ĐỒ án LIÊN môn 3 kĩ THUẬT điều KHIỂN và tự ĐỘNG hóa đề tài xây DỰNG hệ THỐNG điện và điều KHIỂN CHO TRẠM NGHIỀN XI MĂNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Phần 1: Tổng quan giới thiệu 1.1: Giới thiệu đề tài Quy trình sản xuất xi măng trong nghiệp là chuổi các công đoạn thực hiện bằng các loại má

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 3

KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO TRẠM NGHIỀN XI MĂNG

Sinh viên thực hiện: DƯƠNG TIẾN ĐẠT(LD)

ĐINH VIẾT THANH HÙNG

LÊ VŨ HOÀI NAM

NGUYỄN THỊ MINH TRANG NGUYỄN MAI NHẬT LAM

Giáo viên hướng dẫn: TS.NGUYỄN KIM ÁNH

ThS.NGUYỄN VĂN TẤN TS.VÕ QUANG SƠN

Danang, 2022

Mục lục

Mục lục 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2

Phần 1: Tổng quan giới thiệu 2

1.1: Giới thiệu đề tài 2

1.2 Nguyên liệu cấu trúc xi măng 2

1.2.1 Nguyên liệu 2

1.2.2 Nhiên liệu 3

1.2.3 Clinker 4

Phần 2: Quy trình công nghệ 5

2.1 Khái quát quy trình công nghệ 5

2.2 Quy trình công nghệ thực hiện trong dự án 10

2.2.1 Quy trình 10

2.2.2 Các phân đoạn máy móc cụ thể 11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Phần 1: Tổng quan giới thiệu

1.1: Giới thiệu đề tài

Quy trình sản xuất xi măng trong nghiệp là chuổi các công đoạn thực hiện bằng các loại máy móc, động cơ biến những nguyên liệu thô ban đầu thành xi măng phục vụ cho đời sống

Trong dự án lần này, nhóm sẽ tập trung xây dựng hệ thống và điều khiển từ phân đoạn clinker đến thành phẩm xi măng (không đóng bao)

1.2 Nguyên liệu cấu trúc xi măng

1.2.1 Nguyên liệu

• Có 2 nguyên liệu chính đá vôi và đất sét

• Đá vôi: Đá vôi dùng để sản xuất xi măng pooc lăng là loại đá có hàm lượng Ô Xít Can xi cao, MgO và kiềm thấp Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6072:1996 quy định thành phần hóa học của đá vôi làm nguyên liệu sản xuất xi măng như sau:

CaCO3 ≥ 85%; MgCO3 ≤ 5%; K2O + Na2O ≤ 1%

Khai thác đá vôi sản xuất xi măng Đất sét tự nhiên

• Đất sét: Đất sét là loại nham thạch trầm tích Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6071:1996 quy định thành phần hóa học của đất sét làm nguyên liệu sản xuất xi măng pooc lăng như sau:

SiO2: 55-70%, Al2O3: 10-24%, K2O + Na2O≤3%

❖ Nguyên liệu khác:

o Bùn nhephelin

o Xỉ lò cao

o Phụ gia điều chỉnh

o Phụ gia xi măng

o Phụ gia điều chỉnh

o Phụ gia đầy

o Phụ gia bảo quản

o Phụ gia trợ nghiền

o Phụ gia khoáng hóa

Phụ gia giàu silic

1.2.2 Nhiên liệu

• Nhiên liệu dùng cho lò quay có thể là nhiên liệu rắn, lỏng, khí

• Nhiên liệu khí: đây là loại nhiên liệu tốt nhất vì khí dễ cháy, nhiệt lượng cao, không có tro và thiết bị đốt đơn giản Tuy nhiên giá thành quá cao nên không kinh tế khi sử dụng trong lò quay sản xuất xi măng

• Nhiên liệu lỏng: thường sử dụng dầu DO, MFO, nhiệt lượng cao (>9000 Kcal/kg), không có tro, dễ cháy nhưng thiết bị đốt phức tạp và phải có bộ phận sấy dầu trước khi phun vào lò để đốt Nhiên liệu lỏng cũng có giá thành khá cao nên không kinh tế khi sử dụng trong lò quay sản xuất xi măng

• Nhiên liệu rắn: nhiên liệu rắn không có các ưu điểm như 2 loại trên nhưng lại được dùng phổ biến lý do kinh tế Các công ty thường sử dụng than antraxit có chứa 75- 85% Cacbon, nhiệt lượng từ 5000-7000

Kcal/kg, hàm lượng tro từ 15-35%, thành phần hóa học của tro than gần giống như đất sét đã nung Đối với công nghệ sản xuất xi măng lò quay phương pháp khô nên sử dụng loại than có hàm lượng tro ít, nhiệt lượng cao và hàm lượng lưu huỳnh càng thấp càng tốt

1.2.3 Clinker

• Là kết quả nung luyện bột liệu lò, khi bột liệu lò di chuyển từ tháp trao đổi nhiệt xuống lò nung và ra khỏi máy làm nguội clinker

• Clinker (Portland) pooc lăng: là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu đến nhiệt độ 1450 độ C tạo ra các khoáng chính: C3S (3CaO.SiO2), C2S (2CaO.SiO2), C4AF

(4CaO.Al2O3.Fe2O3) và C3A (3CaO.Al2O3)

• Các hệ số chế tạo clinker:

• Hệ số bảo hòa vôi LSF = 100 C/(2,8S+1,18A+0,65S) hoặc theo công thức KH=(C1,65A0,35F)/2,8S

• Hệ số silic MS= S/(A+F)

• Hệ số alumin MA=A/F

• Với C, S, A, F: hàm lượng % lần lượt của ô xít CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 trong clinker

Phần 2: Quy trình công nghệ

2.1 Khái quát quy trình công nghệ

Quy trình sản xuất xi măng trải qua 6 giai đoạn chính, tương ứng với 6 giai đoạn sẽ là

6 khu vực được điều khiển độc lập nhau:

❖ GIAI ĐOẠN 1: TÁCH CHIẾT NGUYÊN LIỆU THÔ

Sản xuất xi măng sẽ cần đến các nguyên liệu thô gồm canxi, silic, sắt, và nhôm

Những nguyên liệu thô này được tách từ các núi đá vôi sau đó thông qua băng chuyền được vận chuyển tới các nhà máy Ngoài ra còn rất nhiều chất phụ gia khác được dùng

để sản xuất xi măng như: đá phiến, vảy thép cán, tro bay và bô xít với số lượng ít Trước khi được vận chuyển tới nhà máy thì những khối đá lớn được nghiền nhỏ có kích thước tương đương với kích thước của viên sỏi

Khai thác đá vôi

+ Đá vôi: Đá vôi được khai thác bằng cách khoan nổ và cắt tầng theo đúng quy định và quy hoạch khai thác Sau đó đá vôi được xúc và vận chuyển tới máy đập bằng các xe tải chuyên chở cỡ lớn Tại đây đá vôi được đập nhỏ thành đá dăm và vận chuyển về kho Sau đó được rải thành 2 đống riêng biệt, khoảng 15.000 tấn/1 đống

+ Đá sét: Đá sét được khai thác bằng phương pháp cày ủi hoặc nổ mìn Xúc lên các xe tải bằng máy xúc và chuyển về máy đập búa Đá sét được đập bằng máy đập búa

xuống kích thước 75 mm rồi tiếp tục đập bằng máy cán trục xuống kích thước 25 mm Sau đập đá sét được vận chuyển về rải thành 2 đống riêng biệt trong kho Mỗi đống khoảng 6.600 tấn

+ Phụ gia điều chỉnh: Để đảm bảo chất lượng thành phẩm Cần kiểm soát quá trình gia công và chế biến hỗn hợp vật liệu theo đúng các hệ số xác định Do đó ngoài đá vôi và

đá sét còn có các nguyên liệu điều chỉnh là quặng, quặng bôxit và đá Silic

Chúng ta thấy rằng các nhà máy sản xuất xi măng thường được đặt ở khu vực gần núi

đá vôi Nhằm mục đích tiết kiệm chi phí vận chuyển nguyên liệu và giúp giảm giá thành của xi măng Nguyên liệu thô được tách chiết từ các núi đá vôi Sau đó được vận chuyển trực tiếp đến các nhà máy gần đó

❖ GIAI ĐOẠN 2: PHÂN CHIA TỈ LỆ, TRỘN LẪN VÀ NGHIỀN

Nguyên liệu thô sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy Tại phòng thí nghiệm của nhà máy sẽ tiến hành phân tích, phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét bằng hệ thống cân định lượng Trước khi bắt đầu nghiền nguyên liệu Theo tỉ lệ thông thường thì 80% đá vôi và 20% đất sét

Tiếp theo sau khi phòng thí nghiệm phân tích nguyên liệu xong mới đến nhiệm vụ của nhà máy Tại nhà máy chính sẽ nghiền hỗn hợp dựa vào các con lăn và bàn xoay Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp Con lăn

sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn là đảm bảo yêu cầu Sau khi nghiền thành bột mịn thì hỗn hợp này được lưu giữ trong hệ thống đường ống lớn của nhà máy(còn gọi là các si lô)

Máy nghiền đứng

❖ GIAI ĐOẠN 3: TRƯỚC KHI NUNG

Sau khi kết thúc giai đoạn nghiền nguyên liệu thô và lưu trữ với một khối lượng nhất định Nguyên liệu sẽ được đưa và buồng chứa trước khi nung Buồng chứa chứa một chuỗi các buồng xoáy trục đứng, nguyên liệu thô đi qua đây trước khi vào lò nung Buồng trước nung này tận dụng nhiệt lượng tỏa ra từ lò để làm nóng nguyên liệu Việc này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải cho nhà máy

❖ GIAI ĐOẠN 4: GIAI ĐOẠN TRONG LÒ

Lò nung của nhà máy khá lớn và có thể xoay được Nó cũng được coi là phần quan trọng nhất của quá trình sản xuất xi măng Trong lò nhiệt độ có thể lên tới 14500 độ C Nhiệt độ này đạt được là do phản ứng hóa học khử Cacbon Quá trình này thải ra khí CO2

Giai đoạn nung trong lò

Nhiệt độ cao trong lò nung làm cho nguyên liệu nhão ra

Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 trong lò tạo ra thành phần chính của xi măng

là CaSiO3 hay còn gọi là clinker Lò nhận được năng lượng nhiệt từ bên ngoài nhờ vào khí tự nhiên hoặc than đá Khi nguyên liệu ở phần thấp nhất của lò thì nó sẽ hình thành

xỉ khô

❖ GIAI ĐOẠN 5: LÀM MÁT VÀ NGHIỀN THÀNH PHẨM

Sau khi ra khỏi lò, xỉ khô sẽ được làm mát nhờ vào khí cưỡng bức Xỉ sẽ tỏa ra lượng nhiệt hấp thụ được làm nguyên liệu từ từ giảm nhiệt Lượng nhiệt mà xỉ tỏa ra sẽ được thu lại vào lò Việc làm này giúp tiết kiệm năng lượng Tiếp đến là giai đoạn nghiền clinker hoàn chỉnh Giai đoạn này sử dụng các viên bi sắt, giúp nghiền bột mịn ra Đây chính là kết quả của toàn bộ quá trình tạo ra xi măng

Nghiền thành phẩm

❖ GIAI ĐOẠN 6: ĐÓNG GÓI VÀ VẬN CHUYỂN

Sau khi nghiền thành bột mịn với số lượng lớn Xi măng được đóng bao với trọng lượng từ 20-50 kg/ bao Sau đó được đưa lên xe và chuyển đến các nhà phân phối Cuối cùng đưa đến các công trình xây dựng

2.2 Quy trình công nghệ thực hiện trong dự án

2.2.1 Quy trình

Tóm tắt quy trình công nghệ bằng sơ đồ tư duy

Clinker

67%

Đá vôi 18%

Máy cán(16) -Nghiền sơ bộ

Máy nghiền bi(17)

Thiết bị phân ly(18)

Lọc bụi(19)

Hạt còn lớn hơn

so với yêu cầu

Dưới mỗi Bin chứa, nguyên

liệu qua cân định lượng theo

đúng khối lượng của đơn phối

liệu đưa vào máy cán

Puzzolan 11%

Thạch cao 4%

Hạt có Ø<25mm Sau đó được đưa vào

máy nghiền bi

Siloximang(22)

Bột liệu mịn ra khỏi

máy nghiền được đưa

lên thiết bị phân ly

Những hạt đạt kích thước

yêu cầu được phân ly

tách ra, đi theo dòng quạt

hút đưa lên lọc bụi thu

hồi toàn bộ

Các Bin chứa liệu(15)

2.2.2 Các phân đoạn máy móc cụ thể

1.Bin nguyên liệu(15)

a.Hình ảnh minh họa

Bao gồm silo chứa nguyên liệu (Dung tích phụ thuộc vào yêu cầu của dự án) và các cảm biến dùng để đo lường

Sử dụng cảm biến LF20 để báo mức nguyên liệu liên tục trong silo, có ưu điểm hoặc động ở môi trường nhiều bụi như quy trình sản xuất xi măng và sai số thấp Nguyên lí hoạt động sử dụng 1 sensor quay thả dây liên tục chạm đến nguyên vật liệu sau đó gửi tín hiệu về bo mạch và hiển thị lên màn hình

Sử dụng cảm biến DF23 để báo các mức nguyên liệu cố định như đầy silo hoặc cạn

phát ra tín hiệu Chúng ta sử dụng các tín hiệu này để thiết lập đấu nối vào các đèn hoặc còi báo

•

b.Các nguyên vật liệu cần thiết và tỉ lệ phối trộn

❖ Phối liệu:

Phối liệu máy nghiền liệu: là hỗn hợp các nguyên liệu chính là đá vôi, đất sét và các phụ gia điều chỉnh (như laterite, cao silic…) được định lượng phối trộn theo tính toán của Phòng Thí Nghiệm

Phối liệu máy nghiền xi măng: là hỗn hợp vật liệu bao gồm clinker, thạch cao và các loại phụ gia xi măng như : puzzolan, đá vôi phụ gia… được định lượng tỉ lệ theo tính toán của Phòng Thí Nghiệm và cung cấp cho máy nghiền xi măng

• Bột liệu lò:

Là sản phẩm bột mịn thu được sau khi qua máy nghiền liệu + hệ thống phân ly,

cyclone + lọc bụi công nghệ Bột liệu này được vận chuyển vào silo chứa bột liệu và rút ra ở đáy silo cấp vào tháp trao đổi nhiệt

• Clinker:

Là kết quả nung luyện bột liệu lò, khi bột liệu lò di chuyển từ tháp trao đổi nhiệt xuống

lò nung và ra khỏi máy làm nguội clinker

Clinker (Portland) pooc lăng: là sản phẩm nhận được sau khi nung đến kết khối hỗn hợp phối liệu đến nhiệt độ 1450 độ C tạo ra các khoáng chính:

C3S (3CaO.SiO2), C2S (2CaO.SiO2), C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3) và C3A

(3CaO.Al2O3)

• Các hệ số chế tạo clinker:

• Hệ số bảo hòa vôi LSF= 100 C/(2,8S+1,18A+0,65S) hoặc theo công thức KH=(C1,65A0,35F)/2,8S

• Hệ số silic MS= S/(A+F)

• Hệ số alumin MA=A/F

• Với C, S, A, F: hàm lượng % lần lượt của ô xít CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 trong clinker

• Chỉ tiêu chất lượng clinker pooc lăng thương phẩm Cpc50 được quy định theo TCVN 7024:2002

❖ Tỉ lệ phối trộn (Mỗi nguyên liệu chứa trong mỗi silo riêng biệt)

• Clinker : 67%

• Đá vôi: 18%

• Puzzolan: 11%

• Thạch cao: 4%

• Những nguyên liệu này sẽ được cân đủ lượng % cần thiết trước khi cho vào máy nghiền sơ bộ để nghiền nhỏ và trộn đều nguyên liệu

2.Máy nghiền sơ bộ(16)

a.Hình ảnh minh họa

b.Đặc điểm:

• Hiển thị số trên màn hình các thông số cài đặt và thời gian nghiền có thể lập trình được

• Dùng chuẩn bị mẫu cho XRAY

• Loại vật liệu nghiền : cứng, cứng vừa, dạng sợi

• Thời gian nghiền ngắn, chỉ cần vận hành bởi 1 nút điều khiển với màn hình hiển thị 10 thông số có thể được lưu trữ

• Thời gian nghiền được lập trình

c.Thông số kỹ thuật:

• Kích thước vật liệu đầu vào: < 15mm

• Độ mịn cuối cùng: < 20mm

• Dung lượng mẫu nghiền: 15 250 ml (tùy thuộc vào vật liệu nghiền và cối nghiền chứa mẫu)

• Sử dụng nhiều loại cối nghiền : 50ml/ 100ml/ 250ml

• Bộ cối nghiền có nhiều kích cỡ và bằng vật liệu khác nhau

• Tốc độ nghiền cài đặt: 700 1500 vòng/phút

• Cài đặt thời gian nghiền bằng điện tử: 00 giờ 00 phút 01 giây đến 99 giờ

59 phút 59 giây

• Bộ đĩa nghiền được khoá, kẹp nhanh

• Buồng nghiền đảm bảo độ thấp khoảng 79 dBA khi đang làm việc, đáp ứng tiêu chuẩn về độ ồn DIN 456353101KL3

• Bảo vệ theo tiêu chuẩn IP 40

• Nguồn điện 220/380V, 50/60Hz, 3 pha, 1.5kW

• Kích thước: 836 x 1220/1900 x 780 mm

• Khối lượng : nặng 210 kg Kèm theo:

• Bộ cối nghiền Tungsten carbide 100ml, Code: 01.462.0265

• Bằng vật liệu Tunsten Carbide có độ cứng 11801280 HV 30

• Dung tích chứa mẫu: 100ml

• Dung tích thu hồi: 75ml

• Cỡ hạt nghiền max.: < 10mm

• Tốc độ nghiền đáp ứng: 1200 vòng/ phút

3.Máy nghiền bi(17)

a Chức năng:

Các vật liệu sau khi được cân chia tỉ lệ và nghiền sơ bộ, sau đó được bằng chuyền đưa vào máy nghiền bi để tiến hành nghiền hỗn hợp thành bột mịn (xi măng)

b Cấu tạo:

Máy nghiền bi gồm vỏ máy hình trụ hay hình nón bằng thép, bên trong có lót các tấm lót bằng thép cứng đặc biệt và đổ bi đạn bằng thép hoặc bằng sứ, sỏi hay bằng các vật liệu rắn khác Tùy theo từng loại máy có thể chia máy nghiền bi thành một hay nhiều ngăn Máy nghiền hoạt động quay tròn thông qua việc truyền tải bánh răng ra ngoài

c Nguyên lý hoạt động:

Đầu tiên các vật liệu nghiền sẽ được đưa vào thùng nghiền hình trụ, sau đó, thùng sẽ quay với tốc độ 4-20 vòng/phút

Lúc thùng nghiền quay, lực ly tâm sẽ được tạo ra, các loại vật liệu nghiền và bi sẽ được đưa lên độ cao nhất định, sau đó sẽ rơi xuống tự do dưới tác động của trọng lực

bị chà xát giữa bi đạn và tấm lót, cũng như giữa bi đạn và bi đạn cho đến khi nhỏ ra Quá trình này sẽ được diễn ra liên tục

Kết quả của quá trình là vật liệu sẽ được nghiền thành bột mịn

Nguyên tắc tác dụng lực: của máy nghiền bi là đập và mài

d.Thông số kỹ thuật:

4:Máy phân ly(18)

a Chức năng:

Sản phẩm sau khi ra khỏi máy nghiền bi sau đó sẽ qua máy phân ly động để lọc thành

xi măng mịn Tại máy phân ly hỗn hợp xi măng đúng kích thước sẽ được tách và cho

đi vào silo chứa để chuẩn bị công đoạn đóng bao, còn hỗn hợp xi măng có kích thức lớn sẽ bị tách ra và theo hệ thống hồi lưu trở về máy nghiền bi để tiếp tục nghiền

b Cấu tạo:

Buồng phân loại của máy phân ly là một vỏ hình trụ làm bằng thép tấm Trong buồng phân loại, các cánh nhỏ và đĩa trải được cố định với nhau trên trục rotor Động cơ được quay bằng băng tải trong buồng phân loại Hai ống thông gió để dẫn gió từ máy thổi khí bên ngoài Bên cạch đó còn có phễu nạp liệu, thanh giằng, các tấm lót, phễu hồi lưu, vành chặn khí, hộp giảm tốc

c Nguyên lý hoạt động:

Không khí tuần hoàn của máy phân ly xi măng được tạo ra bởi máy thổi khí Trong quá trình phân loại bột, không khí được thổi bởi máy thổi khí từ trung tâm của thiết bị phân tách theo hướng tiếp tuyến và sau đó xoắn ốc đến buồng phân loại Sau khi được