2 klİnkerleŞme prosesİnde sİrkÜlasyon olayi ve Önemİ

8/3/2019 2 KLNKERLEME PROSESNDE SRKLASYON OLAYI VE NEM

1/39

DNER FIRIN PROSESNDESRKLASYON OLAYI

(CIRCULATION PHENOMENA)

ZGN INAR


2/39

1. GR

Sirklasyon veya uucu elementler ad verilen Alkali ,slfr ve klor komponentlerin hammadde veya dner

frn yakt ierisindeki yksek konsantrasyonu; dnerfrn intikal blgesi ,n stc , kalsinatr ve dner frnierisinde meydana getirdikleri malzeme yapmalar, istenmeyen kemer oluumlar ve daralmalarla frniletmecilii iin nemli bir tehdit olutururlar.

UUCU ELEMENTLER

SO3 , K2O , Na2O , Cl


3/39

2. SRKLASYON OLAYININ MEKANZMASI

Uuculuk derecesine bal olarak sirklasyon elementleri frnn sinter blgesindebuharlar ve gazlar tarafndan youarak hammadde beslemesi ve ksmendecidarlara yaptklar daha souk blgelere doru aktarlr.

Sonrasnda hammadde yzeyinde yeniden buharlamak zere sinter blgesine

geri dnerler . Dner Frn ierisindeki bu srekli evrim internal evrim olarakadlandrlr. Sonu olarak evrim sirklasyon elementleri knn bunlarnhammadde ve yaktla giriine edeer olduu noktaya ular.

Sonuta sirklasyon elementlerinin hemen hemen tamam sistemi klinker ileberaber terk eder. Ancak bu internal evrimin yeteri kadar yksek oranlardaolumasna bal olan bir durumdur. Bu evrimin hacmi sirklasyon elementlerininuuculuuna baldr. Daha souk hammadde ve cidarlar zerindeki youma ileoluan yapkan eriyik tuzlar yeterli miktara ulatklarnda hammadde akkanln

drerek cidarlara yapmasna neden olabilirler.Eriyik tuzlarn miktarlar gerek uucu elementlerin sisteme ar miktarlarda dahiliolmas ve gerekse yksek uuculuk nedeni ile sirklasyon elementlerini frnsisteminde ayrmak iin bir frn gaz by pass montaj ihtiya halini alabilir.


4/39

Sirklasyon elementlerinin kk bir miktar frn bacadan atlan toz ile birlikteterkeder, Byk bir ksm tozsuzlatrma sistemi ierisinde tutularak geri dnmalzemesi ile birlikte tekrar sisteme dahil olurlar. Bu ise sirklasyon elementlerininharici evrimi olarak tanmlanr.

Normal artlarda sirklasyon elementlerinin ihmal edilebilir oranda dk miktarlaratmosfere atlr. Bunun yan sra hammadde ierisindeki slfr ,slfid (FeS2 , PbS ,ZnS) veya organik komponentler halinde ise ihmal edilemez.Bu durumda slfidler 400C 600 C lerde buharlaarak frn sistemini SO2 emisyonu olarak ksmen terkeder. f


5/39

fig.1


6/39

fig.3


7/39

SRKLASYON ELEMENTLERNN GR

Aada hammadde ve yaktla giren sirklasyon elementlerinin tipik girdi zellikleribelirtilmitir. Birbirlerinden kabuklama oluturmayan orandan, sert ciddi yapmalara nedenolan deerlere kadar oluturduklar etkilere gre ayrlrlar. Bunun yansra tm veriler genelanlamda zellikleri tanmlayabilir. Yapma ve tkanma problemlerine neden olan gereklimitler ;uuculuk derecesi,scaklk profili,yanmann tamamlanmas,hava fazlas faktr gibi

zelliklere de baldr.

(KAYIPSIZ ESASLI) HAMMADDE LE BRLKTE GRLER

*Alkaliler (K,Na) genellikle kil mineralleri ve feldsparlar arasnda ara katmanlar olarak gzlenirler.

*Slfr birka eit mineralojik formda sisteme girer

- Slfat olarak Al CaSO4.2H20 ( frn ierisindeki oran ok yksektir) Anhidrit CaSO4 (ayrma temp. uuculuk derecesine bal)

- Slfid olarak Pirit FeS2 (Ayrma temp. 500 C civar ilk iki siklon tkanmalara

neden olabilir.)


8/39

* Kloridler genelde NaCl (deniz suyundan) veya KCl olarak sisteme dahil olabilirler.Aadaki veriler 4 ve 5 kademeli siklon sistemli frnlar iin geerlidir ,ve external (devrim) evrimden gelen sirklasyon elementleride dikkate alnarak bu elementlerinkonsantrasyonlarnn saf premixle gelenden daha fazla olaca dikkate alnmaldr.

Cl < 0.02 % Normal durum ,problem yok

> 0.05 % Slfr evrimine bal yksek kabuk tutma problemleriSO3 < 0.5 % Normal durum eer yeterli alkali varsa problem yok

> 1.25% Toplam alkali girii ve yakttan gelen kkrde bal youn

tkanma sorunlar.

K20 < 1.0 % Normal durum ,problem yok

K2O > 1.5 % Kabuk balama problemleri , yan sra slfatizasyon derecesi

molar alkali/slfr oran nemli

Na20 Uuculuu son derece dk olduu iin Na20 resirklasyonu ile bir yapma ,

kabuklama sorunu sz konusu deildir.


9/39

Yaktla beraber gerekleen giriler

Aadaki limitler 4 -5 siklon kademeli frnlar iin szkonusudur.

Kmr S < 1.5 %

Kok S < 2 %

Fuel oil S < 2.5 %

Yaklak edeeri : 5 g SO3 / kg cli.

Kmr S > 3 % Alkali ve slfr giriine bal olarak ciddi tkanma sorunlar

Kok S > 4 % beklenmelidir.Fuel oil S > 5 %

Yaklak edeeri : 10 g SO3 / kg cli.

Gaz Kkrt miktar normalde sfr dr.


10/39

SRKLASYON ELEMENTLERNN ZENGNLEMES / KABUK TUTMA VE YAPIMATEHLKES LE KARI KARIYA OLAN BLGELER

Ayr ayr sirklasyon elementlerine ve bileimlerine bal olarak youma noktas

650 C 1000 C lik bir range ierisinde yer alr.

Slfatlarn ve bileiklerinin youmalar 800C 1000 C arasnda gerekleir ikenkloridler ve bileimlerinin kondenzasyonlar 650C - 800C arasnda gerekleir:

Bu nedenlerden dolay sirklasyon elementlerinin youmas ile meydana gelen yapmalar

bir yandan bu elementlerin kendilerine ve bileimlerine bal iken

te yanda frn sisteminin kendine baldr.


11/39

SRKLASYON ELEMENTLERNN IKII

KLNKER* Kloridler o kadar uucucudur ki frn klinker ile birlikte glkle terkederler.

Ancak D.Frn sinter blgesinin geni apta soutulduu ya da byk malzemetopalarnn ierisine gml olduklar anlarda frn byk miktarlarda terkederler.Bununla beraber normalde kloridler frn sisteminde geni bir evrim yaparlar ve gazbypass ile dar tanmaldrlar.

* Slfr ve alkaliler frn sistemini ya aada belirtilen klinkerin erken dayanmnartran alkali slfat bileimler :

K2SO4 , K3NaSO4,Na2SO4,Ca2K2(SO4)3,CaSO4(nadir)

ya da; K Belit ve alminat ile

Na Aluminat ile

SO3 Belit ile birlikte terkeder

Kalsiyum anhidrit CaSO4 olduka uucudur(1000 C zerinde yapsal bozulma) vebu nedenle frn sisteminde geni bir evrim yapar. Dolays ile frn sistemindesistemi alkali slfr bileimi olarak terk etmek zere yeterli alkali olmas oknemlidir.


12/39


13/39

fig.8


14/39

fig.11


15/39

Dner frn yanma blgesi temperatrlerinde slfrn uuculuu zerine , slfr dioksitbaskn oluan komponenttir. Gaz orijinli SO2 yanclardaki slfrn ayrlmas veya CaSO4ve ksmen Alk2SO4 lerin paralanmas sonucu ortaya kar.

Daha sonra eer ortamda alkali fazlas mevcut ise ilk olarak tm dner frn boyuncabunlarla reaksiyon vererek internal (dahili) slfr evrimi yapar.Bu reaksiyonla ortaya kanalkali slfatllar buhar yapda drlar ve malzeme zerine kelirler.Bu genelde frn ierisindeksmende n stcda olur.kelmi alkali slfatlar tekrar frn ierisinde yol alrlar, sinter

blgesini geer ve klinker ile birlikte frn terkederler ancak bir ksm alkaliler de evrimedevam ederler.

CaSO4 ; S02 ile CaO arasndaki reaksiyon ile ortaya kar. Ksmen hammaddede zatenmevcut olduu gibi 800-900 C aralklarnda e oluurlar.

1000 C zerindeki scaklklarda CaSO4 bozunmaya balar , nceleri olduka yava

1300 C zerinde ok hzl. Slfr dioksit tekrar oluur. Eer alkali girii tm slfrbalamak iin yeterli deilse frn gazlarndaki yksek SO2 konsantrasyonu daha da artar.Bu ekilde bir evrimde CaSO4 sinter blgesini bozunmadan geerek belit minerallerinegirebilir veya direk CaSO4 olarak kabilir.

Slfr sirklasyonu


16/39

SRKLASYON ELEMENTLERNN UUCULUU

Bir sirklasyon elementi veya bileiminin uuculuu u ekilde belirlenir.

UUCULUK : = 1- C CLC HM

= Toplam uuculuk faktrC HM = Kayp olmad esas alnarak frn giriindeki scak farinin

sirklasyon element konsantrasyonuC CL = Klinkerdeki sirklasyon element konsantrasyonu

Bir sirklasyon elementi veya bileiminin toplam uuculuu frn ierisinde ne orandabuharlaacan ve frn klinker ile birlikte terk edip etmeyeceini gstermesi bakmndan

nemlidir.


17/39

Sirklasyon element bileiklerinin uuculuu

Burada uuculuk mekanizmasnn belirli uucu elementlerin birleimlerine gre farkllk

oluturduu grlmektedir.

Kloridler : KCl , NaCl , CaCl2

1200 1300 Clik temperatr seviyelerinde kloridler byk oranda buharlarlar.

Sinter blgesi scaklklarnda nerede ise tamamen buharlamlardr

toplam uuculuk faktrleri yaklak 0.97 1 dir.

Slfateler : Alk2SO4, CaSO4

Temel olarak CaSO4 yksek uucu iken AlkSO4 dk uucudur.

Bu nedenle toplam slfr uuculuu iin alkali ve slfrlerin kendi molar oranlar en nemli

kriterdir ve klor tarafndan dzeltilir.


18/39

fig.12


19/39

NEML KRTER

Molar alkali /SO3 oran

Alk = K2O/94 +Na2O/62 Cl/71

SO3 SO3/80

stenilen deer Alk/SO3 = 1.2

Eer toplam slfr girii (hammadde ve yakttan) ile balanmak zere,

yeteri kadar alkali mevcut ise slfrn toplam uuculuu

= 0.3-0.5 tir.

Bunun yan sra alkalilerin zerinde bir slfr fazlas varsa yksek uucu CaSO4 oluur

ve uuculuk = 0.9 1 dir.

Genel olarak slfrn uuculuu iletme artlar deikenliklerine son derece baldr.

Bunlar ; - Sinter blgesi maximum temperatr- Yksek sinter scaklklarnda beslenen malzemenin

frn terk etme sresi

- Frn besleme malzemesinin granlometrisi ( tane yzey difzyonu)

- Oksijenin frn atmosferinde ksmi basnc

- SO2 nin frn atmosferinde ksmi basnc.


20/39

MADDE BALANSI

*Balans ayrm noktalarnn tesbiti ;

- External evrim dahil mi deil mi

- Frn beslemenin external evrime dahil olduu bu nedenle uucu elementlerinkonsantrasyonunun hammadde ile gerek girilerden ok daha yksek olduuunutulmamaldr.Bu durumda frn tozu da dier kt olarak dikkate alnmaldr.

* Malzeme numunelerini yeterli genilikteki peryotta almak.

- Numune alma peryotlar frn almasn temsil edebilen en az 8 saati kapsamaldr.- Her bir girdi ve ktdan saatlik spot numuneler alnmaldr. Girdi ve ktlardan alnan teker

teker numuneler daha sonra bir tek birleik numune haline getirilir.

- Numuneler u miktarlarda alnmaldr:

Hammadde (nmeden nce) ..............20,0 kg

Farin tozu .................................................0.5 kg

Klinker ..................................................... 5.0 kg

Yakt .........................................................0.5 kg

*Madde balans iin alnan numunelerin yan sra ayrca frn girii ve farinden ayn peryotlardave miktarlarda dier numunelerin ahidi numune alnr.


21/39

RNEK ALIMA1 - Gerekli hesaplamalar

Kmr tketimi = 3350 kj/kg klinker = 0.125kg kmr /kg klinker

26800 kj/kg kmr

SO3 = 80.1 Mol/kg = 2.50

S 32.1 Mol/kg

Kmrden gelen slfr = 5 % SO3 0.125 = 0.625 % klink. SO3

Exost gazlarndaki SO2 = 2 Nm3/kgc x 400 mg/Nm3 = 800 mg SO2/kg klinker

SO3 = 80.1 Mol/kg = 1.25

SO2 64.1 Mol/kg

Exost gazlar zerinden edeer SO3 =1.25 x 800 mgSO2:/kg klink =1000mgSO3/kg klink


22/39

Madde Balans SO3

(% klink)

Cl

(% klink)

K2O

(%klink)

Na2O(%klink)

GRD Hammadde

KmrToplam

0.5

0.6251.125

0.05

0.05

0.5

0.5

0.2

0.2

IKTI Klinker

Baca

Denge hatas

Toplam

0.85

0.10

0.18

1.125

0.03

0.02

0.05

0.5

0

0.5

0.2

0

0.2


23/39

Zenginleme ve SO3 Cl K2O Na2O

uuculuk ( - ) ( - ) ( - ) ( - )

Hammadde deki

Konsantrasyon C besleme 0.5 0.05 0.5 0.2

Farindeki konsantrasyon C farin 4.5 2.0 4.0 0.3

Farindeki C farin/C hammadde

karm 4.5/0.5 = 9 2/0.05 = 40 4/0.5 = 8 0.3/0.2=1.5

Uuculuk 1 C kli / C farin 1-0.85/4.5 1-0.03/2 1-0.5/4 1-0.2/0.3

= 0.81 = 0.99 =0.88 =0.33

4. Molar Alkali / slfr oran = K2O /94 + Na2O/62 Cl/71 =

SO3/80

= 0.5/94 + 0.2/62 0.05/71 = 0.61


24/39

5.

Limitlerle kalatrma SO3 Cl Alkaliler(Na2O edeer)

%klink.. %klink.. %klink.

Gerek toplam giri 1.025 0.05 0.5x0.66+0.2 =0.53

Giri limitleri 0.5 1.25 0.02 0.05 1.0 1.5

Farindeki gerek konsant. 4.5 2.0 4.0x0.66+0.3=2.94

Farindeki konsant.limitleri 2.5 5.0 0.8 2.0 2.5 4.0

* Na2O/K2O=62/94.2 =0.66

6. SONU OLARAKMalzeme yapmalar ve tkanmalarn ana sebebi olarak yksek SO3 ve Cl girii

grlmektedir.


25/39

ekilde Scak farin ierisindeki slfrlerin konsantrasyonlarnn tlere edilebilir

limitleri grlmektedir.Gerek durum ayrca yine bu diyagram zerinden kyaslanr.

fig.23

Slfr klor kombinasyonu


26/39

SRKLASYON OLAYINA LKN BR BAKA RNEK PROBLEM VE ZMMadde balans ve scak farin girii analizleri

Madde balansGRFarin SO3 = 0.5 %

K2O = 0.5 %Na2O = 0.2 %Cl = 0.05 %

Kmr S = 2 %, SO3 = 5 %Hu = 26800 kj/kg , 6400 kcal/kg

Spesifik s tketimi q = 3350 kj/kg , 800 kcal/kgIKIKlinker SO3 = 0.85 %

K2O = 0.5 %

Na2O = 0.2 %Cl = 0.03 %SO2 emisyonu : SO2 = 400 mg /nm3 (= 0.1% SO3)Scak farin girii analizi

SO3 =4.5 %K2O =4 %Na2O = 0.3 %Cl =2 %


27/39

rnein analizi

Madde balans

SO3 % K2O % Na2O % Cl %

GiriFarin

Kmr

0,5

0,6

05 0,2 0,05

Toplam 1,1 0,5 0,2 0,05

kKlinkeremisyonu

0,850,1

0,5 0,2 0,03

Toplam 0,95 0,5 0,2 0,03


28/39

Sirklasyon elementlerinin tipik girdi karlatrmalar

Hammadde ile girilerSO3 =0.4 (sadece slfatlar) normalK2O ve Na2O normalCl =0.05 % ok yksek by pass gerekiyor

Kmrle birlikte slfr giriiS = 2 % yksek ancak snrlar dahilinde

Alkali/slfr oran Alk = 0.5/94 +0.2/62 0.05/71 = 0.63SO3 1.0/80

A/S oran istenilen 0.8 1.5 snrnn dnda kalmtr.

Sirklasyon elemenlerinin frn girii scak farin ierisinde zenginlemesiSirklasyon elementlerinin tolere edilebilir konsantrasyon snrlarna gre karlatrma

SO3= 4.5 % Normal limitlerin olduka zerinde yapmaproblemleri szkonusu

Alkaliler =0.66x4 + 0.3 =2.9 % Aka limitlerin zerinde ancak yksek slfr girii nedeni ileolduka istenen bir durum

Cl = 2 % Normal limitlere gre yksek ciddi yapma sorunlar


29/39

Maximum konsantrasyonlar diyagramna gre kyaslama

SO3 = 4.5 % )

Cl = 2 % ) Dzenli yapmalar beklenmelidir

Toplam slfr uuculuu

= 1 CCL = 1 0.85 = 0.81

CHM 4.5

> 0.7 Dk A/S oranndan dolay slfrn byk bir ksm yksek uuculua imkan

salayan CaSO4 formundadr denilebilir.


30/39

SLFR EVRMNE KARI ALINABLECEK TEDBRLER

Slfr uuculuunun azaltlmas

Slfrn uuculuu byk oranda etki altna alnabilir.

- Her eyden nce A/S dengesi ideal deer olan 1.2 ye ayarlanmaya allmaldr.

- kincil alnabilecek tedbir ise hava fazlas ierisindeki O2 % miktarn % 2 seviyelerindetutmaktr. Ancak buradaki O2 lm deeri tm kesiti temsil etmeyen greceli bir

deerdir ve sadece referans olmas bakmndan nemlidir.

- ncl tedbir olarak ise yanmann tam olarak gerekletiinin gstergesi olan COdeerinin 0 - 0.05 % aras olabildii uygun yakt karmnn hazrlanmasdr.Bununanlam kmr incelii ve yakt karakteristiklerinin uygunluunun salanm olmasdr.

Alev borusu ksa ve stabil alev retebilen ve frn beslemesinin mmkn olan en ksazaman aralnda dner frn scak blgesini terketmesini salayabilen zelliklerdedizayn edilmi olmas nemlidir.

- Sinter blgesi termal yk olabildiince dk olmaldr.Bu nedenle bir sekonderyakma veya prekalsinasyon nemlidir.

-


31/39

-Klinkerin ar pimesi nlenmelidir, ekil de yanma blgesi scaklklarnngl etkisini gstermektedir.(zellikle CaSO4 dan gelen SO3 birikiminin NOx

konsantrasyonuna bal davran ve dahada tesi hava fazlasnn etkisigrlmektedir.)Fig 26 En alt siklon kademesinde scak malzemede SO3 n zenginlemesi


32/39

Eer frn giriinde kat yaktlar (rnein kullanlm lastikler) yaklyorsa kaldrclar lokalindirgen yanma atmosferi oluumunu nleyici ve yakt paralarn beslenen malzemeninyzeyinde tutabilecek ekilde montaj gerekir.

Bazan hammadde modifikasyonu ile yanabilirlii ya da klinker tane yapsn gelitirmekmmkn olabilir.Bu tedbir ile yanma blgesinde gerekli maximum scaklk deerinindrlmesi ve bylece klinker granllerinden slfr uuculuunun indirgenmesisalanabilir.

Slfrn youma alann frn giri ve dner frn balang blgesine ynlendirmek * Buetki ise A/S orannn artrlmas ve frn giriinde yksek temperatr deerindensaknarak baarlabilir

Tozun ayrlmas : Bu durum uzun kuru ve ya frnlarda slfrn uzaklatrlmasbakmndan nemli bir tedbirdir ancak kuru retimlerde external evrimde slfr birikimiok az olduu iin pek nem arzetmez.

Kuru retimlerde frn gaz by pass eer slfr ayracak alkali ortamda yok denilecek

oranda ise gerekebilir. Otomatik frn kontrol ar tavl frn iletmesini nlemek ve stabil frn rejimini

salayabilmek asndan slfr evrimine kar nemli bir etkidir.

.


33/39

ALKAL PROBLEMLERNE KARI ALINACAK TEDBRLER

-Alkali uuculuuSlfr yokluunda alkali uuculuu ok yksektir ve n stc da problemler yaratr. Bu gibi

durumlarda hammaddeye al katlarak Sulfatize yaplabilir.

- Dk alkalili klinker

Eer dk alkalili klinker retimi planlanyor ise alkali uuculuunu artrmak iin u tedbirlerin

tm alnmaldr.

Slfr giriini indirgeme

Uzun ve stabil bir alev

Zor pime ,mmknse piebilirlii zorlatrc silika oranlarn artrma.

Minimum hava fazlas ile alma

Hammaddede klor art ve CaCl2 ieren solventlerin kullanm veya ilavesi

- Uzun kuru ve ya sistemlerde external evrimden tozun belli oranda ayrlmas zmdr.Kuru sistemlerde ise byk bir frn gaz by pass gerekir.


34/39


35/39

GE BLGES TULALARINDA GRLEN NFLTRASYON

ALKALLERN TULA ZERNDE LERLEDKLER BLGELEREMATK OLARAK GSTERLMTR. ALKAL BLEKLERBUHARLAMA BASINLARINA VE ERGME SICAKLIKLARINABALI OLARAK TULALARIN FARKLI BLGELERNE

YERLERLER.

K2O, KCl or K2SO4

K2O, KCl & NaCl

K2O, NaCl , Na2SO4 & CaSO4

MANTO SICAKLII 350 - 400 oC

T:1100 - 1250 oC


36/39

Alkali kromatlar


37/39


38/39

38 Wear Mechanisms

Wear relevant elements and compounds

Calcium ( CaO )

Sulfur (SO 3)

Alkalis:

Potassium (K 2O)

Sodium (Na 2O)

Chlorine ( Cl)

Compounds:Alkali chlorides, alkali sulfates , alkali carbonates, (alkali

hydroxides), calcium sulfates and calcium chlorides


39/39

39 Wear Mechanisms

Alkaline salt infiltration

densification of the microstructure and loss

of thermo-mechanical brick properties (flexibility)

crack formation at the interface between

infiltrated and not infiltrated brick area

Chemical analysis:

MgO 81,90% K2 O 2,01%

Al2 O3 9,41% Na2 O 0,26%

SiO 2 1,55% SO3 2,15%

CaO 3,22% Cl 0,05%

MgO 77,90% K 2O 7,04%

Al2O3 7,46% Na2O 0,45%

SiO 2 0,32% SO 3 7,79%

CaO 0,62% Cl 0,05%

MgO 88,90% K 2O 0,26%Al2O3 8,72% Na2O 0,05%

SiO 2 0,42% SO 3 0,52%

CaO 0,78% Cl 0,05%

2 klİnkerleŞme prosesİnde sİrkÜlasyon olayi ve Önemİ

Documents