مارکت فایل

پروژه عوامل مؤثر بر راندمان کوره‌های سیمان

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی شیمی – مهندسی فرایند

 

فهرست مطالب

عنوان

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

عنوان

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

عنوان

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

عنوان

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

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.