1. Cơ sở khoa học để nghiên cứu, lựa chọn thiết bị trong hệ thống lò nung clinker
Đối với công nghệ sản xuất xi măng nói chung, các nguồn nhiên liệu rắn và lỏng vẫn là nguồn cung cấp nhiệt chính trong tương lai.
Mặc dù các giải pháp về thay thế chủng loại nhiên liệu như sử dụng các loại nhiên liệu như sử dụng các loại phế thải làm nhiên liệu trong sản xuất xi măng đã bắt đầu được đầu tư nghiên cứu ở Việt Nam, nhưng hiện tại trong sản xuất xi măng nhiên liệu chính đang được sử dụng chủ yếu là than antraxit có hàm lượng chất bốc thấp, khả năng bắt cháy kém. Kết quả nghiên cứu nhiệt độ bắt lửa của các mẫu than Antraxit của Việt Nam đang được sử dụng làm nhiên liệu trong công nghiệp xi măng được thể hiện trong giản đồ phân tích DTG.
Vì vậy cần có tính toán lựa chọn công nghệ đốt - nhiên liệu mới có khả năng tận dụng nguồn nhiên liệu có sẵn, giảm chi phí vận hành giảm chi phí năng lượng, giảm NOx trong khí thải....
Hệ lò quay nung clinker theo phương pháp khô có hệ thống tháp xyclon trao đổi nhiệt 5 tầng và lò phân giải kiểu SLC - D Separate Line Calciner - Downdraft có đường buồng phân huỷ tách rời kéo xuống dưới tương tự hệ thống N - MFC của Mitsubishi. Hệ thống này có buồng đốt riêng biệt và với một đường khí sạch đi vào, phù hợp với nhiên liệu là chất bốc tháp là than antraxit và than cốc. Việc đốt cháy trong lò phân giải có buồng phân huỷ có thể kiểm tra độc lập của phối liệu trong buồng phân huỷ cấp vào lò quay.
Đặc diểm của hệ thống lò nung clinker sử dụng lò phân giải kiểu SLC - D
Thích hợp cho nhiên liệu khó cháy như than antraxit, cốc dầu lửa... Lớp tầng sôi của phối liệu và than được hình thành ở đáy của calciner. Trong lớp này, phối liệu và than bị phân tán và trộn đều được lưu lại khoảng 60giây. Bằng cách này, buồng phân huỷ có thể đốt cháy hoàn toàn than antraxit có độ cháy kém, nhiệt độ tương đối thấp khoảng 850-870oC. Do thời gian lưu của than dài hơn bất kỳ một loại buồng phân huỷ nào khác nên không yêu cầu nâng cao nhiệt độ cháy hoặc nâng cao độ nghiền mịn của bột than để đốt cháy hoàn toàn.
Khí nóng sạch được sử dụng như khí thứ cấp để đốt cháy nhiên liệu. Khí từ lò quay không cấp vào calciner. Không khí nóng sạch được thu hồi từ máy làm nguội clinker được dẫn tới calciner như nguồn không khí thứ cấp để trộn đồng nhất với phối liệu và than. Nhờ đó tốc độ cháy của than tăng lên rõ rệt trong không khí giàu O2, cho nên than có thể cháy hoàn toàn ở nhiệt độ khoảng nhiệt độ tương đối thấp, ngọn lửa phun không định hình trong calciner. Với đặc điểm nêu trên có thể duy trì bên trong calciner sự phân bố nhiệt đồng đều, kết quả là các sự cố bám dính, cháy cục bộ có thể được loại trừ và thời gian phục vụ của lớp lót chịu lửa được kéo dài.
Vì vậy, calciner hoàn toàn thích hợp để vận hành liên tục, ổn định dài ngày hệ thống lò - buồng phân huỷ. Hệ thống này đốt hoàn toàn 100% than antraxit mà không phải bổ sung bất cứ loại nhiên liệu nào khác như dầu diezen, dầu nặng... đạt cồng suất thiết kế với chi phí vận hành giảm tới mức tối thiểu.
Phối liệu từ calciner đã phân huỷ xấo xỉ 90% CaCO3 được cấp vào lò quay để nung clinker. Năng suất riêng của lò là 125kg clinker/m3.h, đảm bảo vận hành, lò bền lâu cũng như ổn định zôn nung trong lò quay.
Tốc độ lớn nhất của lò được thiết kế sao cho thời gian lưu của phối liệu vào khoảng 20 phút, đủ cho phối liệu hoàn thiện phần phản ứng tạo clinker trong lò.
2. Lựa chọn kích thước lò quay
Hiện tại hệ thống lò quay nung clinker theo phương pháp khô có hệ thống tháp xyclon trao đổi nhiệt 5 tầng và lò phân giải calciner có công suất thiết kế 1000 tấn clinker/ngày của nước ngoài có các quy cách sau:
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.2669.292' /> |
| |
Trong bài này không trích dẫn toàn bộ lý thuyết tính toán phần kết cấu và năng suất của lò quay nung clinker xi măng theo phương pháp khô mà chỉ dẫn một số công thức thực nghiệm cơ bản nhất đã được kiểm chứng qua thực tế sử dụng để người sử dụng thiết bị có căn cứ để lựa chọn.
Theo lý thuyết tính toán của các Nhà thiết kế chế tạo 1,2, tỷ số giữa chiều dài lò quay L và đường kính D sản xuất theo phương pháp khô thường chọn L/D = 13 đến 16 1,2 là đảm bảo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khi vận hành. Nếu chọn đường kính của lò nung đường kính trong của vỏ thép là 3,2 m thì chiều dài L của lò từ 41,6 đến 51,2m.
Lò quay chọn ở đây tỷ lệ L/D = 15,5. Sở dĩ chọn tỷ lệ L/D ở cận trên như vậy là do nếu chọn theo cận dưới là rút ngắn được chiều dài lò, nhưng trong quá trình vận hành nếu không kiểm soát được một cách ổn định lượng phối liệu cấp vào lò, lượng nhiên liệu, lượng gió, cường độ cháy, tốc độ hút khí thải... thì nhiệt độ khí thải ra lò quay sẽ cao, mặt bích đầu lạnh của lò dễ bị biến dạng hoặc lò chạy kém ổn định... Mặt khác khi chiều dài lò nung được chọn ở mức giới hạn tối thiểu sẽ phải tính toán thay đổi cả hệ thống tháp trao đổi nhiệt sao cho năng suất lò nung và nhiệt độ khí thải được khống chế trong phạm vi cho phép.
Từ đây tính ra L= 15,5D=15,5x 3,2 = 49,6m. Để tăng độ tin cậy khi sử dụng và để thuận tiện cho công việc tính toán thiết kế chế tạo và xây lắp, quy tròn chiều dài lò là L=50m. Với đường kính và chiều dài lò đã xác định Ф3,2 x50m, số bệ đỡ ga lê cuả lò vẫn không vượt quá 3.
3. Tính toán năng suất của lò quay
Có thể tính toán gần đúng năng suất của hệ lò nung clinker xi măng phụ thuộc nhiều vào các yếu tố của chế độ khai thác lò và các thông số cấu tạo của hệ lò bằng công thức thực nghiệm của các Viện nghiên cứu và thiết kế xi măng - Trung Quốc sau:
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.2669.293' /> |
| |
Với K từ 0,075 - 0,085 ta có năng suất lò từ 42,134 - 47,75 tấn/h tương ứng với năng suất từ 1.011 - 1.146 tấn/ngày.
Theo tài liệu của FL.Smidth 2 năng suất riêng của lò quay có tháp trao đổi nhiệt 5tầng và lò phân giải Calciner nếu các thông số chế tạo và chế độ vận hành hợp lý thời gian clinker hoá trong vùng nung tối đa khoảng 30 phút có thể đạt tới 5 tấn.ngày/m3 hứu ích của lò nung.
Với đường kính trong hữu ích là 2,74m chiều dày lớp gạch chịu lửa 230mm sẽ có các năng suất tương ứng trong bảng sau:
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.2669.294' /> |
| |
Tuy nhiên, từ hai phương pháp tính toán 1&2 nói trên có thể thấy có chung một quy luật là cùng một đường kính lò càng dài càng cho năng suất cao. Theo FLSmidth 2 thì tỷ lệ tối đa của L/D là 17.
Những giá trị tính toán của các nhà công nghệ và chế tạo thiết bị nêu trên còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như:
- Mức độ hoạt tính của nguyên nhiên liệu.
- Trình của chuyên gia vạn hành
- Chất lượng sản phẩm yêu cầu...
Qua các tính toán kiểm chứng trên cho thấy:
- Với loại kích thước lò quay clinker nói trên đều cho năng suất cao hơn 1000 tấn clinker/ngày so với các catalo thiết bị được chào hàng.
- Xét về yếu tố kinh phí đầu tư và quản lý vận hành cho rằng nên chọn loại lò có kích thước Ф3,2 x50m là đáp ứng được yêu cầu về khả năng khai thác đạt và vượt năng suất 1000 tấn clinker/ngày với các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản sau đây:
- Năng suất trung bình: 1000 tấn clinker/ngày.
- Chất lượng Clinker: đạt từ Cpc 50 trở lên theo TCVN 7024:2002
- Nhiệt độ khí thải lò nung tmax =340oC
- Nhiệt độ clinker ra khỏi thiết bị làm nguội : t ≤ 65oC + nhiệt độ MT.
- Lò có kích thước Ф3,2 x 46m và Ф3,2 x 48m tuy kinh phí đầu tư có thấp hơn do trọng lượng chế tạo thiết bị thấp hơn nhưng khó vận hành, hay xảy ra tắc ở đáy tháp trao đổi nhiệt trước khi vào lò, nhất là đối với phối liệu và nhiên liệu có hàm lượng R2O và SO2 cao và đội ngũ kỹ thuật vận hành thiếu kinh nghiệm.
Nguồn tin: Thông tin KHCN Vật liệu xây dựng, số 1/2006