فهرست مطالب

چكيده 5

مقدمه 6

1- سيمان چيست؟ 6

3- عنوان پروژه: 6

فصل اول 8

طرحي از يك كارخانه سيمان با تكنولوژي روز دنيا 9

شكل (1-1)- فلودياگرام خط توليد سيمان 10

فصل دوم 17

اجزاء سيستم پخت 18

1-2- مشخصه‌هايي از كوره دوار سيمان 18

1-1-2- غلطك‌ها 19

3-1-2- سيستم چرخاننده كوره 20

4-1-2- آب‌بندي سر و ته كوره 20

2-2- نسوزكاري كوره 21

3-2- مشخصه‌هايي از پيش گرم‌كن 22

4-2- مسير فرعي(By Pass) 24

5-2- سيستم تكليس(Calciner) 25

6-2- مشخصه‌هايي از خنك‌كن 26

7-2- انواع خنك‌كنها 28

شكل(12-2)- خنك كن سياره‌اي 30

شكل(13-2)- خنك كن مشبك 32

شكل(14-2)- اطاق كنترل سيمان اكباتان 34

1-9-2- اصول سوختن و كنترل شعله 36

2-9-2- شعله 37

ب- نسبت هوا 39

فصل سوم 44

پروژه 45

فصل چهارم 46

شناخت متغيرهاي كنترل سيستم پخت 47

1-4- كنترل كوره 47

درجه حرارت هواي ثانويه 49

توليد ساعتي كلينكر 50

درصد بار حجمي كوره 51

1-7-4- كليات 55

3-7-4- حجم هواي اوليه 56

4-7-4- درجه حرارت گاز خروجي پيش گرم‌كن 56

5-7-4- درجه حرارت ياتاقانها 56

7-7-4- گرفتگي سيكلونها 57

9-4- تحليل گزارشات ساعتي سيستم پخت 58

رعايت اصول كوره‌باني 64

1-5-2- هواي ثانويه 67

شكل(3-5)- حالات مختلف منطقه پخت 69

1-3-5- درجه حرارت عقب كوره 72

3-3-5- اكسيژن عقب كوره 75

4-5- كنترل مقدار سوخت 76

6-5- كنترل متغيرهاي خنك كن گريت 80

كم كردن سرعت حركت صفحات خنك كن 82

3-7-5- حالات اضطراري 95

12- بارندگي شديد يا رعد و برق 103

فصل ششم 105

اولين گرم كردن سيستم پخت 106

1-6- خشك كردن پيش گرم‌كن 106

2-2-6- مشعل كمكي براي خشك كردن كانال هواي سوم 111

1-3-6- آماده سازي 116

2-3-6- گرم كردن تمام سيستم پخت 116

فصل هفتم 122

1-7- اولين باردهي كوره 123

3-7- راه‌اندازي موتور كوره 123

شكل(1-7)- موتور كوره 124

7-7- رسيدن به باردهي عادي 128

فصل هشتم 133

گرفتگي‌هاي سيستم پخت 134

1-8- قليائي‌ها 134

3-8- عوامل گرفتگي عقب كوره 137

2-3-8- چسبندگي چيست؟ 139

3-3-8- چسبندگي جامد به جامد 140

4-3-8- جذب سطحي 140

5-3-8- نتيجه‌گيري 141

4-8- ماهيت جرم گرفتگي عقب كوره 141

شكل(5-8)- گرفتگي‌هاي سيستم پخت 149

فصل نهم 152

1-9- مواد نسوز در نقاط مختلف سيستم پخت 153

سرد كردن كلينكر 153

شكل(2-9)- نسوزكاري قسمتهاي مختلف سيستم پخت 156

فصل دهم 163

فرسايش مواد نسوز در سيستم پخت 163

1-10- مقدمه 164

2-10- عوامل مختلف فرسايش آجر منطقه پخت 165

2-2-10- نفوذ املاح قليائي 170

3-2-10- فرسايش ناشي از احياء 175

4-2-10- فرسايش مكانيكي 178

عكس شماره(23-10) 182

3-10- سيكل قليائي در سيستم پخت سيمان 183

4-10- شكفتگي قليائي 186

5-10- فرسايش بدنه كوره 188

فصل يازدهم 189

1-11- كوره 190

2-11- سيكلون‌ها 190

3-11- الكتروفيلتر 191

4-11- حالتهاي مخاطره آميز كوره 192

فصل دوازدهم 194

1-12- مقدمه 195

1- تجزيه شيميايي مواد اوليه و سوخت مصرفي 195

5-2-12- تركيبات فرعي 201

6-2-12- سنگ گچ 205

4-12- مشخصاتي از انواع سيمان 206

5-12- چگونگي پخت مواد 209

1-5-12- فعل و انفعالات مواد در پيش گرمكن 209

3-6-12- دانه‌بندي خوراك كوره 221

4-6-12- همگن بودن مواد خام 221

1-7-12- كلينكر نرمال 222

2-7-12- كلينكر آهسته خنك شده 222

3-7-12- نرم و همگن نبودن كافي مواد 222

8-12- مراحل فيزيكي و شيميايي مواد در حين پخت 226

1-8-12- خشك شدن 226

3-8-12- تجزيه كربنات‌ها 226

4-8-12- واكنشهاي جامد: 226

5-8-12- واكنش‌هائي كه در حضور فاز مايع رخ مي‌دهند: 227

1- افزايش نسبت فاز مايع 227

2- كاليبراسيون 231

منابع و مراجع: 232

ABSTRACT 233

 چكيده

سيستم پخت سيمان مهمترين و اساسي‌ترين بخش يك واحد توليدي سيمان مي‌باشد، به طوريكه ظرفيت اسمي كارخانه‌هاي سيمان براساس ميزان توليد روزانه(24 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.

 مقدمه

1- سيمان چيست؟

سيمان گردي است نرم جاذب آب و چشبانده خرده سنگ كه اساساً مركب است از تركيبات پخته شده و گداخته شده اكسيد كلسيم با اكسيد سيليس اكسيد آلومينيوم و اكسيد آهن.

ملات اين گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا يا در زير آب سخت شده و ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را حفظ نموده و در فاصله 28 روز در زير آب ماندن داراي حداقل مقاومت 25 نيوتن بر ميليمتر مربع باشد.

2- مقدمه‌اي كوتاه از تاريخچه صنعت سيمان

اختراع كوره دوار سيمان در سال 1885 ميلادي توسط Fredrik ransom در انگلستان به ثبت رسيد. اولين كوره ران سام 1.5 متر قطر و 7.5 متر طول داشت.

سوخت كوره دوار در آمريكا مايع(نفت كوره) و در المان پودر ذغال‌سنگ بود و خوراك كوره هم به صورت دوغاب و هم به صورت پودر تهيه مي‌گردد. كلينكر خروجي از كوره وارد استوانه عمودي يا استوانه دواري مي‌شد و توسط هوا خنك مي‌گرديد و هواي خروجي از خنك‌كن جهت سوختن ذغال يا نفت كوره مورد استفاده قرار مي‌گرفت.

تكنولوژي جديد سيمان براي اولين بار با راه‌اندازي كوره 100 تني سيمان ري در نزديكي كوه بي‌بي‌شهربانو و در سال 1312 در ايران متولد شد. راه‌اندازي كارخانه سيمان ري به مفهوم ايجاد شتاب در نوسازي و صنعتي شدن كشور بود و از اين رو سهم اين كارخانه در پي‌ريزي بسياري از كارخانه‌ها و تاسيسات صنعتي دانشگاهي بهداشتي كشاورزي و… استثنائي و در خور توجه است.

در حال حاضر پروژه‌‌هاي بسياري در نقاط مختلف كشور در دست اجرا مي‌باشد كه بسياري از آنها تا سال 1390 به توليد خواهند رسيد با راه‌اندازي اين پروژه‌ها ظرفيت توليد سيمان ايران به حدود 70 ميليون تن در سال خواهد رسيد كه معادل 2.5 درصد توليد سيمان جهان خواهد بود.

ضمناً مصرف سرانه سيمان در كشور در حال حاضر حدود 450 كيلوگرم است كه بالاتر از متوسط مصرف جهاني(340 كيلوگرم) مي‌باشد.

3- عنوان پروژه:

عوامل موثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان از ديدگاه بهره‌برداري و آناليز شيميائي خوراك كوره:

عوامل متعددي بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان موثر مي‌باشند كه مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

1. عوامل موثر از ديدگاه بهره‌برداري

2. عوامل موثر از ديدگاه آناليز شيميائي خوراك كوره

3. عوامل موثر از ديدگاه طراحي و تكنولوژي ساخت تجهيزات سيستم پخت

4. عوامل موثر از ديدگاه طراحي و ساخت دستگاهاي مرتبط با سيستم پخت

5. مديريت صحيح به همراه آموزش و بهره‌برداري صحيح از منابع انساني

6. ساير موارد مرتبط در جهت بهبود عملكرد كوره دوار سيمان به عنوان يك راكتور پيچيده شيميايي

4- با توجه به 7 سال سابقه بهره‌برداري اينجانب از كوره دوار واحد يك شركت سيمان همگتان و همچنين تجارب و آموخته‌هاي اينجانب از پيشكسوتان صنعت سيمان كشور از طريق شركت در دوره‌ها و همايشها و سمينارهاي متعدد باعث شد كه ضمن بهره‌گيري از توفيقات خداوند منان و مساعدت و راهنمائي اساتيد بزرگوارم آقايان دكتر اميدخواه و دكتر ارجمند در پايان تحصيلات تكميلي در مقطع كارشناسي ارشد به بررسي دو عامل مهم بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان يعني عوامل موثر از ديدگاه بهره‌برداري و آناليز شيميايي خوارك كوره بپردازيم و توضيح اينكه در اين پروژه هر عاملي كه از دو ديدگاه مذكور باعث افزايش مدت كاركرد كوره شده و در عين حال توليد كوره را در حداكثر ظرفيت ممكن قرار دهد مدنظر قرار گرفته است.

5- روند بررسي اين دو عامل به طور مختصر به شرح ذيل مي‌باشد:

در فصل اول: جهت آشنائي با صنعت توليد سيمان طرحي از يك كارخانه سيمان با تكنولوژي روز دنيا ارائه شده است كه زمينه آشنائي كلي با اين صنعت فراهم شده است.

در فصل دوم: اجزاء تشكيل دهنده سيستم پخت سيمان به طور كامل تشريح شده است.

در فصل سوم: بحث اصلي پروژه شروع شده و تا پايان مبحث پروژه يعني فصل دوازدهم به بررسي عوامل موثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان از دو ديدگاه ذكر شده پرداخته شده است.

در فصل چهارم: متغيرهاي كنترل سيستم پخت معرفي شده و به تشريح اهميت پارامترهاي مذكور پرداخته شده است.

در فصل پنجم: رعايت اصول كوره باني.

در فصل ششم: اولين گرم كردن سيستم پخت.

در فصل هفتم: اولين راه‌اندازي سيستم پخت تشريح شده است.

در فصل هشتم: گرفتگي‌هاي سيستم پخت.

در فصل نهم: نسوزكاري سيستم پخت سيمان.

در فصل دهم: فرسايش مواد نسوز در سيستم پخت.

در فصل يازدهم: رعايت نكات ايمني در سيستم پخت تشريح شده است.

در فصل دوازدهم: عوامل موثر بر راندمان كوره‌هاي دوار سيمان از ديدگاه اناليز شيميائي خوراك كوره شامل شناخت ماهيت سيمان و پخت مواد و همچنين تنظيم مناسب مواد جهت خوراك كوره مورد بررسي قرار گرفته است.

در پايان پروژه منابع مورد استفاده در ارائه اين پروژه تحت عنوان مراجع ذكر گرديده است.

 فصل اول

طرحي از يك كارخانه سيمان با تكنولوژي روز دنيا

طرحي از يك كارخانه سيمان با تكنولوژي روز دنيا

شرح فلودياگرام شكل(1-1): خط توليد سيمان و شكل(2-1): سيستم پخت سيمان

1 و 2- مواد اوليه مورد استفاده در صنعت سيمان معمولاً سنگ آهك و خاك رس است كه پس از استخراج به وسيله كاميون(و يا در مواردي به وسيله واگن- كشتي- نوار نقاله و…) به محل كارخانه و به قسمت سنگ شكن حمل مي‌شوند. خاك و سنگ آهك به صورت جداگانه از خردكن عبور كرده و خرد مي‌شوند. در سنگ شكن كه مخصوص خرد كردن سنگهاي تا ابعاد 2متر مي‌باشد، سنگ شكسته شده و بستگي به نوع سنگ شكن و آسياب مواد ابعاد آن به كمتر از 8 سانتي‌متر تقليل مي‌يابد. در مواردي سنگ آهك به صورت قلوه سنگ همراه با خاك مي‌باشد كه به اين مخلوط طبيعي الوويوم يا مارل مي‌گويند كه در اين مورد نيز نياز است كه از سنگ شكن عبور نمايد.

3- سالن مواد: مواد كوبيده شده پس از خروج از سنگ شكن توسط نوارنقاله راهي سالن مواد شده و در آنجا توسط دستگاهي به نام استاكر به صورت توده‌اي از مواد به نام پايل ريخته شده و ذخيره مي‌گردد. كار برداشت مجدد مواد از سالن اختلاط توسط دستگاهي به نام ريكلايمر انجام مي‌شود.

4- آسياب مواد: انواع مختلفي دارد كه عبارتند از گلوله‌اي و غلطكي. مواد برداشته شده از سالن مواد توسط دستگاه ريكلايمر از طريق نوارنقاله به بينهاي ذخيره مواد ريخته شده و پس از آن توسط سيستم نوارهاي توزين وارد آسياب مواد شده و محصول خروجي به صورت پودر(با رطوبت كمتر از ورود) از آسياب خارج مي‌گردد. آنچه كه از اسياب خارج مي‌شود به نام مواد خام يا خوراك كوره موسوم است.

شكل (1-1)- فلودياگرام خط توليد سيمان

آسياب مواد مجهز به كوره هواي گرم براي گرفتن رطوبت مواد مي‌باشد. غالباً از گازهاي گرم خروجي از كوره براي اين منظور استفاده مي‌شود. اين كوره براي مواردي است كه كوره اصلي متوقف مي‌باشد.

5- گردگير: به منظور خشك كردن و جابجائي مواد در آسياب مواد از گازهاي خروجي از كوره استفاده مي‌شود. اين گازها پس از انتقال مواد از آسياب وارد الكتروفيلتر گشته و ذرات مواد و گرد و غبار از آن جدا مي‌گردد و سپس از طريق دودكش به خارج(محيط اطراف) فرستاده مي‌شود.

6- سيلوهاي ذخيره مواد: مواد پودر شده پس از الكتروفيلتر وارد سيلوهاي مخلوط كن و ذخيره مي‌شود و پس از نمونه‌گيري و آزمايشات لازمه توسط آزمايشگاه و اطمينان از تنظيم بودن  متناسب بودن تركيب مواد خام، آماده مصرف در كوره مي‌شود.

7- كوره و پيش گرمكن: مواد خام از قسمت بالاي پيش گرم كن وارد سيستم پخت مي‌شود و پس از عبور از پيش گرم كن و كلساينر وارد كوره دوار مي‌گردد. مواد خام در پيش گرم كن به مرور(در فاصله حدود 50 ثانيه) خشك، گرم و كلسينه مي‌شود. پيش گرم كن داراي دو برج است كه در يكي از آنها كلساينر قرار دارد. مواد پس از تكليس وارد كوره شده و نهايتاً به صورت دانه‌هاي كلينكر از كوره خارج مي‌گردد.

در شكل (2-1) سيستم پخت متشكل از پيش گرمكن، كلساينر، كانال هواي سوم، كوره، خنك كن و دستگاه جداسازي قليائي نشان داده شده است. در اين شكل ارقام و اطلاعات زيادي ارائه شده است و مقادير مواد، گاز، هوا، سوخت، كلينكر و… همگي برمبناي يك كيلوگرم كلينكر مي‌باشند.

مقدار 68/1 كيلوگرم با درجه حرارت 50 درجه سانتيگراد وارد پيش گرمكن مي‌شود و پس از طي مسير سيكلونها، كلساينر، كوره و خنك كن به صورت كلينكر با وزن يك كيلوگرم و درجه حرارت 80 درجه سانتيگراد خارج مي‌شود. مقدار هواي ورودي به خنك كن 3/2 مترمكعب است كه 36/0 مترمكعب آن به عنوان هواي ثانويه، 54/0 مترمكعب آن به عنوان هواي سوم(مياني- ثالثيه) و 4/1 مترمكعب ان به صورت هواي اضافي از خنك كن خارج مي‌شود. 40 درصد سوخت مصرفي در مشعل اصلي كوره و 60 درصد آن در كلساينر مصرف مي‌شود. درصد تكليس مواد در كلساينر 90 درصد است.

درجه حرارت كلينكر خروجي از كوره 1400 درجه سانتيگراد، گازهاي خروجي از كوره 1050 درجه سانتيگراد، گازهاي خروجي از سيلكونها به ترتيب 870، 750، 550 و 350 درجه سانتيگراد مي‌باشند. درصد اكسيژن گازهاي عقب كوره 2 درصد است و حاوي مقدار قابل توجهي مواد قليائي هستند.

مقدار 32/0 مترمكعب از گازهاي خروجي از كوره وارد دستگاه جداسازي مواد قليائي (Alkaly Bypass) و مقدار 02/0 كيلوگرم مواد قليائي از ان جدا ميگردد. در اين دستگاه مقدار 54/0 مترمكعب هواي محيط براي پائين آوردن درجه حرارت گازهاي خروجي از كوره و انجماد بخارات مواد قليائي استفاده مي‌شود.

مقدار گازهاي خروجي از پيش گرمكن به سمت آسياب مواد 34/1 مترمكعب است و با درجه حرارت 350 درجه سانتيگراد حاوي 1/0 كيلوگرم مواد برگشتي مي‌باشد.(0.1 Kg Kiln Feed Dust/1 kg Clinker)

8- خنك كن كلينكر: درجه حرارت كلينكر خروجي از كوره حدود 1000درجه سانتيگراد است و اين مقدار حرارت موجود در كلينكر به وسيله جريان هواي سرد بازيابي مي‌شود. سپس كلينكر خنك شده(تا حدود 100 درجه سانتيگراد) راهي انبار كلينكر مي‌گردد. بخشي از هواي گرم شده از طريق كانال هواي سوم به سمت كلساينر مي‌رود و بخشي ديگر وارد كوره مي‌شود و اكسيژن موردنياز سوخت را تامين مي‌كند.

9- خردكن و قيف سنگ گچ: به كلينكر خروجي از كوره حدود 4 درصد سنگ گچ افزوده مي‌شود و سپس در آسياب سيمان پودر مي‌گردند. قبلاً سنگ گچ(گچ خام) در خردكن جداگانه‌اي به اندازه‌هاي كمتر از 4 سانتيمتر خرد شده و سپس در قيف مربوطه ذخيره شده است. سرعت تركيب پودر كلينكر با آب بسيار شديد است و به همين خاطر از سنگ گچ براي كنترل اين تركيب و گيرش سيمان استفاده مي‌شود.

10- آسياب سيمان: از طريق دو نوار تغذيه مجهز به سيستم توزين، سنگ گچ خرد شده و كلينكر وارد آسياب گلوله‌اي مي‌شوند و پس از پودر شدن، پودر حاصله(سيمان) از طريق بالابر كاسه‌اي و هوائي (الواتر و ارليفت) به سيلوهاي ذخيره سيمان فرستاده مي‌شود. در دهه اخير استفاده از آسيابهاي غلطكي براي پودر كردن كلينكر و توليد سيمان مرسوم شده است، از جمله در پروژه‌هاي سيمان تهران و فراز فيروزكوه براي دپارتمان آسياب سيمان، آسيابهاي غلطكي خريداري شده است.

11 و 12- سيلوهاي سيمان و بارگير خانه: با توجه به ظرفيت توليد كارخانه تعدادي سيلوي بتوني جهت ذخيره سيمان درنظر گرفته مي‌شود. سپس سيمان به كمك دستگاههاي بارگيري سيمان فله يا بسته‌بندي و پرشدن در كيسه بارگيري شده و از كارخانه صادر مي‌گردد. وسيله حمل سيمان از كارخانه مي‌تواند كاميون، واگن، قطار و يا كشتي باشد. چگونگي حمل بستگي به موقعيت كارخانه و محل مصرف دارد.

بكارگيري كامپيوترهاي قوي براي كنترل فرايند توليد(PLC)، آنچنان گشايشي در كار ايجاد كرده است كه حاصل كار اين شده است كه با نفرات و تجهيزات برقي- مكانيكي كمتر عملاً توليد بالاتر با هزينه كمتر تحقق يافته است و به مرزهاي ايده‌آل نزديكتر مي‌شود. اداره يك كارخانه سيمان با چند ده نفر آن هم از راه دور هدف چندان دور از دسترسي نيست. درضمن كاهش نفرات، هزينه جاري توليد در بسياري از زمينه‌ها به ارقام بسيار پائيني رسيده است.

در شكلهاي (3-1) و (4-1) و (5-1) خط توليد سيمان به روش خشك و سيستم پخت سيمان به صورت مصور ارائه شده است كه حاوي مطالبي است كه در اين فصل ذكر گرديد.