nãng hót tõ máy lạnh
kiểu ghi thì cũng sấy đ-ợc hỗn hợp nguyên liệu với độ ẩm tới 45%. Điều đó
đ-ợc ứng dụng rộng rÃi ở Tây Âu nơi mà các lò quay ph-ơng pháp khô liên
kết với máy sấy hỗn hợp nguyên liệu. Nh- vậy tất nhiên là làm phức tạp
thêm quá trình vận hành. ở Mỹ thì ng-ợc lại, ng-ời ta tránh mức độ phức
tạp t-ơng tự khi mà sự hạn chế tiêu hao nhiên liệu. Cho tới đầu cuộc khủng
hoảng dàu mở ngày nay ch-a chặt chẽ nh- ở các n-íc kh¸c.
Ngun TiÕn Long

13


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
1.3.2. Cơ cấu và cách nâng bằng gốm.
Do sự nâng rải vật liệu nung luyện nhờ các cánh kim loại, gạch nâng
bằng gốm và các túi chứa liệu mà các hạt vật liệu rơi thẳng vào luồng khí
nóng trong lò làm tăng c-ờng thêm quá trình trao đổi nhiệt, quá trình ấy
còn đ-ờng thúc đẩy do chuyển động rồi mà khí nóng tạo ra.
ứng dụng gạch gở hoặc cách nặng trong các lò quay loại ngắn theo
ph-ơng pháp sản xuất khô có những -u điểm sau:
- Giảm nhiệt độ khí thải từ 600-5000C, tăng năng suất lò lên 12%
giảm 20% suất tiêu hao nhiệt năng nếu nh- các gở gạch nâng bằng gốm
th-ờng bị nứt vỡ thì các cánh nâng bằng kim loại đ-ợc ng-ời ta coi là giải
pháp kỹ thuật tốt nhất.
1.3.3. Cơ cấu trao đổi nhiệt kiểu 1 cấp.
Để làm giảm mức thoát bụi tức để giảm tải thiết bị khử bụi cũng nhđể tiết kiệm nhiệt năng các lò dài ph-ơng pháp khô th-ờng đ-ợc trang bị
các cơ cÊu trao ®ỉi nhiƯt thĨ vÉn (xiclon) mét cÊp gåm 2 xiclon trao đổi
nhiệt đấu song song.
1.3.4. các kích th-ớc và năng suất của lò quay.

Trong bảng I.3 sau, các kích th-ớc và năng suất lò quay loại dài
ph-ơng pháp sản xuất khô.
Đặc tính của các lò quay dài theo ph-ơng pháp sản xuất khô.
Dung tích
Năng suất
Năng suất lò
Kích th-ớc lò, m Tỉ lệ L/D trong của lò
riêng của lò
(T/ngày)
(m3)
T/m2 ngµy
4,25//3,05 x 149
1500
1000
0,666
38 :1
3,35/3,0 x 106
680
595
0,875
33 :1
6,3/5,5 x 178
3690
:500
0,677
30 :1
5,3/4,9 x 170
3120
1700
0,544

35 :1
5,3/4,4 x 168
2140
1500
0,614
35 :1
5,0/4,7 x 161
2377
1365
0,574
33 :1
4,4 x 140
1758
1200
0,682
32 :1
5,25/4,55 x 105
1980
1400
0,555
21 :1
Nh- bảng trên đà thấy cùng với mức tăng các kích th-ớc của lò năng
suất riêng của nó giảm xuống.
Khi thiết kế các lò nung t-ơng tự có năng suất từ 300 đến 800T/ ngày
ng-ời ta giữ các kích th-ớc nh- sau :
Nguyễn Tiến Long

14

Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội

Năng st T/ngµy
3000
4.000
5.000

KÝch th-íc, m
6 x 200
6,7 x 230
7,5 x 260

Dung tích lò, m3
6.650
8.100
11.400

Biểu cân bằng nhiệt rút gọn của lò quay dài ph-ơng pháp khó có cơ
cấu trao đổi nhiệt kiểu xiclon cấp 1 và thiết bị làm lạnh kiểu hu håi nhiƯt,
thĨ hiƯn nh- sau (Kcal/kg clinke.)
NhiƯt ®é khÝ thải 3700C chi phí nhiệt năng 879 Kcal/kg clinke.
Các lò quay dài ph-ơng pháp khô không có các cơ cấu trao đổi nhiệt
có nhiệt độ khí thải 700-7590C yêu cầu phải giảm nhiệt độ đó tr-ợc lọc bụi
điện xuống 2850C. yêu cầu đó có thể đáp ứng đ-ợc thông th-ờng nhờ thiết
bị làm nguội kiểu bay hơi hoặc hệ thống phun n-ớc.
1.4. Làm mát vỏ lò quay.
Kinh nghiệm thực tế của ngành công nghiệp xi măng Liên Xô (cũ) đÃ
cho thấy rằng làm mát vỏ lò quay bàng n-ớc trên đoạn zôn nung sẽ làm
tăng tuổi thọ cho lớp lọt chịu lửa lên 1,5-2 lần. Việc làm mát vỏ lò tăng
c-ờng khả năng tạo lớp cô la bảo vệ trên lớp lót của lò, điều đó đặc biệt

quan trong khi sử dụng hỗn hợp nguyên liệu có hàm l-ợng Si02ca0.
Nếu không làm mát vỏ lò thì trên lớp lót nóng xuất hiện lớp nóng
chảy pha loÃng clinke có độ nhớt thấp. Lớp này cản trở quá trình tạo cô ta
bảo vệ. Nếu làm mát vỏ lò thì nhiệt độ của lớp lót giảm xuống lớp pha
loÃng clinker có độ nhớt cao, tạo điều kiện thuận lợi cho qua trình hình
thành lớp cô ta.
Phần lớn các lò quay có hệ làm mát vỏ lò bằng n-ớc khi xây lót xôn
nung thay cho các loại gạch đắt hiếm có thể sử dụng gạch chịu lửa sa mốt.
Các lò quay đ-ờng kính 3,6m và lớp hơn để làm lớp lót cho chúng, sử
dụng gạch Cr Mr dày 203mm sau khi lắp đặt hệ làm mát vỏ bằng n-ớc
có thể xây lót bằng gạch dày 160mm. Một số tr-ờng hợp 120mm.
Hệ làm mát bằng n-ớc không làm mất thêm nhiệt qua vỏ lò trên đoạn
xon nung ng-ợc lại nh- đà xác định sự mất nhiệt giảm xuống do tính cách
nhiệt của lớp cô la tạo ra trên mặt lớp lót zôn nung.
Thiết bị làm mát bao gồm đ-ờng ống t-ới n-ớc đ-ờng kính 150mm.
Dọc suốt chiều dài mỗi ống có 2 hàng lỗ t-ới 4mm với đ-ờng cấp n-ớc
độc lập. Trên các đoạn đầu của ống dẫn, khoảng cách của các lỗ tăng lên
Nguyễn Tiến Long

15


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
cho phép thu đ-ợc đ-ờng cong nhiệt đều hơn, thêm vào đó còn có 3 đ-ờng
ống phun n-ớc để ránh làm mát đột ngột. Sau đó mở hệ thống t-ới còn khi
cần thiết thì đóng hệ phun n-ớc lại.
Thông th-ờng các vòi phun n-ớc đ-ợc bố trí cách vỏ lò 700mm. Để
phun tốt yêu cầu n-ớc phải lọc.
Chiếu dài khu vực làm mặt n-ớc bằng khoảng 6 đ-ờng kính lò tính từ
mép vòi phun. L-u l-ợng n-ớc để làm mát vỏ lò quay Liên Xô(cũ) 5 x

185m. Ph-ơng pháp sản xuất trót là 80m2/h nhà máy xi măng ở Liên
Xô(cũ).
Thiết bị trình bày trên thiết kế và áp dụng tại các nhà máy xi măng ở
Liên Xô(cũ) khả năng sử dụng ph-ơng pháp này trong tất cả các tr-ờng
hợp. Không loại trừ những nghi vấn vì làm mát bằng n-ớc có thể gây ra
hiệu quả xấu.
Để giảm nhiệt độ khí thải của lò quay với mục đích thiếp tục làm
sạch các khí thải đó (nói riền ở các phin lọc bằng vải). Để làm ẩm khí thải
của lò quay tr-ớc các phin lọc bụi điện và cũng nh- để làm mát nh- là khi
phân nhánh của các bộ trao đổi nhiệt thĨ nhiƠm ng-êi ta ¸p dơng biƯn ph¸p
phun Èm. ë thí dụ d-ới đây đà tính toán đ-ợc l-ợng n-ớc cần thiết để giảm
nhiệt độ khí lò.
Thí dụ: 20,5 lò quay dải ph-ơng pháp khô công suất 500T/ngày
(347kgclike/phut). Chi phí riêng nhiệt l-ợng là 1134 Kcal/kg clinke phân ra
trong điều kiện bình th-ờng là 578m3/ph khí thải. Tức là 1,66m3/ kg clinke.
KhÝ th¶i gåm 482 m3 (482.1,2928 = 623,1 kg) sản phẩm đốt cháy nhiên liệu
và 96m3 (96 x 1,9768 = 189,8 kg). KhÝ cacbonic sinh ra tõ nguyªn liƯu đ-ợc
đốt cháy. Trọng l-ợng khí thải là 812,9Kg/phút. Nhiệt độ khí thải là 4500C
và phải giảm xuống 2850C bằng cách phun ẩm để không làm hỏng vải của
phin lọc tay áo. Để tính toán ng-ời ta áp dụng công thức sau.
P (kg/phót khÝ th¶i)0,25 (t1 – t2) = Q (Kcal/phót)
Y=

Q
IIl2 IIt3

Lt Nhiệt độ khí thải từ lò quay; t2 nhiệt độ khí thải tr-ớc phun
lọc bụi (trong vÝ dơ = 2850C) t3- nhiƯt ®é n-íc 450C.
Iit3 – Dung tích nhiệt riêng của n-ớc ở nhiệt độ t2 Ht3 cũng vậy ở
nhiệt độ t3 y tiêu hao n-ớc để phun ẩm kg/phút. Sau khi thế vào ta cã:

812,9 . 0,25 (450 - 285) = 33,532 Kcal/kg phót
Y=

33,532
 42,3 kg phót n-íc
808.15

Ngun TiÕn Long

16


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Chi phÝ tr-íc khi phun n-íc
578.

2.3  450
 1526m3 /phót ë 4500C
273

Chi phÝ khi sau khi phun n-íc
578 + 42,3 . 1,21 = 630

273  285
 1285m3 / phót ë 2850C.
273

S¬ đồ thiết bị phun n-ớc để làm giảm nhiệt độ khí thải của lò quay.
Thiết bị phun n-ớc (hÃng Phunlep) Katasôcua và Mỹ
N-ớc lít/phút

áp lực không khí tối đa, kgC/cm2
áp lực tối đa trong vôi, kgC/cm2
Công suất máy nén khí kW

0-132
4,9

0-265
8,6

0-400
15,4

0-605
15,4

2,8
11,2

2,8
18,6

2,8
37,2

3,5
37,2

Các thiết bị làm mát khi thải bằng n-ớc đ-ợc sử dụng rộng rÃi ở Mỹ,
nơi tr-ớc đây không làm giả nhiên liệu không đặt lắp. ở Châu Âu ng-ời ta

rất muốn sử dụng nhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu. Đấu các tang sấy
hoặc thiết bị đề nghiền kèm tho sấy tạo ra làm mặt bằng n-ớc là không cần
thiết.
1.5. Lò quay Lêphôn
Việc sáng chế ro lò quay Lêphôn năm 1928 là một thành tựu đáng
kể trong việc thiết kế sản xuất theo ph-ơng pháp khô xuất phát từ việc tiết
kiệm nhiên liệu (nhiệt). Thuật ngữ Lê phôn là ghép các từ đầu tiên của
ng-ời sáng chế ôtô lealép và tên gọi của hÃng POLID hÃng này mua bằng
sáng chế và chế tạo ra thiết bị. Việc làm giảm đ-ợc chi phí nhiên liệu hơn
50% dẫn đến chỗ là tr-ớc chiến tranh thế giới thứ 2 trong sản xuất đà có
gần 120 loại thiết bị t-ơng tự có công suất tới 600T/ ngày mà chi phí nhiệt
cho tới gần 1000Kcal/ kg clinke.
ở ph-ơng pháp này tr-ớc lò quay ngắn ng-ời ta lắp đặt sàng ghi di
động. Sàng này đ-ợc phủ 1 lớp hạt từ hỗn hợp liệu dày 12-20cm. Nh- vậy
khí thải của lò quay có nhiệt độ gần 1000C đi qua sàng đó. Sau khi đi qua
nguyên liệu thì nhiệt độ khí giảm xuống tới 1000C. Nhờ hoạt động đó của
lớp hạt trong khí thải thì số l-ợng bụi không đáng lể nằm lại. Nh- thế nhiệt
độ có hơi n-ớc sẽ làm khí thải đ-ợc chuẩn bị để làm lắng bụi trong các
phun lọc bụi ®iƯn.
Ngun TiÕn Long

17


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Đối với lỗ thoát khí đơn khí thải có nhiệt độ gần 100 0C đi xuyên qua
lớp hạt từ phía trên xuống d-ới và sau đó bụi hút vào các thiết bị khử bụi.
Khí sạch đ-ợc đ-a vào ngăn sấy để phóng ngừa hạt bị nứt ra đo áp lực hơi
bên trong vào.
Song điều đó làm tăng hao phí nhiệt l-ợng và số l-ợng khí thải. Vì

vậy tiếp theo không cần cấp khí sạch ph-ơng pháp tốt nhất là khí thải ở
ngăn một của sàng ghi qua lớp hạt lần thứ nhất và sau đó sẽ diễn ta khử bụi
trong nhóm các xiclon tiếp theo ở nhiệt độ 4000C h-ớng đó ngăn hai (ngắn
sấy),ở đó lần thứ 2 đi qua lớp hạt. Số l-ợng khí thải trong tr-ờng hợp này sẽ
giảm đi đáng kể.
Khử bụi trung gian khí thải cho phép giảm hàm l-ợng hợp chất kiềm
trong xi măng do khử đ-ợc các phần tử kiềm ở vùng ngừng động các hợp
kiềm từ dòng khí. Nh-ng phần tử này bị loại trừ các lần tuần hoàn tiếp theo.
Nếu nh- cần thiết phải giảm hàm l-ợng kiềm trong xi măng thì ở đầu
lò quay phía trên các ghi ng-ời ta lắp thêm buồng nhánh, một phần khí thải
do đó đ-ợc hút ra và đ-ợc làm lạnh bằng cách cho thêm khí sạch vào. Còn ở
phin lọc bụi điện khí đ-ợc làm sạch sẽ cấp vào ngăn sấy của sàng
Lêphôn .
Sơ đồ công nghệ của lò Lê phôn có cấn phân nhánh công suất với
3300T ngày và liệu đ-ợc điều chế theo ph-ơng pháp -ớt. Ph-ơng pháp này
đ-ợc lựa chọn vì có độ ẩm thực tế cao và hàm l-ợng clo và kiều trong
nguyên liệu cao. Đá phấn (độ ẩm tự nhiên 22-23%).đ-ợc nghiền cùng với
bùn sét, hỗn hợp liệu sẽ đi qua sàng và đ-ợc pha chế đồng nhất và cấp vào
kho sau đó bùn đ-ợc pha thêm đá vôi đang n-ớc đặc (độ ẩm 40%) và sau
đó đi qua 1 loạt phin lọc. ậ đó hàm l-ợng độ ẩm đ-ợc giảm xuống tới
21,5% và đ-a lên xilô chứa. Từ đó nhờ các vít tải sẽ khử và tạo hạt trong
máy nghiền và dùng băng tải đ-a xuống sàng ghi Lêphôn.
Khi đ-ợc hút ra từ ngăn sấy, sau khi khử bụi ở các xilô đ-ợc thổi vào
ngăn dùng để sấy sơ bộ đặt tr-ớc ngăn sấy. Không khí hút của máy lạnh
clinke đ-ợc đ-a vào ngăn sấy sơ bộ số l-ợng gần 1m 3 /kg clinke nhiệt độ
khí ở đầu vào ngăn sấy là 2960C.
Khi nhánh đ-ợc hút từ ngăn nóng, đ-ợc làm lạnh sau khi pha trộn với
không khí tíi 4200C. Sau khi khư bơi trong phin läc bơi điện khi đó sẽ đi
vào ngăn sấy sơ bộ.
Những -u ®iĨm kh«ng mÊt chi phÝ cho viƯc khư bơi khi hút máy lạnh

giảm hao phí nhiệt l-ợng có không khí hút máy lạnh và khi phân nhánh.
Nguyễn Tiến Long

18


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Sàng ghi Lêphôn có kích th-ớc 5,6 = 617m, lò quay 5,6 x 90m,
máy lạnh kiểu thu hồi nhiệt 3,3 x 31,3m.
Lò quay Lêphôn đ-ợc ghép ứng dụng trong các tr-ờng hợp khi
nguyên liệu có thành phần hoá học đặc biệt. Thí dụ tập trung cao các hợp
chất kiềm, hoặc tính chất của nguyên liệu không cho phép sản xuất bột
nguyên liệu khô -u điểm của lò quay Lê phôn là tính chất vạn năng của nó.
Lò có thể áp dụng để nung đá núi đà đ-ợc đập nhỏ. Thí dụ đá vôi hay
đôlômít quặng sắt và niken.
1.6. So sánh ph-ơng pháp sản xuất khô và -ớt.
Ưu thế chính của ph-ơng pháp sản xuát khô so với -ớt là suất tiêu
hao nhiên liệu nung luyện clinker thấp.
Nếu để thiết kế mới, cần thiết phải lựa chọn ph-ơng pháp sản xuất thì
cũng phải nên nhớ rằng không có 1 nguyên tắc chung nào cho sự lựa chọn
đó bởi vì không có ph-ơng pháp thống nhất, đánh giá só sánh hiệu quả của
cả 2 ph-ơng pháp sản xuất. Đ-ờng nhiên không thể đơn trị ấn định tính -u
việt của 1 trong 2 ph-ơng pháp.
Các chuyên gia Liên Xô (cũ) đà xây dựng một công thức cho thấy
trong tr-ờng hợp nào thì sản xuất theo ph-ơng pháp khô hoặc -ớt có lợi hơn
về mặt kinh tế.
Những hệ số đ-ợc đ-a vào công thức này đ-ợc dựa vào giá qui định
trong nền kinh tế kế hoạch xà hội chủ nghĩa và không thể áp dụng đ-ợc
trong nền kinh tế t- bản.
Tr-ớc kia ng-ời ta còn giữ ý kiến cho rằng clinker sản xuất theo

ph-ơng pháp -ớt có chất l-ợng tốt hơn và đồng nhất nhờ quá trình đồng
nhất hoá các thành phần cấu tử nguyên liệu ở dạng bùn.
Hiện nay trình độ cao hoàn chỉnh các thiết bị đồng nhất hoá nguyên
liệu kiểu khí nén ép và các ph-ơng pháp chuẩn bị đang cho phép sản xuất
bột nguyên liệu cũng có độ đồng nhất nh- bùn nguyên liệu vì vậy mà cũng
không có sự khác nhau nào về chất l-ợng clinker.
Song những chuyên viên Liên Xô (cũ) khẳng định rằng trong còn sấy
của lò quay sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt ngoài quá trình lý học bay hơi
n-ớc. Đồng thời còn xẩy ra quá trình làm suy giảm liên kết trong mạng tinh
thể.
Nhờ vậy mà quá trình tạo clinker đ-ợc đẩy nhanh trong nung luyện
tiếp theo, ng-ời ta cho rằng vì nguyên nhân ấy mà trong nhiều tr-ờng hợp
xi măng sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt có chất l-ợng tốt hơn.
Nguyễn Tiến Long

19


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Định l-ợng các thành phần cấu tử hỗn hợp nguyên liệu khô theo
thành phần yêu cầu đơn giản hơn nhiều so với các cấu tử ẩm -ớt hoặc dẻo
(197). Rõ rằng rằng nghiền -ớt liên quan đến các phí tổn thấp hơn nhiều.
Để nghiền cùng 1 loại vật liệu tới cùng độ mịn nh- nhau, ph-ơng pháp khô
phải cần nhiều năng l-ợng hơn ph-ơng pháp -ớt 30%. Tuy vậy tính -u việt
đó đ-ợc cân bằng vì mức độ màn tăng lót và bi đạn của ph-ơng pháp khô
chỉ bằng 30-40%, mức độ mòn của ph-ơng pháp nghiền -ớt. Vì vậy mức độ
mòn thép cao hơn của ph-ơng pháp nghiền -ớt đ-ợc bù bằng mức tiêu hao
năng l-ợng cao hơn của ph-ơng pháp nghiền khô.
Đối với nhà máy xi măng sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt cần dung
tích chứa bùn ít hơn khoảng 20% dung tích chứa bột nguyên liệu ở nhà máy

sản xuất theo ph-ơng pháp khô có cùng công suất.
Thông th-ờng chi phí nhiệt của ph-ơng pháp sản xuát -ớt là
1300Lcal/kg clinker, còn ph-ơng pháp khô - trong lò có cơ cấu trao đổi
nhiệt gần 800Kcal/kg clinker. Nh- vậy ta có sự chênh lệch là 500Kcal/ kg
có lợi của ph-ơng pháp khô, nếu giá trung bình của 252 000 Kcal (28m3 khí
đốt thiên nhiên) là 35 xu Mỹ (cent) và sản l-ợng năm bằng 643 000 T
clinker thì theo ph-ơng pháp khô ta tiết kiệm đ-ợc.
643.10kg.500Kcal
x35 117000 đô la
252000

Khối l-ợng khí lò thải trên 1T clinke trong ph-ơng pháp khô bằng:
800Kcal / 1000Kg
89m3 khí đốt thiên nhiên .12= 168m3 sản phẩm cháy
900

Nếu thêm vào sản phẩm cháy 283m3 điôxít cacbon (C02) từ bột
nguyên liệu thì ta có tất cả 135m3/T. Khối l-ợng khi thải theo ph-ơng pháp
-ớt
300Kcal.1000Kg
144m3 khí đốt TN.12 = 1733m3 chất cháy.
9000

Cộng thêm 283m3 điôxít các bon (C02) từ hỗn hợp nguyên liệu và
cộng thêm 844 kg n-ớc từ bùn, tức là :
844.22,1
1050m3 hơi n-ớc.
18

Tổng khối l-ợng khí thải của lò = 3066m3 hoặc nhiều hơn ph-ơng

pháp khô.
3066 1351 = 1715 m3/tấn
Để thu đ-ợc 2000T clinker / ngày theo ph-ơng pháp sản xuất nguyên
liệu khô cần phải chế biến 2000.1,6 = 3200T/ ngày bét nguyªn liƯu, theo
Ngun TiÕn Long

20


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
ph-ơng pháp sản xuất -ớt để thu đ-ợc cũng số l-ợng clinke nh- vậy, khối
l-ợng nguyên liệu nhiều hơn 2000.0,811 = 1760T/ngày chính vì vậy mà chi
phí năng l-ợng điện tăng lên
Lò nung kiểu mới theo ph-ơng pháp -ớt đ-ợc thiết kế có tính toán
đều tính chất nguyên liệu là tổ hợp thiết bị lớn có đ-ờng kính gần 5m và
chiều dài 160-200m, những lò loại này đ-ợc trang bị hệ thông xích lớn giá
trị gần 100 ngàn đô la Mỹ, những hệ thống nh- vậy đòi hỏi phải sử dụng
thận trọng, đặc biệt là khi dừng lò và cắt điện.
Lò nung theo ph-ơng pháp khô làm việc kèm thiết bị gia nhiệt bột
nguyên liệu, với năng suất cao có kích th-ớc 4 x 60 hoặc 5 x 80m, nhìn
chung nếu năng suất nh- nhau thì giá thành của lò quay ngắn sản xuất theo
ph-ơng pháp khô có cơ cấu trao đổi nhiệt gần bằng giá thành lò quay dài
theo ph-ơng pháp -ớt có hệ thống xích.
Hiện nay ph-ơng pháp sản xuất khô đang đ-ợc coi là ph-ơng pháp
tiết kiệm hon cả, thế nh-ng nếu có đá phấn và đất sét dẻo với độ ẩm tự
nhiên 15-20% dễ nghiền trong máy nhào trộn và không đòi hỏi chi phí lớn
về nghiền thì có thể áp dụng theo ph-ơng pháp -ớt.
ở Mỹ 39% tổng số xi măng sản xuất theo ph-ơng pháp khô, ở Nhật
65%, Tây Đức 92% (1976). Số l-ợng các nhà máy xi măng sản xuất theo
ph-ơng pháp khô đang tăng lên. Từ năm 1952 đến năm 1977 số l-ợng các

dây chuyền công nghệ sản xuất -ớt ở Tây Đức đà giảm đi 18%. Liên
Xô(cũ) nơi có truyền thống sản xuất theo ph-ơng pháp -ớt (88% sản l-ợng
năm 1975) vừa qua cũng đà thông qua ch-ơng trình dài hạn chuyển công
nghiệp sản xuất -ớt sang ph-ơng pháp khô.

Nguyễn Tiến Long

21


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
Ch-ơng II: Thuyết minh ph-ơng án công nghệ
2. Chỉ tiêu kỹ thuật
STT Nội dung
1

Qui mô sản xuất

2

Công suất clinker

Công suất xi măng

Đơn vị

Số l-ợng

T/ngày

700

T/năm

210.000

T/năm

250.00

3

Ph-ơng án sản phẩm

4

Xi măng bao PCB40

T/năm

250.000

5

Nhân công

Ng-ời

200

6

Công nhân sản xuất

Ng-ời

170

7

Ng-ời phục vụ quản lí

Ng-ời

30

8

Chỉ tiêu tiêu hao đơn vị sản
phẩm

9

Tiêu hao nhiệt của công
đoạn nungclinker

Kcal/kg-clinker

880

10

Tiêu hao liệu trên tấn
clinker(lí thuyết)

Kcal/kg-clinker

1.5266

11

Tiêu hao liệu trên tấn
clinker(thực tế)

Kcal/kg-clinker

1.5420

12

Tiêu hao điện tổng hợp trên
tấn xi măng

Kw.h/t-cement

120

13

Chỉ tiêu bảo vệ môi tr-ờng

14

Tiêu chuẩn bụi thải

15

Lọc bụi tĩnh điện đuôi lò

mg/Nm

80

16

Các điểm thải khác

50

17

Vị trí bụi lên

20

18

Tận dụng n-ớc tuần hoàn

96%

Nguyễn Tiến Long

Ghi chó

22


Khoa Cơ khí - Tr-ờng ĐH Bách khoa Hà Nội
19

Khống chế tiếng ồn của
máy nghiền

dB

85

2.1. Qui mô sản xuất, ph-ơng án sản xuất và sản phẩm
2.1.1. Qui mô sản suất
- Công suất clinker 700 tấn/ngày
- Công suất clinker 210.000 tấn /năm
- Công suất xi măng 250.000 tấn/ năm
2.1.2. Ph-ơng án sản suất
Sử dụng dây chuyền xi măng lò quay ph-ơng pháp khô liểu mới công
suất 700 tấn/ngày.
2.1.3. sản phẩm
- Xi măng bao PCB40:250.00tấn/năm
- Chất l-ợng clinker t-ơng đ-ơng PC50 (TCVN2682- 1992)
- Chất l-ợng xi măng PCB40(TCVN6260- 1997)

2.2. Nguyên liệu và nhiên liệu
2.2.1. Yêu cầu nhiên liệu.
Tên

Độ ẩm CaO

Đá Vôi

<2%

Đất sét

<15%

Bột sắt

<15%

>48%

K2O+
Na2O

SO3

<2.5
%

<1%

<1%

<0.015%

<3%

<1%

<2%

<0.015%

MgO

CL-

Vật
liệu SM
cứng

Fe2O

IM

3

<4%
2.73.5

1.53.5

>40
%

Sau khi phối liệu, phải đáp ứng yêu cầu sau:
NguyÔn TiÕn Long

23