Công suất cao kết hợp với chi phí đầu tư thấp và các chi phí vận hành thấp là những yêu cầu hàng đầu đặt ra đối với quá trình sản xuất clinke xi măng.
Ngoài lò quay ra, các dây chuyền nung hiện đại còn bao gồm lò nung sơ kiểu xiclon nhiều tầng và lò phân giải cacbonat có ống thoát bụi khí thứ ba.
Nhiệt tạo ra trong quá trình nung trong lò quay và trong lò phân giải cacbonat được tận dụng vào việc nung sơ nguyên liệu. Nung sơ và sơ phân giải cacbonat mạnh nguyên liệu làm rút ngắn quá trình nung. Mức độ tận dụng nhiệt cao làm giảm dược tiêu hao nhiên liệu và chi phí đầu tư đối với nung bằng lò quay.
Đồng thời, lò phân giải cacbonat có thể được sử dụng để đốt các nhiên liệu rẻ tiền và các vật liệu thứ cấp và những phát thải NOx và CO ảnh hưởng có lợi, đó là một xu hướng tăng đáng kể. Lò phân giải cacbonat là một bộ phận quan trọng của hệ thống nhằm tiết kiệm trong vận hành và tạo ra khả năng tương hợp về môi trường của nhà máy.
Để cung cấp các số liệu theo yêu cầu thiết kế các hệ lò nung sơ và phân giải cacbonat khác nhau, thì các tính chất của nguyên liệu và nhiên liệu đã được nghiên cứu khảo sát trong Trung tâm Nghiên cứu của Polysius. Điều đó đảm bảo cho sự kết hợp tối ưu của tất cả các hệ thống và các thành phần.
1. DOPOL 90-Thế hệ lò nung sơ kinh tế
Chức năng: Phối liệu được đưa vào lò nung sơ được nung nhanh trong các tầng xyclon khác nhau, các hỗn hợp phối liệu với gas được thổi lên trên chạy qua lò nung sơ và chuyển lên tầng xiclon trên cùng. Hệ thống này cấu tạo gồm một hay nhiều xiclon thu phối liệu, phụ thuộc vào công suất của nhà máy. Tại đó phối liệu được tách ra li tâm khỏi gas, sau đó chúng tách khỏi hệ thống thông qua gas hút bụi và được làm sạch trong máy phân li tĩnh điện.
Phối liệu nung nóng chạy qua các máng phối liệu có các van nắp kép chạy xuống tầng xiclon phía dưới, ở đó quá trình được lặp lại. Do sự truyền nhiệt từ gas sang liệu, mà nhiệt độ của phối liệu tăng lên từ tầng này sang tầng khác bước này sang bước khác, trong khi đó gas hút từ lò nung đối lưu giảm mạnh trên đường di chuyển lên tầng xiclon trên cùng. Thí dụ, trong lò 5 tầng DOPOL 90 thì gas vào lò nung sơ có nhiệt độ gần 1.000 độ C và ra khổi lò này có nhiệt độ 320 độ C. Sau khi chạy qua tầng xiclon thấp nhất thì phối liệu được nung sơ chạy vào lò quay có nhiệt độ vào khoảng 800 độ C, chuẩn bị sẵn sàng cho quá trình nung tiếp theo.
Số lượng các tầng xiclon phải phù hợp với từng công dụng riêng. Về nguyên tắc, yếu tố quyết định cần phải 3, 4, 5 hay 6 tầng nung sơ là thích hợp phụ thuộc vào lượng ẩm của các nguyên liệu và nhiên liệu, mà cần phải được sấy khô bằng nhiệt được gas hút mang theo. Lớp ốp chịu lửa của các xiclon và dẫn bụi gas đảm bảo giữ mức tổn thất do bức xạ dưới 2% tiêu hao nhiệt, đây là con số rất thấp.
Lò DOPOL 90 được thiết kế đặc biệt để tạo ra hình dạng dòng liệu tối ưu, sự giảm áp suất của lò nung sơ là thấp, nó giảm tới mức thấp nhất yêu cầu điện năng của quạt rút gas. Hiệu suất thu hồi cao của các xiclon đảm bảo rằng lượng bụi của gas hút ra là rất nhỏ.
2. Kiểu xiclon đặc biệt dùng cho mỗi chức năng của quá trình
Các lò nung sơ với các bộ phận phân giải cacbonat tích hợp có 3 kiểu xiclon khác nhau. Tầng trên cùng có một hoặc nhiều hơn các xiclon thu phối liệu. Các tầng nung sơ trung gian cấu tạo từ các xiclon hệ thống. Tầng thấp nhất được nối với lò phân giải cacbonat PREPOL, là một xiclon phân giải cacbonat đặc biệt.
Trong khi các xiclon phân giải cacbonat và hệ thống được thiết kế dung hòa tối ưu giữa hiệu suất thu cao và sự sụt giảm áp suất nhỏ, thì việc thiết kế các xiclon thu liệu có mục tiêu duy nhất là đạt được hiệu quả thu bụi với khả năng cao nhất. Mỗi tầng xiclon cấu tạo gồm có ống dẫn gas, bộ phận phân bố phối liệu và xiclon - là mô đun kỹ thuật của quá trình.
Những đặc điểm chung đều được chia sẻ bởi các kiểu xiclon DOPOL 90, có mái dốc nghiêng góc 15 độ hướng lên phía đầu thoát gas, đâù vào của ống gas không đối xứng và ống được đặt chìm lệch tâm.
- Xiclon thu phối liệu
Kiểu xiclon này có đầu dẫn gas vào một phần hình xoắn ở phía ngoài bao quanh xiclon và có ống chìm dài chuyên dụng. Những đặc điểm thiết kế này đảm bảo hiệu suất thu cao nhất khi áp lực hạ xuống tương đối thấp.
- Xiclon hệ thống
Do mái dốc kết hợp với đầu dẫn gas vào và dạng hình học của ống gas và các hộp phân bố phối liệu, mà xiclon và ống gas tạo thành một đơn vị công nghệ lý tưởng của quá trình, tạo ra dòng tối ưu vận chuyển phối liệu từ điểm nạp liệu vào xiclon. Nhờ có kiểu dòng liệu rất tốt, mà chỉ yêu cầu một ống chìm ngắn góp phần quan trọng tạo ra khả năng cho xiclon, đặc biệt là trong các tầng xiclon thấp hơn chịu các cú sốc nhiệt cao.
Dòng liệu/gas không ngừng tăng tốc độ khi bơm lên cao vào xiclon. Ở đó không có khả năng làm cho liệu rơi ra ngoài dòng gas và tạo thành cuộn hoặc lắng xuống. Sự tụt giảm áp lực thấp là do độ võng đặc biệt nhẹ êm của dòng gas.
- Xiclon phân giải cacbonat
Phần lớn những đặc điểm thiết kế của kiểu xiclon này là phù hợp với những đặc điểm của toàn hệ thống xiclon. Sự khác nhau đáng kể nhất đó là dòng gas từ lò phân giải cacbonat PREPOL chạy vào xiclon từ phía trên. Phương pháp liên kết này làm giảm được sự giảm áp suất tổng thể của hệ thống và hạn chế được các mặt nằm ngang với sự rủi ro kết lắng của chúng và tạo thành các lớp vỏ.
- Các ống ngầm chịu nhiệt
Các ống ngầm nâng cao hiệu quả thu của các xiclon và giảm được sự chuyển động quay vòng của bụi. Việc thiết kế chi tiết đa chức năng đặc biệt được áp dụng trong zôn nhiệt độ cao của 2 tầng xiclon thấp nhất. Điều đó ngăn ngừa được toàn bộ ống ngầm khỏi bị biến dạng do sự chênh lệch phân bố ứng suất nhiệt.
- Các van có nắp
Các van có nắp được lắp đặt trong các ống máng tiếp liệu ngăn ngừa gas thoát qua các ống máng này và để thoát ngang qua các lối thoát hoàn hảo. Những ưu đỉêm khác của các van này là hạn chế tối thiểu lượng nhiệt và liệu thoát sang xiclon cao nhất tiếp theo, đạt được hiệu quả thu cao nhất của xiclon và giảm được sự luân chuyển của các tạp chất trong zôn thấp hơn của lò nung sơ.
- Các hộp phân tán liệu
Phối liệu được tập hợp lại từ các ống máng bằng các hộp phân tán liệu chạy vào các ống gas. Do độ dài và góc ngiêng của ống máng tiếp liệu được thiết kế đặc biệt mà phối liệu va vào bề mặt của hộp phân tán như một luồng phun tập trung, được bắn ra và quạt ra ngoài lên phía trên của đoạn ống gas chạy ngang. Điều đó đảm bảo cho sự truyền nhiệt tốt từ gas hút tới phối liệu. Để phòng ngừa lắng đọng liệu khỏi tích tụ bên trong các hộp phân tán, chúng được trang bị các vòi phun làm sạch.
- Đầu vào lò bụi thấp
Phối liệu được nung sơ xong chạy vào lò quay qua đầu vào ngược chiều với luồng gas thoát ra từ lò nung. Nếu luồng vào phối liệu không được kiểm soát, mà sự quan tâm lớn nhất là bụi được sinh ra tại điểm này, gây ra các chu trình và những lớp bụ đọng ngoài ý muốn. Đối với nguyên nhân này, Polysius đã thiết kế hình dạng bên trong đặc biệt của đầu vào lò nung nhằm đảm bảo cho dòng liệu tối ưu chạy vào lò. Điều này hạn chế tới mức thấp nhất sinh ra bụi và giảm đáng kể lượng bụi thoát ra quay trở lại lò nung sơ.
Nếu lò được trang bị ống chích ngang, thì tuy nhiên yêu cầu phải có một lượng bụi nhất định tại đầu vào lò nhằm giữ cho nồng độ của các tạp chất ở mức thấp trong ống bụi chích ngang. Mặt khác, sự tổn thất bụi chích ngang đã được duy trì ở mức thấp nhất.
Điều đó dẫn đến cần phải tạo ra một lượng bụi nhất định. Điều này được tiến hành bằng cách lắp đặt một tấm điều chỉnh tại vị trí mà ở đó ống máng bụi chảy vào đầu lò nung, cho phép lượng bụi được kiểm soát theo yêu cầu và như vậy tạo ra các biện pháp giảm nồng độ các tạp chất trong bụi chích ngang.
3. Các hệ lò phân giải cacbonat đặc biệt đối với những yêu cầu riêng
Lò phân giải cacbonat là nơi CaCO3 chứa trong phối liệu xi măng phân giải tạo ra CaO và CO2. Phần này của quá trình nung chiếm vị trí trong lò phân giải cacbonat, trước khi phối liệu được nung kết trong lò quay.
Nhiệm vụ của lò phân giải cacbonat là nung nóng và phân giải cacbonat của nguyên liệu, cũng như đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu đưa vào nó. Sự cháy của các nhiên liệu khác nhau chiếm một thời gian nhiều đáng kể so với sấy và phân giải cacbonat phối liệu và đó là thông số quyết định đối với quy mô kích thước của lò phân giải cacbonat.
Hệ thống phân giải cabonat phải có độ linh hoạt cao nhằm đảm bảo cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, nó phải thích hợp với các cấp nhiên liệu dao động từ hoạt tính cao tới hoạt tính rất kém.
Phạm vi của các lò phân giải cabonat của Polysius gồm: PREPOL-AT, PREPOL-AS, PREPOL-AS-CC và PREPOL-MSC, đều đảm bảo khả năng vận hành cao, chất lượng sản phẩm tốt và tiêu hao năng lượng thấp đối với mỗi yêu cầu riêng.
Những ưu điểm của các hệ lò phân giải cacbonat PREPOL gồm có:
- Vận hành lò nung đồng nhất do tiền phân giải cacbonat của phối liệu mạnh;
- Tuổi phục vụ dài của lớp gạch lát lò quay, do sự sốc nhiệt thấp;
- Sự tạo thành lớp vỏ ít nhất trong lò nung sơ, nhờ có các chu trình kiềm thấp;
- Sự sụt giảm áp suất thấp trong lò nung sơ, do việc thiết kế dòng liệu tối ưu của lò phân giải cacbonat;
- Vận hành kinh tế được đảm bảo bởi độ linh động của mác nhiên liệu.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.2475.265' /> |
| |
Chú thích: **Phù hợp cao * Phù hợp ở mức độ phù hợp có hạn - Không phù hợp
- Hệ PREPOL-AS
Trong khi PREPOL-AT AT=thông không khí=Air Through, nghĩa là không khí cháy dùng cho buồng đốt của lò phân giải cacbonat chạy qua lò quay tới lò phân giải cacbonat hiện nay chỉ sử dụng trong những trường hợp đặc biệt như trường hợp công suất thấp hoặc đối với các trường hợp cải tạo nhà máy, thì PREPOL-AS AS=tách không khí=Air Saparate là hệ lò phân giải cacbonat tiêu chuẩn phù hợp đối với tất cả các dạng nhiên liệu. Không khí cháy đối với lò phân giải cacbonat chạy qua ống không khí thứ ba ở bên ngoài lò nung. Nó có ưu điểm là có thể dùng cho lò quay nhỏ hơn.
Trong PREPOL-AS, nhiên liệu, không khí thứ ba, phối liệu và gas nóng hút từ lò nung được truyền tới đầu vào lò phân giải cacbonat, tại đó có các điều kiện đánh lửa và cháy lý tưởng.
Phối liệu từ tầng xiclon II được cuốn theo dòng gas, được thu lại trong trong tầng I của lò nung sơ và chạy vào đầu lò nung.
- Hệ PREPOL-AS-CC
Polysius đã phát triển hệ PREPOL-AS-CCCC=buồng đốt=Combustion Chamber nhằm cải tiến việc đốt khi sử dụng các nhiên liệu không hoạt tính. Hệ phân giải cacbonat này cũng rất hiệu quả đối với các nguyên liệu có những thành phần cháy kém, cũng như đối với các nhiên liệu và nguyên liệu mà thành phần của chúng có thể gây ra các chu trình kiềm cao trong hệ lò nung, mà có thể là trì hoãn quá trình cháy.
Buồng đốt riêng biệt được nối tới cửa lò phân giải cacbonat bằng ống dẫn gas, đây là nét đặc biệt của PREPOl-AS-CC.
Đốt nhiên liệu bắt đầu trong không khí thứ ba sạch tại trung tâm của buồng đốt, mà ở đó phối liệu có nồng độ thấp. Các bon rắn không cháy hết sau đó cùng phối liệu chạy qua ống máng và nhập vào luồng khí hút nóng từ lò nung, tại đó nó phản ứng với ôxy dư.
Buồng đốt có 2 cửa cho không khí thứ ba vào, một cửa bố trí theo tiếp tuyến và cửa kia bố trí ở giữa của buồng đốt. Cửa lò phân giải cacbonat tiếp nhận gas hút từ lò nung và từ buồng đốt.
Phối liệu từ tầng II xiclon của lò nung sơ đi vào buồng đốt tại điểm tiếp giáp với cửa không khí thứ ba vào theo tiếp tuyến.
Nhiên liệu được bơm vào giữa buồng đốt. Khi sử dụng các nhiên liệu rắn có khả năng ảnh hưởng tới nhiệt độ đốt đảm bảo hiệu suất cao cho lò phân giải cacbonat.
- Hệ PREPOL-MSC
Hệ phân giải cacbonat PREPOL-MSCMulti Stage Combustion=Đốt nhiều giai đoạn đang được lắp đặt ngày càng nhiều trong các nhà máy, phần lớn là do những quy định về bảo vệ môi trường ngày một nghiêm ngặt hơn.
Quá trình MSC không bao gồm các chi phí vận hành phát sinh, giảm được phát thải là nhờ việc nạp nhiên liệu chéo nhau với không khí thứ ba và phối liệu, điều đó khiến cho cháy diễn ra trong một số tầng cùng lúc.
Trong tầng thứ nhất, các ôxyt nitơ được sinh ra trong zôn nung kết của lò quay giảm đi bằng cách đốt ở đầu vào lò nung. Nhiên liệu được phun theo hướng ngược với dòng gas của lò nung và được nung nóng cháy trong pha khí của nó. Trong môi trường giảm đi được tạo ra, các ôxyt nitơ biến đổi thành nitơ, không gây ô nhiễm đối với môi trường.
Nhằm ngăn ngừa NOx mới sinh ra trong lò phân giải cacbonat, nhiên liệu phân giải cũng sẽ cháy dưới những điều kiện giảm đi. Điều này đạt được bằng cách đưa nhiên liệu chéo với không khí cháy, sao cho nhiên liệu cháy trước tiên trong những điều kiện giảm và sau đó dưới các điều kiện ôxy hóa.
Điều này hạn chế sự phát sinh NOx mới trong lò phân giải cacbonat và sau đó làm giảm ôxyt nitơ thoát ra từ lò quay. Sự nạp chéo phối liệu tương ứng cũng gây ảnh hưởng tới nhiệt độ trong zôn giảm của lò phân giải cacbonat.
Các kết quả vận hành thu được với quá trình đốt nhiều bước chứng tỏ rằng phát thải NOx cơ bản đã giảm đi tới 50%.
Đinh Bá Lô dịch
Nguồn tin: Tài liệu của Tập đoàn Krupp Polysius
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.2475.266' /> |
| Lò nung sơ xyclon DOPOL 90 với lò phân giải cacbonat PREPOL-AS-MSC có 2 nhánh 6 tầng |
.