بررسی عوامل مؤثر بر راندمان کوره‌های دوار سیمان از دیدگاه بهره برداری و آنالیز شیمیایی خوراک کوره
چکیده
سیستم پخت سیمان مهمترین و اساسی‌ترین بخش یک واحد تولیدی سیمان می‌باشد، به طوریکه ظرفیت اسمی کارخانه‌های سیمان براساس میزان تولید روزانه(24 ساعته) کوره بنا نهاده شده و ظرفیت دپارتمانها- تجهیزات و ماشین آلات- سیلوهای ذخیره مواد خام- کلینکر و سیمان نیز بر پایه ظرفیت تولید کوره طراحی و ساخته می‌شود.
لذا راندمان کوره یکی از پارامترهای مهم در بخش تولید بوده و تلاش در جهت به ظرفیت رساندن و سپس بالا بردن راندمان تولید کوره از مهمترین اهداف تیم مدیریتی و پرسنل فنی کارخانه‌های سیمان می‌باشد. در این پروژه سعی بر این است که پس از ارائه شناخت کلی از خط تولید سیمان دو فاکتور بسیار مهم و ارزشمند یعنی عوامل موثر بر راندمان کوره‌های دوار سیمان از دیدگاه بهره‌برداری و آنالیز شیمیائی خوراک کوره ارزیابی شده و مورد تاثیر هر کدام از دو عامل مذکور پس از شناخت موضوعات و مسائل مطروحه به بررسی مشکلات موجود پرداخته و راه‌حلهایی صحیح جهت برخورد با این گونه مسائل ارائه شود تا انشاءالله بدین وسیله هدف اصلی از ارائه این پروژه محقق شود.
فهرست مطالب:
چکیده......................................... 1
مقدمه......................................... 2
فصل1: طرحی از یک کارخانه سیمان با تکنولوژی روز دنیا 4
فصل دوم: اجزاء سیستم پخت..................... 13
1-2- مشخصه‌هایی از کوره دوار سیمان............ 14
1-1-2- غلطک‌ها................................ 15
2-1-2- غلطک بالابر............................ 15
3-1-2- سیستم چرخاننده کوره................... 16
4-1-2- آب‌بندی سر و ته کوره................... 16
2-2- نسوزکاری کوره........................... 17
3-2- مشخصه‌هایی از پیش گرمکن.................. 18
4-2- مسیر فرعی............................... 20
5-2- سیستم تکلیس(Calciner)...................... 21
6-2- مشخصه‌هایی از خنک‌کن...................... 22
7-2- انواع خنک‌کنها........................... 24
1-7-2- خنک‌کن مشبک............................ 27
8-2- اتاق کنترل.............................. 30
9-2- سوخت رسانی و مشعل....................... 30
1-9-2- اصول سوختن و کنترل شعله............... 32
2-9-2- شعله.................................. 33
3-9-2- درجه حرارت شعله....................... 34
فصل 3: پروژه................................. 40
فصل 4: شناخت متغیرهای کنترل سیستم پخت........ 42
1-4- کنترل کوره.............................. 43
2-4- خنک کردن کلینکر......................... 44
3-4- سوخت کوره............................... 45
4-4- تغذیه کوره.............................. 46
5-4- متغیرهای راهبری کوره.................... 46
6-4- مکانیک کوره............................. 48
7-4- شرایط خاص راهبری کوره................... 51
1-7-4- کلیات................................. 51
2-7-4- تجزیه شیمیایی گاز خروجی کوره.......... 51
3-7-4- حجم هوای اولیه........................ 52
4-7-4- درجه حرارت گاز خروجی پیش گرمکن........ 52
5-7-4- درجه حرارت یاتاقانها.................. 52
6-7-4- الکتروفیلترها......................... 52
7-7-4- گرفتگی سیکلونها....................... 53
8-7-4- گرفتگی در رایزر پایپ و ورودی کوره..... 53
9-7-4- نسوزکاری کوره......................... 53
8-4- چرخاندن کوره با موتور کمکی.............. 54
9-4- تحلیل گزارشات ساعتی سیستم پخت........... 54
فصل 5: رعایت اصول کوره بانی.................. 59
1-5- مشخصه‌هایی از سیستم پخت.................. 60
1-5-1- جلو شعله.............................. 60
1-5-2- هوای ثانویه........................... 63
2-5- کوره بان وکوتینگ(استر کوره)............. 65
3-5- عقب کوره................................ 68
1-3-5- درجه حرارت عقب کوره................... 69
2-3-5- مکش عقب کوره.......................... 71
3-3-5- اکسیژن عقب کوره....................... 72
4-5- کنترل مقدار سوخت........................ 73
5-5- کنترل مقدار خوراک کوره و دور کوره....... 74
6-5- کنترل متغیرهای خنک کن گریت.............. 76
1-6-5- کنترل مکش درب کوره.................... 77
2-6-5- فشار زیر صفحات خنک کن................. 78
3-6-5- کنترل درجه حرارت هوای ثانویه.......... 78
7-5- بیست و هفت حالت اساسی کوره.............. 79
1-7-5- سه متغیر و کنترل کننده اساسی.......... 81
2-7-5- شرح بیست و هفت حالت- راه‌حلها و دلایل... 85
3-7-5- حالات اضطراری.......................... 92
فصل 6: اولین گرم کردن سیستم پخت............. 102
1-6- خشک کردن پیش گرمکن..................... 103
2-6- خشک کردن درب کوره و کانال هوای سوم و خنک کن... 106
1-2-6- مشعل کمکی برای خشک کردن درب کوره..... 108
2-2-6- مشعل کمکی برای خشک کردن کانال هوای سوم 108
3-2-6- مشعل کمکی برای خشک کردن خنک کن....... 108
3-6- گرم کردن کوره دوار..................... 113
1-3-6- آماده سازی........................... 113
2-3-6- گرم کردن تمام سیستم پخت.............. 113
3-3-6- کنترل درجه حرارت..................... 115
4-3-6- چرخاندن کوره در مرحله گرم کردن....... 116
5-3-6- وقفه در گرم کردن..................... 116
4-6- خواباندن کوره.......................... 117
5-6- نکات مهم............................... 117
فصل 7: اولین راه‌اندازی سیستم پخت............ 119
1-7- اولین باردهی کوره...................... 120
2-7- مقدمات تغذیه کوره...................... 120
3-7- راه‌اندازی موتور کوره................... 120
4-7- فراهم کردن شرایط تولید عادی............ 121
5-7- راه‌اندازی خنک کن....................... 122
6-7- آماده شدن برای راه‌اندازی کلساینر....... 125
7-7- رسیدن به باردهی عادی................... 125
8-7- حالات غیرعادی خنک کن.................... 126
فصل 8: گرفتگی‌های سیستم پخت.................. 130
1-8- قلیائی‌ها............................... 131
2-8- پاک کردن پیش گرمکن..................... 134
3-8- عوامل گرفتگی عقب کوره.................. 134
1-3-8- توازن چسبندگی و فرسایش............... 134
2-3-8- چسبندگی چیست؟........................ 136
3-3-8- چسبندگی جامد به جامد................. 137
4-3-8- جذب سطحی............................. 137
5-3-8- نتیجه‌گیری............................ 138
4-8- ماهیت جرم گرفتگی عقب کوره.............. 138
1-4-8- مشخصات ظاهری گرفتگی.................. 138
2-4-8- ترکیب شیمیایی........................ 138
3-4-8- ترکیب مینرالوژیکی.................... 144
4-4-8- مکانیزم تشکیل........................ 144
5-8- عوارض گرفتگی عقب کوره.................. 145
1-5-8- عقب کوره............................. 145
2-5-8- عوارض گرفتگی......................... 147
فصل 9: نسوزکاری سیستم پخت سیمان............. 149
1-9- مواد نسوز در نقاط مختلف سیستم پخت...... 150
فصل 10: فرسایش مواد نسوز در سیستم پخت....... 160
1-10- مقدمه................................. 161
2-10- عوامل مختلف فرسایش آجر منطقه پخت...... 162
1-2-10- زیاد داغ شدن آجر.................... 163
2-2-10- نفوذ املاح قلیائی.................... 167
3-2-10- فرسایش ناشی از احیاء................ 172
4-2-10- فرسایش مکانیکی...................... 175
3-10- سیکل قلیائی در سیستم پخت سیمان........ 180
4-10- شکفتگی قلیائی......................... 183
5-10- فرسایش بدنه کوره...................... 185
فصل 11: رعایت نکات ایمنی سیستم پخت.......... 186
1-11- کوره.................................. 187
2-11- سیکلونها.............................. 187
3-11- الکتروفیلتر........................... 188
فصل 12: عوامل موثر بر راندمان کوره‌های دوار سیمان از دیدگاه آنالیز شیمیایی خوراک کوره.......................... 191
1-12- مقدمه................................. 192
1-1-12- مسئولیت آزمایشگاه کارخانه سیمان..... 192
2-1-12- سیمان............................... 192
2-12- مشخصات شیمیائی و فیزیکی سیمان......... 195
1-2-12- آلیت................................ 196
2-2-12- بلیت................................ 198
3-2-12- فاز الومینات........................ 198
4-2-12- فاز فریت............................ 198
5-2-12- ترکیبات فرعی........................ 198
6-2-12- سنگ گچ.............................. 202
3-12- محاسبه فازهای سیمان................... 203
4-12- مشخصات از انواع سیمان................. 203
5-12- چگونگی پخت مواد....................... 206
1-5-12- فعل و انفعالات مواد در پیش گرمکن..... 206
2-5-12- فعل و انفعالات مواد در داخل کوره..... 208
6-12- عوامل موثر در پختن مواد............... 211
1-6-12- ترکیب شیمیایی مواد اولیه............ 211
2-6-12- ترکیب مینرالی مواد اولیه و خوراک کوره 217
3-6-12- دانه‌بندی خوراک کوره................. 218
4-6-12- همگن بودن مواد خام.................. 218
5-6-12- شرایط پخت........................... 219
7-12- میکروسکوپی کلینکر..................... 219
1-7-12- کلینکر نرمال........................ 219
2-7-12- کلینکر آهسته خنک شده................ 219
8-12- مراحل فیزیکی و شیمیائی مواد در حین پخت 223
1-8-12- خشک شدن............................. 223
2-8-12- دهیدراته شدن مواد رسی............... 223
3-8-12- تجزیه کربناتها...................... 223
4-8-12- واکنش‌های جامد....................... 223
5-8-12- واکنش‌هایی که در حضور فاز مایع رخ می‌دهد 224
9-12- تاثیر نوسانات کیفیت خوراک کوره بر راندمان کوره 224
10-12- اقدامات موردنیاز در جهت کاهش نوسان کیفیت خوراک کوره 226
1-10-12- تدوین استراتژی نمونه‌گیری........... 226
2-10-12- مطالعات تفصیلی معادن............... 227
3-10-12- جلوگیری از عوامل نوسان کاذب در سیستم کنترل کیفی 227
منابع و مراجع............................... 229
چکیده انگلیسی .............................. 230
فهرست اشکال:
1-1- فلودیاگرام خط تولید سیمان................ 6
2-1- مشخصات پخت سیمان......................... 7
3-1- خط تولید سیمان به روش خشک............... 10
4-1- سیستم پخت سیمان......................... 11
5-1- سیستم پخت سیمان با سیکلون 5 مرحله‌ای..... 12
1-2- کوره دوار سیمان......................... 14
2-2- بدنه کوره............................... 15
3-2- غلطک مستقر روی پایه‌های کوره سیمان....... 15
4-2- سیستم حرکت کوره......................... 16
5-2- نسوزکاری بخشهایی از سیستم پخت........... 17
7-2- تغییرات حرارت ویژه مصرفی نسبت به ظرفیت کوره... 20
8-2- نمونه‌ای از طرح مسیر فرعی................ 21
11-2- خنک کن دوار به همراه کوره دارای کلساینر طرح همبولت 26
12-2- خنک کن سیاره‌ای......................... 26
13-2- خنک کن مشبک............................ 28
14-2- اتاق کنترل سیمان اکباتان............... 30
15-2- مقطع انتهای خروجی کوره سیمان........... 34
24-2- یکی از آخرین طرحهای مشعل و موقعیت آن در سیستم پخت سیمان 39
1-4- محاسبه مقدار هوای نشتی در بخشهای مختلف سیستم پخت و آسیاب مواد............................................. 50
2-4- نقاط سنجش متغیرهای مختلف سیستم پخت...... 55
3-4- نقاط سنجش متغیرهای مختلف خنک کن کلینکر.. 56
4-4- گزارش ساعتی کارکرد کوره سیمان هگمتان.... 57
5-4- گزارش ساعتی کارکرد خنک کن کلینکر سیمان هگمتان 58
1-5- موقعیت نقطه تاریک نسبت به شعله.......... 61
2-5- جهت انتقال حرارت از مرکز کوره به بدنه... 64
3-5- حالات مختلف منطقه پخت.................... 65
1-6- محل تعبیه حرارت سنج‌ها در نقاط مختلف پیش گرمکن 105
2-6- چگونگی تعبیه سوراخهایی در سقف سیکلونها برای خروج بخار آب............................................ 107
3-6- محل تعبیه مشعل برای خشک و گرم کردن کانال هوای سوم 109
4-6- محل تعبیه برای خشک و گرم کردن درب کوره. 110
5-6- مشعل کمکی برای خشک کردن خنک کن......... 111
1-7- موتور کوره............................. 121
3-8- جریان گاز و مواد....................... 136
4-8- جریان گاز و مواد....................... 136
5-8- گرفتگی‌های سیستم پخت.................... 146
1-9- تغییرات درجه حرارت در بخشهای مختلف سیستم پخت 151
2-9- نسوزکاری قسمتهای مختلف سیستم پخت....... 153
3-9- جنس مواد نسوز مورد استفاده در قسمتهای مختلف سیستم پخت 154
4-9- سیکلون پایین پیش گرمکن و نسوزکاری سقف.. 156
5-9- انتهای پیش گرمکن و ورودی............... 156
6-9- مناطق مختلف ابتدا تا انتهای کوره....... 157
1-10- عوامل فرسایش مختلف شیمیایی- مکانیکی و حرارتی موثر روی آجر............................................ 162
2-10- الی 24-10- اشکال مختلف آجرهای کوره که دچار فرسایش شده‌اند صفحه 164الی صفحه180
25-10- سیکل کلر در سیستم پخت................ 181
26-10- سیکل قلیائی در سیستم پخت............. 182
27-10- سیکل سولفور در سیستم پخت............. 182
28-10- شکفتگی قلیائی........................ 184
30-10- فرسایش بدنه کوره..................... 185
1-12- دیاگرام سه تائی نشان‌دهنده ترکیبات اکسیدی و مینرالی سیمان پرتلند و موقعیت آن در مقایسه با سایر مصالح و مواد معدنی 193
2-12- تقسیم‌بندی مناطق مختلف کوره............ 207
3-12- تغییرات شیمیائی و حرارتی خوراک کوره از ورود به سیستم پخت تا خروج از آن.................................. 210
4-12- بلورهای کلینکر عادی................... 221
5-12- بلورهای کلینکر آهسته خنک شده.......... 221
6-12- توده بلورهای آهک آزاد که توسط الیتها احاطه شده‌اند 221
8-12- کلینگر آزمایشگاهی با سولفات زیاد...... 222
فهرست جداول:
1-2- موازنه حرارتی پیش گرمکن اس- اف.......... 22
2-3- موازنه حرارتی خنک کن فولر دارای اندازه‌های 1050/825 29
3-2- مشخصات فیزیکی شیمیایی انواع سوخت(مأخذ: المان) 31
4-2- مشخصات نفت کوره پالایشگاهی ایران......... 32
1-4- مشخصه‌ای از سوختهای مصرفی در کوره سیمان.. 46
1-5- شرح بیست و هفت حالت اساسی- راه‌حلها و دلایل 85
1-8- مشخصات ظاهری و شیمیایی جرم گرفتگی‌های عقب تعدادی از کوره‌های متعلق به کمپانی holcim....................... 140
2-8- آنالیز شیمیایی نمونه‌هایی از سیلکون 4... 142
3-8- آنالیز شیمیایی نمونه‌های از کوتینگ‌های مزاحم رایز پایپ ورودی کوره............................................ 143
1-9- چرا سیستم پخت سیمان را نسوزکاری می‌کنیم؟ 152
29-10- واکنش‌های مرتبط با ترکیب Na20 و مولایت موجود در آجر آلومینیومی و ترکیبات آلومینو سیلیکات موجود در آجر شاموتی 184
1-12- ترکیب شیمیایی مواد اولیه کارخانجات سیمان ایران 194
2-12- علائم اختصاری برای اجزاء تشکیل دهنده سیمان 197
3-12- ترکیب شیمیائی فازهای یک نمونه کلینگر سیمان پرتلند(برحسب درصد وزنی)....................................... 200
4-12- فازهای کلینکر و مشخصات آنها(درصدها وزنی است) 201
5-12- انواع سیمان پرتلند براساس تقسیم‌بندی انجمن سیمان اروپا 204
6-12- استانداردهای آمریکا(ASTM-C 150) برای سیمان 205
7-12- خلاصه عملیات شیمیائی- حرارتی و نام مناطق کوره 209
8-12- روابط و نسبت مدولهای مورد استفاده برای تنظیم مواد و پختن کلینکر...................................... 213
9-12- نمونه‌ای از مشخصات سنگ آهک- خاک رس و کلینکر... 214
فهرست منحنی‌ها و نمودارها
7-2- منحنی تغییرات حرارت ویژه مصرفی نسبت به ظرفیت کوره 20
9-2- منحنی قابلیت خرد شدن کلینکر و ارتباط آن با نحوه سرد کردن 24
10-2- منحنی درصد انبساط کلینکر و ارتباط آن با چگونگی سرد شدن 24
16-2- منحنی تغییرات درجه حرارت و طول شعله نسبت به نوع سوخت 35
17-2- منحنی اثر نسبت هوا روی درجه حرارت شعله. 35
18-2- منحنی طول نسبی شعله به صورت تابعی از نسبت هوا 36
19-2- منحنی رابطه بین نسبت هوا و فاصله نقطه حداکثر حرارت شعله تا سرمشعل....................................... 36
20-2- منحنی تغییرات درجه حرارت نسبی شعله- نسبت هوای اولیه به ثانویه............................................. 37
21-2- نمودار تغییرات درجه حرارت شعله- درصد هوای اضافی- درجه حرارت هوای ثانویه برای سوخت........................ 37
22-2- اثر سرعت جریان سوخت روی درجه حرارت شعله و فاصله حداکثر درجه حرارت........................................ 38
23-2- اثر سرعت جریان سوخت روی گسترش شعله..... 39
4-5- رابطه بین درصد هوای اضافی و اکسیژن عقب کوره... 72
5-5- سه نمونه از افزایش دور کوره نسبت به زمان 75
5-6- نمودار بیست و هفت حالت اساسی کوره....... 84
6-6- منحنی ارتباط درجه حرارت بدنه با درجه حرارت سطح داغ آجر و ضخامت آجر......................................... 112
7-6- منحنی گرم کردن کوره.................... 114
2-7- منحنی گرم کردن کوره.................... 124
1-8- Relation between removal ratio of volative component and by pass ratio 132
2-8- منحنی‌های فشار جزئی ترکیبات مختلف موجود در سیکل قلیائی 133