بررسی عوامل مؤثر بر راندمان كوره‌های دوار سیمان از دیدگاه بهره برداری و آنالیز شیمیایی خوراك كوره
چكیده
سیستم پخت سیمان مهمترین و اساسی‌ترین بخش یك واحد تولیدی سیمان می‌باشد، به طوریكه ظرفیت اسمی كارخانه‌های سیمان براساس میزان تولید روزانه(24 ساعته) كوره بنا نهاده شده و ظرفیت دپارتمانها- تجهیزات و ماشین آلات- سیلوهای ذخیره مواد خام- كلینكر و سیمان نیز بر پایه ظرفیت تولید كوره طراحی و ساخته می‌شود.
لذا راندمان كوره یكی از پارامترهای مهم در بخش تولید بوده و تلاش در جهت به ظرفیت رساندن و سپس بالا بردن راندمان تولید كوره از مهمترین اهداف تیم مدیریتی و پرسنل فنی كارخانه‌های سیمان می‌باشد. در این پروژه سعی بر این است كه پس از ارائه شناخت كلی از خط تولید سیمان دو فاكتور بسیار مهم و ارزشمند یعنی عوامل موثر بر راندمان كوره‌های دوار سیمان از دیدگاه بهره‌برداری و آنالیز شیمیائی خوراك كوره ارزیابی شده و مورد تاثیر هر كدام از دو عامل مذكور پس از شناخت موضوعات و مسائل مطروحه به بررسی مشكلات 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:
چكیده......................................... 1
مقدمه......................................... 2
فصل1: طرحی از یك كارخانه سیمان با تكنولوژی روز دنیا 4
فصل دوم: اجزاء سیستم پخت..................... 13
1-2- مشخصه‌هایی از كوره دوار سیمان............ 14
1-1-2- غلطك‌ها................................ 15
2-1-2- غلطك بالابر............................ 15
3-1-2- سیستم چرخاننده كوره................... 16
4-1-2- آب‌بندی سر و ته كوره................... 16
2-2- نسوزكاری كوره........................... 17
3-2- مشخصه‌هایی از پیش گرمكن.................. 18
4-2- مسیر فرعی............................... 20
5-2- سیستم تكلیس(Calciner)...................... 21
6-2- مشخصه‌هایی از خنك‌كن...................... 22
7-2- انواع خنك‌كنها........................... 24
1-7-2- خنك‌كن مشبك............................ 27
8-2- اتاق كنترل.............................. 30
9-2- سوخت رسانی و مشعل....................... 30
1-9-2- اصول سوختن و كنترل شعله............... 32
2-9-2- شعله.................................. 33
3-9-2- درجه حرارت شعله....................... 34
فصل 3: پروژه................................. 40
فصل 4: شناخت متغیرهای كنترل سیستم پخت........ 42
1-4- كنترل كوره.............................. 43
2-4- خنك كردن كلینكر......................... 44
3-4- سوخت كوره............................... 45
4-4- تغذیه كوره.............................. 46
5-4- متغیرهای راهبری كوره.................... 46
6-4- مكانیك كوره............................. 48
7-4- شرایط خاص راهبری كوره................... 51
1-7-4- كلیات................................. 51
2-7-4- تجزیه شیمیایی گاز خروجی كوره.......... 51
3-7-4- حجم هوای اولیه........................ 52
4-7-4- درجه حرارت گاز خروجی پیش گرمكن........ 52
5-7-4- درجه حرارت یاتاقانها.................. 52
6-7-4- الكتروفیلترها......................... 52
7-7-4- گرفتگی سیكلونها....................... 53
8-7-4- گرفتگی در رایزر پایپ و ورودی كوره..... 53
9-7-4- نسوزكاری كوره......................... 53
8-4- چرخاندن كوره با موتور كمكی.............. 54
9-4- تحلیل گزارشات ساعتی سیستم پخت........... 54
فصل 5: رعایت اصول كوره بانی.................. 59
1-5- مشخصه‌هایی از سیستم پخت.................. 60
1-5-1- جلو شعله.............................. 60
1-5-2- هوای ثانویه........................... 63
2-5- كوره بان وكوتینگ(استر كوره)............. 65
3-5- عقب كوره................................ 68
1-3-5- درجه حرارت عقب كوره................... 69
2-3-5- مكش عقب كوره.......................... 71
3-3-5- اكسیژن عقب كوره....................... 72
4-5- كنترل مقدار سوخت........................ 73
5-5- كنترل مقدار خوراك كوره و دور كوره....... 74
6-5- كنترل متغیرهای خنك كن گریت.............. 76
1-6-5- كنترل مكش درب كوره.................... 77
2-6-5- فشار زیر صفحات خنك كن................. 78
3-6-5- كنترل درجه حرارت هوای ثانویه.......... 78
7-5- بیست و هفت حالت اساسی كوره.............. 79
1-7-5- سه متغیر و كنترل كننده اساسی.......... 81
2-7-5- شرح بیست و هفت حالت- راه‌حلها و دلایل... 85
3-7-5- حالات اضطراری.......................... 92
فصل 6: اولین گرم كردن سیستم پخت............. 102
1-6- خشك كردن پیش گرمكن..................... 103
2-6- خشك كردن درب كوره و كانال هوای سوم و خنك كن... 106
1-2-6- مشعل كمكی برای خشك كردن درب كوره..... 108
2-2-6- مشعل كمكی برای خشك كردن كانال هوای سوم 108
3-2-6- مشعل كمكی برای خشك كردن خنك كن....... 108
3-6- گرم كردن كوره دوار..................... 113
1-3-6- آماده سازی........................... 113
2-3-6- گرم كردن تمام سیستم پخت.............. 113
3-3-6- كنترل درجه حرارت..................... 115
4-3-6- چرخاندن كوره در مرحله گرم كردن....... 116
5-3-6- وقفه در گرم كردن..................... 116
4-6- خواباندن كوره.......................... 117
5-6- نكات مهم............................... 117
فصل 7: اولین راه‌اندازی سیستم پخت............ 119
1-7- اولین باردهی كوره...................... 120
2-7- مقدمات تغذیه كوره...................... 120
3-7- راه‌اندازی موتور كوره................... 120
4-7- فراهم كردن شرایط تولید عادی............ 121
5-7- راه‌اندازی خنك كن....................... 122
6-7- آماده شدن برای راه‌اندازی كلساینر....... 125
7-7- رسیدن به باردهی عادی................... 125
8-7- حالات غیرعادی خنك كن.................... 126
فصل 8: گرفتگی‌های سیستم پخت.................. 130
1-8- قلیائی‌ها............................... 131
2-8- پاك كردن پیش گرمكن..................... 134
3-8- عوامل گرفتگی عقب كوره.................. 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 كوره.............. 138
1-4-8- مشخصات ظاهری گرفتگی.................. 138
2-4-8- تركیب شیمیایی........................ 138
3-4-8- تركیب مینرالوژیكی.................... 144
4-4-8- مكانیزم تشكیل........................ 144
5-8- عوارض گرفتگی عقب كوره.................. 145
1-5-8- عقب كوره............................. 145
2-5-8- عوارض گرفتگی......................... 147
فصل 9: نسوزكاری 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 مكانیكی...................... 175
3-10- سیكل قلیائی در سیستم پخت سیمان........ 180
4-10- شكفتگی قلیائی......................... 183
5-10- فرسایش بدنه كوره...................... 185
فصل 11: رعایت نكات ایمنی سیستم پخت.......... 186
1-11- كوره.................................. 187
2-11- سیكلونها.............................. 187
3-11- الكتروفیلتر........................... 188
فصل 12: عوامل موثر بر راندمان كوره‌های دوار سیمان از دیدگاه آنالیز شیمیایی خوراك كوره.......................... 191
1-12- مقدمه................................. 192
1-1-12- مسئولیت آزمایشگاه كارخانه سیمان..... 192
2-1-12- سیمان............................... 192
2-12- مشخصات شیمیائی و فیزیكی 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- تركیبات 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 گرمكن..... 206
2-5-12- فعل و انفعالات مواد در داخل كوره..... 208
6-12- عوامل موثر در پختن مواد............... 211
1-6-12- تركیب شیمیایی مواد اولیه............ 211
2-6-12- تركیب مینرالی مواد اولیه و خوراك كوره 217
3-6-12- دانه‌بندی خوراك كوره................. 218
4-6-12- همگن بودن مواد خام.................. 218
5-6-12- شرایط پخت........................... 219
7-12- میكروسكوپی كلینكر..................... 219
1-7-12- كلینكر نرمال........................ 219
2-7-12- كلینكر آهسته خنك شده................ 219
8-12- مراحل فیزیكی و شیمیائی مواد در حین پخت 223
1-8-12- خشك شدن............................. 223
2-8-12- دهیدراته شدن مواد رسی............... 223
3-8-12- تجزیه كربناتها...................... 223
4-8-12- واكنش‌های جامد....................... 223
5-8-12- واكنش‌هایی كه در حضور فاز مایع رخ می‌دهد 224
9-12- تاثیر نوسانات كیفیت خوراك كوره بر راندمان كوره 224
10-12- اقدامات موردنیاز در جهت كاهش نوسان كیفیت خوراك كوره 226
1-10-12- تدوین استراتژی نمونه‌گیری........... 226
2-10-12- مطالعات تفصیلی معادن............... 227
3-10-12- جلوگیری از عوامل نوسان كاذب در سیستم كنترل كیفی 227
منابع و مراجع............................... 229
چكیده انگلیسی .............................. 230
فهرست اشكال:
1-1- فلودیاگرام خط تولید سیمان................ 6
2-1- مشخصات پخت سیمان......................... 7
3-1- خط تولید سیمان به روش خشك............... 10
4-1- سیستم پخت سیمان......................... 11
5-1- سیستم پخت سیمان با سیكلون 5 مرحله‌ای..... 12
1-2- كوره دوار سیمان......................... 14
2-2- بدنه كوره............................... 15
3-2- غلطك مستقر روی پایه‌های كوره سیمان....... 15
4-2- سیستم حركت كوره......................... 16
5-2- نسوزكاری بخشهایی از سیستم پخت........... 17
7-2- تغییرات حرارت ویژه مصرفی نسبت به ظرفیت كوره... 20
8-2- نمونه‌ای از طرح مسیر فرعی................ 21
11-2- خنك كن دوار به همراه كوره دارای كلساینر طرح همبولت 26
12-2- خنك كن سیاره‌ای......................... 26
13-2- خنك كن مشبك............................ 28
14-2- اتاق كنترل سیمان اكباتان............... 30
15-2- مقطع انتهای خروجی كوره سیمان........... 34
24-2- یكی 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 خنك كن كلینكر.. 56
4-4- گزارش ساعتی كاركرد كوره سیمان هگمتان.... 57
5-4- گزارش ساعتی كاركرد خنك كن كلینكر سیمان هگمتان 58
1-5- موقعیت نقطه تاریك نسبت به شعله.......... 61
2-5- جهت انتقال حرارت از مركز كوره به بدنه... 64
3-5- حالات مختلف منطقه پخت.................... 65
1-6- محل تعبیه حرارت سنج‌ها در نقاط مختلف پیش گرمكن 105
2-6- چگونگی تعبیه سوراخهایی در سقف سیكلونها برای خروج بخار آب............................................ 107
3-6- محل تعبیه مشعل برای خشك و گرم كردن كانال هوای سوم 109
4-6- محل تعبیه برای خشك و گرم كردن درب كوره. 110
5-6- مشعل كمكی برای خشك كردن خنك كن......... 111
1-7- موتور كوره............................. 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- نسوزكاری قسمتهای مختلف سیستم پخت....... 153
3-9- جنس مواد نسوز مورد استفاده در قسمتهای مختلف سیستم پخت 154
4-9- سیكلون پایین پیش گرمكن و نسوزكاری سقف.. 156
5-9- انتهای پیش گرمكن و ورودی............... 156
6-9- مناطق مختلف ابتدا تا انتهای كوره....... 157
1-10- عوامل فرسایش مختلف شیمیایی- مكانیكی و حرارتی موثر روی آجر............................................ 162
2-10- الی 24-10- اشكال مختلف آجرهای كوره كه دچار فرسایش شده‌اند صفحه 164الی صفحه180
25-10- سیكل كلر در سیستم پخت................ 181
26-10- سیكل قلیائی در سیستم پخت............. 182
27-10- سیكل سولفور در سیستم پخت............. 182
28-10- شكفتگی قلیائی........................ 184
30-10- فرسایش بدنه كوره..................... 185
1-12- دیاگرام سه تائی نشان‌دهنده تركیبات اكسیدی و مینرالی سیمان پرتلند و موقعیت آن در مقایسه با سایر مصالح و مواد معدنی 193
2-12- تقسیم‌بندی مناطق مختلف كوره............ 207
3-12- تغییرات شیمیائی و حرارتی خوراك كوره از ورود به سیستم پخت تا خروج از آن.................................. 210
4-12- بلورهای كلینكر عادی................... 221
5-12- بلورهای كلینكر آهسته خنك شده.......... 221
6-12- توده بلورهای آهك آزاد كه توسط الیتها احاطه شده‌اند 221
8-12- كلینگر آزمایشگاهی با سولفات زیاد...... 222
فهرست جداول:
1-2- موازنه حرارتی پیش گرمكن اس- اف.......... 22
2-3- موازنه حرارتی خنك كن فولر دارای اندازه‌های 1050/825 29
3-2- مشخصات فیزیكی شیمیایی انواع سوخت(مأخذ: المان) 31
4-2- مشخصات نفت كوره پالایشگاهی ایران......... 32
1-4- مشخصه‌ای از سوختهای مصرفی در كوره 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 كوره‌های متعلق به كمپانی holcim....................... 140
2-8- آنالیز شیمیایی نمونه‌هایی از سیلكون 4... 142
3-8- آنالیز شیمیایی نمونه‌های از كوتینگ‌های مزاحم رایز پایپ ورودی كوره............................................ 143
1-9- چرا سیستم پخت سیمان را نسوزكاری می‌كنیم؟ 152
29-10- واكنش‌های مرتبط با تركیب Na20 و مولایت موجود در آجر آلومینیومی و تركیبات آلومینو سیلیكات موجود در آجر شاموتی 184
1-12- تركیب شیمیایی مواد اولیه كارخانجات سیمان ایران 194
2-12- علائم اختصاری برای اجزاء تشكیل دهنده سیمان 197
3-12- تركیب شیمیائی فازهای یك نمونه كلینگر سیمان پرتلند(برحسب درصد وزنی)....................................... 200
4-12- فازهای كلینكر و مشخصات آنها(درصدها وزنی است) 201
5-12- انواع سیمان پرتلند براساس تقسیم‌بندی انجمن سیمان اروپا 204
6-12- استانداردهای آمریكا(ASTM-C 150) برای سیمان 205
7-12- خلاصه عملیات شیمیائی- حرارتی و نام مناطق كوره 209
8-12- روابط و نسبت مدولهای مورد استفاده برای تنظیم مواد و پختن كلینكر...................................... 213
9-12- نمونه‌ای از مشخصات سنگ آهك- خاك رس و كلینكر... 214
فهرست منحنی‌ها و نمودارها
7-2- منحنی تغییرات حرارت ویژه مصرفی نسبت به ظرفیت كوره 20
9-2- منحنی قابلیت خرد شدن كلینكر و ارتباط آن با نحوه سرد كردن 24
10-2- منحنی درصد انبساط كلینكر 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 حداكثر 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 حداكثر درجه حرارت........................................ 38
23-2- اثر سرعت جریان سوخت روی گسترش شعله..... 39
4-5- رابطه بین درصد هوای اضافی و اكسیژن عقب كوره... 72
5-5- سه نمونه از افزایش دور كوره نسبت به زمان 75
5-6- نمودار بیست و هفت حالت اساسی كوره....... 84
6-6- منحنی ارتباط درجه حرارت بدنه با درجه حرارت سطح داغ آجر و ضخامت آجر......................................... 112
7-6- منحنی گرم كردن كوره.................... 114
2-7- منحنی گرم كردن كوره.................... 124
1-8- Relation between removal ratio of volative component and by pass ratio 132
2-8- منحنی‌های فشار جزئی تركیبات مختلف موجود در سیكل قلیائی 133