Tổng quan về quy trình sản xuất xi măng
1.1.1 Khái niệm thành phần và công dụng của xi măng a) Khái niệm
Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực, được chế tạo từ clinker kết hợp với thạch cao và các phụ gia như khoáng chất hoặc hóa chất Nó có khả năng đóng rắn và duy trì độ bền vững trong môi trường nước.
Xi măng gồm các thành phần sau:
- Các thành phần phụ gia: Chiếm khoảng 15% - 16% c) Công dụng
Xi măng là vật liệu được ưa chuộng trong nhiều ngành xây dựng nhờ vào những ưu điểm vượt trội như tính chất cơ học tốt, khả năng chịu nhiệt và thời tiết Với quy trình thực hiện đơn giản và nguyên liệu cốt liệu sẵn có, xi măng trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc xây dựng cầu đường, nhà ở, kênh, cống và các công trình quan trọng khác.
Xi măng không chỉ được sử dụng trong xây dựng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý chất thải hạt nhân Nhờ khả năng thực hiện quá trình thủy hóa, xi măng giúp làm bất động các chất phóng xạ một cách hiệu quả trong môi trường vi cấu trúc.
1.1.2 Quy trình sản xuất xi măng a) Quy trình công nghệ sản xuất xi măng
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Hình 1 1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất xi măng b) Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng
Dựa vào sơ đồ trên thì quy trình sản xuất xi măng được chia làm 5 công đoạn:
- Công đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Sản xuất xi măng sử dụng các nguyên liệu thô như canxi, silic, sắt và nhôm, được khai thác từ đá vôi, đá sét, cát, quặng sắt và than thông qua phương pháp khoan nổ mìn Sau khi khai thác, các nguyên liệu này được nghiền bằng máy đập búa để đạt kích thước yêu cầu, sau đó được vận chuyển bằng hệ thống băng tải.
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Nguyên liệu thô từ kho được phối hợp theo tỉ lệ 80% đá vôi và 20% đá sét thông qua hệ thống cân băng định lượng Sau đó, chúng được nghiền nhỏ thành bột mịn tại các máy nghiền liệu và được lưu trữ trong silo để đồng nhất liệu.
Trước khi được đưa vào lò nung clinker, bột liệu cần trải qua hệ thống tháp sấy để được sấy nóng, nhằm giảm thiểu tiêu hao và tăng năng suất trong quá trình nung luyện clinker.
Lò nung clinker là loại lò quay, trong đó hệ thống vòi đốt cung cấp nhiệt cho quá trình nung Bột liệu trong lò được nung ở nhiệt độ khoảng 1500 oC, khiến nguyên liệu trở nên nhão Ở phần thấp nhất của lò, nguyên liệu sẽ chuyển hóa thành xỉ khô.
Clinker sau khi ra khỏi lò sẽ được chuyển đến giàn làm nguội, nơi có hệ thống làm mát gồm 11 quạt gió công suất lớn và nước Sau khi được làm nguội, clinker sẽ được đưa vào các silô chứa.
Clinker trong silô được vận chuyển qua hệ thống van rút và băng tải, sau đó gầu nâng đưa lên bunker chứa Tại đây, clinker được trộn đều với các chất phụ gia như đá đen, đá bazan và thạch cao theo tỉ lệ quy định của nhà máy nhờ hệ thống cân băng định lượng Sau khi trộn, clinker được nghiền mịn bằng máy nghiền đứng và máy nghiền bi, và nếu chưa đạt yêu cầu, sản phẩm sẽ được nghiền lại.
- Công đoạn 5: Đóng bao và vận chuyển
Sau khi hoàn tất quá trình nghiền, xi măng được chuyển vào silô chứa và sau đó được đưa đến dây chuyền đóng bao theo khối lượng quy định Các bao xi măng sau khi đóng gói sẽ được lưu trữ tại kho và vận chuyển đến cảng xuất.
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Tổng quan về quạt ID và yêu cầu điều khiển quạt ID
1.2.1 Tổng quan về quạt ID a) Khái niệm
Quạt ID (Induced Draft Fans) là thiết bị hút gió quan trọng trong các nhà máy xi măng, được lắp đặt sau tháp trao đổi nhiệt và buồng phân hủy trong hệ thống lò nung Chức năng chính của quạt ID là duy trì lưu thông không khí, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao hiệu suất lò nung.
Quạt ID đóng vai trò quan trọng trong nhà máy xi măng, giúp tạo áp suất âm trong hệ thống silô, buồng phân hủy và lò nung Thiết bị này hút gió 1, gió 2 và gió 3 để cung cấp cho quá trình cháy trong lò canxiner, cũng như hỗ trợ các quá trình sấy liệu trong lò cyclone Nguyên lý làm việc của quạt ID là một yếu tố then chốt trong việc duy trì hiệu suất hoạt động của nhà máy.
Khí nóng từ ghi làm lạnh 900°C
Phối liệu từ cyclon cuối vào lò nung
Dòng khí nóng Dòng phối liệu
THIẾT BỊ GHI LÀM LẠNH CLINKE
Hình 1 2 Sơ đồ vị trí quạt ID trong chu trình sản xuất xi măng
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Quạt ID hút gió vào hệ thống với nhiệm vụ chính là cung cấp oxy cần thiết để đảm bảo quá trình cháy nhiên liệu diễn ra hiệu quả Nếu lượng oxy không đủ, nhiên liệu sẽ không cháy hết, trong khi nếu cung cấp quá nhiều oxy, nhiên liệu sẽ cháy nhanh hơn, gây lãng phí nguyên liệu Ngoài ra, gió từ quạt ID còn hỗ trợ cung cấp nhiệt cho quá trình sấy liệu trong các cyclone Lượng gió do quạt ID hút vào hệ thống được chia thành ba loại: gió 1, gió 2 và gió 3.
Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của quạt ID
Gió 1 và gió 2 được quạt ID hút vào hệ thống lò nung clinker, trong đó gió 1 là khí từ vòi đốt dầu FO phun nhiên liệu dưới dạng sương, còn gió 2 được lấy từ hệ thống ghi làm nguội clinker Trước khi vào lò nung, gió 2 đã trải qua quá trình trao đổi nhiệt với clinker nóng, làm tăng nhiệt độ của khí lên cao Lưu lượng gió trong lò được điều chỉnh bởi quạt ID và van áp suất để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình cháy trong lò.
Gió 3 được cung cấp trực tiếp đến canxiner nhờ sức hút của quạt ID, sau đó đi vào buồng phân hủy và tháp trao đổi nhiệt Lượng gió này được lấy từ hệ thống ghi để làm mát clinker, sau khi đã trao đổi nhiệt với clinker nóng Gió 3 cung cấp oxy cần thiết để đảm bảo quá trình cháy hết nhiên liệu trong buồng phân hủy, đồng thời qua tháp trao đổi nhiệt, gió này cũng giúp sấy bột liệu trong các cyclone.
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
1.2.2 Yêu cầu điều khiển quạt ID Điều khiển quạt ID để duy trì lượng oxy trong trong lò theo một mức đã đặt trước đảm bảo quá trình nhiên liệu trong lò được cháy hết Hay yêu cầu điều khiển quạt ID là điều chỉnh lưu lượng gió theo yêu cầu cháy trong lò canxiner Tỷ lệ gió có thể thay đổi trong một dải sai số điều khiển Nếu một hệ thống với việc điều chỉnh gió quá thấp so với yêu cầu sẽ gây thiếu gió để đốt cháy nhiên liệu, nếu lượng gió quá lớn sẽ làm quá trình cháy xảy ra với tốc độ nhanh và nhiên liệu gây lãng phí, ảnh hưởng tới quá trình nhiệt trong lò Hệ thống phân tích thành phần Oxy trong khí thải lò được sử dụng trong chiến lược điều khiển tỷ lệ gió để duy trì một lượng khí thừa nhất định đảm bảo quá trình nhiên liệu trong lò được cháy hết Khi nồng độ Oxy trong khí thải của lò nhỏ hơn nồng độ Oxy cần thiết, tín hiệu điều khiển đưa về bộ tính toán sẽ giảm đi Bộ tính toán sẽ tính toán giá trị đặt cho van gió 3, làm giảm lưu lượng gió qua van gió 3 Do đó lưu lượng gió 2 vào lò sẽ tăng lên, lượng Oxy cung cấp cho lò tăng lên Để duy trì lượng gió 2 theo yêu cầu, ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển van gió 3 Lượng gió đi vào canxiner gồm có gió 1 đi vào buồng phân hủy từ ống phun nhiên liệu, gió 3 vào canxiner được trích từ gió làm nguội clinker ở đầu ra của lò nung Mục đích của gió 3 là tận dụng nhiệt từ gió làm mát clinker để sấy nguyên liệu trong canxiner và trong nhánh tháp trao đổi nhiệt, đồng thời cũng cung cấp Oxy cho quá trình cháy trong buồng phân hủy Khi nồng độ Oxy trong nhánh tháp trao đổi nhiệt thấp, tức là lượng Oxy cung cấp cho buồng phân hủy không đủ để cho than cháy hết hoàn toàn thì ta phải điều chỉnh lưu lượng gió qua hệ thống lò nhờ quạt
ID đặt phía sau của nhánh tháp trao đổi nhiệt.
Đặc tính quạt và phương pháp điều khiển lưu lượng
1.3.1 Cấu tạo quạt ID a) Cấu tạo quạt ly tâm
Hầu hết quạt công suất lớn trong nhà máy xi măng đều là quạt ly tâm, bao gồm cả quạt ID được sử dụng trong các nhà máy này.
Cấu tạo của quạt ly tâm gồm guồng quạt, vỏ quạt, trục máy và giá máy
- Guồng quay có tác dụng để tạo áp lực và chuyển khí vào bên trong máy
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Vỏ quạt đóng vai trò quan trọng trong việc hội tụ và chuyển hướng dòng không khí Đối với quạt nhỏ, vỏ có thể được gắn trực tiếp với quạt, trong khi với quạt lớn, vỏ cần được đặt trên một bệ đỡ riêng biệt để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Hình 1 4 Quạt ly tâm b) Phân loại quạt ly tâm
Quạt hút ly tâm trong công nghiệp được phân loại thành ba loại chính: quạt thấp áp, quạt trung áp và quạt cao áp, tùy thuộc vào khả năng hoạt động của từng loại quạt Nguyên lý làm việc của quạt ly tâm dựa trên việc tạo ra áp suất thông qua lực ly tâm, giúp hút và đẩy không khí hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp.
Quạt hút ly tâm trong công nghiệp hoạt động dựa trên nguyên tắc bơm ly tâm, với rotor quay tạo ra áp suất thấp tại tâm quạt, hút không khí vào và cung cấp năng lượng lực ly tâm Khi rotor hoạt động, không khí được hút dọc theo trục và nhờ lực ly tâm, được đẩy ra ngoài qua vỏ quạt theo hướng vuông góc với trục Ưu điểm của quạt ly tâm bao gồm khả năng nâng cao áp suất không khí, vận hành êm ái hơn so với quạt hướng trục, khả năng truyền tải gió đi xa và chịu được không khí có cặn bẩn ở mức độ nhất định Quạt ly tâm có thể kết nối gián tiếp với trục động cơ điện hoặc gắn trực tiếp qua bánh đai.
1.3.2 Đặc tính cơ của quạt Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng Tuy vậy phần lớn nó được biểu diễn
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID dưới dạng biểu thức tổng quát: c co dm co dm
Mco - Momen ứng với tốc độ 0
Mdm - Momen ứng với tốc độ định mức dm
Mc - Momen ứng với tốc độ
Với máy sản xuất ở đây là quạt ID thì 2phương trình đặc tính cơ trở thành
M M M M (1.2) Nhận thấy momen tỉ lệ với bình phương tốc độ
Hình 1 5 Đồ thị đặc tính cơ của quạt gió
1.3.3 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió quạt ID Đề điều chỉnh lưu lượng gió quạt ly tâm có 2 phương pháp:
- Điều chỉnh góc mở van tiết lưu
- Điều chỉnh tốc độ quay của quạt a) Điều chỉnh góc mở van tiết lưu
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Phương pháp điều chỉnh bằng van tiết lưu là giữ nguyên đường đặc tính máy và thay đổi góc mở van tiết lưu
Hình 1 6 Điều chỉnh bằng van tiết lưu
Tại điểm làm việc A với áp suất P1 và lưu lượng Q1, khi điều chỉnh góc mở van từ 1 xuống 2 (với 2 < 1), áp suất tại điểm B sẽ tăng lên thành P2, trong khi lưu lượng gió giảm xuống còn Q2 Điều này cho thấy rằng việc giảm góc mở van dẫn đến sự gia tăng áp suất và sự giảm lưu lượng gió Bên cạnh đó, việc điều chỉnh tốc độ quay của quạt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của hệ thống.
Hình 1 7 Điều chỉnh tốc độ quay của quạt
Chương 1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID
Phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió bằng cách thay đổi tốc độ quạt giữ đường đặc tính ống không đổi (độ mở van 100%) và thay đổi đường đặc tính máy Khi quạt hoạt động tại điểm A với lưu lượng Q1, áp suất P1 và tốc độ nq1, giảm số vòng quay của quạt xuống n q2 sẽ dẫn đến điểm làm việc mới B với lưu lượng Q2 và áp suất P2 Rõ ràng, khi tốc độ động cơ giảm, áp suất và lưu lượng cũng giảm theo (P2
