پروژه بررسي عوامل مؤثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان

پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد “M.Sc”

مهندسي شيمي – مهندسي فرايند

 

فهرست مطالب

عنوان

چكيده………………………………….. ۱

مقدمه………………………………….. ۲

فصل۱: طرحي از يك كارخانه سيمان با تكنولوژي روز دنيا ۴

فصل دوم: اجزاء سيستم پخت………………… ۱۳

۱-۲- مشخصه‌هايي از كوره دوار سيمان………… ۱۴

۱-۱-۲- غلطك‌ها…………………………… ۱۵

۲-۱-۲- غلطك بالابر……………………….. ۱۵

۳-۱-۲- سيستم چرخاننده كوره……………….. ۱۶

۴-۱-۲- آب‌بندي سر و ته كوره……………….. ۱۶

۲-۲- نسوزكاري كوره……………………… ۱۷

۳-۲- مشخصه‌هايي از پيش گرم‌كن……………… ۱۸

۴-۲- مسير فرعي…………………………. ۲۰

۵-۲- سيستم تكليس(Calciner)…………………. 21

۶-۲- مشخصه‌هايي از خنك‌كن…………………. ۲۲

۷-۲- انواع خنك‌كنها……………………… ۲۴

۱-۷-۲- خنك‌كن مشبك……………………….. ۲۷

۸-۲- اتاق كنترل………………………… ۳۰

۹-۲- سوخت رساني و مشعل………………….. ۳۰

۱-۹-۲- اصول سوختن و كنترل شعله……………. ۳۲

۲-۹-۲- شعله…………………………….. ۳۳

۳-۹-۲- درجه حرارت شعله…………………… ۳۴

فصل ۳: پروژه…………………………… ۴۰

فصل ۴: شناخت متغيرهاي كنترل سيستم پخت…….. ۴۲

۱-۴- كنترل كوره………………………… ۴۳

۲-۴- خنك كردن كلينكر……………………. ۴۴

۳-۴- سوخت كوره…………………………. ۴۵

۴-۴- تغذيه كوره………………………… ۴۶

۵-۴- متغيرهاي راهبري كوره……………….. ۴۶

۶-۴- مكانيك كوره……………………….. ۴۸

۷-۴- شرايط خاص راهبري كوره………………. ۵۱

۱-۷-۴- كليات……………………………. ۵۱

۲-۷-۴- تجزيه شيميايي گاز خروجي كوره……….. ۵۱

۳-۷-۴- حجم هواي اوليه……………………. ۵۲

۴-۷-۴- درجه حرارت گاز خروجي پيش گرم‌كن……… ۵۲

۵-۷-۴- درجه حرارت ياتاقانها………………. ۵۲

۶-۷-۴- الكتروفيلترها…………………….. ۵۲

۷-۷-۴- گرفتگي سيكلونها…………………… ۵۳

۸-۷-۴- گرفتگي در رايزر پايپ و ورودي كوره…… ۵۳

۹-۷-۴- نسوزكاري كوره…………………….. ۵۳

۸-۴- چرخاندن كوره با موتور كمكي………….. ۵۴

۹-۴- تحليل گزارشات ساعتي سيستم پخت……….. ۵۴

فصل ۵: رعايت اصول كوره باني……………… ۵۹

۱-۵- مشخصه‌هايي از سيستم پخت……………… ۶۰

۱-۵-۱- جلو شعله…………………………. ۶۰

۱-۵-۲- هواي ثانويه………………………. ۶۳

۲-۵- كوره بان وكوتينگ(استر كوره)…………. ۶۵

۳-۵- عقب كوره………………………….. ۶۸

۱-۳-۵- درجه حرارت عقب كوره……………….. ۶۹

۲-۳-۵- مكش عقب كوره……………………… ۷۱

۳-۳-۵- اكسيژن عقب كوره…………………… ۷۲

۴-۵- كنترل مقدار سوخت…………………… ۷۳

۵-۵- كنترل مقدار خوراك كوره و دور كوره……. ۷۴

۶-۵- كنترل متغيرهاي خنك كن گريت………….. ۷۶

۱-۶-۵- كنترل مكش درب كوره………………… ۷۷

۲-۶-۵- فشار زير صفحات خنك كن……………… ۷۸

۳-۶-۵- كنترل درجه حرارت هواي ثانويه……….. ۷۸

۷-۵- بيست و هفت حالت اساسي كوره………….. ۷۹

۱-۷-۵- سه متغير و كنترل كننده اساسي……….. ۸۱

۲-۷-۵- شرح بيست و هفت حالت- راه‌حلها و دلايل…. ۸۵

۳-۷-۵- حالات اضطراري……………………… ۹۲

فصل ۶: اولين گرم كردن سيستم پخت…………. ۱۰۲

۱-۶- خشك كردن پيش گرم‌كن…………………. ۱۰۳

۲-۶- خشك كردن درب كوره و كانال هواي سوم و خنك كن ۱۰۶

۱-۲-۶- مشعل كمكي براي خشك كردن درب كوره…… ۱۰۸

۲-۲-۶- مشعل كمكي براي خشك كردن كانال هواي سوم ۱۰۸

۳-۲-۶- مشعل كمكي براي خشك كردن خنك كن…….. ۱۰۸

۳-۶- گرم كردن كوره دوار…………………. ۱۱۳

۱-۳-۶- آماده سازي………………………. ۱۱۳

۲-۳-۶- گرم كردن تمام سيستم پخت…………… ۱۱۳

۳-۳-۶- كنترل درجه حرارت…………………. ۱۱۵

۴-۳-۶- چرخاندن كوره در مرحله گرم كردن…….. ۱۱۶

۵-۳-۶- وقفه در گرم كردن…………………. ۱۱۶

۴-۶- خواباندن كوره……………………… ۱۱۷

۵-۶- نكات مهم………………………….. ۱۱۷

فصل ۷: اولين راه‌اندازي سيستم پخت………… ۱۱۹

۱-۷- اولين باردهي كوره………………….. ۱۲۰

۲-۷- مقدمات تغذيه كوره………………….. ۱۲۰

۳-۷- راه‌اندازي موتور كوره……………….. ۱۲۰

۴-۷- فراهم كردن شرايط توليد عادي…………. ۱۲۱

۵-۷- راه‌اندازي خنك كن…………………… ۱۲۲

۶-۷- آماده شدن براي راه‌اندازي كلساينر…….. ۱۲۵

۷-۷- رسيدن به باردهي عادي……………….. ۱۲۵

۸-۷- حالات غيرعادي خنك كن………………… ۱۲۶

فصل ۸: گرفتگي‌هاي سيستم پخت……………… ۱۳۰

۱-۸- قليائي‌ها………………………….. ۱۳۱

۲-۸- پاك كردن پيش گرم‌كن…………………. ۱۳۴

۳-۸- عوامل گرفتگي عقب كوره………………. ۱۳۴

۱-۳-۸- توازن چسبندگي و فرسايش……………. ۱۳۴

۲-۳-۸- چسبندگي چيست؟……………………. ۱۳۶

۳-۳-۸- چسبندگي جامد به جامد……………… ۱۳۷

۴-۳-۸- جذب سطحي………………………… ۱۳۷

۵-۳-۸- نتيجه‌گيري……………………….. ۱۳۸

۴-۸- ماهيت جرم گرفتگي عقب كوره…………… ۱۳۸

۱-۴-۸- مشخصات ظاهري گرفتگي………………. ۱۳۸

۲-۴-۸- تركيب شيميايي……………………. ۱۳۸

۳-۴-۸- تركيب مينرالوژيكي………………… ۱۴۴

۴-۴-۸- مكانيزم تشكيل……………………. ۱۴۴

۵-۸- عوارض گرفتگي عقب كوره………………. ۱۴۵

۱-۵-۸- عقب كوره………………………… ۱۴۵

۲-۵-۸- عوارض گرفتگي…………………….. ۱۴۷

فصل ۹: نسوزكاري سيستم پخت سيمان…………. ۱۴۹

۱-۹- مواد نسوز در نقاط مختلف سيستم پخت……. ۱۵۰

فصل ۱۰: فرسايش مواد نسوز در سيستم پخت…….. ۱۶۰

۱-۱۰- مقدمه……………………………. ۱۶۱

۲-۱۰- عوامل مختلف فرسايش آجر منطقه پخت……. ۱۶۲

۱-۲-۱۰- زياد داغ شدن آجر………………… ۱۶۳

۲-۲-۱۰- نفوذ املاح قليائي………………… ۱۶۷

۳-۲-۱۰- فرسايش ناشي از احياء…………….. ۱۷۲

۴-۲-۱۰- فرسايش مكانيكي………………….. ۱۷۵

۳-۱۰- سيكل قليائي در سيستم پخت سيمان……… ۱۸۰

۴-۱۰- شكفتگي قليائي…………………….. ۱۸۳

۵-۱۰- فرسايش بدنه كوره………………….. ۱۸۵

فصل ۱۱: رعايت نكات ايمني سيستم پخت……….. ۱۸۶

۱-۱۱- كوره…………………………….. ۱۸۷

۲-۱۱- سيكلونها…………………………. ۱۸۷

۳-۱۱- الكتروفيلتر………………………. ۱۸۸

فصل ۱۲: عوامل موثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان از ديدگاه آناليز شيميايي خوراك كوره…………………….. ۱۹۱

۱-۱۲- مقدمه……………………………. ۱۹۲

۱-۱-۱۲- مسئوليت آزمايشگاه كارخانه سيمان…… ۱۹۲

۲-۱-۱۲- سيمان………………………….. ۱۹۲

۲-۱۲- مشخصات شيميائي و فيزيكي سيمان………. ۱۹۵

۱-۲-۱۲- آليت…………………………… ۱۹۶

۲-۲-۱۲- بليت…………………………… ۱۹۸

۳-۲-۱۲- فاز الومينات……………………. ۱۹۸

۴-۲-۱۲- فاز فريت……………………….. ۱۹۸

۵-۲-۱۲- تركيبات فرعي……………………. ۱۹۸

۶-۲-۱۲- سنگ گچ…………………………. ۲۰۲

۳-۱۲- محاسبه فازهاي سيمان……………….. ۲۰۳

۴-۱۲- مشخصات از انواع سيمان……………… ۲۰۳

۵-۱۲- چگونگي پخت مواد…………………… ۲۰۶

۱-۵-۱۲- فعل و انفعالات مواد در پيش گرمكن…… ۲۰۶

۲-۵-۱۲- فعل و انفعالات مواد در داخل كوره…… ۲۰۸

۶-۱۲- عوامل موثر در پختن مواد……………. ۲۱۱

۱-۶-۱۲- تركيب شيميايي مواد اوليه…………. ۲۱۱

۲-۶-۱۲- تركيب مينرالي مواد اوليه و خوراك كوره ۲۱۷

۳-۶-۱۲- دانه‌بندي خوراك كوره……………… ۲۱۸

۴-۶-۱۲- همگن بودن مواد خام………………. ۲۱۸

۵-۶-۱۲- شرايط پخت………………………. ۲۱۹

۷-۱۲- ميكروسكوپي كلينكر…………………. ۲۱۹

۱-۷-۱۲- كلينكر نرمال……………………. ۲۱۹

۲-۷-۱۲- كلينكر آهسته خنك شده…………….. ۲۱۹

۸-۱۲- مراحل فيزيكي و شيميائي مواد در حين پخت. ۲۲۳

۱-۸-۱۲- خشك شدن………………………… ۲۲۳

۲-۸-۱۲- دهيدراته شدن مواد رسي……………. ۲۲۳

۳-۸-۱۲- تجزيه كربناتها………………….. ۲۲۳

۴-۸-۱۲- واكنش‌هاي جامد…………………… ۲۲۳

۵-۸-۱۲- واكنش‌هايي كه در حضور فاز مايع رخ مي‌دهد ۲۲۴

۹-۱۲- تاثير نوسانات كيفيت خوراك كوره بر راندمان كوره ۲۲۴

۱۰-۱۲- اقدامات موردنياز در جهت كاهش نوسان كيفيت خوراك كوره   ۲۲۶

۱-۱۰-۱۲- تدوين استراتژي نمونه‌گيري………… ۲۲۶

۲-۱۰-۱۲- مطالعات تفصيلي معادن……………. ۲۲۷

۳-۱۰-۱۲- جلوگيري از عوامل نوسان كاذب در سيستم كنترل كيفي ۲۲۷

منابع و مراجع…………………………. ۲۲۹

چكيده انگليسي ………………………… ۲۳۰

فهرست اشكال

عنوان

۱-۱- فلودياگرام خط توليد سيمان……………. ۶

۲-۱- مشخصات پخت سيمان……………………. ۷

۳-۱- خط توليد سيمان به روش خشك…………… ۱۰

۴-۱- سيستم پخت سيمان……………………. ۱۱

۵-۱- سيستم پخت سيمان با سيكلون ۵ مرحله‌اي…… ۱۲

۱-۲- كوره دوار سيمان……………………. ۱۴

۲-۲- بدنه كوره…………………………. ۱۵

۳-۲- غلطك مستقر روي پايه‌هاي كوره سيمان……. ۱۵

۴-۲- سيستم حركت كوره……………………. ۱۶

۵-۲- نسوزكاري بخشهايي از سيستم پخت……….. ۱۷

۷-۲- تغييرات حرارت ويژه مصرفي نسبت به ظرفيت كوره ۲۰

۸-۲- نمونه‌اي از طرح مسير فرعي……………. ۲۱

۱۱-۲- خنك كن دوار به همراه كوره داراي كلساينر طرح همبولت ۲۶

۱۲-۲- خنك كن سياره‌اي…………………….. ۲۶

۱۳-۲- خنك كن مشبك……………………….. ۲۸

۱۴-۲- اتاق كنترل سيمان اكباتان……………. ۳۰

۱۵-۲- مقطع انتهاي خروجي كوره سيمان………… ۳۴

۲۴-۲- يكي از آخرين طرحهاي مشعل و موقعيت آن در سيستم پخت سيمان ۳۹

۱-۴- محاسبه مقدار هواي نشتي در بخشهاي مختلف سيستم پخت و آسياب مواد……………………………………… ۵۰

۲-۴- نقاط سنجش متغيرهاي مختلف سيستم پخت…… ۵۵

۳-۴- نقاط سنجش متغيرهاي مختلف خنك كن كلينكر.. ۵۶

۴-۴- گزارش ساعتي كاركرد كوره سيمان هگمتان…. ۵۷

۵-۴- گزارش ساعتي كاركرد خنك كن كلينكر سيمان هگمتان   ۵۸

۱-۵- موقعيت نقطه تاريك نسبت به شعله………. ۶۱

۲-۵- جهت انتقال حرارت از مركز كوره به بدنه… ۶۴

۳-۵- حالات مختلف منطقه پخت……………….. ۶۵

۱-۶- محل تعبيه حرارت سنج‌ها در نقاط مختلف پيش گرمكن   ۱۰۵

۲-۶- چگونگي تعبيه سوراخهايي در سقف سيكلونها براي خروج بخار آب ۱۰۷

۳-۶- محل تعبيه مشعل براي خشك و گرم كردن كانال هواي سوم   ۱۰۹

۴-۶- محل تعبيه براي خشك و گرم كردن درب كوره.. ۱۱۰

۵-۶- مشعل كمكي براي خشك كردن خنك كن………. ۱۱۱

۱-۷- موتور كوره………………………… ۱۲۱

۳-۸- جريان گاز و مواد…………………… ۱۳۶

۴-۸- جريان گاز و مواد…………………… ۱۳۶

۵-۸- گرفتگي‌هاي سيستم پخت………………… ۱۴۶

۱-۹- تغييرات درجه حرارت در بخشهاي مختلف سيستم پخت    ۱۵۱

۲-۹- نسوزكاري قسمتهاي مختلف سيستم پخت…….. ۱۵۳

۳-۹- جنس مواد نسوز مورد استفاده در قسمتهاي مختلف سيستم پخت   ۱۵۴

۴-۹- سيكلون پايين پيش گرمكن و نسوزكاري سقف… ۱۵۶

۵-۹- انتهاي پيش گرمكن و ورودي……………. ۱۵۶

۶-۹- مناطق مختلف ابتدا تا انتهاي كوره…….. ۱۵۷

۱-۱۰- عوامل فرسايش مختلف شيميايي- مكانيكي و حرارتي موثر روي آجر…………………………………….. ۱۶۲

۲-۱۰- الي ۲۴-۱۰- اشكال مختلف آجرهاي كوره كه دچار فرسايش شده‌اند صفحه ۱۶۴الي صفحه۱۸۰

۲۵-۱۰- سيكل كلر در سيستم پخت…………….. ۱۸۱

۲۶-۱۰- سيكل قليائي در سيستم پخت………….. ۱۸۲

۲۷-۱۰- سيكل سولفور در سيستم پخت………….. ۱۸۲

۲۸-۱۰- شكفتگي قليائي……………………. ۱۸۴

۳۰-۱۰- فرسايش بدنه كوره…………………. ۱۸۵

۱-۱۲- دياگرام سه تائي نشان‌دهنده تركيبات اكسيدي و مينرالي سيمان پرتلند و موقعيت آن در مقايسه با ساير مصالح و مواد معدني  ۱۹۳

۲-۱۲- تقسيم‌بندي مناطق مختلف كوره…………. ۲۰۷

۳-۱۲- تغييرات شيميائي و حرارتي خوراك كوره از ورود به سيستم پخت تا خروج از آن……………………………. ۲۱۰

۴-۱۲- بلورهاي كلينكر عادي……………….. ۲۲۱

۵-۱۲- بلورهاي كلينكر آهسته خنك شده……….. ۲۲۱

۶-۱۲- توده بلورهاي آهك آزاد كه توسط اليتها احاطه شده‌اند  ۲۲۱

۸-۱۲- كلينگر آزمايشگاهي با سولفات زياد……. ۲۲۲

فهرست جداول

عنوان

۱-۲- موازنه حرارتي پيش گرمكن اس- اف………. ۲۲

۲-۳- موازنه حرارتي خنك كن فولر داراي اندازه‌هاي ۱۰۵۰/۸۲۵   ۲۹

۳-۲- مشخصات فيزيكي شيميايي انواع سوخت(مأخذ: المان)   ۳۱

۴-۲- مشخصات نفت كوره پالايشگاهي ايران……… ۳۲

۱-۴- مشخصه‌اي از سوختهاي مصرفي در كوره سيمان.. ۴۶

۱-۵- شرح بيست و هفت حالت اساسي- راه‌حلها و دلايل ۸۵

۱-۸- مشخصات ظاهري و شيميايي جرم گرفتگي‌هاي عقب تعدادي از كوره‌هاي متعلق به كمپاني holcim…………………… 140

۲-۸- آناليز شيميايي نمونه‌هايي از سيلكون ۴…. ۱۴۲

۳-۸- آناليز شيميايي نمونه‌هاي از كوتينگ‌هاي مزاحم رايز پايپ ورودي كوره…………………………………….. ۱۴۳

۱-۹- چرا سيستم پخت سيمان را نسوزكاري مي‌كنيم؟. ۱۵۲

۲۹-۱۰- واكنش‌هاي مرتبط با تركيب Na20 و مولايت موجود در آجر آلومينيومي و تركيبات آلومينو سيليكات موجود در آجر شاموتي ۱۸۴

۱-۱۲- تركيب شيميايي مواد اوليه كارخانجات سيمان ايران ۱۹۴

۲-۱۲- علائم اختصاري براي اجزاء تشكيل دهنده سيمان ۱۹۷

۳-۱۲- تركيب شيميائي فازهاي يك نمونه كلينگر سيمان پرتلند(برحسب درصد وزني)………………………………… ۲۰۰

۴-۱۲- فازهاي كلينكر و مشخصات آنها(درصدها وزني است)   ۲۰۱

۵-۱۲- انواع سيمان پرتلند براساس تقسيم‌بندي انجمن سيمان اروپا  ۲۰۴

۶-۱۲- استانداردهاي آمريكا(ASTM-C 150) براي سيمان ۲۰۵

۷-۱۲- خلاصه عمليات شيميائي- حرارتي و نام مناطق كوره   ۲۰۹

۸-۱۲- روابط و نسبت مدولهاي مورد استفاده براي تنظيم مواد و پختن كلينكر……………………………….. ۲۱۳

۹-۱۲- نمونه‌اي از مشخصات سنگ آهك- خاك رس و كلينكر ۲۱۴

فهرست منحني‌ها و نمودارها

عنوان

۷-۲- منحني تغييرات حرارت ويژه مصرفي نسبت به ظرفيت كوره   ۲۰

۹-۲- منحني قابليت خرد شدن كلينكر و ارتباط آن با نحوه سرد كردن ۲۴

۱۰-۲- منحني درصد انبساط كلينكر و ارتباط آن با چگونگي سرد شدن ۲۴

۱۶-۲- منحني تغييرات درجه حرارت و طول شعله نسبت به نوع سوخت   ۳۵

۱۷-۲- منحني اثر نسبت هوا روي درجه حرارت شعله.. ۳۵

۱۸-۲- منحني طول نسبي شعله به صورت تابعي از نسبت هوا  ۳۶

۱۹-۲- منحني رابطه بين نسبت هوا و فاصله نقطه حداكثر حرارت شعله تا سرمشعل………………………………… ۳۶

۲۰-۲- منحني تغييرات درجه حرارت نسبي شعله- نسبت هواي اوليه به ثانويه……………………………………… ۳۷

۲۱-۲- نمودار تغييرات درجه حرارت شعله- درصد هواي اضافي- درجه حرارت هواي ثانويه براي سوخت…………………… ۳۷

۲۲-۲- اثر سرعت جريان سوخت روي درجه حرارت شعله و فاصله حداكثر درجه حرارت…………………………………. ۳۸

۲۳-۲- اثر سرعت جريان سوخت روي گسترش شعله…… ۳۹

۴-۵- رابطه بين درصد هواي اضافي و اكسيژن عقب كوره ۷۲

۵-۵- سه نمونه از افزايش دور كوره نسبت به زمان ۷۵

۵-۶- نمودار بيست و هفت حالت اساسي كوره……. ۸۴

۶-۶- منحني ارتباط درجه حرارت بدنه با درجه حرارت سطح داغ آجر و ضخامت آجر………………………………….. ۱۱۲

۷-۶- منحني گرم كردن كوره………………… ۱۱۴

۲-۷- منحني گرم كردن كوره………………… ۱۲۴

۱-۸- Relation between removal ratio of volative component and by pass ratio  ۱۳۲

۲-۸- منحني‌هاي فشار جزئي تركيبات مختلف موجود در سيكل قليائي   ۱۳۳

چكيده

سيستم پخت سيمان مهمترين و اساسي‌ترين بخش يك واحد توليدي سيمان مي‌باشد، به طوريكه ظرفيت اسمي كارخانه‌هاي سيمان براساس ميزان توليد روزانه(۲۴ ساعته) كوره بنا نهاده شده و ظرفيت دپارتمانها- تجهيزات و ماشين آلات- سيلوهاي ذخيره مواد خام- كلينكر و سيمان نيز بر پايه ظرفيت توليد كوره طراحي و ساخته مي‌شود.

لذا راندمان كوره يكي از پارامترهاي مهم در بخش توليد بوده و تلاش در جهت به ظرفيت رساندن و سپس بالا بردن راندمان توليد كوره از مهمترين اهداف تيم مديريتي و پرسنل فني كارخانه‌هاي سيمان مي‌باشد. در اين پروژه سعي بر اين است كه پس از ارائه شناخت كلي از خط توليد سيمان دو فاكتور بسيار مهم و ارزشمند يعني عوامل موثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان از ديدگاه بهره‌برداري و آناليز شيميائي خوراك كوره ارزيابي شده و مورد تاثير هر كدام از دو عامل مذكور پس از شناخت موضوعات و مسائل مطروحه به بررسي مشكلات موجود پرداخته و راه‌حلهايي صحيح جهت برخورد با اين گونه مسائل ارائه شود تا انشاءالله بدين وسيله هدف اصلي از ارائه اين پروژه محقق شود.