Nhiên liệu trong sản xuất xi măng

NHIÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG<br /> <br /> Trong quy trình sản xuất xi măng, nhiên liệu đóng một vai trò quan trọng,<br /> thậm chí có tính quyết định tới chất lượng sản phẩm cũng như quá trình<br /> tối ưu hóa sản xuất. Chúng tôi xin phép mở chuyên đề giới thiệu lý<br /> thuyết cơ bản về nhiên liệu trong công nghệ sản xuất xi măng trích từ<br /> Giáo trình của PGS-TS Nguyễn Đăng Hưng, Trường Đại học Bách khoa<br /> Hà Nội.<br /> Nhiên liệu đóng vai trò quan<br /> trọng Phần 1 – THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU<br /> <br /> 1. Thành phần nhiên liệu<br /> <br /> Nhiên liệu có hai phần: Phần cháy được là các chất hữu cơ phức tạp và phần không cháy được là tro xỉ<br /> và hơi ẩm.<br /> <br /> Thành phần của phần cháy được phụ thuộc vào thành phần chất nguyên thủy tạo ra nhiên liệu đó: Ví dụ<br /> than đá, dầu mỏ có thành phần khác nhau do nguồn gốc tạo thành chúng khác nhau. Thành phần nhiên<br /> liệu rắn và lỏng được biểu thị bằng phần trăm khối lượng nguyên tố và ký hiệu thành phần nguyên tố đó.<br /> Độ tro là những khoáng không cháy được của nhiên liệu ký hiệu là A% và độ ẩm ký hiệu là W%.<br /> <br /> Có 4 loại thành phần nhiên liệu: thành phần hữu cơ, thành phần cháy, thành phần khô và thành phần làm<br /> việc. Trong bảng 1 cho 4 loại thành phần với ký hiệu của chúng.<br /> <br /> Thành phần nhiên liệu theo ký hiệu<br /> <br /> <br /> Tên thành phần Ký hiệu Thành phần nguyên tố (%) Tổng cộng (%)<br /> Thành phần hữu cơ H Ch, Hh, Oh, Nh 100<br /> Thành phần cháy C Cc, Hc, Oc, Nc, Sc 100<br /> Thành phần khô K Ck, Hk, Ok, Nk, Sk, Ak 100<br /> Thành phần làm việc L Cl, Hl, Ol, Nl, Sl, Al, Wl 100<br /> <br /> Thông thường các số liệu về nhiên liệu đều cho dưới dạng khô, vì độ ẩm của chúng thay đổi theo thời tiết.<br /> Trong kỹ thuật lại cần đến thành phần làm việc. Khi chuyển đổi thành phần khô, thành phần cháy sang<br /> thành phần làm việc ta áp dụng công thức sau:<br /> <br /> <br /> Từ thành phần khô (% khối lượng):<br /> <br /> <br /> 100 - Wl<br /> Cl = Ck %<br /> 100<br /> <br /> Từ thành phần cháy (% khối lượng):<br /> <br /> <br /> 100 - Al - Wl<br /> Cl = Cc %<br /> 100<br /> <br /> Các thành phần khác cũng tính tương tự.<br /> <br /> <br /> Khi đã biết thành phần làm việc của than, chẳng hạn C l1, Hl1, ... Wl1, song kiểm tra thực tế độ ẩm không<br /> phải là Wl1 mà là Wl2 do mưa gió hoặc bảo quản. Do đó thành phần nhiên liệu sẽ thay đổi thành C l2, Hl2 ...<br /> và thành phần mới tính theo:<br />  100 - Wl2<br /> Cl2 = Cl1 %<br /> l<br /> 100 - W 1<br /> <br /> Thành phần khí khác tính tương tự.<br /> <br />  2. TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU.<br /> <br /> Từ các tính chất của nhiên liệu không những ta biết được nhiệt lượng tỏa ra khi cháy mà còn tìm được<br /> điều kiện tốt nhất khi cháy cũng như tổ chức việc vận chuyển và bảo quản chúng trong kho. Ngoài ra cũng<br /> căn cứ vào tính chất của nhiên liệu mà ta lựa chọn nhiên liệu thích hợp với mỗi kiểu lò nung khác nhau.<br /> <br /> 2.1 - Nhiệt sinh hay nhiệt trị của nhiên liệu<br /> <br /> Tính chất của nhiên liệu là khả năng tạo ra nhiệt lượng khi cháy, tính chất này được biểu thị bằng nhiệt trị.<br /> Nhiệt trị là nhiệt lượng tỏa ra khi cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu rắn hay lỏng hoặc Kj/kg hay kcal/kg.<br /> <br /> Đơn vị thường dùng ở nước ta là Kcal, do đó có thể chuyển đổi như sau:<br /> <br /> Kcal / kg = 4,187 Kj / kg<br /> <br /> Kcal / h = 1,163 W = 1,163 J / s = 3,968 Btu / h<br /> <br /> Lượng nhiệt tỏa ra khi cháy nhiên liệu là kết quả của các phản ứng tỏa nhiệt do quá trình oxi hóa các<br /> nguyên tố riêng biệt của nhiên liệu. Nhưng đồng thời cũng có những quá trình thu nhiệt cùng tiến hành<br /> song song như sấy khô, phân hủy các hợp chất phức tạp thành hợp chất đơn giản hơn. Cho nên nhiệt trị<br /> chính là tổng của các hiệu ứng nhiệt này tính theo một đơn vị khối lượng (hay thể tích của nhiên liệu khí).<br /> Người ta phân biệt nhiệt trị cao Q cl và nhiệt trị thấp Qtl, nhiệt trị cao không tính đến nhiệt tiêu tốn để bốc hơi<br /> của nước khi cháy hydro. Nhiệt trị thấp có tính đến lượng nhiệt này.<br /> <br /> <br /> Nhiệt trị của nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào thành phần của nhiên liệu và dao động trong một khoảng lớn.<br /> Lượng nhiệt tỏa ra nhiều nhất là từ hydro, sau đó là carbon; cho nên nhiên liệu nào giàu thành phần này<br /> thì nhiệt trị càng cao. Ví dụ mazut, xăng, dầu hóa có nhiệt trị cao và đạt đến 41000 Kj/kg, nhiên liệu khí<br /> nhận được khi gia công dầu mỏ, chứa tới 98% hydrocarbon và hydro nên nhiệt trị gần bằng 36000 Kj/m 3.<br /> <br /> <br /> Nhiệt trị nhiên liệu rắn tăng lên theo tuổi hình thành của chúng. Tuổi càng lớn thì hàm lượng carbon càng<br /> lớn và hàm lượng oxi càng nhỏ. Ví dụ, củi hay than bùn có nhiệt trị khoảng 18840 Kj/kg và nhiên liệu già<br /> hơn, như than đá có nhiệt trị khoảng 35580 Kj/kg. Tro xỉ và lượng ẩm đều hạ thấp nhiệt trị của nhiên liệu.<br /> <br /> <br /> Trong kỹ thuật, cần phải so sánh tiêu tốn nhiệt riêng cho một đơn vị khối lượng (hay thể tích) sản phẩm khi<br /> nung sấy hay gia công nhiệt ở các lò khác nhau; cho nên người ta dùng khái niệm đơn vị nhiên liệu tiêu<br /> chuẩn hay quy ước. Đó là nhiên liệu “Tưởng tượng” có nhiệt trị bằng 29300Kj/kg (7000Kcal/kg).<br /> <br /> <br /> Để chuyển nhiên liệu bất kỳ nào đó sang nhiên liệu quy ước ta sử dụng hệ số nhiên liệu.<br /> <br /> <br /> K = Qtl/29300 (1-4)<br /> <br /> <br /> Trong đó: Qtl là nhiệt trị nhiên liệu rắn hay lỏng Kj/kg hoặc nhiên liệu khí Kj/m 3. Nếu nhiệt trị không dùng<br /> đơn vị Kj/kg mà dùng Kcal/kg thì:<br />  K = Qtl /7000<br /> <br /> <br /> 2.2 - Vai trò lưu huỳnh trong nhiên liệu<br /> <br /> Lưu huỳnh trong nhiên liệu thường có ở ba dạng:<br /> <br /> a. Hợp chất hữu cơ<br /> <br /> b. Hợp chất sulfua sắt FeS2<br /> c. Sulphat CaSO4, FeSO4.<br /> Lưu huỳnh trong hợp chất hữu cơ, sulffua là thành phần cháy được của nhiên liệu S+O 2 = SO2 và tỏa<br /> ra 9240 Kj/kgS.<br /> <br /> Lưu huỳnh ở dạng sulphat không cháy được, hàm lượng của nó trong nhiên liệu không đáng kể. Như<br /> vậy chỉ có lưu huỳnh ở phần cháy được mới là chất bốc của nhiên liệu.<br /> <br /> Hàm lượng chung của lưu huỳnh trong nhiên liệu thiên nhiên dao động như sau:<br /> <br /> Củi gỗ 0 ¸ 2%<br /> <br /> <br /> Than bùn 0,2 ¸ 2,0%<br /> <br /> <br /> Than nâu 1,0 ¸ 1,5%<br /> <br /> <br /> Than đá 0,2 ¸ 7,0%<br /> <br /> <br /> Antraxit 0,1 ¸ 5,0%<br /> <br /> <br /> Dầu mỏ 0 ¸ 3,0%<br /> <br /> <br /> Mặc dù lưu huỳnh cháy được và tỏa nhiệt, nhưng sự có mặt của lưu huỳnh sẽ làm giảm chất lượng nhiên<br /> liệu vì sản phẩm cháy của nhiên liệu SO2 sẽ làm ô nhiễm môi trường và đôi khi có hại trực tiếp đến vật liệu<br /> gia công trong lò.<br /> <br /> Nhiên liệu có trên 5 ¸ 7% lưu huỳnh, giá trị sử dụng của nó trong công nghiệp rất kém. Than nâu có chứa<br /> lưu huỳnh dễ bị tả vụn trong không khí, vì FeS 2 bị ôxi hóa thành Fe(SO 4)3 là cho than bị vỡ vụn. Dầu mỏ<br /> chứa lưu huỳnh ở dạng nguyên tố S, mercaptan, disulfua, sulfua, những chất cháy này ăn mòn kim loại.<br /> <br /> Đặc biệt trong lò quay đốt bằng nhiên liệu chứa nhiều lưu huỳnh sẽ gây nên hiện tượng ngưng đọng muối<br /> sunphat kiềm làm tắc cyclon, đường ống. Điều này gây trở ngại cho hoạt động bình thường của lò vì phải<br /> phá các điểm tắc đó. Chính vì vậy mà hệ trao đổi nhiệt của lò quay phải trang bị các song khí nén để phá<br /> các tảng phối liệu bị đóng cục. Việc phá các điểm tắc này phải tuân thủ nghiêm khắc qui trình để tránh gây<br /> ra tổn thương đáng tiếc.<br /> <br /> Cuộc đâú tranh chống ô nhiễm môi trường và luật môi trường đã không cho phép sử dụng than hay nhiên<br /> liệu chứa nhiều SO2 trong khói lò. Đây cũng là vấn đề đáng quan tâm khi lựa chọn nhiên liệu dùng trong<br /> lò.<br /> <br /> (Còn nữa)<br /> <br /> <br /> Trích từ GT Hệ thống lò quay hiện đại.<br /> <br /> PGS-TS Nguyễn Đăng Hưng<br /> Tối ưu hóa quá trình cháy.<br /> <br /> Việc sử dụng vòi đốt đa kênh đã chở thành phổ biến tại các nhà máy xi<br /> măng. đây cũng chính là biện pháp tốt nhất để sử dụng trong tương lai<br /> đáp ứng việc sử dụng các nhiên liệu thay thế cho các loại nhiên liệu hiện<br /> có.<br /> <br /> <br /> <br /> Tuy nhiên có hàng loạt các vấn đề nảy sinh cần quan tâm, đó là việc hình<br /> thành lớp cola, chất lượng clinker và tuổi thọ của gạch chịu lửa. Có 2 biện<br /> pháp để giải quyết các vấn đề nêu trên: Thay đổi thành phần phối liẹu hoặc sử<br /> Hình 1 - Tam giác cơ bản dụng vòi đốt phù hợp.<br /> Việc thay đổi thành phần phối liệu chỉ có thể được giải quyết trong khoảng hẹp (ảnh hưởng đến chất<br /> lượng clinker) nên giải pháp sử dụng vòi đốt phù hợp là hiệu quả hơn cả.<br /> Mỗi hệ vòi đốt/lò nung/ thành phần phối liệu nhất định phải được phù hợp theo 3 khía cạnh cơ bản, theo<br /> các nghiên cứu mới nhất, đó là:<br /> - Chất lượng - clinhker xác định bằng kính hiển vi, cường độ xi măng và các điều kiện thiết đặt.<br /> - Chi phí - nhiên liệu, tiêu hao điện, nghiền, việc mất mát sản phẩm khi phải dừng lò.<br /> - Môi trường – kết hợp của các giới hạn khí thảiphát xạ như: NOx, SOx, THC, các hạt rắn, CO…<br /> Quá trình cháy tại vòi đốt chính được tối ưu hóa tại vị trí trong tam giác cơ bản.<br /> <br /> <br /> Các vấn đề thường gặp:<br /> Sự kết hợp giữa nhiên liệu, ngọn lửa, lò nung và nguyên liệu có thể dẫn đến việc hình thành các vòng<br /> (vòng bờ côn) trong lò, bề dầy gạch chịu lửa trở nên quá dầy, hoặc một vài biến đổi về chất lượng clinker.<br /> Theo mô hình toán học của Greco thì quá trình nung nguyên liệu theo chiều dài lò sẽ tạo ra 2 pik nhiệt độ.<br /> Hiện tượng này sẽ làm tăng các vòng bờ côn trong thân lò tại vùng nhiệt độ thấp giữa 2 pik. Hiệu ứng này<br /> sẽ tránh được một cách tối thiểu nếu có sự phù hợp tương ứng giữa nhiên liệu và không khí phun vào lò<br /> qua vòi đốt chính.<br /> Hình 2 - Giản đồ nhiệt theo chiều dài của lò nung.<br /> Vấn đề tạo ra bờ côn và ảnh hưởng đến lớp<br /> lót gạch chịu lửa xuất hiện mạnh khi các hạt<br /> cốc mịn (tạo ra do quá trình cháy nhiên liệu)<br /> được phun vào lò. Sự bắt cháy, phân hủy do<br /> nhiệt, nhiệt phân và các đặc tính cháy của<br /> cốc là rất khác nhau đối với các loại than và<br /> dầu. Đối với các vòi đốt có thiết kế đơn giản<br /> không có khả năng điều chỉnh thích ứng cao<br /> cũng gây ảnh hưởng đến chất lượng clinker<br /> và gạch chịu lửa do bức xạ nhiệt và các phản<br /> ứng giữa ngọn lửa, phối liệu và vật liệu làm<br /> gạch chịu lửa.<br /> Bức xạ nhiệt.<br /> Một yếu tố hết sức quan trọng khi phân tích<br /> quá trình cháy là bức xạ nhiệt ngọn lửa. Bức<br /> xạ này rất mạnh ảnh hưởng bởi mức độ tập trung và kích thước cỡ hạt nhiên liệu phân bố tại vị trí cháy<br /> (Hình 3).<br /> <br /> <br />  <br />  <br />  Khí động lực ngọn lửa.<br /> Theo các nguyên lý chung, dòng chảy rối, vận tốc phun và dạng hình học cũng như đặc tính nhiên liệu sẽ<br /> tạo ra hình dạng ngọn lửa. Theo cách này (từ gió thứ cấp và sơ cấp) được phun vào tạo ra dòng hỗn loạn<br /> và các vòng tuần hoàn nội và ngoại của ngọn lửa qua đó khống chế được các vị trí của 2 pik ngọn lửa.<br /> Các vòng tuần hoàn chịu ảnh hưởng bởi không chỉ các thành tố vận tốc mà chúng còn chịu ảnh hưởng<br /> của cấu trúc (dạng thiết kế) của đầu vòi đốt). Hình 4 cho thấy các vòng tuần hoàn này trong cùng khu vực<br /> thuộc zone nung của 2 đầu vòi đốt có cấu trúc hình học rất khác nhau nhưng hoạt động trong cùng điều<br /> kiện nhiên liệu như nhau, cùng vận tốc phun.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Quá trình cháy của một hạt lỏng.<br /> Một hạt cháy thường tạo ra các ngọn lửa khuếch tán xung quanh nó (Hình 5). Như vậy đã tạo ra một vùng<br /> bay hơi nhiên liệu xung quanh hạt cháy. Nhiên liệu và ô xy khuếch tán theo hướng ngược nhau tạo ra một<br /> vùng bay hơi xác định tỷ lệ cháy. Theo lý thuyết thời gian cháy tỷ lệ nghịch bậc ba với đường kính hạt ban<br /> đầu.<br /> <br /> <br /> Hình 5 - Sự cháy của một hạt nhiên liệu.<br />  <br /> Quá trình cháy của một hạt rắn<br /> Quá trình cháy của một hạt rắn sảy ra theo bốn bước,tuỳ<br /> thuộc nhiệt độ và mức độ phân huỷ.<br /> <br /> <br /> Bước thứ nhất<br /> Đây là quá trình gia nhiệt và nhiệt phân của hạt, sản phẩm<br /> tạo ra là hyđrocacbon bay hơi bao phủ lấy hạy cháy. Như<br /> vậy không có phản ứng trên bề mặt hạt vì trên bề mặt hạt<br /> lúc này chỉ có pha khí (CO2và H2O hình thành).Thành phần<br /> chất bay hơi chiếm ưu thế tại giai đoạn này.<br />  <br />  <br />  <br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 6 - Quá trình cháy của một hạt rắn.<br />  <br /> Bước thứ hai (nhiệt độ lên đến 13000C)<br /> Tại bước này có phản ứng tại phần ngoài bề mặt hạt khi cháy CO.CO được tạo ra trên bề mặt hạt do kết<br /> quả của phản ứng C + 1/2 O 2=> CO.<br /> <br /> <br /> Bước thứ ba (nhiệt độ lên đến 13000C)<br /> Tại bước này có phản ứng tại phần bề mặt hạt khi cháy CO mãnh liệt. Tại vị trí giữa hạt và phản ứng nơI<br /> bề mặt có nồng độ O2 thấp đến mức dẫn đến C cháy trên bề mặt hạt theo phản ứng C + CO 2 = 2CO. Nhìn<br /> chung CO nằm ngay trên bề mặt hạt làm tăng độ rỗng cho phép CO 2 phân tán được.<br /> <br /> <br /> Bước thứ tư (kết thúc quá trình cháy)<br /> Tại bước này tiếp tục xảy ra quá trình cháy CO giảm và nồng độ O 2 tăng hầu như chỉ còn CO2 và O2.Như<br /> vậy C cháy trên bề mặt hạt theo phản ứng<br /> C + CO2 => 2CO và C + 1/2 O2 --> CO.<br /> Hình 7 - Cơ chế cháy trong các đám bao phủ.<br />  <br /> Quá trình cháy của các đám bao phủ<br /> Trong lò nung xi măng, thông tường, các hạt không cháy độc lập chúng cháy trong các đám bao<br /> phủ.H.H.Chiuet lý giải cơ chế cháy của các đám bao phủ các hạt lỏng vào năm 1982, tại Hội thảo chất đốt<br /> lần thứ 19 trong bài viết “ Quá trình cháy theo đám của các hạt lỏng ’’ Theo lý thuyết này có bốn cơ chế<br /> dẫn đến cháy theo đám, chúng tuỳ thuộc vào hệ số phân tán và số lượng hạt.<br /> - Cháy lớp vỏ ngoài : Sự cháy sảy ra bên ngoài đám bao phủ và chỉ các hạt nằm ngoài bề mặt bay hơi bị<br /> phân tán trong môi trường ôxi. Vùng 1.<br /> - Cháy đám bên ngoài : Sự cháy xuất hiện chỉ bên ngoài đám bao phủ,nhưng có các chất bay hơi từ bên<br /> trong hoặc sản phẩm khí hoá nhiên liệu tham gia. Vùng 2.<br /> - Cháy đám bên trong : Các hạt nhỏ nằm gần bề mặt cháy độc lập nhưng có một lượng đáng kể các chất<br /> bay hơi hoặc bị khí hoá trong lõi của đám bao phủ không bị cháy.<br /> Vùng 3.<br /> - Các hạt cháy độc lập : hầu hết các hạt được cháy độc lập. Vùng 4.<br /> Các hạt được phun với lượng lớn ở ngay tại khu vực đầu vòi đốt, khu vực này có chỉ số phân tán nhỏ bởi<br /> vậy sự cháy lớp vỏ xuất hiện ở vùng này (Vùng 1). Tuy nhiên với tỷ lệ nhiên liệu và không khí thích hợp,<br /> vùng 1 có thể bị thu ngắn lại và vùng 2 chiếm chỗ của nó. Như vậy đối với nhiên liệu và hỗn hợp không khí<br /> tốt, có độ hỗn loạn cao, và có các vòng tuần hoàn thì sự cháy ban đầu rất mạnh dẫn đến tạo ra pik nhiệt<br /> độ thứ nhất.<br /> Sau đó là đến các vùng có độ hỗn loạn cao hơn, lượng ôxi lớn hơn sản phẩm cháy bắt đầu hình thành từ<br /> các phản ứng, liên quan đến các đám mây của hạt. Trong quá trình việc phân tán ôxi tiến hành về phía<br /> vùng cháy (Vùng 3) Tuy vậy quá trình trao đổi nhiệt vẫn tiếp tục, nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn. Pik thứ hai<br /> xuất hiện chỉ khi có đủ lượng ôxi tương tác với nhiên liệu, các hạt sẽ cháy độc lập và quá trình “ Tái bốc<br /> cháy’’ lại diễn ra (Vùng 4)<br /> Để khống chế pik nhiệt độ thứ hai, cũng như kéo dài thời gian cháy lần hai, điều quan trọng là phải “ phá<br /> vỡ ’’ cơ chế phân tán và thay thế bằng cơ chế đối lưu, như vậy có thể cho phép ôxi phối trộn với nhiên liệu<br /> nhanh hơn.<br /> <br /> <br /> Tối ưu hoá quá trình cháy tại vòi đốt chính<br /> Sự cháy hai giai đoạn bị khống chế bởi việc tối ưu hoá sự cháy tại vòi đốt chính. Tại vị trí này có thể đạt<br /> được độ phân tán, tỷ lệ nhiên liệu/ không khí, các vòng tuần hoàn trong và ngoài, độ rối loạn của các hạt<br /> và tỷ lệ cháy. Với nhiên liệu thích hợp và phun theo gió sơ cấp, điều có thể thấy là có thể khống chế được<br /> vận tốc và nhiệt độ trong lò, chiều dài ngọn lửa và khoảng cách giữa các pik và tối ưu hoá quá trình cháy<br /> tại vòi đốt chính.<br /> Để tối ưu hoá quá trình cháy điều quan trọng là vị trí đúng đặt vòi đốt chính trong lò.<br /> “ Làm thế nào’’ để xác định vị trí đúng của vòi đốt chính phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong bài viết này<br /> không để cập đến.<br /> <br /> <br /> Kết luận<br /> Vấn đề cháy trong lò xi măng là vấn đề phức tạp vá chiệu ảnh hửng của nhiều nhân tố. Sự phức tạp của<br /> vấn đề trên đã được khẳng định tuy nhiên, nếu dùng phương pháp loại trừ có thể chắc chắn khống chế tốt<br /> hệ thống đốt nhiên liệu. Giải pháp dùng phương pháp loại trừ cần gắn chặt với sự phát triển của công<br /> nghệ và khoa học để đưa ra các giải pháp sử lý các vấn đề :<br /> - Đưa ra các thông tin đầy đủ về các đặc tính của vòi đốt.<br /> - Xác định phạm vi phân tích.<br /> - Các mô hình toán học.<br /> Thông qua đó xác định những biện pháp để tối ưu hoá quá trình cháy và quá trình sản xuất trong một<br /> điều kiện nhiên liệu nhất định cũng như các tính chất của phối liệu và ảnh hưởng của quá trình tới môi<br /> trường nằm trong khoảng nhất định.<br /> <br /> <br /> TS Clemente Greco, Công ty Tư vấn C. Greco Termica Fluidos, Brazil.<br /> Theo TTKHKT XM dịch từ World Cement.<br /> <br /> <br /> THIẾT BỊ LÀM LẠNH CLINKER<br /> <br /> Đây là loại thiết bị làm lạnh Clinker đơn giản nhất hiện nay nhưng cho hiệu<br /> suất cao, phù hợp với cỡ lò quay trung bình 2500 - 3000 tấn clinker/ngày.<br /> Công nghệ đã được các Viện thiết kế xi măng Trung quốc nghiên cứu và<br /> phát triển và hiện ứng dụng khá phổ biến ở Trung quốc. Xin giới thiệu có<br /> tính chất tham khảo.<br /> <br /> Hiệu suất làm lạnh có 1. Nguyên lí làm việc và đặc điểm<br /> thể ảnh hưởng nhiều<br /> đến chất lượng clinker Máy làm nguội kiểu ghi HCFC-2500 là máy làm nguội kiểu răng lược đời thứ 3<br /> được khai thác sử dụng công nghệ mới nhất, với những tính năng như kỹ thuật<br /> ưu việt, độ tin cậy cao nên càng thích ứng với các yêu cầu của các nhà máy xi măng qui mô lớn. Cho đến<br /> nay đã có hơn 30 chiếc máy làm nguội kiểu răng lược dòng điều khiển dòng máy HCFC được đưa vào sử<br /> dụng, kỹ thuật của nó có trình độ quốc tế niên đại 90.<br /> Đặc điểm:<br /> - Giảm thiểu hiện tượng ”hồng hà”, tiêu trừ ”người xếp tuyết”.<br /> - Hình thức kết cấu tấm răng lược tiên tiến, không chỉ dễ dàng lắp ráp, mà còn giảm thiểu sự rò<br /> nguyên liệu mịn, chống ăn mòn tấm răng lược, kéo dài tuổi thọ sử dụng.<br /> - Van làm kín liệu kiểu mới giảm thiểu sự rò rỉ không khí. Kết cấu đơn giản, duy tu thuận tiện.<br /> - Cấp gió làm nguội theo từng khu vực, nâng cao chất lượng gió làm nguội, nâng cao nhiệt độ gió<br /> lần 2, tiết kiệm năng lượng rõ rệt.<br /> - Thiết bị vận hành đáng tin cậy, thao tác lò ổn định.<br /> 2. Nguyên lí làm việc:<br /> Căn cứ vào độ dày lớp nạp liệu lên sàn răng lược, tình trạng phân bổ kích cỡ hạt clinke, để chia ra các<br /> vùng làm nguội hợp lí và để điều chỉnh gió làm nguội thích hợp, chỉ có các khu vực nhỏ mới có thể khiến<br /> cho không khí được phân bổ đồng đều, giữa gió mát và clinke được trao đổi nhiệt hết mức. Với lượng gió<br /> làm nguội nhỏ nhất và quá trình làm nguội có hiệu quả cao nhất đối với một lượng clinke nhất định, giảm<br /> thấp lượng gió làm nguội đơn vị nhằm giảm thiểu lượng không khí dư thừa, cuối cùng đạt mục đích thu hồi<br /> nhiệt hiệu quả nhất.<br /> Clinke đã nung chín chảy ra từ lò xuống sàn làm nguội. Sàn răng lược do các rầm di động và các rầm cố<br /> định đan xen nhau, dưới sự di chuyển qua lại của các tấm răng lược, clinke được rải đều ra khắp sàn làm<br /> nguội, hình thành một lớp liệu có độ dày nhất định. Gió làm nguội từ đường ống không khí dưới sàn nguội,<br /> đi qua máy bù trượt thổi vào rầm không khí, thổi lên trên vào trong lớp nguyên liệu, tiến hành làm nguội<br /> clinke. Sau khi làm nguội clinke thì gió mát trở thành gió nóng, gió nóng nhất trở thành không khí đốt (gió<br /> lần hai) thổi vào lò, gió lần 3 thì nạp vào Lò phân giải; một phần gió nóng dùng để sấy khô, lượng gió nóng<br /> nhiệt độ thấp còn lại thì qua xử lí hút bụi rồi thoát vào không khí.<br /> Clinke được làm nguội liên tục trong quá trình các tấm răng lược chuyển động qua lại. Sau khi làm nguội,<br /> clinke cục nhỏ chảy qua các thanh răng lược vào bên trong máy vận chuyển phía sau máy làm nguội, các<br /> viên to thì được nghiền nhỏ bằng máy nghiền, làm nguội lần nữa mới vào máy vận<br /> chuyển, clinke mịn qua khe và lỗ răng lược chảy vào van làm kín liệu điện động, thiết<br /> bị đo độ cao vật liệu đo chỉnh tới một độ cao nhất định thì nguyên liệu chảy vào máy<br /> xích kéo chuyển đi.<br /> 3. Đặc điểm thiết kế:<br /> A. Sàn nguội:<br /> Gồm có 2 đoạn là đoạn thu hồi nhiệt và đoạn làm nguội. Sử dụng truyền động 2 đoạn với các đặc điểm là:<br /> Đoạn thu hồi nhiệt và đoạn làm nguội độc lập với nhau, cách thức điều chỉnh linh hoạt, dễ dàng cho việc<br /> điều chỉnh độ chính xác các thông số công nghệ;<br /> Đoạn thứ nhất là đoạn thu hồi nhiệt, có thể thao tác lớp vật liệu dầy, dễ dàng cho việc thu hồi nhiệt, nhiệt<br /> độ gió lần 2, lần 3 cao và thao tác lò ổn định, hiệu quả nhiệt cao, có lợi cho đốt than có chất lượng kém;<br /> Đoạn thứ 2 là đoạn làm nguội, thao tác với lớp vật liệu mỏng, có lợi cho việc làm nguội clinke, nhiệt độ vật<br /> liệu đầu ra thấp, hiệu quả làm nguội tốt. Đoạn này được trang bị quạt hạ thế, tiết kiệm điện, hiệu quả rõ<br /> rệt.<br /> Căn cứ theo yêu cầu công nghệ, với các khu vực khác nhau sử dụng các loại tấm răng lược khác nhau,<br /> khu thu hồi nhiệt sử dụng tấm CPG, CFG, khu làm nguội sử dụng tấm CAG tỉ lệ lọt liệu thấp kiểu mới.<br /> Toàn bộ máy làm nguội sử dụng các tấm răng lược kiểu mới, không có tấm răng lược lỗ tròn kiểu cũ. Mặc<br /> dùng giá thành chế tạo có tăng lên nhưng nâng cao được sự tiên tiến, tính ổn định và tuổi thọ sử dụng của<br /> máy làm nguội.<br /> B. Hệ thống xung độc đáo:<br /> Sáu hàng phía trước của sàn nguội là các rầm cố định, với kiểu cấp gió xung nên nâng cao tính ổn định<br /> của máy làm nguội, có lợi cho việc trộn lẫn clinke mịn và thô, lớp nguyên liệu trên sàn nguội càng đồng<br /> đều, hiệu quả làm nguội càng được nâng cao.<br /> Tấm răng lược tổ hợp : hoàn toàn tiêu trừ các vết nứt do giãn nở vì nhiệt độ cao, kéo dài tuổi thọ sử dụng<br /> của tấm răng lược, có hướng chảy không khí tốt hơn.<br /> Điều tốc truyền động: sử dụng hình thức điều tốc biến tần.<br /> Máy bù trượt: có thể bù sàn nguội di chuyển trong không gian ba chiều, tính thích ứng mạnh mẽ, tuổi thọ<br /> sử dụng dài.<br /> Kỹ thuật điều chỉnh khống chế đo kiểm hoàn thiện: khẳng định sự vận hành của máy làm nguội càng thêm<br /> tin cậy.<br />  <br /> <br /> <br /> Thiết bị lò quay sản xuất xi măng<br /> <br /> Lò quay đã được Frederik Ransome đưa vào giới thiệu cho ngành công<br /> nghiệp xi măng. Với phát minh của ông, đầu tiên Frederik Ransome nhận<br /> bằng phát minh tại Anh (bằng phát minh tại Anh số 5442 ngày 2/5/1885,<br /> với tên gọi: Sự tiến bộ trong thiết bị công nghệ sản xuất xi măng v.v…)<br /> và sau đó tại Mỹ (bằng phát minh tại Mỹ số 340.357 ngày 19/8/1886 dưới<br /> đầu đề: Thiết bị sản xuất xi măng, v.v…).<br /> Cấu trúc của lò quay kiểu<br /> mới<br /> Lò quay này sử  dụng khí ga để  đốt, sau đó sử  dụng dầu mỏ <br /> trước khi việc đốt bằng than mịn được đem vào sử  dụng. Các lò quay xi măng đầu tiên có  <br /> đường kính khoảng 1,8 ¸ 2,0m, chiều dài khoảng 19 ¸ 25m, với năng suất vào khoảng 30 ¸ 50  <br /> tấn clinker/ngày.<br /> Ransome đã sử dụng các lớp lót bằng gạch để việc trao đổi nhiệt của khí trong lò với vật <br /> liệu cấp vào lò đạt hiệu quả  cao nhất và cho đến ngày nay lớp lót gạch kiểu này được sử <br /> dụng rộng rãi trong các lò quay xi măng.<br /> Khi tăng nhiệt độ  của liệu cấp vào lò, quá trình phản  ứng lý học và hoá học xảy ra như <br /> sau:<br />  100oC Bay hơi nước tự do<br /> <br /> > 500oC Bay hơi nước liên kết<br /> <br /> > 900oC Phân huỷ CaCO3 thành CaO và CO2<br /> Phản ứng hoá học giữa CaO, Al2O3, Fe2O3 và SiO2 tạo ra CA, CF, C2F, C2S, C3A,...<br /> <br /> > 1.200oC Tạo thành pha lỏng<br /> <br /> > 1.280oC Tạo thành C3S và hoàn thiện phản  ứng của CaO (C2S và CaO tan vào pha lỏng và tác <br /> dụng với nhau trong pha lỏng để tạo ra C3S)<br /> <br /> Trong pha lỏng CaO cũng tác dụng với các ôxit khác tạo thành những khoáng xi măng <br /> khác với tốc độ nhanh hơn so với phản ứng cùng loại ở thể rắn.<br /> Quá trình phản ứng pha lỏng để tạo ra C3S phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ nung, trung <br /> bình nhiệt độ  nung tăng lên 50oC thì tốc độ  phản  ứng tạo thành C3S tăng gấp hơn hai lần, vì <br /> vậy để tăng hàm lượng C3S thì nhiệt độ của Zôn nung phải được duy trì ở khoảng 1.450oC.<br /> Ban đầu sau khi công bố bằng phát minh, lò quay được chế tạo có đường kính không đổi <br /> theo suốt chiều dài lò, sau đó được cải tiến với đường kính Zôn nung mở rộng; rồi đến lò quay  <br /> với đường kính Zôn canxi hoá mở rộng; lò quay với đường kính Zôn nung và Zôn canxi hoá mở <br /> rộng; lò quay với Zôn sấy, Zôn canxi hoá và Zôn nung mở rộng...<br /> Mục đích của việc mở rộng các zôn của lò là kéo dài thời gian lưu vật liệu trong từng zôn  <br /> riêng biệt; đồng thời cũng nhằm mục đích giảm tốc độ  khí trong đó làm cho quá trình trao đổi  <br /> nhiệt của khí lò với vật liệu tốt hơn. Tuy nhiên, nguyên nhân này đã làm thay đổi tốc độ <br /> chuyển động của liệu trong lò, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình vận hành của lò nung. Trong  <br /> các zôn, liệu bị ứ đọng tại chỗ  chuyển tiếp từ Zôn mở  rộng sang Zôn tiếp theo làm mức tăng <br /> mức chà sát làm gạch chịu lửa tại phần này bị mài mòn nhanh hơn và hàm lượng bụi tăng lên <br /> theo. Mặt khác, việc chế tạo phần chuyển tiếp đắt hơn nhiều so với phần lò thẳng đều. Hơn <br /> nữa, quá trình xây lớp lót của phần thu hẹp là công việc rất khó khăn và phức tạp, đòi hỏi các <br /> gạch chịu lửa phải có hình dáng đặc biệt. Từ  kinh nghiệm thực tế  cũng như  các tính toán lý  <br /> thuyết có thể  đưa ra nhận xét rằng các lò quay có đường kính đều theo suốt chiều dài lò là  <br /> hiệu quả hơn cả. Vì vậy, trên thế giới hiện nay các nhà cung cấp chỉ cung cấp những lò quay <br /> có đường kính đều nhau theo suốt chiều dài lò nung.<br />  2.1. Lò quay dài phương pháp ướt.<br /> Lò quay với vỏ  thép hình trụ  tròn, trục lò được đặt nghiêng từ  3,5 ­ 4% so với phương  <br /> nằm ngang. Lò quay dài phương pháp ướt có tỷ lệ chiều dài/đường kính (L/D) khoảng từ 30/1  <br /> đến 38/1. Tuỳ theo hàm lượng nước trong bùn phối liệu và thành phần hoá học của bùn phối  <br /> liệu mà suất tiêu hao nhiệt nằm trong khoảng 1300­1650 Kcal/kg clinker. Nhiệt độ của khí thải  <br /> của các lò quay dài phương pháp ướt vào khoảng từ 150­230oC. Nồng độ bụi trong khí thải vào <br /> khoảng 15 gam/Nm3. Tổn thất áp suất trong lò vào khoảng 150 – 180mmH2O. Hệ  thống trao <br /> đổi nhiệt trong lò phần lớn là các vòng xích trao đổi nhiệt được treo bên trong lò. Năng suất <br /> riêng của lò dài phương pháp ướt có xích trao đổi nhiệt vào khoảng 0,45 – 0,58 tấn/m3.ngày.<br /> Để tăng năng suất, đồng thời giảm suất tiêu hao nhiệt của lò, người tìm cách giảm hàm  <br /> lượng nước trong bùn phối liệu. Có hai phương pháp để làm giảm hàm lượng nước trong bùn <br /> phối liệu như sau:<br /> ­ Phương pháp hoá học: Bằng cách dùng hoá chất để pha loãng bùn phối liệu<br /> ­ Phương pháp cơ học: Bằng cách khử nước trong bùn phối liệu trong các phin lọc, ép <br /> lọc để tạo thành bánh có độ ẩm 18­20%.<br /> Bằng các phương pháp khử nước cơ học trong bùn phối liệu cho phép giảm được chiều  <br /> dài của lò quay phương pháp ướt ngắn lại (phương pháp bán khô).<br />  Kinh nghiệm thực tế đã chứng minh, cứ giảm được 1% độ ẩm của bùn phối liệu thì tăng  <br /> được năng suất của lò nung lên 1,5%, đồng thời giảm được khoảng 1% tiêu hao nhiệt năng để <br /> nung luyện clinker.<br /> 2.2. Lò quay dài phương pháp khô.<br /> Lò quay dài phương pháp khô đã được phát triển khá mạnh  ở  Mỹ. Ban đầu, các lò quay  <br /> có chiều dài khoảng 140­160m, không sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt bên trong, dẫn đến nhiệt  <br /> độ  khí thải ra khỏi lò vào khoảng 700­7500C. Do đó cần thiết phải sử  dụng hệ  thống phun  <br /> nước để  giảm nhiệt độ  dòng khí thải trước khi đi vào thiết bị  thu bụi. Để  tận dụng lượng <br /> nhiệt thừa trong khí thải người ta đã thiết kế các hệ  thống trao đổi nhiệt bên trong lò. Các hệ <br /> thống trao đổi nhiệt trong lò là các cơ cấu bằng gốm hoặc bằng kim loại.<br /> Lắp đặt cơ cấu trao đổi nhiệt trong lò với mục đích là phân chia vật liệu cấp cho lò cũng  <br /> như  khí nóng trong lò thành 3 hoặc 4 khoang riêng biệt để  tăng bề  mặt tiếp xúc và trao đổi  <br /> nhiệt giữa khí nóng và vật liệu đạt hiệu quả  cao hơn. Các cơ  cấu trao đổi nhiệt bằng gốm  <br /> được lắp đặt ở vùng lò có nhiệt độ khí lò cao từ 1000­1200 0C, vùng này có sự chênh lệch nhiệt  <br /> độ  lớn giữa nhiệt độ  khí và nhiệt độ  của bột liệu và do đó tại vùng này sự  trao đổi nhiệt đạt  <br /> hiệu quả cao nhất.<br /> Việc sử dụng các cơ cấu gốm lắp đặt trong lò làm tăng năng suất lò quay lên tới 8­12%,  <br /> đồng thời làm giảm suất tiêu hao nhiệt riêng xuống từ 8­12%. Nhiệt độ khí thải lò giảm xuống  <br /> chỉ còn 600­6500C. <br /> Nhiệt độ  khí thải của các lò quay dài phương pháp khô có lắp đặt hệ  thống xích vào  <br /> khoảng 380 ­ 4000C với dòng khí thải này, bột liệu cấp vào lò có hàm lượng ẩm lên tới 13% thì  <br /> vẫn được sấy khô mà không cần phải gia nhiệt thêm.  <br /> Tuy nhiên, việc sử dụng các cơ cấu trao đổi nhiệt trong lò bằng gốm cũng như bằng kim  <br /> loại đều dẫn đến việc tăng trở  lực của dòng khí chuyển động trong lò làm tăng chi phí điện  <br /> năng cho quạt khói lò. <br /> 2.3. Lò quay Lepol (bán khô)<br /> Việc phát minh ra lò Lepol vào năm 1928 đã có ý nghĩa đáng kể  trong lĩnh vực sản xuất <br /> clinker phương pháp khô khi mà quan điểm tiết kiệm nhiệt năng. Thuật ngữ “Lepol” được tạo  <br /> ra từ tổ hợp âm tiết đầu tên của nhà phát minh (Otto Lellep) với tên gọi của công ty Polysius; <br /> sau này đã giành được bằng sáng chế  và phương pháp này được tiếp tục phát triển. Chiến  <br /> tranh thế  giới thứ  2 xảy ra, mức tiêu hao nhiệt của lò Lepol giảm xuống hơn 50% so với các <br /> loại lò khác. Điều này dẫn đến việc 120 lò Lepol đã được cung cấp và lắp đặt với công suất  <br /> 600 tấn clinker/ngày, mức tiêu hao nhiệt vào khoảng 1000 kcal/kg clinker. Sau năm 1950, lò <br /> Lepol được cải tiến với chu trình khí kép thì khoảng hơn 300 lò Lepol nữa đã được lắp đặt với  <br /> công suất 3000 tấn clinker/ngày, đồng thời nhiệt lượng tiêu hao cũng đã giảm xuống chỉ  còn <br /> khoảng 800 kcal/kg clinker. <br /> Năng suất riêng của lò Lepol chu trình khí đơn vào khoảng từ  1,0–1,3 tấn/m3.ngày và <br /> Năng suất riêng của lò Lepol chu trình khí kép vào khoảng từ 1,4–1,8 tấn/m3.ngày.<br /> Đặc điểm chủ yếu của phương pháp này là sử  dụng cho lò quay ngắn làm việc kết hợp  <br /> với ghi vận chuyển liệu; ghi vận chuyển này được dòng khí nóng tới 1000 0C của lò truyền vào <br /> và được bao phủ bởi lớp vật liệu dầy 15­20 cm ở dạng viên hoặc dạng bột. Nhiệt độ dòng khí <br /> thải qua ghi khoảng 1000C, nhờ  khả  năng lọc của các hạt nằm trên, lượng bụi đem theo khí  <br /> thải ra ngoài rất thấp và như vậy nhiệt độ thấp cũng như hàm lượng hơi nước trở thành điều <br /> kiện thuận lợi cho việc lọc bụi tĩnh điện. <br />  Xuân Tuân<br />  Tạp chí xi măng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng<br /> Phòng Kỹ thuật TCT (sưu tầm)- Đăng trên Tạp chí Xi măng quí IV/2004<br /> <br /> I. Nguyên lý của việc sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng<br /> <br /> 1. Nguyên lý về thành phần vật chất<br /> Chất thải ở dạng nguyên liệu hay nhiên liệu sau quá trình đốt cặn b• còn lại có thành phần vật chất<br /> phù hợp với thành phần xi măng như: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 …<br /> <br /> 2. Nguyên lý xử lý ô nhiễm môi trường<br /> Để thiêu huỷ chất thải an toàn và hợp lý, phải thiêu đốt ở nhiệt độ cao. Quá trình thiêu đốt nhiệt độ cao<br /> thực chất là phân huỷ bằng nhiệt các phân tử hữu cơ và biến chúng thành CO2 và nước. Để đạt được<br /> tình trạng phân huỷ hoàn toàn cần có nhiệt độ đủ cao, cung cấp đủ ôxy, thời gian lưu cháy và điều<br /> kiện trộn tốt. Các lò chuyên dụng và lò xi măng đều có thể đáp ứng được các yêu cầu này. Tuy nhiên,<br /> thông thường lò nung xi măng đạt được thời gian lưu cháy lâu hơn (6-10 giây) và nhiệt độ cao hơn<br /> (>1.4000C) so với các lò đốt chất thải chuyên dụng. Mặt khác, ở lò nung xi măng tính kiềm của xi<br /> măng sẽ trung hoà axít clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra trong quá trình đốt cháy chất thải.<br /> Do vậy, lò nung xi măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cũng như hiệu quả làm sạch khí<br /> thải ưu việt. Đó cũng là lý do vì sao lò nung xi măng là lý tưởng đối với việc thiêu đốt chất thải.<br /> <br /> II. Các vấn đề môi trường cần quan tâm khi sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong<br /> sản xuất xi măng<br /> <br /> 1. Phát thải khí<br /> - Ô nhiễm bụi<br /> - Ô nhiễm do khí độc: kim loại, HCl, Dioxin/Furan, SO2, NOX, CO.<br /> <br /> 2. Các vấn đề khác<br /> - Ô nhiễm do khâu quản lý chất thải<br /> - Ô nhiễm do tiếp xúc trực tiếp của người tham gia xử lý hoặc thiêu đốt chất thải.<br /> - Ô nhiễm do sự cố môi trường xảy ra trong quá trình vận hành.<br /> Trong quá trình thiêu đốt chất thải trong lò nung xi măng cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật sau<br /> (xem bảng 1 và bảng 2).<br /> Bảng 1: Các giới hạn đạt được khi thiêu đốt chất thải trong lò xi măng<br /> STT Thông số Các giới hạn đạt được<br /> 1 Hướng dẫn thiết kế<br /> 1.1 Nhiệt độ đốt cháy thiết kế nhỏ nhất Chất thải halogen hoá và chất thải đa nhân: 13000C<br /> Chất thải phi halogen hoá và đơn nhân: 11000C<br /> 1.2 Thời gian lưu tối thiểu 2 giây<br /> 2 Hướng dẫn vận hành<br /> 2.1 Nhiệt độ hoạt động để đốt cháy thấp nhất Chất thải halogen hoá và chất thải đa nhân: 12000C<br /> Chất thải phi halogen hoá và đơn nhân: 10000C<br /> 2.2 Nồng độ ôxi nhỏ nhất tại đầu ra của buồng thứ cấp 3%<br /> 2.3 Nồng độ khí CO lớn nhất (trung bình 10 phút đo) 50ppmdv(phần triệu theo thể tích khô)<br /> 2.4 Sự phân huỷ nhỏ nhất và hiệu suất phân huỷ Hợp chất độc gốc clo hoá: 99,9999%<br /> Hợp chất độc gốc phi clo hoá: 99,99%<br /> 3 Hướng dẫn thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm không khí<br /> 3.1 Nhiệt độ đầu vào hệ thống kiểm soát bụi < 1400C<br /> > điểm sương của axit<br /> 3.2 Nồng độ bụi tròng ống khói < 20 mg/m3<br /> 3.3 Nồng độ axit clohydric trong ống khói < 75 mg/m3 hoặc > 90% loại bỏ<br /> 4 Giới hạn thải của ống khói<br /> 4.1 Độ mờ đục của tấm kính Lớn nhất là 5%<br /> 4.2 Tổng Polychlorinated<br /> dibezo-p-dioxins (PCDD) and Polychlorinated dibenzofurans (PCDF) < 0,5 mg/m3 (TEQ)<br /> Bảng 2: Thông tin kỹ thuật cho việc thiêu đốt chất thải nguy hại<br /> Các chỉ tiêu đốt chất thải quan trọng Thành phần hoá<br /> Phân tích sau cùng C, H, O, H2O, S và tro<br /> Kim loại Ca, Na, K, Cu, V, Ni, Fe, Pb, Hg<br /> Halogen Cholorides, bromides, fluorides<br /> Nhiệt trị kJ/kg<br /> Thành phần rắn Kích cỡ, dạng và số lượng<br /> Thành phần lỏng Độ nhớt, trọng lượng riêng và tập chất<br /> Thành phần khí Tỷ trọng và tạo chất<br /> Tỷ lệ hữu cơ %<br /> Các tính chất đặc biệt ăn mòn, phản ứng, dễ cháy<br /> Lượng xử lý Tối đa, trung bình, tối thiểu<br /> Độc tính Gây ung thư, độc cho nước …<br /> III. Lợi ích của việc sử dụng nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất xi măng<br /> <br /> 1. Lợi ích kinh tế trước mắt<br /> - Lò nung xi măng sẽ tận dụng được nhiệt năng từ việc đốt cháy các chất thải thay thế tiết kiệm<br /> khoảng 20-25% nhiên liệu cho quá trình đốt.<br /> - Có thể đưa vào lò nung clinker một lượng nhất định khoảng 5-10% chất thải để thiêu huỷ. Các chất<br /> thải này sẽ là thành phần phụ gia cho xi măng, trong quá trình thiêu đốt các chất này sẽ tương tác<br /> hoặc kết hợp với nguyên liệu xi măng và không ảnh hưởng đến thành phần xi măng. Như vậy sẽ góp<br /> phần tiết kiệm 5-10% nguồn tài nguyên nguyên liệu phục vụ sản xuất xi măng.<br /> <br /> 2. Lò nung xi măng hoạt động ở nhiệt độ cao (>1.4000C), có khả năng xử lý được nhiều loại<br /> chất thải, trong đó có nhiều loại chất thải nguy hại với khối lượng lớn. Mặt khác, do thành phần<br /> xi măng có tính kiềm cao nên có khả năng trung hoà axit clohydric và các axit dạng khí khác sinh ra<br /> trong quá trình đốt cháy khí thải, thời gian lưu cháy trong lò khoảng 6-10 giây. Do vậy, lò nung xi<br /> măng là một loại lò đạt hiệu suất phá huỷ rất cao cung như hiệu quả làm sạch khí thải rất lớn, kể cả<br /> đối với Dioxin, Furan.<br /> IV. Các bước tiến hành và yêu cầu bảo vệ môi trường của quá trình sử dụng chất<br /> thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất<br /> <br /> 1. Lựa chọn chất thải<br /> Các chất thải được sử dụng trong lò nung xi măng gồm:<br /> - Dầu đã qua sử dụng<br /> - Bùn cặn (công nghiệp lọc dầu, nhà máy hoá chất, sản xuất giấy ...)<br /> - Dung môi đ• qua sử dụng<br /> - Sơn<br /> - Thuốc trừ sâu có nguồn gốc hữu cơ<br /> - Bùn xưởng in<br /> - Dầu axit/chất lỏng kiềm thải bỏ<br /> - Tro từ các nhà máy công nghiệp, các quá trình thiêu đốt.<br /> - Lốp xe thải<br /> - Cao su thải<br /> - Nhựa<br /> - Vinyl<br /> - Giấy/gỗ thải<br /> - Bùn cặn sau xử lý nước thải<br /> - Chất thải vô cơ<br /> - Xỉ<br /> - Cát đúc khuôn, cát từ xưởng đúc thải bỏ<br /> Các chất thải không được xử dụng trong lò nung xi măng:<br /> - Chất thải là các axit mạnh (sulfuric, nitric, clohydric...)<br /> - Chất thải là các kiềm mạnh (Na2O, K2O)<br /> - Chất nổ<br /> - Chất phóng xạ<br /> - Chất thải y tế<br /> - Pin<br /> - Chất thải axit khoáng<br /> - Chất thải điện tử<br /> - Kim loại vụn<br /> Các yêu cầu chất thải khi sử dụng trong lò nung xi măng<br /> - Nhiệt trị: không nhỏ hơn 12700 kJ/kg chất thải.<br /> - Độ ẩm: càng nhỏ càng tốt<br /> - Tổng lượng kiềm tính theo tổng K2O và Na2O nhỏ hơn 4%.<br /> - Tổng lượng Cl nhỏ hơn 500ppm<br /> - Hàm lượng kim loại bay hơi có nhiệt độ nóng chảy thấp: nhỏ hơn 1000 ppm, tuy nhiên riêng Hg, Cr,<br /> As và Cd nhỏ hơn 150 ppm.<br /> - Nếu chất thải ở dạng rắn thì yêu cầu kích thước càng nhỏ càng tốt. Khi chất thải có kích thước to<br /> hơn (như lốp xe cũ) cũng có thể được sử dụng khi lắp thêm thiết bị để nạp.<br /> <br /> 2. Xử lý trung gian chất thải trươc khi đưa vào lò nung xi măng (tiền xử lý)<br /> - Các loại chất thải khi đưa vào thiêu đốt trong lò nung xi măng cần phải được tiền xử lý sao cho phù<br /> hợp với các thiết bị của lò nung.<br /> - Tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng công nghệ sản xuất xi măng mà việc tiền xử lý được áp<br /> dụng theo phương pháp thích hợp , đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm và các tiêu<br /> chuẩn về môi trường cho phép.<br /> - Khi chất thải có hàm lượng PCBS lớn hơn 50 ppm, cần tiền hành những thí nghiệm về quá trình đốt<br /> kèm theo qua trình quan trắc cẩn thận để khẳng định khỉ thải đạt tiêu chuẩn về PCB. Nếu không thì<br /> phải tiến hành pha lo•ng nhiên liệu này bằng loại nhiên liệu không có PCBS.<br /> <br /> 3. Vận chuyển và lưu giữ chất thải trước khi đưa vào lò nung xi măng<br /> Vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng<br /> - Việc vận chuyển chất thải đến nhà máy xi măng phải tuân thủ theo các quy chế quản lý chất thải<br /> nguy hại của nhà nước.<br /> Tiếp nhận và lưu giữ chất thải trong khu vực nhà máy xi măng<br /> - Khu vực tiếp nhận và lưu giữ chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo<br /> - Khu vực lưu giữ chất thải trong nhà máy xi măng phải đảm bảo an toàn về mặt xây dựng, kết cấu và<br /> phù hợp với bản chất và khối lượng của chất thải thu nhận.<br /> - Các loại chất thải khác nhau phải được lưu giữ ở những khu vực nhỏ khác nhau và mỗi khu vực<br /> nhỏ chứa từng loại chất thải phải có dấu hiệu cảnh báo an toàn.<br /> - Các thùng chứa chất thải dạng rời (không bao bì) phải có dung tích ít nhất lớn hơn thể tích chất thải<br /> 10%, phải được chế tạo từ vật liệu phù hợp với chất thải lưu giữ, kết cấu phải đảm bảo an toàn và<br /> hợp lý trong thao tác (nạp chất thải và lấy chất thải). Với những loại chất thải dễ biến đổi thể tích trong<br /> quá trình lưu giữ phải có bao bì thứ cấp đề phòng tràn chất thải.<br /> - Phải có hệ thống mái, che chắn và thoát nước mưa đảm bảo nước mưa không xâm nhập vào chất<br /> thải.<br /> - Phải có hệ thống tường hoặc đê bao hay mương đề phòng sự cố.<br /> - Phải có hệ thống thông gió và chiếu sáng phù hợp<br /> V. Khi đưa chất thải vào lò nung xi măng<br /> Trước khi chính thức sử dụng chất thải làm nguyên liệu, nhiên liệu trong lò nung xi măng cần tiến<br /> hành đốt thử nghiệm nhằm xác định các chế độ tối ưu, xác định các tác động của việc đốt các chất<br /> thải đến môi trường và đến sức khoẻ của con người.<br /> Quá trình đốt thử nghiệm cần thực hiện các bước sau:<br /> 1. Lập kế hoạch đốt thử nghiệm:<br /> Xác định tính chất và thành phần của chất thải đem đốt, kỹ thuật lấy và phân tích mẫu, điều kiện vận<br /> hành của lò nung, thiết bị kiểm soát và quan trắc môi trường. Kế hoạch này là căn cứ để kiểm tra hiệu<br /> quả việc xử lý chất thải và xác lập các điều kiện vận hành lò nung.<br /> Kế hoạch đốt thử nghiệm chất thải bao gồm 6 phần:<br /> Mô tả nhà máy, lò nung xi măng và hệ thống kiểm soát:<br /> - Vị trí nhà máy: Cần mô tả rõ vị trí của nhà máy dự định đốt chất thải, giấy phép đầu tư, công suất<br /> đốt, nguồn điện sử dụng, môi trường dân cư xung quanh nhà máy.<br /> - Nguyên liệu: Cần mô tả rõ các nguồn nguyên liệu khai thác và sử dụng cho nhà máy, lượng nguyên<br /> liệu sử dụng trong ngày, tháng, năm, phương thức vận chuyển, chế biến.<br /> - Chuẩn bị nguyên liệu thô: phương thức chuẩn bị, tỉ lệ pha trộn, yêu cầu đạt được trước khi đưa vào<br /> nung.<br /> - Hệ thống xử lý nhiệt: mô tả cấu tạo, công suất của tháp tiền nung, vị trí lấy mẫu, các thông số cơ<br /> bản của các luồng khí.<br /> - Hệ thống điều khiển trung tâm: mô tả đầy đủ hệ thống kiểm soát trung tâm, chức năng các bộ phận<br /> của hệ thống điều khiển.<br /> Mô tả đặc tính chất thải được sử dụng đốt thử nghiệm:<br /> Cần mô tả rõ nguồn gốc của chất thải, tính chất của chất thải, lượng chất thải được sử dụng để đốt,<br /> có kèm theo kết quả phân tích mẫu chất thải trước khi đưa vào lò đốt.<br /> Thời gian biểu đốt thử nghiệm:<br /> Nhà máy cần lập một thời gian biểu chi tiết cho việc đốt thử nghiệm chất thải, bao gồm: thời gian<br /> chuẩn bị, kiểm tra lò đốt, thời gian vận chuyển lưu giữ chất thải, thời gian đốt, thời gian thực hiện đo<br /> khí thải trước, trong và sau khi đốt, thời gian phân tích và báo cáo kết quả đốt thử nghiệm.<br /> Thủ tục khí đốt chất thải:<br /> Các điều kiện vận hành của lò nung và hệ thống điều khiển được đề cập trong phần thủ tục khi đốt<br /> chất thải bao gồm:<br /> - Nhiệt độ đầu lò<br /> - Hàm lượng CO tại đầu lò<br /> - Hàm lượng O2 tại đầu lò<br /> - Loại chất thải và lưu lượng cho vào lò<br /> - Hiệu suất nhiệt<br /> - Lưu lượng khí vào lò<br /> - Lưu lượng nhiên liệu vào lò<br /> - Khối lượng và chất lượng clinker<br /> - Nhiệt trị và thành phần clo của chất thải<br /> Lấy mẫu theo dõi quá trình hoạt động của lò:<br /> Phương pháp lấy, phân tích và kiển soát mẫu cần được tiến hành theo đúng các tiêu chuẩn của Việt<br /> Nam hoặc tham khảo áp dụng các tiêu chuẩn của Mỹ hoặc Canada.<br /> Các thông số cần được xác định trong quá trình đốt thử nghiệm bao gồm:<br /> - Nhiệt độ, tốc độ gió và lưu lượng khí<br /> - Thành phần độ ẩm khí ở ống khói lò<br /> - Ôxy, CO2 và CO phát thải từ ống khói<br /> - Tổng lượng các thành phần hữu cơ dễ bay hơi, ôxit nitơ, SO2 , tổng các hạt rắn.<br /> - Hydrogen chloride và chlorine<br /> - Các kim loại<br /> - Dioxin, Furan, PCBS và các hydrocacbon để mạch vòng dễ bay hơi (PAHS).<br /> Cần lấy mẫu khí thải 8 giờ trước khi cho chất thải vào lò và 8 giờ sau khi hoàn tất đốt thử nghiệm để<br /> so sánh. Trong quá trình đốt, cứ 2 giờ 1 lần kể từ khi cho chất thải vào lò cần lấy mẫu nhiên liệu thô,<br /> nhiên liệu hoá thạch và bụi để phân tích các chỉ tiêu sau: As, Be, Cd, CO, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb,<br /> Se, Sn, Te, Tl, V, Cl, F, Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na và SO2.<br /> Cần lấy và phân tích 2 hợp chất Fenobucab và Fipronil nhằm xác định sự phân huỷ hoàn toàn của<br /> chất thải.<br /> Hoạt động của lò và các thiết bị điều khiển liên quan sẽ đượctheo dõi trong suốt quá trình đốt thử<br />  nghiệm.<br /> Kiểm soát chất lượng chất thải:<br /> Các thành phần cơ bản của sơ đồ kiểm soát chất thải cho việc đốt thử nghiệm, bao gồm:<br /> - Tiêu chuẩn chất thải<br /> - Kiểm soát việc giao nhận chất thải<br /> - Quy trình lấy mẫu và lưu giữ chất thải<br /> Đê đảm bảo an toàn, quá trình đốt thử nghiệm chất thải cần lựa chọn chất thải nguy hai đặc trưng cho<br /> các loại chất thải nguy hại hiện có ở nước ta. Tiêu chuẩn cho các chất thải nguy hại dạng lỏng dùng<br /> đốt thử nghiệm luôn được đối chiếu với 4 yếu tố cốt yếu của kiểm soát chất lượng chất thải: vận hành<br /> nhà máy, chất lượng sản phẩm, sức khoẻ và an toàn, tác động môi trường.<br /> <br /> 2. Vận hành nhà máy:<br /> - Trong quá trình đốt: cần thường xuyên kiểm soát độ ẩm, thành phần tro, lưu huỳnh, kiềm, halogen,<br /> nhiệt trị.<br /> - Trong quá trình tiền sử lý: cần thường xuyên kiểm soát độ nhớt hoặc tỷ trọng, thành phần chất rắn,<br /> pH, tính không trộn lẫn, điểm chớp cháy…<br /> <br /> 3. Chất lượng chất thải:<br /> Thành phàn tro, lưu huỳnh, halogen, kim loại nặng, các nguyên tố gây trở ngại, cho lò như kiểm, phốt<br /> phát, các bon, phóng xạ.<br /> <br /> 4. An toàn sức khoẻ:<br /> Trong quá trình đốt cần kiểm soát các chất như: PCB, kim loại nặng, xianua, thuốc trừ sâu, phóng xạ,<br /> chất lây nhiễm, sợi amiăng và kiểm soát giới hạn điểm chớp cháy, độ pH.<br /> <br /> 5. Tác động đến môi trường:<br /> - Phát thải khí quyển: kim loại nặng, cacbon hữu cơ dễ bay hơi, lưu huỳnh, halogen, cianua, nitrogen,<br /> amoniăc.<br /> - Thành phần nước thải và tro lắng: kim loại nặng, các chất hữu cơ, các thành phần hoà tan khác.<br /> Nguồn: VNCC<br /> <br /> <br /> <br /> Phòng bệnh hơn chữa bệnh<br /> Bài viết của Lina Mazeika, 3L&T Inc, USA đăng trên tạp chí xi măng quốc tế, số 2/2006<br /> <br /> Người dịch: Dương Đức Hùng - Phòng Tổ chức Hành chính, CCID<br /> <br /> Ảnh hưởng kinh tế từ tổn thất do ăn mòn đã trở thành một vấn đề lớn ở nhiều nhà máy xi măng. Ăn mòn làm nhà máy<br /> ngừng hoạt động, lãng phí các nguồn liệu quý giá, thiệt hại sản phẩm, giảm hiệu quả, bảo dưỡng đắt đỏ, xâm hại môi<br /> trường cũng như đe doạ an toàn. Nhiều người sử dụng trên thế giới đã khắc phục thực trạng này bằng việc sử dụng<br /> một thế hệ mới các vật liệu chống ăn mòn. Sau khi ứng dụng nhiều lần các loại vật liệu này trong túi lọc đang bị ăn<br /> mòn hiện tại, nhiều người sử dụng đã đi đến kết luận rằng thời gian tốt nhất để ngăn sự ăn mòn là trước nó bắt đầu.<br /> Bài báo này minh hoạ một vài ứng dụng các vật liệu này trong túi lọc mới ở châu Âu, châu Phi và Bắc Mỹ.<br /> <br /> Cách tốt nhất để chống ăn mòn là hiểu rõ cơ chế ăn mòn cụ thể, sau đó mới có thể tìm được biện pháp bảo vệ phù<br /> hợp. Ăn mòn đối với các thiết bị hạn chế ô nhiễm trong nhà máy xi măng xảy ra khi khí công nghệ chứa hơi ẩm, SO3,<br /> SO2, CO2, HCL và NOx hoạt động ở gần nhiệt độ ngưng tụ. Thêm một sự rắc rối xảy ra khi có sự dao động lớn trong<br /> nhiệt độ khí đi vào túi lọc. Ở nhiệt độ thấp hơn thì ăn mòn trở nên nghiêm trọng còn ở nhiệt độ cao hơn thì xảy ra sự<br /> thoái hoá do nhiệt đối với lớp lót chống ăn mòn.<br /> <br /> Thiệt hại do ăn mòn<br /> Thép các- bon bị ăn mòn rất nhanh khi tiếp xúc với khí ống xả a-xít ướt, thậm chí thép không gỉ cũng bị ăn mòn<br /> nghiêm trọng nếu clorua có trong khí.<br /> <br /> Các thiết bị hạn chế ô nhiễm như lọc bụi túi, lọc bụi tĩnh điện thường xuyên hỏng hóc do bị ăn mòn. Những bộ phận<br /> liên quan như tháp điều hoà, đường ống, quạt, ống khói cũng bị hư hại.<br /> <br /> Một đặc tính chung là, các thiết bị hoạt động ở phần cuối bộ phận làm lạnh trong công nghệ bị ăn mòn nặng nhất. Khu<br /> vực này tiếp xúc với hơi ngưng tụ, đặc biệt là khi dò dỉ khí lạnh, nhiệt độ bên ngoài thấp và tình trạng ngừng hoạt động<br /> thường xuyên xảy ra.<br /> <br /> Các xu hướng ăn mòn gần đây<br /> Ăn mòn trở nên nghiêm trọng hơn khi hợp chất a-xít tập trung cao hơn trong khí bị đốt cháy. Các nguồn này thường là<br /> hàm lượng lưu huỳnh trong liệu cấp hoặc nhiên liệu, hàm lượng clorua trong liệu cấp hoặc trong không khí gần biển<br /> và CO2, NOx từ quá trình đốt cháy. Tổn thất kim loại tích luỹ có thể lên đến 1,0mm/năm, hậu quả là nhiều trường hợp<br /> kim loại bị phá huỷ trong vòng chưa đến 5 năm.<br /> <br /> Gần đây có ít nhất bốn xu hướng làm cho ăn mòn ở các nhà máy xi măng trở nên trầm trọng hơn. Các nhà tư vấn tài<br /> chính cho rằng hiệu suất quá khứ không đảm bảo cho kết quả tương lai. Về phương diện ăn mòn thì những kết quả<br /> tương lai này rõ ràng là xấu đi. Các xu hướng này là:<br /> <br /> Lượng lưu huỳnh cao hơn trong nhiên liệu: Chi phí nhiên liệu là chi phí hoạt động chính trong một nhà máy xi<br /> măng. Một cách để giảm chi phí là sử dụng nguồn nhiên liệu rẻ hơn như than cốc. Thường thì hàm lượng lưu<br /> huỳnh dao động trong khoảng 5 đến 6%, trong quá trình đốt cháy, chất lưu huỳnh này sản ra lượng SO2,<br /> SO3 nhiều hơn.<br /> <br /> Sự chuyển đổi từ lọc bụi tĩnh điện sang lọc bụi túi: Do các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt<br /> hơn nên nhiều lọc bụi tĩnh điện đang dần được chuyển đổi hoặc thay thế bằng lọc bụi túi. Phía sạch của các<br /> lọc bụi bị ăn mòn nhiều hơn do có ít bụi kiềm hơn để trung hoà a-xít.<br /> <br /> Lọc bụi tốt hơn: Vải lọc bụi mới hiện nay trở nên hiệu quả hơn và có thể giảm bụi thải dưới 50mg/t3. Khí sạch<br /> hơn sẽ có tính a-xít nhiều hơn bởi vì lượng hạt kiềm để trung hoà a-xít ít hơn.<br /> <br /> Đốt nhiều hơn các nhiên liệu thay thế: Ngày càng nhiều nhà máy xi măng đang đốt các loại chất thải khác<br /> nhau như một cách để giảm chi phí nhiên liệu và tăng doanh thu. Đây có thể là nguồn có lượng lưu huỳnh<br /> lớn hơn và thậm chí là nguồn có nhiều clorua hơn. Cả hai chất này có khuynh hướng làm tăng sự ăn mòn<br /> thép, clorua thậm chí còn phá huỷ thép không gỉ.<br /> <br /> Hạn chế ăn mòn<br /> Lớp lót bảo vệ thông thường<br /> Nhiều lớp lót bảo vệ đã được phát triển trong quá khứ. Các loại vật liệu lót epoxit có thể chịu được tác động của việc<br /> ngưng tụ a-xít ở các mức độ khác nhau. Silicone có thể chịu được nhiệt độ cao hơn nhưng vẫn bị tách lớp. Acrylics,<br /> alkyds hay polyesters sẽ không thể chịu được nhiệt độ hoạt động bình thường.<br /> <br /> Cách thức hoạt động không mong đợi điển hình của các lớp lót là sự thoái hoá do oxy hoá hoặc phân lớp từ bề mặt<br /> thép. Sự hư hại do oxy hoá xảy ra khi các thiết bị công nghệ hoạt động ở nhiệt độ trên 150oC (300oF). Sự ăn mòn cắt<br /> chân răng