بررسی عوامل مؤثر بر راندمان کوره‌های دوار سیمان از دیدگاه بهره برداری و آنالیز شیمیایی خوراک کوره

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

خرید فایل