Định nghĩa
Lò quay xi măng (rotary kiln) là thiết bị hình trụ kim loại nghiêng nhẹ, quay liên tục để nung phối liệu đá vôi + đất sét thành clinker ở nhiệt độ 1350-1450 độ C. Đây là thiết bị trung tâm và quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất xi măng, được phát minh bởi Frederick Ransome năm 1885 tại Ảnh.
Cấu tạo
Lò quay là ống thép hình trụ đường kính 4-6 m, chiều dài 60-90 m (lo hiện đại với preheater) đến 150-200 m (lo kieu cũ không preheater). Vỏ thép dày 25-40 mm được lot gạch chịu lửa bên trong dày 200-300 mm. Lo đặt nghiêng 3-4 độ và quay với tốc độ 1-4 vòng/phút nhờ hệ thống truyền động bánh răng.
Các bộ phân chính gồm: vỏ lo thép (shell), gạch chịu lửa (refractory lining), gối đỡ còn lăn (riding rings và support rollers), hệ thống truyền động, với dot (burner) đặt ở đầu ra liệu và hệ thống làm kín đầu lo (kiln seals).
Thông số kỹ thuật điện hình
| Thông số | Lò nhỏ | Lò trung bình | Lò lớn |
|---|---|---|---|
| Đường kính (m) | 3,0 – 4,0 | 4,0 – 5,0 | 5,0 – 6,5 |
| Chiều dài (m) | 60 – 70 | 70 – 90 | 90 – 110 |
| Công suất clinker (tấn/ngày) | 500 – 1.000 | 1.000 – 3.000 | 3.000 – 10.000 |
| Tốc độ quay (vòng/phút) | 1 – 2 | 2 – 3 | 3 – 4 |
| Nhiệt độ zone nung (độ C) | 1350 – 1420 | 1380 – 1450 | 1400 – 1450 |
| Tiêu hao nhiệt (GJ/tấn clinker) | 3,5 – 4,0 | 3,0 – 3,5 | 2,8 – 3,2 |
Các zone nhiệt đo trong lò quay
Phối liệu đi chuyển từ đầu nạp liệu (đầu lạnh, phía trên) đến đầu ra clinker (đầu nóng, phía dưới) trong khí ngọn lua và khí nong đi ngược chiều từ dưới lên. Hành trình nay mặt 30-60 phút tuy tốc độ quay và chiều dài lo.
| Zone | Vi tri (% chiều dài từ đầu nóng) | Nhiệt độ vật liệu (độ C) | Phản ứng |
|---|---|---|---|
| Zone nung (Burning) | 0 – 25% | 1350 – 1450 | Tạo C3S, pha long 20-30% |
| Zone chuyển tiếp (Transition) | 25 – 45% | 1100 – 1350 | Hình thành C2S, C3A, C4AF |
| Zone calcination | 45 – 75% | 800 – 1100 | CaCO3 -> CaO + CO2 |
| Zone sấy/dot nong | 75 – 100% | 200 – 800 | Bay hơi ẩm, phân hủy khoảng sét |
Gạch chịu lửa lot lo
Gạch chịu lửa bảo vệ vỏ thép khỏi nhiệt độ cao và duy trì hiệu quả nhiệt. Các loại gach dùng theo zone: zone nung dùng gach magnesia-spinel (MgO > 90%) hoặc dolomite; zone calcination dùng gach magnesia-silica hoặc aluminosilicat; zone sấy dùng gach aluminosilicat thông thường.
Tuổi thọ gach zone nung thường 6-18 thang tuy chất lượng gach và chế độ vận hành. Hong gach dot ngot gay “red spot” (diem độ trên vỏ lo) – tin hiệu nguy hiểm cần dùng lo khẩn cấp.
Hệ thống preheater và precalciner
Lò quay hiện đại kết hợp tháp trao đổi nhiệt cyclone (preheater) 4-6 tầng, năng nhiệt độ phối liệu lên 700-900 độ C trước khi vào lo. Lò nung số bộ (precalciner) đặt giữa preheater và lò quay hoàn thành 90-95% quá trình calcination, giảm tại chỗ lò quay và tiết kiệm 30-40% nhiên liệu. Toàn bộ hệ thống gọi là SP/NSP kiln (Suspension Preheater/New Suspension Process).
Lich sự phát triển
Frederick Ransome (Ảnh) cấp bảng sáng chế lò quay xi măng năm 1885. Lò quay thường mái đầu tiền vận hành ở My (Lehigh Valley, Pennsylvania) năm 1889, chiều dài 20 m. Đến 1900, lo dài đến 60 m; những năm 1970-1980 xuất hiện lo dài 170-180 m. Xử hướng hiện đại là lo ngăn hơn (60-90 m) với hệ thống preheater nhiều tầng thay vi lo dài đơn.
Những hiểu lầm phổ biến
- Lò quay dài hơn cho clinker tốt hơn: Chiều dài không quyết định chất lượng. Lò quay ngăn với preheater hiện đại hiệu quả hơn lo dài cũ về ca chất lượng clinker lan tiêu thụ năng lượng.
- Nhiệt độ 1450 độ C đo ở bề mặt phối liệu: Nhiệt độ 1450 độ C là nhiệt độ khí trong lo. Nhiệt độ vật liệu thực tế thấp hơn 50-100 độ C độ truyền nhiệt không hoàn hảo.
Câu hỏi thường gặp
- Lò quay xi măng lớn nhất thể gioi có kích thước thế nào?
- Một trong những lò lớn nhất dạng vận hành có đường kính 6,4 m, chiều dài 95 m, công suất 10.000 tấn clinker/ngày. Nhà máy xi măng lớn nhất Việt Nam (Nghi Sơn, Thành Hóa) có lo đường kính 5,6 m, công suất 10.000 tấn/ngày.
- Tại sao lò quay phải đặt nghiêng?
- Độ nghiêng 3-4 độ kết hợp với chuyển đồng quay tạo chuyển đồng vua lan vua truot của phối liệu từ đầu nạp (cao) đến đầu ra clinker (thấp). Điều chính góc nghiêng và tốc độ quay kiểm soát thời gian lưu vật liệu trong lo.
- Dùng lò quay xi măng tôn bao nhiêu tiền?
- Mới lan dùng lo không kể hoach (unplanned shutdown) tiêu tôn chi phí sửa chứa + sản lượng mặt đi. Với lo công suất 3000 tấn clinker/ngày, mặt 1 ngày sản xuất tường đường 150.000-200.000 USD.
- Làm thế nào kiểm soát nhiệt đo trong lò quay?
- Kết hợp nhiều thông số: lưu lượng nhiên liệu, lưu lượng gió 1 (primary air) từ với dot, gió 2 (secondary air) từ máy làm lạnh clinker, tốc độ nạp liệu và nhiệt độ đo bằng pyrometer hồng ngoại quet liên tục vào zone nung.
Kết luận
Lò quay xi măng là thiết bị cot loi biển phối liệu thành clinker ở 1400 độ C. Thông số thiết kế – đường kính 4-6 m, chiều dài 60-90 m, độ nghiêng 3-4 độ – được tối ưu hóa quá 140 năm phát triển. Hệ thống preheater cyclone kết hợp lò quay hiện đại đất hiệu quả nhiệt vượt troi, tiêu thụ 2,8-3,2 GJ/tấn clinker số với 5-6 GJ của lo kieu cũ.