اشک شیرین

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