Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm

Danh sách những người thực hiện

tài

Trần Hồng Lam Trung tâm TBCN Thạc sỹ Tự động hoá Chủ nhiệm

Nguyễn Vĩnh Kỳ GĐ Trung tâm KTMT Kỹ sư Chế tạo máy Thành viên

Đỗ Trọng Bình PGĐ Trung tâm KTMT Kỹ sư Nhiệt Thành viên

Lương Ngọc Phượng PGĐ Trung tâm KTMT Kỹ sư Tự động hoá Thành viên

Trần Văn Sơn Trung tâm TBCN Kỹ sư Nhiệt Thành viên

Trần Kim Quế GĐ Trung tâm KM Kỹ sư Đo lường Thành viên Nguyễn Quý Bình GĐ Trung tâm CNC Kỹ sư Chế tạo máy Thành viên

Vũ Hoài Nam GĐ Trung tâm TBCN Kỹ sư Chế tạo máy Thành viên

Dương Hồng Quân Trung tâm DAĐT Kỹ sư Chế tạo máy Thành viên

tóm tắt

1 Mục đích của đề tài:

Sản xuất xi măng phát sinh ra nhiều bụi nếu không thu hồi thì khi phát tán ra bên ngoài không những gây hiểm hoạ cho môi trường mà còn gây lãng phí Để giải quyết tình trạng này các nhà máy xi măng phải nhập các bộ lọc bụi tĩnh điện có giá thành rất cao làm tăng chi phí cho mỗi tấn sản phẩm.Vì vậy việc nghiên cứu, thiết kế thiết bị lọc bụi,

đặc biệt là lọc bụi tĩnh điện, trong công nghiệp sản xuất xi măng để sản xuất trong nước là rất cần thiết Mục đích của đề tài là nhằm giải quyết vấn đề bức xúc đó

2 Phương pháp tiếp cận và thực hiện đề tài:

Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu về công nghệ lọc bụi tiên tiến trên thế giới, khảo sát thực tế việc lắp đặt, vận hành Lọc bụi tĩnh điện tại trên 7 công ty xi măng ở trong nước cũng như khảo sát kỹ khả năng thiết kế chế tạo lọc bụi tĩnh điện ở Việt nam, nhóm đề tài đã thực hiện các nội dung sau:

- Lập bảng thống kê so sánh các loại lọc bụi tĩnh điện, công nghệ và các đặc tính, thông số kỹ thuật của chúng Trên cơ sở đó phân tích kết cấu, công nghệ chế tạo và lắp ráp của các bộ phận chủ yếu như điện cực lắng, điện cực phóng, bộ rung gõ bụi và đặc biệt là bộ điều khiển

Đánh giá phân tích quy trình công nghệ và cấu tạo thiết bị

- Lựa chọn thông số kỹ thuật dự kiến thiết kế; Thu thập tiêu chuẩn thiết kế, phương pháp tính toán

- Tính toán và thiết kế kỹ thuật phần cơ khí và phần điện điều khiển

- Phân tích khả năng và đề ra phương án chế tạo thiết bị trong nước

- Lập quy trình công nghệ chế tạo, kiểm tra chất lượng sản phẩm, quy trình lắp dựng và khảo nghiệm Đặc biệt các bộ phận chủ yếu (critical parts): các điện cực lắng, điện cực phóng, hệ rung gõ bụi theo công nghệ của hãng Lodge Cottrell

- Nhóm đề tài đã khảo nghiệm bộ điều khiển tự động do nhóm chế tạo tại hiện trường Công ty Xi măng Lạng Sơn

3 Kết quả: Kết quả khảo nghiệm cho thấy bộ điều khiển lọc bụi tĩnh điện do nhóm đề

tài thiết kế chế tạo đã đạt kết quả theo mục tiêu đề tài đã đề ra

4 Kết luận: Đề tài nghiên cứu có thể triển khai ứng dụng để thiết ké, chế tạo hệ thống

lọc bụi tĩnh điện cho các nhà máy xi măng ở trong nước thay thế các thiết bị hiện đang phải nhập ngoại

Lời mở đầu:

Trong những năm gần đây để đáp ứng cho chương trình phát triền hạ tầng của đất nước, nhiều nhà máy xi măng của các doanh nghiệp trong nước cũng như các liên doanh nước ngoài đã được xây dựng Tuy nhiên thiết bị của các dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng cũng như lượng phụ tùng thay thế hàng năm rất lớn vẫn chủ yếu được nhập khẩu từ Nhật bản hoặc Châu Âu Thực hiện chủ trương nội địa hoá thiết bị, phụ tùng thay thế và tiến tới sản xuất thiết bị đồng bộ của nhà máy sản xuất xi măng của nhà nước, trong chương trình hợp tác nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ thuộc đề tài cấp Nhà nước mã số KC 06-07 CN ”Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm “, Nhóm đề tài của Viện IMI đã tham gia Phần lọc bụi tĩnh điện Q= 1230 m3/phút

Qua quá trình điều tra, khảo sát, nghiên cứu lựa chọn công nghệ từ các thiết bị lọc bụi tĩnh điện tiên tiến của các nước G7, Liên Xô kết hợp với kinh nghiệm nghiên cứu thiết

kế chế tạo lọc bụi tĩnh điện của đơn vị, nhóm đề tài đã lựa chọn được thông số kỹ thuật của thiết bị, tính toán, thiết kế kỹ thuật, lập quy trình chế tạo, khảo nghiệm Đồng thời chế tạo và khảo nghiệm bộ điều khiển tự động tại hiện trưòng nhà máy xi măng Đề tài

là một bước khẳng định khả năng làm chủ công nghệ và hoàn toàn có thể chế tạo thiết

bị lọc bụi tĩnh điện hiệu suất cao ở trong nước

Chương 1 Khảo sát , thu thập và phân tích số liệu về một số hệ thống

lọc bụi tĩnh điện ở việt nam

1.1 Đặt vấn đề

Ngành sản xuất xi măng là một ngành sản xuất công nghiệp quan trọng của nền kinh tế Việt Nam Với nguồn nguyên liệu như đá vôi, thạch cao và các phụ gia khác tương đối dồi dào, công nghiệp sản xuất xi măng ở nước ta có cơ sở để phát triển Do

đòi hỏi bức bách của thị trường xây dựng nước ta đã đầu tư nhiều nhà máy xi măng như Hải phòng, Hà Tiên I, II, Bỉm Sơn, Hoàng Thạch, Nghi Sơn, Hoàng Mai, Chinfon với nhiều dây chuyền công nghệ nhập ngoại với các trình độ khác nhau từ các nước như Rumani, Liên Xô, Đan Mạch, Đức, Pháp, Đài Loan, Trung Quốc hoặc sản xuất trong nước Với công nghệ khác nhau được sử dụng như công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô, phương pháp ướt, xi măng lò quay, xi măng lò đứng

Nhưng do đặc thù của quá trình công nghệ, công nghiệp sản xuất xi măng phát sinh rất nhiều nguồn bụi và khí thải gây ô nhiễm tiềm tàng cho môi trường

Do Luật môi trường ngày càng được áp dụng chặt chẽ đặc biệt đối với các dây chuyền mới, các nhà đầu tư đã trang bị các thiết bị xử lý bụi như Cyclon, lọc bụi ướt, lọc bụi túi và lọc bụi tĩnh điện để giảm ô nhiễm môi trường

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là:

1 Điều tra khảo sát tình hình sử dụng lọc bụi tĩnh điện trong các nhà máy ximăng lò quay thu thập phân tích các thông số môi trường làm việc của lọc bụi tĩnh điện

2 Đánh giá phân tích quy trình công nghệ, cấu tạo để đưa ra các kiểu, chủng loại thiết

bị tiêu biểu

3 Thiết kế, lập quy trình chế tạo và khảo nghiệm thiết bị để sản xuất lọc bụi tĩnh điện

Q = 1.230m3/ph cho nhà máy xi măng lò quay 1,4 triệu m3/năm

1.2 Một số hệ thống lọc bụi tĩnh điện Tại các nhà máy xi măng ở Việt Nam

1.2.1 Lọc bụi tĩnh điện tại Công ty xi măng Bỉm Sơn

Công ty xi măng Bỉm Sơn sau khi hoàn thành công tác cải tạo hiện đại hoá dây chuyền II sẽ có 4 máy nghiền ximăng, cụ thể là: Ba máy nghiền xi măng số I, II, III làm việc theo chu trình hở do Liên Xô thiết kế, chế tạo và lắp đặt từ năm 1980 Công suất thiết kế mỗi máy là 65 tấn/h Ximăng sản phẩm sau mỗi máy nghiền được vận chuyển lên các silô tồn trữ bằng các thiết bị bơm buồng Bụi trong khí thải của mỗi máy nghiền được xử lý bằng các lọc bụi tĩnh điện riêng biệt Bụi thu được từ lọc bụi tĩnh điện được xả trực tiếp vào buồng chứa bột của bơm buồng tương ứng

Máy nghiền ximăng số 1 có kích thước φ 4 x 13,5 công suất động cơ 3.150kw, làm việc theo chu trình hở với năng suất thiết kế 65 tấn/h Sản phẩm sau khi nghiền

được thu hồi và vận chuyển tới silô ximăng bằng hệ thống bơm buồng năng suất 80 tấn/h

Bụi sau máy nghiền được xử lý bằng lọc bụi tĩnh điện có lưu lượng lọc 55.000m3/h, diện tích lọc 945m2

- Tình trạng: Lọc bụi tĩnh điện này vẫn hoạt động theo thiết kế

Tuy nhiên lọc bụi này cũng không được sử dụng lại sau cải tạo, vì lý do sau:

- Nồng độ bụi ra theo thiết kế từ 200 ữ 250 mg/Nm3, vượt quá yêu cầu của Luật

định ( 100mg/ Nm3) (tiêu chuẩn khí thải công nghiệp về nồng độ bụi TCVN 5939-1995)

- Lưu lượng lọc không đáp ứng yêu cầu sau cải tạo là: 90.000m3/h

Các số liệu chi tiết về hệ thống lọc bụi tĩnh điện của máy nghiền số 1 của nhà máy xi măng Bỉm Sơn như sau :

- Lưu lượng: 1.500m3/ph

- Diện tích lọc: 1.650 m2

- Tổn thất áp suất 2 mbar

- Nhiệt độ làm việc: 800C

- Động cơ:

+ Vít tải: 5,5 kw

+ Kín khí: 2,2 kw

- Quạt lọc bụi:

+ Lưu lượng: 1.500 m3/ph

+ áp lực: 200mm H2O

+ Động cơ: 160 kw

1.2.2 Lọc bụi tĩnh điện tại Công ty xi măng Hà Tiên 2

- Xử lý bụi trong khí thải lò quay hệ ướt

- Lọc bụi tĩnh điện:

+ Lưu lượng: 136.000 m3/h

+ Nồng độ bụi đầu vào: 25g/m3

+ Nồng độ bụi đầu ra: 100 mg/ Nm3

+ Nhiệt độ vận hành: 2500C; max 3500C

+ áp suất làm việc: 200 mm H2O, max 250 mm H2O

+ Quạt IDF

Lưu lượng: 150.000 m3/h

áp suất: 300 mm H2O Công suất: 170 kw Tốc độ: 780v/ph

1.2.3 Lọc bụi tĩnh điện tại Công ty Xi măng Bút Sơn

1.2.3.1 Lọc bụi tĩnh điện cho Máy nghiền than

Số liệu quá trình Lưu lượng khí thải Nm3/h m3/h 79.000/ 107300

Nồng độ bụi ra (max 50) mg/Nm3 dry 30

Số liệu quá trình Lưu lượng khí thải Nm3/h m3/h 82.950/ 113.000

Nồng độ bụi g/ Nm3 Max 75 Nồng độ bụi ra (max 50) mg/Nm3 dry 50

V di chuyển dòng DN/TK cm/s 7,65/ 7,79 Thông số chung Nguồn gốc xuất xứ LODGE COTRELL/FLS

Số đường khí (giữa 2 điện cực

cùng dấu)

15

Diện tích điện cực lắng TK/TT m2 2.839/ 3.492

Số bộ dẫn động TB rung gõ bụi kW 3 x 0,25 Kiểu điện cực phóng Thanh dẹt có răng cưa

Tổn thất áp giữa đầu vào, ra mm H2O 30 Bảo ôn -Diện tích m2 1.210 -Chiều dày mm 100

1.2.3.2 Lọc bụi tĩnh điện cho Máy nghiền xi măng

Số liệu quá trình Lưu lượng khí thải DN/TK Nm3/h m3/h 44.440/ 86.700

Lưu lượng khí thải DN/TK Nm3/h m3/h 32.560/ 60.000

áp suất tại đầu vào DN/TK mmH2O -200/-300

Nồng độ bụi ra (max 50) mg/Nm3 dry 50

Lưu lượng khí thải Nm3/h m3/h 82.950/ 113.000

Thông số chung Nguồn gốc xuất xứ LODGE COTRELL/FLS

Số đường khí (giữa 2 điện cực

cùng dấu)

10

Diện tích điện cực lắng TK/TT m2 1.893/2.328

Số bộ dẫn động TB rung gõ bụi kW 3 x 0,25 Kiểu điện cực phóng Thanh dẹt có răng cưa

Tổn thất áp giữa đầu vào, ra mm H2O 30 Bảo ôn -Ddiện tích m2 900 -Chiều dày mm 100

1.2.4 Các hệ thống lọc bụi điện của các dự án xi măng

Công ty xi măng và

LBĐ sử dụng Lưu lượng m 3 /h

Diện tích lọc

m 2 /

Số trường

điện

Số trường cơ

Nồng độ bụi vào (g/Nm 3 )

Nồng độ bụi ra (mg/Nm 3 )

Điện áp làm việc

Kv

Tốc độ lắng (m/s)

Nhiệt chịu

đựng ( 0 C/2h)

Quạt

EP (Kw)

Cooler

Hoàng Thạch 2 FL Schmidt

Than

Chương 2 Tổng quan về bụi và lọc bụi tĩnh điện

2.1 Những tính chất cơ bản của bụi

2.1.1 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng được chia làm 3 khái niệm: khối lượng riêng thật, khối lượng riêng xếp đống và khối lượng riêng cảm nhận

Khối lượng riêng thật là khối lượng riêng của các hạt bụi xếp sát vào nhau, không có khe hở, còn khối lượng riêng xếp đống là khối lượng riêng của các hạt bụi

có tính đến các khe hở giữa chúng Khi bụi bị bám dính, khối lượng riêng xếp đống tăng từ 1,2 - 1,5 lần

2.1.2 Phân loại hạt theo kích thước

Kích thước hạt bụi là một thông số cơ bản để xác định thiết bị thu bụi Bụi

được phân loại theo kích thước tính bằng micromet (àm) và từng nhóm kích thước bằng phần trăm (%)

2.1.3 Tính bám dính của bụi

Trong đa số các thiết bị lọc bụi cần xác định giới hạn sử dụng phụ thuộc vào

độ bám dính của các hạt bụi

Các hạt bụi có kích thước nhỏ sẽ có độ bám dính lớn Trong bụi có 60-70% các hạt có đường kính nhỏ hơn 10 àm sẽ là bám dính mặc dù các hạt khác lớn hơn, có độ xốp

2.1.4 Khả năng gây mài mòn của bụi

Phải tính đến sự gây mài mòn do bụi khi chọn vận tốc dòng khí chứa bụi, độ dày của thành thiết bị và vật liệu phủ bề mặt thiết bị

2.1.5 Khả năng hút ẩm và hoà tan của bụi

Xác định bởi thành phần hoá học và kích thước, hình dạng, độ nhẵn bề mặt của hạt bụi

2.1.6 Điện trở suất của lớp bụi

Là yếu tố ảnh hưởng lớn đến hoạt động của lọc bụi tĩnh điện Được chia ra làm

3 nhóm vật liệu theo điện trở suất:

- Nhóm I: ρ < 10 4Ω.cm Khi lắng vào các điện cực, các hạt bụi bị mất điện tích

ngay nên có thể bị cuốn đi lần nữa theo khí

- Nhóm II: ρ = 10 4 ữ 1010Ω.cm Lọc bụi tĩnh điện khử tốt nhất, vì lắng vào điện

cực, các hạt không bị mất tĩnh điện ngay nên có đủ thời gian tạo thành lớp

- Nhóm III: ρ ≥ 10 ữ 13 Ω.cm Lọc bụi tĩnh điện khử rất khó Bụi thuộc nhóm này

khi lắng vào điện cực sẽ tạo thành lớp bụi xốp cách điện Khi cường độ điện

trường tăng lên đến giá trị tới hạn nào đó sẽ xảy ra phóng điện qua lớp bụi xốp để

tạo thành rãnh nhỏ chứa đầy các ion dương Tiếp theo sẽ là hiện tượng phóng điện

vầng quang ngược làm giảm hiệu suất của lọc bụi tĩnh điện

2.2 Đặc tính điện của một số khoáng chất

Bảng thông số về đặc tính dẫn điện của một số loại vật liệu và khoáng chất như dưới

đây

Tên khoáng Công thức hoá

học

Điện trở suất

Canxit CaCO3 1011 ữ 1016 Không dẫn điện

Thạch anh SiO2 1016 ữ 1021 Không dẫn điện

Mônaxit 1014 Không dẫn điện

2.3 đặc tính của Bụi và khí thảI trong nhà máy ximăng

2.3.1 Đặc tính vật liệu của bụi trong các nhà máy xi măng

Trong công nghiệp xi măng, nhiều loại lọc bụi tĩnh điện được sử dụng để hấp thu

các loại vật liệu bụi ở những công đoạn sản xuất khác nhau trong nhà máy xi măng:

Lọc bụi tĩnh điện cho máy nghiền than

Lọc bụi tĩnh điện cho lò sấy

Lọc bụi tĩnh điện cho lò nung

Lọc bụi tĩnh điện cho máy nghiền liệu

Lọc bụi tĩnh điện cho máy nghiền xi măng

Đối với các thành phần bụi khác nhau, có tính chất lý hoá và đặc biệt là điện trở

suất khác nhau, thì ảnh hưởng của chúng đến chế độ làm việc và hiệu suất của lọc bụi

tĩnh điện cũng khác nhau

Đối với các máy nghiền liệu (xỉ lò cao, đất sét, đá vôi, thạch cao hay các phụ gia khác) hoặc than, do liệu hay than ở đầu vào còn có ẩm nên trong quá trình nghiền phải hút thêm không khí để làm thoát hơi ẩm của vật liệu Bụi liệu hoặc than có trong khí thải vào lọc bụi tĩnh điện đều nằm trong khoảng điện trở suất thích hợp cho lọc bụi tĩnh điện làm việc ổn định:

- Nhiệt độ khí thải: 30 - 600C

- Điện trở suất: 1,8.109 Ω m đối với than và 0,7.1010- 6,3.1011 Ω m đối với liệu

Đối với máy nghiền xi măng, lượng ẩm trong khí thải vào lọc bụi tĩnh điện thấp và nhiệt độ cao hơn:

- Nhiệt độ khí thải: từ 80 - đến 1200C

- Điện trở suất:0,4.107 Ω m

Đối với lò sấy tang quay để sấy than hoặc vật liệu, nhiệt độ khí thải cao hơn

1000C nhưng thường phải cao hơn nhiệt độ đọng sương 40 – 500C:

- Nhiệt độ khí thải: từ 100 - đến 1500C

- Điện trở suất:107 - đến 108 Ω m

Đối với lò quay công nghệ ướt:

- Nhiệt độ khí thải: từ 160 - đến 2500C tuỳ theo chiều dài của lò

- Điện trở suất:1,4.107 - đến 3.109 Ω m

Các quá trình công nghệ trong nhà máy sản xuất xi măng như nghiền, phân ly, sấy, nung, tải liệu đều gồm các loại chất liệu có chứa các chất rắn bay theo (bụi)

- Kích thước các hạt bụi (đường kính quy đổi) trung bình : ở quá trình nghiền 7 ữ 10

àm (T1 - trang 18)

- Lượng bụi trong khí thải: 23,3 ữ 268 g/m3

- Nhiệt độ không khí chứa bụi: 64 ữ 1300C

- Độ ẩm: 4 ữ 5%; < 10% (T1 - bảng 47 - trang 296)

- Điện trở suất của bụi trong khoảng to = 60 ữ 950C và 10% độ ẩm: 1010 ữ 1011Ω.m

- Phân loại hạt bụi: àm/% ở đầu ra máy nghiền

Kích thước

bụi (àm) 0ữ10 10ữ20 20ữ30 30ữ40 40ữ60 60ữ90 90ữ200 ữ200 Kiểu thường 30,2 19,9 19,8 13,6 7,4 7,6 1,3 0,03 Kiểu hầm 60,6 15,7 11,8 3,6 7,5 0,8 - -

Thực tế đã xác định, hoạt động (sự làm việc của lọc bụi tĩnh điện để làm sạch

khí thải cho các máy nghiền xi măng rất khó khăn vì điện trở suất của bụi cao, độ

bám dính lớn gây trở ngại cho rung gõ các điện cực Vì thế dòng điện trong trường có

thể chỉ đạt 10 ữ 15mA, còn hiệu suất lọc bụi chỉ đạt 85 ữ 95%

Người ta thí nghiệm để giảm điện trở suất của bụi bằng cách bổ sung nước vào

khí thải nhưng không đem lại kết quả khả quan

Tăng chế độ điện của lọc bụi tĩnh điện để nâng hiệu quả làm việc của chúng đã

có kết quả tốt khi thay đổi các điện cực phóng dạng phẳng bằng các điện cực phóng

dạng gai

- Nồng độ bụi: Vào lọc bụi tĩnh điện: 60 ữ 350 g/Nm3

Ra 0,1 g/Nm3

- Nhiệt độ: 70 ữ 850C

- Tiêu hao điện năng cho 1.000m3 khí trong 1 giờ:

* Cho lọc bụi tĩnh điện: 0,33 Kwh

Bụi trong đường ống từ máy nghiền ximăng vào lọc bụi tĩnh điện đã được đo đạc và

phân tích: khối lượng riêng ρ = 2,49 T/m3.; nồng độ bụi = 40 ữ 45 g/m3 và phân loại

như sau:

Kích thước (àm)

Min

0 ữ 5 5 ữ 10 10 ữ 20 20 ữ 40 40 ữ 60 >60

Tỉ lệ % 7,60 9,02 23,10 22,60 15,14 18,54 Vận tốc phát tán (cm/s) 0,193 0,773 3,08 10,5 23,2 -