Một thiết kế lớp lót được chấp nhận trên thế giới là lắp đặt các tấm calcium silicate. Các tấm này cần được lắp cẩn thận vào để khí nóng không thể đạt tới vỏ lò qua các khe và các mối nối (xem Hình 4). Ngoài những lợi ích về môi trường, việc lắp đặt phù hợp làm giảm bớt độ thất thoát năng lượng và làm tăng tuổi thọ của lớp lót.
Một hạn chế của giải pháp này là sự co ngót do nhiệt gây ra khi các tấm calcium silicate tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn (xem Hình 5). Điều này sẽ tạo ra các cầu nhiệt trong lớp lót từ môi trường calciner nóng tới vỏ. Các khí lò khi đó phát tán dễ dàng hơn qua các khe giữa các tấm calcium silicate và lớp lót làm việc. Kết quả là, các axit và các kiềm có thể ngưng đọng trên các neo hoặc trên phần vỏ thép, gây ra ăn mòn và hư hỏng tiếp theo đối với lớp lót.
Nếu như các vật liệu calcium silicate được sử dụng làm chất cách nhiệt trong các cụm thiết bị chịu ứng suất tĩnh, thì sự co ngót có thể gây nguy hiểm cho toàn bộ hệ thống. Trong hệ thống tĩnh, vành làm kín có thể bị mất lực hãm của nó, do vậy nó mở ra ở phần khóa, mà có thể dẫn đến việc đổ sập toàn bộ lớp lót.
3.2. Lớp lót bê tông cách nhiệt
Như là một sự thay thế cho các tấm calcium silicate, hiện có sẵn các loại bê tông chịu lửa trọng lượng nhẹ khác nhau (xem Bảng 1). Các bê tông này có thể được thi công bằng cách chọc, xoa bóng, đổ hoặc phun. Ưu điểm nhất trong số ba quy trình này là phun bê tông vì nó mang lại thời gian thi công nhanh nhất và chất lượng lớp lót cao. Các hỗn hợp phun cũng có những lợi điểm sau:
- Lựa chọn theo độ dày truyền nhiệt và cách nhiệt;
- Tính đồng nhất của lớp cách nhiệt được cải thiện;
- Làm kín tốt các neo cho lớp lót đồng nhất;
- Bê tông có khả năng chịu lửa tăng lên. Các đặc tính chạy trong trường hợp khẩn cấp đủ để tiếp tục sản xuất tạm thời mà không gây lỗi nghiêm trọng.
Ví dụ, ở tầng cyclone trên cùng, lớp lót một lớp có độ bền cao và lớp cách nhiệt tối ưu sử dụng bê tông đất sét chịu lửa trọng lượng nhẹ đã được lắp đặt.
Như Hình 6 cho thấy, bê tông gốc vermiculite có quan hệ rất mật thiết với các tấm calcium silicate về khả năng dẫn nhiệt. Các bê tông cách nhiệt > 900oC tốt hơn các tấm calcium silicate vì chúng duy trì được độ ổn định kích thước của chúng. Lớp lót bê tông đồng nhất có thể được sử dụng với các chiều dầy bắt đầu từ khoảng 35mm và đáp ứng các nhu cầu về nhiệt độ vỏ tính toán và dự kiến. Sự cân bằng tối ưu giữa thất thoát nhiệt và nhiệt độ vỏ mà cung cấp phần bảo vệ chống mài mòn có thể đảm bảo được.
Hình 7 cho thấy các bể chứa mà có thể được lót bằng bê tông vermiculite cách nhiệt. Các tiết diện hướng xuống dưới tầng cyclone thấp nhất vẫn cần được lót bằng các vật liệu dựa vào đất sét giãn nở và đất sét chịu lửa có trọng lượng nhẹ, căn cứ vào tính chất chịu lửa cao hơn của chúng.
Sau khi lớp lót chịu lửa bị mất đi, phần bê tông cách nhiệt mà vẫn tồn tại là sự lựa chọn tốt hơn. Sản xuất thường phải dừng lại trong trường hợp này, vì các tấm calcium silicate ít chịu được các khí lò và bụi cấp liệu lò. Do đó, cần kéo dài thêm một khoảng thời gian hoạt động sau khi lớp lót chịu mài mòn bị mất đi, có thể khắc phục sửa chữa ở giai đoạn sau.
4. Ứng dụng thực tế của bê tông cách nhiệt
So sánh trực tiếp các hệ thống khác nhau được sử dụng trong một nhà máy được thể hiện nhờ sử dụng “vết cắt vệ tinh” (xem Hình 8). Điều này yêu cầu một lớp lót của tầng cyclone khử bụi kép mà đã được lắp đặt ở đầu ra khí ở tâm của máy làm nguội xi măng.
So sánh lớp lót với các tấm calcium silicate trong một cyclone và lớp lót bê tông vermiculite trong tầng cyclone khác có thể thực hiện được, liên quan đến việc thi công/lắp đặt và nhiệt độ bên ngoài tạo ra. Lớp lót vermiculate đã được phun vào để cách nhiệt các tiết diện được đánh bóng màu xám, trong khi tất cả các tiết diện khác được cách nhiệt bằng các tấm calcium silicate.
Lớp lót bê tông đã được thi công với tốc độ gấp hai lần tốc độ lắp các tấm calcium silicate. Theo các kết quả đo được, thì giải pháp lớp lót vermiculate có thể phun vào được đã cho thấy chỉ có nhiệt độ vỏ lò là cao hơn một chút nhưng mang lại độ an toàn hơn liên quan tới các đặc tính khẩn cấp và cũng giữ cho lớp lót không bị tụ sương của các hợp chất axít.
5. Tầm quan trọng của việc cách nhiệt và chống mài mòn tốt
Để giảm bớt thất thoát nhiệt trong lò xi măng, việc cách nhiệt và chống mài mòn tốt là cần thiết. Điều này bao gồm xem xét sự mài mòn kim loại của các vỏ bể chứa và các neo thép để khả năng phản ứng axit cũng như tính dễ vỡ của pha sicma được giảm bớt hoặc thậm chí được ngăn ngừa.
Việc thi công bê tông cách nhiệt dựa vào đất sét chịu lửa, đất sét nở hoặc vermiculite mang lại những ưu điểm đáng kể về độ ổn định nhiệt và các đặc tính khẩn cấp so với thời gian tiêu tốn cho lắp đặt các tấm calcium silicate. Điều này đảm bảo tuổi thọ làm việc lâu dài và thỏa đáng của lớp lót chịu lửa và tuổi thọ kéo dài của các kết cấu thép, nhờ đó tăng được hiệu quả của toàn bộ nhà máy xi măng.
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng số 1 năm 2016)