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 tốn q 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

Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Mục Lục
Contents

GVHD: Lê Minh Sơn

2


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

Mục lục hình:

Mục lục bảng
Bảng 1.1 Diễn biến q 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


Q 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%).Ngồi ra có thể có phụ gia cơng 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 khơng vượt q 20%. Ngồi ra có thể cịn 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 , khống chính là các
khống 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


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

nhất. Bột phối liệu khơ có mức đồng nhất đạt u cầu được bơm khí nén chuyển
vào lị nung. Do phối liệu khơ, lị 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 lị có thể qua tháp làm nguội, vào thiết bị lọc
bụi tĩnh điện, rồi thải ra ngồi theo ống khói. Một phần khói lị 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 khơ lị quay trong sản xuất xi măng :

Hình 1.2 Lị quay phương pháp khơ
1.3.1.Phương pháp khơ với thiết bị lị quay
− Nhằm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt ở mức cao nhất trong lị quay nung Clinker
XMP.
− Các q trình biến đổi hóa lý của phối liệu khơ ( 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


Q 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 lị quay phương pháp khơ
Lị quay được chia làm 3 khu vực chính:
• Phần đầu lị: tạo khống C2S, C3A, C4AF
• Phần giữa lị : tạo khống C3S
• Phần cuối lị : làm nguội .
1.3.3. Qúa trình hóa lý khi nung luyện
Bảng 1.1 Diễn biến q 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 vơi ,tạo
khống CS , CA

800 ÷ 13000 C

Tạo khống C2S, C3A,
C4AF

1250 ÷ 14500C

Tạo khống 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 q 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


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

vào lị quay . Vật liệu Canxi hóa tới 90-95% trước khi vào lị. Có một lượng nhỏ
khống đã tạo ra trong calciner và cyclone tầng 5 . Tại Calciner , 80% đá vơi
được phân hủy ,sau đó bột liệu phân hủy nốt trong lị và xảy ra q trình tạo
khống .
1.4. Q trình cháy của nhiên liệu than
1.4.1. Mục đích
− Mục đích tính q trình cháy nhiên liệu là xác định lượng nhiệt trị, lượng khơng
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 lị khơng thể hoạt động được. Cũng có trường hợp nhiên liệu có
nhiệt trị cao nhưng lị lại u cầu nhiệt độ q cao 1700-1800 thì lị cũng khó đạt
đến nhiệt độ yêu cầu. Vì vậy nếu nhiệt độ cháy của nhiên liệu khơng đạt được
nhiệt độ nung của lị, thì ta phải xác định nhiệt độ cần thiết phải nung nóng sơ bộ
khơng 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 khơng khí hoặc nhiên liệu khí đó.
− Lượng khơng 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, khơng khí mang vào và nhiệt của các sản phẩm cháy tạo thành.
− Khi tính tốn cần phân biệt sản phẩm cháy và khói lị. Thơng thường khi tính tốn
thì sản phẩm cháy là những khí tạo ra do q 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 khơng khí dư nhỏ nhất có
thể có. Hệ số này tùy thuộc vào từng loại lị và nhiệt độ cần có. Khói lị có lưu
lượng lớn hơn nhiều so với sản phẩm cháy torng khu vực của lị. Có hai ngun
nhân làm lưu lượng khói lị tăng lên đó là khơng khí lọt vào lị và khí và O sản
sinh từ vật liệu nung.
− Nhằm đạt nhiệt độ cao trong vùng nung ta dùng hệ số khơng khí dư nhỏ. Khi khí
thốt ra khỏi lị nung có nhiệt độ rất cao nên ta phải tìm cách hạ nhiệt bằng cách
pha thêm khơng khí lạnh vào. Như vậy hệ số khơng khí dư của khói lị sẽ tăng lên
rất nhiều so với u 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 khơng khí sẽ lọt vào lị và làm tăng hệ số khơng khí dư.
− Vật liệu nung như gốm sứ được nung nóng và sẽ phân hủy khống sét cũng như
bay hơi do độ ẩm nên trong khói lị thải ra khơng khí có kèm theo những hơi nước
này. Khi nấu thủy tinh từ phối liệu soda thì khói lị cịn có thêm phân hủy từ soda
và độ ẩm của phối liệu. Khi nung clinker xi măng thì ngồi độ ẩm của phối liệu
cịn có do phân hủy từ đá vơi. 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


Q 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 tốn
− Q trình cháy trong tính tốn khơng phụ thuộc vào lượng nhiên liệu dùng vì
lượng khơng 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
tốn 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
tồn bộ hàm nhiệt của khói lị. Nhiệt độ này cũng khơng 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 tốn 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
khơng khí dư cho phù hợp để cháy nhiên liệu. Nhiệt độ thực tế hay nhiệt độ tác
dụng của khói lị phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau và rất khó tính tốn.
− Khi tính tốn q 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 tốn hoặc
viết tay trong các cơng thức.
− Nhiệm vụ đầu tiên khi tính tốn q 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 cơng
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 cơng 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


Q 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 ơ tơ 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 vơ cơ, ngồi 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 khơng ổn định so với nhiên liệu dạng
lỏng và khí.
− Tro và ẩm trong nhiên liệu hồn tồn khơng tham gia vào q trình cháy. Tuy
nhiên, cần chú ý lượng ẩm bay hơi chỉ có tác dụng vật lí, cịn 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 lị điện trở, nhằm
GVHD: Lê Minh Sơn

9


Q 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...khơng 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 vơi (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 khống của các ngun 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 vơi
− Đá vơi là loại một loại đá trầm tích, về thành phần hóa học chủ yếu là khống vật
canxit và anragonit (các dạng kết tinh khác nhau của cacbonat can xi CaCO3).
− Đá vơi 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
trị 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 thơ 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 vơi có hàm lượng CaCO3: 96-100%
• Đá vơi lẫn đất có hàm lượng CaCO3: 90-96%
• Đá vơi lẫn nhiều đất có hàm lượng CaCO3: 75-90%
GVHD: Lê Minh Sơn

10


Q 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 vơi- 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

− u 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 trị 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 lị cao
• Phụ gia đầy: bột đá vôi, bột đá.

GVHD: Lê Minh Sơn

11


Q 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
q 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 cịn 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 ni trồng thuỷ sản;
• Làm chất phụ gia thuỷ lực cho ximăng;
• Làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu cách nhiệt,...
4. Tính q trình cháy nhiên liệu
− Độ ẩm làm việc W = 1% , hệ số khơng khí dư = 1,15. Nhiệt độ khơng khí 2 (gió
2 của lị quay là 70% lượng khơng khí cần để cháy than) bằng 400C . Lượng
khơng 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


Q 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 khơng khí khơ lý thuyết:
= (1,62 - 2,15)
= 7,316 (/kg)
Khi (hệ số khơng khí d của lị) :
+ Lượng khơng khí ẩm:
(/kg)
hàm ẩm của khơng khí d = 16 ÷ 20 (g/kgKKK). Cho d = 16 g/kgKKK)
+ Lượng khơng khí thực tế để cháy nhiên liệu:
Khơng khí khơ: (/kg)
Khơng khí ẩm: = ( = (1+0,0016.16).8,4134 = 8,6288 (/kg)
+ Lượng hơi nước khơng khí mang vào :
= 8,6288 – 8,4134 = 0,2154 (/kg)
+Thể tích của sản phẩm cháy:
(/kg)
GVHD: Lê Minh Sơn

13


Q 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
Khơng 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 khơng khí 2 (gió 2 của lị quay là 70% lượng khơng khí cần để
cháy than) bằng 400C . Lượng khơng khí 1(theo vịi đốt hay ống phun than)
GVHD: Lê Minh Sơn

14


Q 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 khơng 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 hịa vơi 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 hịa vơi 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


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ Mơ đun nhơm
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 khống của
clinker sau nung, vừa đảm bảo lượng pha lỏng phù hợp cho việc tạo khống 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 ngun liệu chính 100%
C

M

R

SO3

CK

∑

Ngun liệu

S

A

F

MKN

Đá vơi

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 vơi

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 vơi và đất sét đều nằm ngồi giới hạn của
các mơ đun đối với lị quay phương pháp khơ.
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


Q 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 ngun liệu khơ 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 =

100
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


Q 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 vơi , đất sét, quặng sắt, diatomit trong
clinker. Ngồi 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


Q 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%
Aik .x1 + A2k .x2 + A3k .x3 + A4k .x4 + Atro .xtro
A =
100
k

=

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

= 5,3286%
Fi k .x1 + F2k .x2 + F3k .x3 + F4k .x4 + Ftro .xtro
F =
100
k

=

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

=3,3943%
Cik .x1 + C2k .x2 + C3k .x3 + C4k .x4 + Ctro .xtro
C =
100
k

GVHD: Lê Minh Sơn

19


Q trình và thiết bị silicate 2

=

Nhóm 2

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

=66,2401%
Mk =

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

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 =

=

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 =

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

Sk

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

5.5.3. Tính kiểm tra thành phần khống 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%
GVHD: Lê Minh Sơn

20


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

C4AF = 3,04.Fk = 3,04.3,3943 = 10,3187%
Tổng 4 khống chính = 63,047 + 15,045 + 8,350 + 10,3187 = 96,7607%
5.5.4. Hàm lượng pha lỏng nóng chảy:
+ Tính theo thành phần khống:
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 ngun liệu trong phối liệu
+ Đá vơi:
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

GVHD: Lê Minh Sơn

21


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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
100
0,82.81, 239 + 17,18.12, 643 + 4, 03.1,553 + 7.4,565
=
= 3, 220%
100
A0 =

F10 . X 1 + F20 . X 2 + F30 . X 3 + F40 . X 4
F =

100
0, 44.81, 239 + 5, 67.12, 643 + 65, 26.1,553 + 2,14.4, 565
=
= 2,186%
100
0

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
M =
100
0, 49.81, 239 + 0,85.12, 643
=
= 0,506%
100
0

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
S =
100
0, 01.81, 239 + 1,11.12, 643
=
= 0,148%
100
0

GVHD: Lê Minh Sơn

22


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

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 tốn 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 q trình nung
luyện khó khan hơn
− Bài phối liệu có đưa tro than vào nhưng số phương trình khơng 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 q trình tạo khống 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 = K 2 O =

R k 0,4392
=
= 0,2196%.
2

2

Suy ra K = K 2 O + 1,52.Na2 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 )

GVHD: Lê Minh Sơn

23


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

− 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

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 tồn 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

GVHD: Lê Minh Sơn

24


Q trình và thiết bị silicate 2

Nhóm 2

+ 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

+ Tiêu hao đất sét :
Bb2 =

AC2 .100
0,195.100
=
= 0,217(kg / kgCL)
100 − W2
100 − 10

+ Tiêu hao quặng sắt:
AC3 .100 0,024.100
B =
=
= 0,025(kg / kgCL)
100 − W3
100 − 4
3
b

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

GVHD: Lê Minh Sơn

25