دانلود پایان نامه مهندسی شیمی – مهندسی فرایند
ارزیابی علل موثر بر بازدهی کوره های چرخشی و ارائه راهکارهای مناسب
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.
کلمات کلیدی:
سیمان
چسبندگی
خوراک کوره
آنالیز شیمیایی
کوره‌های دوار سیمان
سیمان چیست؟
سیمان
گردی است نرم جاذب آب و چشبانده خرده سنگ که اساساً مرکب است از ترکیبات
پخته شده و گداخته شده اکسید کلسیم با اکسید سیلیس اکسید آلومینیوم و اکسید
آهن.ملات این
گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا یا در زیر آب سخت شده و ضمن داشتن
ثبات حجم مقاومت خود را حفظ نموده و در فاصله 28 روز در زیر آب ماندن دارای
حداقل مقاومت 25 نیوتن بر میلیمتر
مربع باشد.2- مقدمه‌ای کوتاه از تاریخچه صنعت سیمان اختراع کوره دوار
سیمان در سال 1885 میلادی توسط Fredrik ransom در انگلستان به ثبت رسید.
اولین کوره ران سام 1.5 متر قطر
و 7.5 متر طول داشت.سوخت کوره دوار در آمریکا مایع(نفت کوره) و در المان
پودر ذغال‌سنگ بود و خوراک کوره هم به صورت دوغاب و هم به صورت پودر تهیه
میگردد.
کلینکر خروجی از کوره
وارد استوانه عمودی یا استوانه دواری میشد و توسط هوا خنک می‌گردید و
هوای خروجی از خنک‌کن جهت سوختن ذغال یا نفت کوره مورد استفاده قرار
می‌گرفت.تکنولوژی
جدید سیمان برای اولین بار با راه‌اندازی کوره 100 تنی سیمان ری در نزدیکی
کوه بی‌بی‌شهربانو و در سال 1312 در ایران متولد شد. راه‌اندازی کارخانه
سیمان ری به مفهوم ایجاد شتاب
در نوسازی و صنعتی شدن کشور بود و از این رو سهم این کارخانه در پی‌ریزی
بسیاری از کارخانه‌ها و تاسیسات صنعتی دانشگاهی بهداشتی کشاورزی و...
استثنائی و در خور توجه است.در
حال حاضر پروژه‌‌های بسیاری در نقاط مختلف کشور در دست اجرا می‌باشد که
بسیاری از آنها تا سال 1390 به تولید خواهند رسید با راه‌اندازی این
پروژه‌ها ظرفیت تولید سیمان ایران به
حدود 70 میلیون تن در سال خواهد رسید که معادل 2.5 درصد تولید سیمان جهان
خواهد بود.ضمناً مصرف سرانه سیمان در کشور در حال حاضر حدود 450 کیلوگرم
است که بالاتر از متوسط مصرف جهانی(340 کیلوگرم) می‌باشد.
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
