Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

>> Công nghệ lò tầng sôi nung luyện clinker xi măng portland (P2)

Công nghệ lò tầng sôi nung luyện clinker xi măng portland
 
Công nghệ lò tầng sôi vốn đã được hình thành và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sản xuất khác từ nhiều năm trước, đặc biệt là trong các nồi hơi công nghiệp. KHI cũng không phải là đơn vị đi đầu trong việc mang công nghệ này vào ngành sản xuất xi măng. Trước đó, từ những năm 1970, tại Đức đã có nhiều thử nghiệm về việc chế tạo hệ thống tiền nung tầng sôi cho lò nung clinker xi măng, nhưng sau đó đã dừng lại do không thu được kết quả khả quan. KHI đã lựa chọn cách tiếp cận khác. Hãng này đưa hẳn công nghệ tầng sôi vào lò nung, chứ không phải là khu vực tiền nung. Tức là, thay lò quay bằng lò tầng sôi. Để làm được điều này, KHI đã dựa và bằng sáng chế số 4.169.701 được Cục Bản quyền sáng chế Hoa Kỳ (nay là Cục thương hiệu và Bản quyền sáng chế Hoa Kỳ - The United States Patent and Trademark Office - USPTO) cấp ngày 21/11/1977 của 3 kỹ sư người Nhật là Toshio atayama và Kunihisa Fujiwara (thành phố Hiroshima), Yoshinine Jahami (tỉnh Itsukaichi).


 
Dựa trên những thành tựu ban đầu của KHI, Sumitomo Osaka Cement Co, Ltd (SOC) - nhà sản xuất xi măng lớn nhất Nhật Bản lúc bấy giờ - đã tiếp tục phát triển FAKS. Dự án nhận được sự giúp đỡ tích cực của chính KHI cũng như nhiều tổ chức khác như Cơ quan Tài nguyên và Năng lượng Nhật Bản (Agency of Natural Resources and Energy) trực thuộc Bộ Thương mại và Công nghiệp Quốc  tế Ministry  of  International Trade and Industry).

Tháng 6/1986, Sumitomo Osaka Cement kết hợp với Kawasaki Heavy Industries và Trung tâm năng lượng Than Nhật Bản (Japan Coal Energy Center - JCEC) xây dựng một nhà máy thử nghiệm có công suất 10 tấn/ngày đêm, sử dụng công nghệ tầng sôi nung luyện clinker xi măng. Nhà máy này vận hành thử nghiệm thành công đúng như mong đợi khiến các bên liên quan quyết định tiến tới xây dựng một nhà máy có công suất lớn hơn: 200 tấn/ngày đêm. Ban đầu, việc lập kế hoạch và thiết kế do JCEC đảm nhận, từ tháng 8/1993 có thêm sự tham gia của Hiệp hội xi măng Nhật Bản (Japan Cement Association – JCA). Nhà máy thứ 2 với quy mô công nghiệp này được đưa vào vận hành thử nghiệm và thương mại hóa vào tháng 2/1996. Sau một năm hiệu chỉnh, hoàn thiện, đến tháng 9/1997, nhà máy này chính thức kết thúc thành công quá trình chạy thử nghiệm, được các bên liên quan cùng cơ quan quản lý nhà nước của Nhật Bản nghiệm thu, đưa vào vận hành thương mại.

Khái niệm về công nghệ tầng sôi (Fluidized Bed Technology - FBT) nung luyện clinker xi măng portland cũng được định nghĩa một cách chính xác và thống nhất giữa các tổ chức tham gia dự án. Đó là việc nung luyện bột liệu trong một lò tầng sôi để tạo clinker, thay vì lò quay. Công nghệ nung luyện clinker trong lò tầng sôi được mô tả một cách điển hình như sau: Nhiên liệu rắn được nghiền mịn và đốt cháy trong lò trên một lớp không khí nóng thổi ngược từ dưới lên với áp lực phù hợp, tạo thành một tầng giả lỏng – tầng sôi. Bột liệu cấp vào hệ thống được gia nhiệt sơ bộ và nung luyện trên lớp tầng sôi này, tạo thành các hạt clinker. Clinker sau đó được tháo ra từ bề mặt của tầng sôi, rơi xuống đáy lò tầng sôi, đi vào máy làm nguội.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động điển hình của một hệ thống lò tầng sôi nung luyện clinker xi măng FAKS

Trải qua nhiều phiên bản khác nhau với các cải tiến liên tục được áp dụng, đến nay một hệ thống lò tầng sôi nung luyện clinker xi măng portland FAKS đã được định hình theo cấu tạo đặc trưng như sau:
 
Sơ đồ trên đã mô tả khá rõ ràng về cấu tạo của lò tầng sôi FAKS nung luyện linker xi măng. Hoạt động của hệ thống này có thể được tóm tắt như sau: Bột liệu được cấp vào Calciner được bố trí ngay phía trên lò tầng sôi. Dòng khí nóng từ lò tầng sôi sẽ cuốn bột liệu lên, và quá trình tiền nung của bột liệu diễn ra. Bột liệu nóng được lắng tại Cyclone C1, theo ống chute đổ xuống lò, còn khí thải của hệ thống theo đường ống thoát ra ống khói. Trên ống chute bột liệu nóng có các van chặn để làm kín. Khi xuống đến lò, cần một cơ cấu phun liệu - thường dùng khí nén – để đảm bảo dòng liệu được cấp vào lò một cách đều đặn, liên tục, tránh biến động.

Trong lò tầng sôi, nhiên liệu (than mịn) được phun vào, đồng thời khí nóng thu hồi từ cooler đi từ dưới lên sẽ tạo thành một lớp cháy giả lỏng – tầng sôi. Bột liệu được nung luyện bên trên bề mặt lớp tầng sôi này sẽ xảy ra các phản ứng hóa lý, kết khối thành clinker có kích thước, khối lượng lớn hơn bột liệu, và có xu hướng di chuyển về biên ngoài của lò. Tại đây, chúng sẽ rơi vào khe hở do cơ cấu tháo clinker đặc biệt, có dạng côn trung tâm tạo ra. Để tăng cường làm mát đột ngột clinker, người ta thường thổi vào khe tháo clinker này một dòng khí lạnh từ môi trường.

Theo đường tháo nêu trên, clinker nóng sẽ đi vào thiết bị làm mát cũng kiểu tầng sôi. Tức là các hạt clinker sẽ di chuyển trên một lớp đệm không khí tươi từ ngoài thổi vào, đến cuối cooler khi clinker đã nguội sẽ tự rơi xuống đáy và được tháo ra ngoài vận chuyển đi kho chứa bằng các thiết bị thông thường như băng tải, gầu nâng.