Chuyên đề Công nghệ sử dụng nhiệt thải từ sản xuất xi măng

CHUYỀN ĐỀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI TỪ SẢN XUẤT XI MĂNG NHÓM 2: Lê Văn Tiến Nguyễn Bảo Quốc Cao Minh Vương Đinh Công Thành Đinh Văn Thuật Nguyễn Hữu Bình Đào Duy Khương Nguyễn Trường Giang Quan Văn Trình MỤC LỤC PHẦN I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG I. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp xi măng ở Việt Nam và trên thế giới Xi măng là ngành công nghiệp góp phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế của Việt Nam. Tuy vậy, đứng trước tình trạng giá nguyên nhiên liệu như xăng, dầu, điện liên  tục tăng giá như hiện nay ngành công nghiệp này cũng đang gặp phải nhiều khó khăn. Đổi mới công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng, sử dụng năng lượng hiệu quả luôn là tiêu chí Tổng Công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam (VICEM) luôn hướng đến. Thực hiện chương trình “Mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” của Bộ Công Thương, trong những năm qua VICEM đã tập trung chỉ đạo nghiên cứu các giải pháp quản lý và công nghệ nhằm mục tiêu giảm tiêu hao năng lượng nhiệt và điện trong các dây chuyền sản xuất xi măng. Với sự nỗ lực của toàn thể cán bộ nhân viên các công ty thành viên trong toàn VICEM trong thời gian qua ngành công nghiệp xi măng đã có nhiều dự án, cải tiến giảm tiêu thụ năng lượng đáng kể, đưa xi măng Việt Nam nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường. Ngành Công nghiệp xi măng là một ngành tiêu hao năng lượng rất lớn, để sản xuất ra một tấn clinker theo công nghệ lò nung tiên tiến phải tiêu tốn 730.000- 800.000 kcal tương đương với 110-120kg than tiêu chuẩn, đồng thời thải ra ngoài không khí lượng khí thải rất lớn 2500 - 2800m3 ở nhiệt độ từ 350-3800C với nồng độ bụi trung bình 50mg/Nm3 gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính. Để sản xuất ra một tấn xi măng phải tiêu tốn 90-100Kwh điện.     Trong những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu công nghệ cải tiến kỹ thuật, cải tiến thiết bị để tiết kiệm năng lượng. Cải tiến lò nung từ một tháp tiền nung trao đổi nhiệt lên hai tháp, từ 4 tầng lên 5,6 tầng với calciner hiệu suất cao, tối ưu hoá hệ thống gió 3, để góp phần đáng kể việc giảm tiêu hao nhiên liệu nung luyện clinker với định mức thấp hơn 720 Kcal/kg clinker. Đồng thời thiết kế cải tiến thiết bị nghiền nguyên liệu, nghiền than, nghiền xi măng. Từ nghiền bi sang nghiền con lăn, nghiền đứng, nghiền Horomill với hệ thống thiết bị phân ly hiệu suất cao, giảm tiêu hao điện năng dưới định mức 90 Kwh/tấn xi măng.   Trong những năm gần đây, nhiều công ty xi măng trên thế giới đã tận dụng nhiệt thải của lò nung clinker để phát điện, tự cung cấp gần 30% nhu cầu điện để sản xuất xi măng, đồng thời đã góp phần quan trọng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, là giải pháp tối ưu. II: Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng Sản xuất xi măng   1)Mỏ: Mỏ - đá vôi, macnơ và đất sét cũng như những vật liệu chứa các oxid nhôm, sắt, canxi, silic được lấy từ mỏ bằng kĩ thuật nổ mìn hay khoan. 2)Máy đập Máy đập - vật liệu từ mỏ được làm giảm kích thước bằng những máy đập khác nhau.Các khối đá được làm giảm kich thước từ 120cm đến khoảng từ 1.2 - 8cm. Vật liệu thô cũng có thể cần được sấy để việc pha trộn và đập hiệu quả hơn. 3)Băng tải Băng tải - vật liệu thô được vận chuyển riêng biệt từ mỏ bằng những băng tải, xe goòng hoặc những biện pháp hậu cần thích hợp khác đến nhà máy. 4)Lớp trộn Lớp trộn - đá vôi đã nghiền và đất sét được đồng nhất bằng cách chất thành đống và cào thanh từng lớp trong kho dự trữ. Những vật liệu này được sẵn sàng cho việc nghiền và sấy trong lò nung. 5)Nghiền thô Nghiền thô - các vật liệu thô được nghiền và sấy trong máy nghiền con lăn. Những con lăn lớn được lắp trên một bàn xoay và vật liệu thô được nghiền cho đến khi chúng đủ mịn để chuyển đến silo đồng nhất bằng không khí. 6)Túi lọc bụi Túi lọc bụi - bao gồm nhiều túi lọc bằng vải hoặc nỉ để tách các hạt mịn từ khí thải lò. Gas thải từ nhiều lò nung được dùng để sấy vật liệu thô, vì vậy cải thiện việc sử dụng năng lượng hiệu quả của nhà máy. 7)Gia nhiệt Gia nhiệt - những cy-lon gia nhiệt sẽ nâng nhiệt độ của bột liệu thô lên cao trước khi vào lò nung. Điều này làm gia tăng hiệu quả sử dụng nhiệt của lò nung vì bột liệu đã được vôi hóa 20 - 40% khi bắt đầu vào lò. 8)Lò nung Lò nung - lò nung được thiết kế để tối đa hiệu quả của sự truyền nhiệt từ nhiên liệu đến vật liệu thô. Trong tháp gia nhiệt, vật liệu thô được nung nhanh chóng đến nhiệt độ khoảng 1000oC, ở nhiệt độ này đá vôi chuyển sang dạng nóng chảy. Trong lò quay, nhiệt độ lên đến khoảng 2000oC. Tại nhiệt độ này, các khoáng nóng chảy kết hợp để hình thành các tinh thể silicat canxi - lanh ke xi măng. 9)Máy làm lạnh Máy làm lạnh - lanh ke nóng chảy được làm lạnh một cách nhanh nhất. Không khí xung quanh dùng làm lạnh lanh ke được thổi vào lò nung, khi không khí bị đốt cháy để đảm bảo hiệu quả cao của sự sinh ra nhiệt. PHẦN II: THU HỒI NHIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP & THU HỒI NHIỆT TRONG CÔNG NGHIỆP XI MĂNG I: Nguyên lý thu hồi nhiệt trong công nghiệp Tiết kiệm năng lượng luôn là một lĩnh vực kỹ thuật được giới công nghệ quan tâm. Trong những năm qua, lĩnh vực này đã đạt được kết quả hết sức khả quan. Nhờ việc sử dụng kỹ thuật thu hồi nhiệt từ khí thải và nước thải để sử dụng trở lại, hiệu suất sử dụng nhiệt năng của các dây chuyền công nghiệp có thể đạt tới trên 90%, điều mà cuối thế kỷ 20 rất ít người coi là hiện thực. Các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, xi măng, hóa chất, gạch, gốm sứ, dệt, nhuộm, ép nhựa, chế biến thực phẩm, đường, cà phê, chè... đều có các lò đốt sử dụng than, dầu, gas hoặc điện năng để tạo ra nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất. Lượng nhiên liệu thực sự hữu ích thường chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số nhiên liệu bị đốt cháy. Điều này không những gây lãng phí tài nguyên, mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và khí quyển trái đất. Phần nhiệt lượng thực sự góp phần tạo thành sản phẩm thường chỉ từ 5% tới 30%. Hầu hết phần nhiệt năng còn lại đi theo khí thải, nước thải hoặc nước làm nguội máy... và thoát ra môi trường, góp phần làm cho trái đất nóng lên. Nếu tận dụng triệt để nhiệt lượng sinh ra từ các quá trình đốt, lượng CO2 và SO2 cùng các chất khí độc hại do công nghiệp sinh ra có thể giảm từ 50% tới 80%. Hiện tượng nhiệt độ trái đất nóng lên và các hiện tượng thay đổi khí hậu khác cũng có thể được hạn chế đáng kể nếu áp dụng triệt để các biện pháp tiết kiệm nhiên liệu. Với các thiết bị thu hồi nhiệt hiện đại, người ta có thể tận dụng hầu hết nhiệt năng thải ra để đưa trở lại quá trình sản xuất. 1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị thu hồi nhiệt Quá trình tái sử dụng nhiệt thải gồm nhiều công đoạn kỹ thuật khác nhau. Công đoạn chính trong khi tái sử dụng nhiệt năng là việc thu hồi nhiệt. Qua đó nhiệt năng thải ra được chuyển tới một quá trình khác, trực tiếp hoặc qua một phương tiện trung gian. Có rất nhiều dạng trao đổi nhiệt với các phương tiện trung gian khác nhau và áp dụng cho các trường hợp sử dụng khác nhau. Thông thường lượng nhiệt năng thu hồi được sử dụng ngay ở gần đó, dòng khí thải sẽ được sử dụng để làm nóng không gian và sấy nóng không khí cung cấp cho sự cháy. Với những quá trình công nghệ không liên tục, sự thải ra nhiệt và sự tái sử dụng nhiệt không thể thực hiện đồng thời được, nhiệt lượng thu hồi cần đưa vào những ngăn giữ nhiệt hoặc những thiết bị trao đổi nhiệt. Các thiết bị thu hồi nhiệt thường có một hệ thống trao đổi nhiệt giữa khí thải hoặc nước từ nhà máy thải ra với không khí sạch, nước sạch đi vào nhà máy. Hệ thống trao đổi nhiệt có thể cấu tạo bởi: các tấm chuyên chở nhiệt, các ống vận chuyển nhiệt tuần hoàn, các ống vận chuyển nhiệt theo nguyên lý mao dẫn, các ống vận chuyển nhiệt theo nguyên lý trọng lực, rotor hấp thụ nhiệt, máy bơm nhiệt, trao đổi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều (xem sơ đồ) a. Thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều Đây là phương pháp có hiệu quả cao và được áp dụng trong rất nhiều quá trình công nghệ. Theo cách này nhiệt năng được truyền từ khí thải hoặc nước thải qua không khí sạch hoặc nước sạch trong một buồng trao đổi nhiệt. Không khí sạch đã sấy nóng sẽ được chuyển qua một công đoạn sản xuất khác có yêu cầu nhiệt độ thấp hơn, hoặc bơm vào lò để cung cấp cho sự đốt cháy nhiên liệu, làm cho quá trình đốt cháy nhanh hơn, triệt để hơn và tốn ít nhiên liệu hơn. Nước sạch sau khi được làm nóng cũng sẽ được chuyển sang một công đoạn sản xuất cần nước nóng khác hoặc được bơm vào nồi hơi. Buồng trao đổi nhiệt là một không gian chạy dài được bao bọc bằng vật liệu cách nhiệt, bên trong có các ống bằng kim loại dẫn nhiệt với các cánh tản nhiệt ở cả mặt trong và mặt ngoài. Khí thải có nhiệt độ cao được bơm vào từ một đầu của buồng trao đổi nhiệt và thoát ra ở đầu kia. Không khí sạch được bơm vào các ống kim loại trong buồng trao đổi nhiệt từ phía đầu ra của khí thải và thoát ra một đường ống riêng ở phía đầu vào của khí thải. Việc thu hồi nhiệt từ nước thải cũng thực hiện như vậy. Đồng thời với việc thu hồi nhiệt, các nhà máy có nồi hơi còn thu hồi được hàng triệu lít nước ngưng tụ để sử dụng lại. Sơ đồ thiết bị thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều b. Hiệu suất các thiết bị thu hồi nhiệt Hệ thống trên đây đã được áp dụng từ những năm giữa thế kỷ 20. Tuy nhiên, lúc đầu hiệu quả thu hồi nhiệt còn rất thấp, giá nhiên liệu cũng còn thấp và giá thành thiết bị rất cao nên ít được áp dụng. Trong những năm gần đây, ngành sản xuất vật liệu và thiết bị thu hồi nhiệt đã đạt được những tiến bộ đáng kể, đồng thời tương quan giữa giá nhiên liệu và giá thiết bị đã thay đổi rất nhiều, nên các thiết bị thu hồi nhiệt được rất nhiều, nhà công nghệ sử dụng. Hiệu suất của thiết bị thu hồi nhiệt phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo buồng trao đổi nhiệt, vật liệu làm ra thiết bị, vào nhiệt độ của nước thải, khí thải và các đặc điểm của quá trình sản xuất. Các thiết bị thu hồi nhiệt theo nguyên tắc dòng ngược chiều cho phép thu hồi tới 80% nhiệt lượng trong khí thải và nước thải, đưa hiệu quả sử dụng nhiên liệu lên tới trên 90%. Việc tái sử dụng nhiệt năng để sưởi ấm trong sinh hoạt ở các nước xứ lạnh cũng đã được thực hiện từ nhiều năm nay. Hãng Vailand chuyên sản xuất các thiết bị dùng gas hoặc dầu để đun nước cung cấp cho lò sưởi và sinh hoạt đã tung ra thị trường loại thiết bị có kèm hệ thống tái sử dụng nhiệt từ khí thải với hiệu suất nhiệt 95%. Ở các vùng lạnh, không khí từ các khu văn phòng, khách sạn và nhà ở thoát ra theo hệ thống thông gió cũng mang theo một nhiệt lượng đáng kể và cũng được thu hồi để sưởi nóng không khí sạch trước khi bơm vào nhà. II: Sử dụng nhiệt thải trong ngành công nghiệp xi măng 1. Biến nhiệt thải ống khói thành điện năng Kỹ sư tua-bin Daniel Stinger và kỹ sư xăng dầu Farouk Mian (Mỹ) đã thiết kế một hệ thống cực kỳ đơn giản để sử dụng hầu hết loại nhiệt thải này. Hệ thống này không sử dụng hơi nước mà dùng hơi propane để quay tua-bin, giúp tăng hiệu quả của các nhà máy điện, đồng thời giảm lượng khí phát thải. Hơi nước được sử dụng để quay máy phát điện phải được điều áp và nâng tới nhiệt độ 650 độ C. Điều đó có nghĩa là không thể sử dụng nhiệt của các loại khí dưới 450 độ C trong ống khói để sản xuất điện. Đây là một trong những lý do tại sao hiệu suất tổng thể của nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch chỉ ở khoảng 35%. Nhiều nhà máy hoá chất và lọc dầu cũng thải nhiệt thải ở nhiệt độ thấp. Không giống nước, propane có điểm sôi thấp hơn. Nhiệt trong ống khói sẽ được sử dụng để bốc hơi propane lỏng đã được điều áp. Hơi propane sẽ được dẫn tới tua-bin, làm quay tua-bin để tạo điện năng. Do hơi propane vẫn chứa nhiều nhiệt sau khi nó thoát khỏi tua-bin nên hai nhà nghiên cứu đã thiết kế một tua-bin thứ hai. Nhiệt đi ra từ tua-bin thứ nhất tiếp tục làm bốc hơi propane và hơi đó làm quay tua-bin thứ hai. Theo tính toán, các nhà máy điện sử dụng hai tua-bin như trên có thể tăng hiệu suất từ 35% tới 60%. Thậm chí, nếu chỉ có 20% nhiệt thải công nghiệp được biến thành điện năng theo cách trên, nó sẽ làm tăng thêm trên 200 gigawatt điện cho nước Mỹ, chiếm gầm 20% tổng nhu cầu điện của quốc gia này. Hệ thống sẽ sản xuất điện năng với chi phi ngang bằng điện từ các tua-bin hơi nước bình thường. Nhiều điện hơn từ cùng một lượng nhiên liệu đồng nghĩa với ít khí CO2 phát thải hơn. Một lợi thế khác của hệ thống là làm lạnh khí thải trong ống khói xuống chừng 55 độ C, do đó nhiều chất ô nhiễm như thuỷ ngân ô-xit, hoặc cadmium ô-xit sẽ ngưng tụ bên trong ống khói. Từ đây, chúng được thu thập để xử lý an toàn, không phát tán ra môi trường xung quanh. Joseph Roop, một nhà kinh tế tại Bộ Năng lượng Mỹ cho biết giải pháp này mở ra khả năng bắt giữ nhiệt phẩm cấp thấp mà chúng ta hiện chưa khai thác chút nào. Các nhà nghiên cứu trên đã thành lập Công ty Wow Energy ở Texas để cấp phép bản quyền công nghệ này cho ngành điện năng ngay khi nhận được bằng sáng chế. Hệ thống sẽ giúp ngành điện sử dụng các nguồn nhiệt dưới 450 độ C, bao gồm phần lớn nhiệt thải công nghiệp. BP và Chevron Texaco rất quan tâm tới hệ thống ăn nhiệt này trong nhà máy của họ. 2. Sử dụng nhiệt thải của lò nung Clinker để phát điện Ngành Công nghiệp xi măng là một ngành tiêu hao năng lượng rất lớn, để sản xuất ra một tấn clinker theo công nghệ lò nung tiên tiến phải tiêu tốn 730.000- 800.000 kcal tương đương với 110-120kg than tiêu chuẩn, đồng thời thải ra ngoài không khí lượng khí thải rất lớn 2500 - 2800m3 ở nhiệt độ từ 350-380 ◦Cvới nồng độ bụi trung bình 50mg/Nm3 gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính. Để sản xuất ra một tấn xi măng phải tiêu tốn 90-100Kwh điện.     Trong những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu công nghệ cải tiến kỹ thuật, cải tiến thiết bị để tiết kiệm năng lượng. Cải tiến lò nung từ một tháp tiền nung trao đổi nhiệt lên hai tháp, từ 4 tầng lên 5,6 tầng với calciner hiệu suất cao, tối ưu hoá hệ thống gió 3, để góp phần đáng kể việc giảm tiêu hao nhiên liệu nung luyện clinker với định mức thấp hơn 720 Kcal/kg clinker. Đồng thời thiết kế cải tiến thiết bị nghiền nguyên liệu, nghiền than, nghiền xi măng. Từ nghiền bi sang nghiền con lăn, nghiền đứng, nghiền Horomill với hệ thống thiết bị phân ly hiệu suất cao, giảm tiêu hao điện năng dưới định mức 90 Kwh/tấn xi măng.   Trong những năm gần đây, nhiều công ty xi măng trên thế giới đã tận dụng nhiệt thải của lò nung clinker để phát điện, tự cung cấp gần 30% nhu cầu điện để sản xuất xi măng, đồng thời đã góp phần quan trọng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, là giải pháp tối ưu. a. Sơ lược nguyên lý công nghệ sử dụng nhiệt thải ở nhiệt độ thấp của lò nung clinker để phát điện:     - Gió nóng có nhiệt độ cao 300 - 3500C ra khỏi máy làm nguội clinker sau khi qua máy lọc bụi phân ly, hiệu suất cao được dẫn đến nồi hơi nhiệt dư ở đầu lò (nồi hơi AQC) sau đó được dẫn vào hệ thống thoát khí đầu lò. Bụi thu về từ thiết bị lọc bụi và nồi hơi AQC được đưa vào hệ thống vận chuyển clinker đầu lò.     - Khí thải nhiệt độ cao 350 - 380°C từ tháp trao đổi nhiệt đuôi lò được dẫn đến nồi hơi đuôi lò (nồi hơi SP). Khí thải ra từ nồi hơi ở nhiệt độ thấp 250°C được dẫn đến máy sấy, nghiền nguyên liệu. Bụi thu hồi từ nồi hơi đuôi lò sẽ được đưa vào hệ thống dẫn bụi của lò nung.     - Bề mặt tiếp nhận nhiệt của nồi hơi AQC được phân ra làm 2 đoạn, đoạn I là đoạn sản sinh ra hơi nước, đoạn II là đoạn sinh ra nước nóng. Nước bão hoà ở nhiệt độ 135°C do nồi hơi sinh ra sẽ được cấp vào đoạn I của nồi hơi AQC và cho nồi hơi SP, hơi nước quá nhiệt 1,6 MPa - 300°C do đoạn I nồi hơi AQC sản sinh ra sẽ là hơi nước chính, sau khi kết hợp với hơi nước quá nhiệt có cùng tham số do nồi hơi SP sinh ra sẽ cùng vào turbine hơi nước.     - Dùng hơi quá nhiệt quay turbine dẫn động máy phát điện. Nước ngưng tụ của turbine sẽ được bơm vào đoạn nước nóng của nồi hơi AQC, sau khi tăng nhiệt, nước sẽ cấp cho nồi hơi.     - Máy phát điện là loại máy xoay chiều thông thường. Thông qua thanh cái 6 (10) Kv của trạm biến áp tổng, máy sẽ vận hành mạnh song song với mạch điện tại chỗ. b. Sơ đồ công nghệ trạm sử dụng nhiệt thải để phát điện: c. Những thiết bị chính của trạm: Trên cơ sở nghiên cứu phân tích, xác định các thông số về nhiệt của lò nung clinker, khối lượng khí thải ở đầu lò và cuối lò, nhiệt độ, áp suất, lượng khí cần thiết để sấy, nghiền nguyên liệu, cung cấp các tham số kỹ thuật tin cậy để xây dựng trạm phát điện, chọn lựa một phương án khoa học và chính xác, chọn lựa thiết bị thích hợp, đồng bộ có công suất phù hợp. Có thể nêu lên một số thiết bị chính sau đây:    3.1. Nồi hơi nhiệt dư đầu lò AQC để sử dụng khí thải của máy làm nguội clinker.    3.2. Nồi hơi nhiệt dư đuôi lò SP để sử dụng khí thải ra từ tháp trao đổi nhiệt.    3.3. Turbine hơi nước kiểu phù hợp với trạm điện.    3.4. Máy phát điện đồng bộ với turbine hơi nước là máy phát điện xoay chiều thông thường.    3.5. Hệ thống nước làm nguội tuần hoàn, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước làm nguội của trạm điện.    3.6. Trang bị một hệ thống xử lý nước bằng phương pháp hoá học gồm bộ thiết bị lọc 2 cấp nối tiếp để đáp ứng nhu cầu nước dùng cho nồi hơi của trạm điện.    3.7. Trang bị một hệ thống điều khiển máy tính DCS đồng bộ nhằm đáp ứng nhu cầu vận hành của trạm điện.    3.8. Trang thiết bị hệ thống dẫn tải khí nóng từ tháp trao đổi nhiệt về nồi hơi SP, khí thải từ máy làm nguội clinker về nồi hơi AQC, hệ thống dẫn hơi nước quá nhiệt về turbine khí, hệ thống cấp nước, đường dây dẫn tải điện. PHẦN III: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT I: Hiệu quả kinh tế phương pháp tận dụng nhiệt thải trong ngành công nghiệp xi măng 1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của dự án sử dụng nhiệt thừa của lò nung clinker để phát điện.      Từ những năm 70 của thế kỷ trước một số quốc gia đã nghiên cứu thiết kế các trạm sử dụng nhiệt thừa ở nhiệt độ thấp của lò nung clinker để phát điện. Đặc biệt là ở Nhật Bản, kỹ thuật này đã trở nên thành thục, người Nhật đã nghiên cứu, liên tục cải tiến, chế tạo các loại nồi hơi tận dụng nhiệt dư và các turbine hơi nước sử dụng loại hơi nước có chất lượng vừa và thấp (kiểu khí vào có áp lực hỗn hợp). Thực tiễn vận hành trên 10 năm của hàng chục nhà máy đã chứng minh rằng kỹ thuật thành thục, đáng tin cậy và có tính linh hoạt cao.      Trung Quốc đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đồng bộ cho các trạm phát điện sử dụng nhiệt dư, trang bị cho hàng chục nhà máy sản xuất xi măng trong nước từ loại lò nung clinker 1200 tấn/ngày đến 2500 tấn/ngày, 4000 tấn/ngày, 5000 tấn/ngày với tháp trao đổi nhiệt 4 tầng, 5 tầng với công suất máy phát điện 2500 Kw, 4500 Kw, 7500 Kw, 9000 Kw nhiệt dư nhiệt độ thấp sẽ phát ra được 34 - 40 Kwh/1 tấn clinker với giá chi phí thấp từ 1-1,5 cent/Kwh đã góp phần giảm tối đa giá thành sản xuất xi măng, đồng thời đã góp phần tiết kiệm năng lượng quốc gia, bảo vệ môi trường, đem lại lợi ích kinh tế xã hội cao.     Một nhà máy xi măng với lò nung 4000 tấn clinker/ngày với công nghệ NSP, xây dựng trạm sử dụng nhiệt dư để phát điện có công suất 7000 Kw với vốn đầu tư toàn bộ xấp xỉ 6-7 triệu USD, sẽ phát điện 50 triệu Kwh/năm, tự cung cấp cho sản xuất nhà máy trên 30% nhu cầu điện toàn nhà máy với giá chi phí sản xuất 1 - 1,5 cent/Kwh, lợi nhuận hàng năm 1,5 - 2 triệu USD, thời gian thu hồi vốn dưới 3 năm. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu của trạm phát điện cho các loại công suất lò nung clinker     - Khí thải của lò nung clinker ở nhiệt độ 350 - 380°C với khối lượng lớn 2000 - 2500 m3/tấn clinker, với lò nung có công suất 4000 tấn clinker/ngày sẽ thải ra 10 triệu m3/ngày với nồng độ bụi từ 50 - 100 mg/Nm3 sẽ gây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường sinh thái nghiêm trọng. Nhưng khi nó được qua hệ thống hấp thụ nhiệt và chuyển thành điện năng của trạm sử dụng nhiệt dư để phát điện làm giảm nhiệt độ 100 - 200°C và giảm nồng độ bụi trong khí thải xuống mức 30mg/Nm3 sẽ góp phần cải thiện môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính.     - Khí thải sau khi qua hệ thống hấp thụ nhiệt vào công đoạn phía sau với nhiệt độ thấp giúp cho các thiết bị hoạt động ổn định hơn, giảm hư hỏng, tăng tuổi thọ máy nghiền bột sống, quạt gió, lọc bụi, tĩnh điện, hiệu suất lọc bụi tăng. Lượng bụi thu hồi từ nồi hơi được đưa vào silô tồn trữ góp phần     - Sử dụng khí thải của lò nung clinker để phát điện sẽ tiết kiệm được lượng nhiên liệu 340 - 420g than tiêu chuẩn/Kwh. Với lò nung clinker 4000t/ngày, lượng phát điện 50 triệu Kwh sẽ tiết kiệm được từ 17.000t -  21.000t/năm than tiêu chuẩn. PHẦN IV: KẾT LUẬN 1. Sử dụng nhiệt thải trong xi măng giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả Sử dụng nhiệt khí thải với nhiệt độ thấp của lò nung clinker để phát điện đã được nhiều nước ứng dụng, có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, là giải pháp tối ưu để tiết kiệm năng lượng. Ở nước ta, từ tháng 3/2002 đã đưa vào sử dụng dự án “Tận dụng nhiệt khí thải lò quay để phát điện” tại nhà máy Xi măng Hà Tiên II do tổ chức NEDO của Nhật Bản tài trợ, hãng Kawasaki thiết kế và cung cấp thiết bị nồi hơi, máy turbine, máy phát điện và các thiết bị điện, thiết bị xử lý nước. Công suất phát điện 2950 Kw. Sau 4,5 năm vận hành sản xuất từ 3/2002 đến 10/2006 tổng lượng điện đã phát ra 85.019.800 Kwh, tổng lượng điện cung cấp cho dây chuyền sản xuất xi măng 71.936.240Kwh, đem lại hiệu quả kinh tế tối ưu. Sau khi trừ các khoản chi phí (chưa tính khấu hao thiết bị) thu về 68,5 tỷ đồng, thời gian hoàn vốn là 3,2 năm. Đây là dự án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, bảo đảm nguồn năng lượng ổn định cho sản xuất, tiết kiệm năng lượng, cải thiện môi trường sinh thái. Nhưng đã 5 năm trôi qua, dự án thí điểm này vẫn chưa được Tổng Công ty Xi măng Việt Nam, các công ty xi măng ứng dụng vào các nhà máy. Trong bối cảnh hiện nay, tình trạng thiếu điện ở nước ta xảy ra trầm trọng. Do đó vấn đề tiết kiệm điện, sử dụng nhiệt thải của lò nung clinker để phát điện là vấn đề rất cấp bách, cần được triển khai đầu tư khẩn trương cho tất cả các nhà máy xi măng lò quay. Đến năm 2010 sản lượng xi măng của nước ta sẽ đạt 50 triệu tấn/năm, sẽ tiêu thụ lượng điện 5 tỷ Kwh/năm. Nếu tất cả các nhà máy xi măng lò quay đều xây dựng trạm sử dụng nhiệt dư để phát điện sẽ làm ra nguồn điện rất lớn xấp xỉ 1,5 tỷ Kwh/năm, tự cung cấp khoảng 30% điện năng dùng cho ngành xi măng, góp phần giải quyết nạn thiếu điện của quốc gia và sẽ đem lại lợi nhuận cho ngành công nghiệp xi măng 55-60 triệu USD/năm. Đồng thời tiết kiệm được lượng than tiêu chuẩn rất lớn 500.000t - 630.000 t/năm. Đây là dự án có hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, đề nghị Chính phủ có chính sách khuyến khích các công ty xi măng đầu tư các trạm sử dụng nhiệt dư lò nung clinker để phát điện theo chính sách cải thiện môi trường sinh thái, tiết kiệm năng lượng. Các ngân hàng hỗ trợ cho vay vốn, bảo lãnh để nhập một số thiết bị của nước ngoài. Các công ty cơ khí trong nước vươn lên sản xuất một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất để giảm lượng nhập  khẩu tăng sản lượng. 2. Tài liệu tham khảo - Tổng hợp các bài báo khoa học trên internet Xin cho biết Clinker là gì? Xi măng rời có phải là nguyên liệu được nghiền từ đá vôi ? Thạch cao và phụ gia Puzolan có cấu tạo hoá học và công dụng gì trong việc pha trộn vào cùng với OPC để tạo ra PBC ? 1. Clinker l�gì ? Clinker là sản phẩm nung thiêu kết ở 1450 độ C của đá vôi - đất sét và một số phụ gia điều chỉnh hệ số như quặng sắt, boxit, cát... . Thành phần hóa học chủ yếu của phối liệu gồm 04 oxit chính như: CaO ( từ đá vôi ), và SiO2, Fe2O3, Al2O3 ( từ đất sét) nếu thiếu sẽ được bổ sung bằng các phụ gia điều chỉnh kể trên. 04 oxit chính trong phối liệu khi nung đến 1450 độ C sẽ phản ứng với nhau tạo thành 04 khóang chính trong clinker C3S (3CaO. SiO2) ; C2S( 2Cao.SiO2) ; C3A (3CaO.Al2O3) ; C4AF ( 4CaO. Al2O3.Fe2O3) Các khoáng này có cấu trúc tinh thể khác nhau và quyết định đến tính chất của clinker Chất lượng của clinker sẽ quyết định tính chất của xi măng. Thành phần tổng quát của clinker CaO = 62 - 68 % SiO2 = 21 - 24 % Al2O3 = 4 - 8 % Fe2O3 = 2 - 5% Ngòai ra còn có một số các oxit khác ở hàm lượng nhỏ : MgO, Na2O, K2O ( Hàm lượng MgO <="5%," tổng hàm lượng kiềm không vượt quá 2% 2. Xi măng rời có phải là nguyên liệu được nghiền từ đá vôi ? SAI Xi măng rời là khái niệm giao xi măng dạng xá - xuất trực tiếp từ silô chứa xi măng cho xe bồn (delivery in bulk) 3. Thạch cao và phụ gia Puzolan có cấu tạo hoá học và công dụng gì trong việc pha trộn vào cùng với OPC để tạo ra PBC ? Cấu tạo hóa học của thạch cao: CaSO4. 2H2O. Công dụng của thạch cao: điều chỉnh thời gian ninh kết và đóng rắn của xi măng, để có đủ thời gian thi công ( tô, xây, đổ bê tông ...) Phụ gia puzzolan: là lọai đá thiên nhiên cho nên tùy từng lọai sẽ có thành phần hóa học khác nhau. Công dụng: Tăng tính bền nước, Kết hợp với hàm lượng vôi tự do ( thành phần gây hại) có trong clinker và vôi tự do (sinh ra trong quá trình hydrate hóa) để tạo thành một hợp chất có tính kết dính (có lợi) Hạ giá thành sản phẩm. Cao lanh hay đất cao lanh, kaolin là một loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với thành phần chủ yếu là khoáng vật kaolinit cùng một số khoáng vật khác như illit, montmorillonit, thạch anh v.v. Trong công nghiệp, cao lanh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng v.v. Kaolin có cấu trúc 2 lớp 1 :1 (tương tự như dickit, nacrit, halloysit) ... với công thức chung là Al2Si2O5(OH)4.nH2O (n = 0, 2), thành phần gồm SiO2, Al2O3, H2O, ngoài ra còn có một lượng nhỏ tạp chất Fe, Ti, K và Mg. Kaolin có màu trắng, trắng xám, dạng đặc sít hoặc là những khối dạng đất sáng màu, tập vảy nhỏ, tinh thể đơn vị dạng hình lục lăng liên kết thành các tấm nhỏ, mỏng, đường kính khoảng 0,2- 12 µm, khối lượng riêng khoảng 2,1-2,6 g/cm3, độ cứng 1-2,5, có khả năng trao đổi cation khoảng 2–15 meq/100g và phụ thuộc nhiều vào kích thước của hạt, nhưng các phản ứng thay thế cation xảy ra với tốc độ rất lớn []. Khi ngấm nước, nó có tính dẻo, nhưng không có hiện tượng co giãn. Đây là tính chất được biết đến sớm nhất của kaolin, người ta dùng nó ở dạng hồ quánh để định hình và nung thiêu kết để tạo ra các đồ gốm sứ. Nhiệt độ nóng chảy của kaolin: 1.750-1.787°C. Khi nung nóng, kaolin có hiệu ứng thu nhiệt, pic ở 510-600°C liên quan đến sự mất nước kết tinh và hiện tượng không định hình của khoáng vật. Hai pic toả nhiệt từ 960 đến 1.000 và 1.200°C liên quan đến quá trình mulit hoá của các sản phẩm kaolin không định hình, với pic 1.200°C là quá trình kết tinh của oxyt silic không định hình để tạo thành cristobalit [].