Công nghệ lò nung tuynel

LỜI MỞ ĐẦU4CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NUNG TUYNEL61.1 Cấu tạo lò nung Tuynel61.1.1 Zone nung sơ bộ91.1.2. Zone nung chính101.1.3 Vùng làm lạnh nhanh111.1.4 Vùng làm nguội chậm121.2 Sơ đồ nguyên tắc lò Tuynel131.3 Vòng an toàn của lò nung và yêu cầu công nghệ171.3.1 Vòng an toàn của lò nung171.3.2 Yêu cầu công nghệ181.4 Cách vận hành lò nung và hầm sấy Tuynel181.4.1 Khởi động lò nung191.4.2 Khởi động lại kích đẩy thuỷ lực201.4.3 Quy trình vận hành bộ xếp dỡ sản phẩm201.4.4 Quy trình vận hành hầm sấy211.4.5 Quy trình vòi đốt, quạt, máy đẩy goòng21CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG TUYNEL Ở NHÀ MÁY SỨ THANH TRÌ232.1 Đối tượng điều khiển của lò nung Tuynel232.1.1 Nhiệt độ232.1.2. Phân bố áp suất và tốc độ khí trong lò242.2. Hệ thống điều khiển ở nhà máy sứ Thanh Trì302.2.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ302.2.1.2 Điều khiển nhiệt độ của vùng nung chính322.2.1.3 Điều khiển nhiệt độ vùng làm lạnh nhanh322.2.1.4 Điều khiển nhiệt độ vùng làm nguội chậm332.2.2 Điều khiển áp suất332.3 Đánh giá hệ thống đang vận hành nhà máy sứ thanh trỡ và đề xuất giải pháp kỹ thuật34CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA LÒ NUNG TUYNEL VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN363.1 Vùng nung sơ bộ và vùng làm nguội chậm363.2 Vùng nung chính363.2.1 Điều khiển nhiệt độ cho vùng nung chính363.2.3 Điều khiển áp suất cho vùng nung chính423.3 Vùng làm lạnh nhanh45CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG TUYNEL BẰNG S7200494.1 Giới thiệu về PLC S7200 và Step7 MicroWin32494.1.1 Các phần của PLC.494.1.2 So sánh đặc điểm của CPU 212 và CPU 214514.1.3 Cấu trúc bộ nhớ534.1.3.1 Phân chia bộ nhớ534.1.3.2 Vùng dữ liệu544.1.3.3 Vùng đối tượng574.1.4 Mở rộng cổng vàora584.1.5 Thực hiện một chương trình594.1.6 Cấu trúc chương trình của S7200604.2 Chương trình điều khiển viết trên PLC S7200 (CPU 214)614.2.1 Nội dung công việc thực hiện trong PLC S7200614.2.2 Thiết kế phần cứng cho bài toán điều khiển lò trên PLC S7200614.2.3 Xây dựng phần mềm điều khiển624.3 Xây dựng phần mềm giám sát74KẾT LUẬN............................................................................................................ 81TÀI LIỆU THAM KHẢO82

Mục lục

Lời mở đầu 3

CHƯƠNG 1 5

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NUNG TUYNEL 5

1.1 Cấu tạo lò nung Tuynel 6

1.1.1 Zone nung sơ bộ 8

1.1.2 Zone nung chính 10

1.1.3 Vùng làm lạnh nhanh 11

1.1.4 Vùng làm nguội chậm 12

1.2 Sơ đồ nguyên tắc lò Tuynel 13

1.3 Vòng an toàn của lò nung và yêu cầu công nghệ 17

1.3.1 Vòng an toàn của lò nung 17

1.3.2 Yêu cầu công nghệ 18

1.4 Cách vận hành lò nung và hầm sấy Tuynel 18

1.4.1 Khởi động lò nung 19

1.4.2 Khởi động lại kích đẩy thuỷ lực 20

1.4.3 Quy trình vận hành bộ xếp dỡ sản phẩm 20

1.4.4 Quy trình vận hành hầm sấy 21

1.4.5 Quy trình vòi đốt, quạt, máy đẩy goòng 21

CHƯƠNG 2 23

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG TUYNEL Ở NHÀ MÁY SỨ THANH TRÌ 23

2.1 Đối tượng điều khiển của lò nung Tuynel 23

2.1.1 Nhiệt độ 23

2.1.2 Phân bố áp suất và tốc độ khí trong lò 24

2.2 Hệ thống điều khiển ở nhà máy sứ Thanh Trì 30

2.2.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ 30

2.2.1.2 Điều khiển nhiệt độ của vùng nung chính 32

2.2.1.3 Điều khiển nhiệt độ vùng làm lạnh nhanh 32

2.2.1.4 Điều khiển nhiệt độ vùng làm nguội chậm 33

2.2.2 Điều khiển áp suất 34

2.3 Đánh giá hệ thống đang vận hành nhà máy sứ thanh trỡ và đề xuất giải pháp kỹ thuật 34

CHƯƠNG 3 36

MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA LÒ NUNG TUYNEL VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 36

3.1 Vùng nung sơ bộ và vùng làm nguội chậm 37

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 2

3.2 Vùng nung chính 37

3.2.1 Điều khiển nhiệt độ cho vùng nung chính 37

3.2.3 Điều khiển áp suất cho vùng nung chính 43

3.3 Vùng làm lạnh nhanh 46

46

CHƯƠNG 4 49

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG TUYNEL BẰNG S7-200 49

4.1 Giới thiệu về PLC S7-200 và Step7 MicroWin32 49

4.1.1 Các phần của PLC 50

4.1.2 So sánh đặc điểm của CPU 212 và CPU 214 51

4.1.3 Cấu trúc bộ nhớ 53

4.1.3.1 Phân chia bộ nhớ 53

4.1.3.2 Vùng dữ liệu 54

4.1.3.3 Vùng đối tượng 57

4.1.4 Mở rộng cổng vào/ra 59

4.1.5 Thực hiện một chương trình 59

4.1.6 Cấu trúc chương trình của S7-200 60

4.2 Chương trình điều khiển viết trên PLC S7-200 (CPU 214) 61

4.2.1 Nội dung công việc thực hiện trong PLC S7-200 61

4.2.2 Thiết kế phần cứng cho bài toán điều khiển lò trên PLC S7-200 62

4.2.3 Xây dựng phần mềm điều khiển 63

4.3 Xây dựng phần mềm giám sát 75

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

HÌNH VẼ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ LÒ NUNG TUYNEL Lời mở đầu Tự động hoá góp phần đẩy mạnh sự phát triển của nền kinh tế quốc tế không còn là một khái niệm mới mẻ nữa mà thực sự đem lại những chuyển biến rõ rệt Sự cạnh tranh về chất lượng cũng như giá cả của bất cứ sản phẩm nào đều thúc đẩy nhà sản xuất coi việc nâng cao chất lượng sản phẩm, năng suất lao động như là một Sinh viên: Vũ Hồng Quang 3

nhiệm vụ quyết định sự sống của một công ty, của một tổ chức Muốn làm đượcđiều đó có một cách bền vững nhất là áp dụng điều khiển tự động trong các quátrình sản xuất nhằm đáp ứng được những yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng của sảnphẩm cũng như hạ giá thành của sản phẩm Ở nước ta hiện nay, do yêu cầu côngnghiệp hoá hiện đại hoá nền kinh tế, nên ngày càng xuất hiện nhiều dây truyền sảnxuất có mức độ tự động hoá cao Vì vậy việc tự động hoá các dây truyền sản xuấttrong các nhà máy là hết sức cần thiết, nó giúp chúng ta không những giảm nhânlực mà còn nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm và tăng khả năng cạnhtranh trên thị trường.

Theo xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực điềukhiển tự động thì việc ứng dụng các công cụ phần mềm cùng các máy móc thiết bịhiện đại vào trong sản xuất đã đem lại những kết quả ưu việt Thực tế ở nước ta đã

có nhiều nhà máy đã và đang sử dụng máy móc và thiết bị hiện đại của những hãngnổi tiếng trên thế giới vào trong lĩnh điều khiển đã đem lại hiệu quả cao

Dựa trên nghiên cứu và tìm hiểu hệ thống lò nung Tuynel tại nhà máy sứ Thanhtrì Bản đồ án này sẽ tiến hành giải quyết bài toán điều khiển nhiệt độ và bài toánquản lý các thông số kỹ thuật của lò nung bằng việc sử dụng các thiết bị được sảnxuất bởi các hãng nổi tiếng như: PLC của SIEMEN

Tuy nhiên, trên thực tế khi tiến hành xây dựng một hệ thống điều khiển động đểđiều khiển đối tượng đạt được các chỉ tiêu yêu cầu không phải là việc dễ dàng, bởi

vì ta luôn gặp hàng loạt các vấn đề cần giải quyết liên quan đến việc đối tượng điềukhiển có thể thay đổi hàm truyền theo thời gian sử dụng, những thay đổi này làngẫu nhiên, khó xác định Điều này có thể nhận thấy ở các đối tượng nhiệt thường

bị già hoá theo thời gian sử dụng nên các thông số bị thay đổi

Trong đồ án này em đã xây dựng một hệ thống điều khiển lò nung Tuynel đểthực hiện chỉ tiêu đầu tiên đầu tiên đó là đạt nhiệt độ theo yêu cầu

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 4

Như vậy nội dung cơ bản của đồ án là bao gồm :

Chương 1 Giới thiệu chung về lò nung Tuynel.

Chương 2 Hệ thống điều khiển lò nung Tuynel tại nhà máy sứ Thanh trì

Chương 3 Mô hình toán học của lò nung Tuynel và thiết kế bộ điều khiển

Chương 4 Thiết kế điều khiển lò nung Tuynel bằng S7-200 và phần mềm giám sát

Visual Basic

Trong thời gian làm đồ án được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của cô giáo PhanXuân Minh, em đã tìm tòi, học hỏi được nhiều điều bổ ích ở trên thực tế để bổ xung

và hoàn thiện vốn kiến thức cơ bản của mình

Em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ quý báu của cô

Do kiến thức và thời gian hạn chế nên bản đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếusót Vì vậy em mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô, để đồ án của emngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Lò nung Tuynel là "con tim" của cả nhà máy bởi vì nó là bộ phận nung chính,

là nơi hoàn thành và cho ra các sản phẩm sứ vệ sinh Đây cũng là khâu quan trọngtrong việc quyết định chất lượng sản phẩm trước khi đem tiêu thụ trên thị trường.Sinh viên: Vũ Hồng Quang 5

Đây là lò nung liên tục và sử dụng nhiên liệu đốt là khí gas Tại bộ phận này thìmộc (tên gọi chuyên môn của sản phẩm sứ trước khi nung) được chất lên xe phà vàđưa qua hầm sấy, sau đó đưa vào lò sau một khoảng thời gian nhất định (theo yêucầu công nghệ) thì ra được sản phẩm cuối cùng là sứ vệ sinh.

Tại bộ phận này mỗi xe goòng chứa khoảng 20 sản phẩm và tuỳ theo nhu cầucủa thị trường mà ta sắp xếp các sản phẩm sứ khác nhau

1.1 Cấu tạo lò nung Tuynel

Lò Tuynel dài 54,9 m, chiều rộng 3 m, chiều cao 2 m, nhiên liệu đốt là khí gas

và có tổng cộng 41 vòi đốt được bố trí hai bên lò Gas được cấp vào lò từ bình gas,qua trạm khí gas đến hệ thống cung cấp gas của lò Trong lò chứa được 44 goòngvới chu trình lò là từ 10 đến 12 giờ cho một goòng đi từ đầu đến cuối lò, tuỳ thuộctheo tốc độ đẩy goòng Hiện tại, tốc độ đẩy goòng của Công ty Sứ Thanh Trì là17'/goòng Như vậy chu trình lò là 10 giờ 48 phút Mỗi goòng xếp được khoảng 20sản phẩm do đó công suất của lò khoảng 1800 sản phẩm/ngày Có 19 can nhiệt loại

K và S được bố trí dọc theo chiều dài của lò để theo dõi nhiệt độ và thu nhập tínhiệu điều khiển hoạt động của lò 13 can nhiệt loại K: đo vùng có nhiệt độ thấp, 6can nhiệt loại S: đo vùng có nhiệt độ cao Có 5 quạt trong đó 2 quạt để hút khí rakhỏi lò và 3 quạt để thổi khí vào lò Ở đầu mỗi quạt hút khí lại có thêm 1 can nhiệtloại K để đo nhiệt độ Công dụng và vai trò cụ thể của từng thiết bị sẽ được trìnhbày ở các phần sau

Lò nung Tuynel được cấu thành từ ba loại vật liệu chính là sắt, gạch chịu lửa

và bông thuỷ tinh Tuy nhiên, tuỳ từng loại vật liệu cần nung mà các lò nungTuynel có cấu tạo khác nhau

Hai bên thành lò có cấu tạo gồm 3 lớp:

+ Lớp ngoại cùng là lớp vỏ sắt

+ Tiếp theo là lớp gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 6

+ Cuối cùng là một lớp gạch chịu lửa.

Vỏ lò là một khung thép làm bằng ống vuông, có tấm kim loại phủ ngoàinhững tấm kim loại này được gắn khít với hình ống Sự ổn định của vỏ lò đảm bảotính vững chắc trong suốt quá trình vận chuyển và lắp ráp Nhiệt độ tối đa mà lòTuynel chịu được là 13000C

Vùng nung chính, vùng nung sơ bộ và vùng làm nguội nhanh được làm bằngcác vật liệu có chất lượng cao, trọng lượng nhẹ, có hệ số dẫn nhiệt thấp, khả năngchống sốc nhiệt cao, bề mặt được mài nhẵn và khả năng chống ăn mòn cao Vậtliệu xây dựng lò với 62% lượng Al2O3, được sử dụng để chát mặt trong vỏ lò Ở cácvùng này gồm 3 lớp:

Cả hai bên tường lò đều bố trí các khe để quan sát để quan sát sự di chuyểncủa sứ ở trong lò, đồng thời phát hiện các vật thể lạ xuất hiện trong lò Ngoài ra còn

có cửa để làm sạch lò và quét đi các phần cặn men có thể xuất hiện trên trần củanền khung

Sàn lò được thông với không khí

Trần lò được thiết kế xây dựng như một mái trèo làm bằng vật liệu chất lượngcao, trọng lượng nhẹ, 62% hàm lượng Al2O3, phần treo của mái gồm các tấm kimloại giữ nhiệt, lớp đi nát, bọt cách nhiệt và bông khoáng Các khối này có thể dễdàng gắn và tháo ra khi cần thiết

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 7

Vùng làm nguội chậm hay vùng làm nguội tự nhiên là vùng làm nguội cuốicùng của lò gốm hai lớp bột cách nhiệt và bông khoáng.

Lò nung Tuynel là thiết bị nhiệt hoạt động liên tục, vật liệu chuyển động dọctheo chiều dài lò

Trong lò các xe goòng được di chuyển bằng các con lăn và bằng kích đẩy thuỷlực

Hệ thống cấp khí cho lò gồm 5 quạt li tâm:

+ Quạt PC (Q1) hút khí nóng trong lò ra ngoài trời

+ Quạt số 2 (Q2) cung cấp oxi cho quá trình cháy

+ Quạt số 3 (Q3) cung cấp khí để làm nguội nhanh và nguội chậm

+ Quạt số 4 (Q4) hút khí nóng trong lò thải ra ngoài trời và đưa một phần sanghầm sấy mộc

+ Quạt số 5 (Q5) thổi khí làm nguội sản phẩm sứ trước khi ra khỏi lò

Cấu trúc lò được chia thành 4 vùng chính:

+ Vùng nung sơ bộ

+ Vùng nung chính

+ Vùng làm lạnh nhanh

+ Vùng làm nguội chậm

Sau đây ta sẽ đi vào chi tiết từng vùng

1.1.1 Zone nung sơ bộ

Zone nung sơ bộ dài 18,288m, tổng cộng có 11 khoang khí bề mặt mỗi khoangđược nối với một đường ống dẫn khí bằng nhôm, kí hiệu CVJ: 11 ống Mỗi đườngống gọi là vòi trộn khí đều có một van để điều khiển lượng khí qua ống Có một vòi

để xả khí ra trong mỗi ống dùng để đo lưu lượng khi trong ống khi cần thiết

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 8

Những khoang này đều có gắn ống sứ và không khí được đẩy ra từ khoangnày để đáp ứng hai mục đích:

+ Nó được trộn với khí gas nóng trên đỉnh và làm lạnh nhanh khí gas này.+ Nó giữ nhiệm vụ như là áp suất phía trên tác động xuống phía dưới là vùng

áp suất thấp trên về mặt sứ Điều này giúp cho việc cải thiện nhiệt độ đồng đều ở cảtrên và dưới lò, vì nhiệt độ ở trên cao hơn dưới dẫn đến khí được thổi từ trên xuốngdưới qua đường ống

Vùng này có lắp 13 mỏ đốt (BLKH), 7 ở phía trái và 6 ở phía phải

Vùng đầu lò dài hơn 3m, phía ngoài tường của vùng này có phễu đổ cát để đổcát cách nhiệt xuống máng phía dưới Cát sẽ rơi từ phễu xuống bởi trọng lực tới cácmáng thông qua cầu trượt Cát được di chuyển từ đầu lò đến cuối lò bởi tấm chắncát của xe goòng và rơi xuống một hộp khoá dừng đặt tại đầu ra của lò Nhữngphễu này nên giữ luôn luôn đầy và được kiểm tra vài lần chuyển Nó có nhiệm vụcách nhiệt cho gầm goòng, bánh xe goòng và vỏ lò Đồng thời tránh thất thoát nhiệttrong lò ra ngoài

Trần lò làm bằng thép không gỉ và được lắp 4 quạt đẩy gió Hai quạt phía tráiđược quay theo chiều kim đồng hồ và hai quạt bên phải quay theo chiều ngược kimđồng hồ Tốc độ của các quạt này được điều khiển bởi một biến tần đặt trên bảngđiều khiển motor Tốc độ của quạt có thể điều chỉnh từ 20Hz ÷ 50Hz Tác dụng của

4 quạt này là tạo ra một vùng áp suất cao ngăn không cho khí lạnh từ ngoài đi vào

lò đồng thời ngăn khí nóng trong lò thất thoát ra ngoài Do đó không bao giờ đượcđảo chiều quay của các quạt này

Tại vùng này có 6 cửa xả khí (kí hiệu SP), mỗi bên có 3 cái và được bố trí ởbên dưới Quạt Q1 sẽ hút khí lò xuyên qua những cửa này đi vào và ra các ốngtrong tường của lò Khí ra của lò sẽ đi vào một ống xả khí bằng kim loại và thoát rangoài trời

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 9

Can nhiệt T/C1 đo nhiệt độ của vùng đầu lò Nhiệt độ của vùng này khôngđược vượt quá 2000C Nếu vượt quá thì quạt và trần bằng thép không gỉ sẽ bị hỏng.Vùng nung sơ bộ tiếp theo dài hơn 9m Phía trong tường vùng này có 12 cửa

xả khí (SWD), mỗi bên có 6 cái Những cửa này có chốt kéo ra hoặc kéo vào hìnhvuông ở trên tường lò Việc đóng mở các chốt này cũng ảnh hưởng đến đường congnhiệt độ của vùng nung sơ bộ và áp suất của lò

Tại đầu vào của quạt Q1 (trên đường ống xả khí) có một van lớn Việc đónghoặc mở van sẽ làm thay đổi áp suất lò Bộ chuyển đổi áp suất lò được đặt ở vùngnung chính và được điều khiển bởi vòng 6 của bộ điều khiển PIC nếu áp suất làtrên hay dưới điểm đặt Thông tin này được dùng để mở hoặc đóng van chắn gió ởống xả khí nếu cần Đây là một phần trong hệ thống an toàn về khi gas của lò

Giữa việc điều khiển tự động van và đầu vào quạt Q1 là cặp nhiệt T/C19 dùng

để đo và hiển thị nhiệt độ khí xả quạt Q1 Quạt làm việc ở nhiệt độ lớn nhất có thể

là 2600C, nhưng thực tế chỉ làm việc trong giải nhiệt độ từ 1400C ÷ 1800C

Tại đây theo yêu cầu của công nghệ sứ thì nhiệt độ phải tăng lên từ từ (1200C

÷ 2500C ÷ 3600C ÷ 4700C ÷ 5600C và 8000C) sao cho mộc không bị nổ, đồng thờilàm cho mộc bốc hết hơi nước Trong vùng nung sơ bộ nhiệt độ được đo về bởi cáccan nhiệt từ T1 đến T6 Nếu nhiệt độ tại đây mà vượt quá ngưỡng cho phép trên thìsản phẩm sẽ bị hỏng

1.1.2 Zone nung chính

Vùng nung chính dài 12,192m được chia làm 4 vùng nhỏ, mỗi vùng dài 3m và

có 6 mỏ đốt, mỗi bên tường có 3 cái: 2 cái ở dưới thấp và 1 ở trên cao Tổng cộngvùng này có 24 mỏ đốt Tất cả các mỏ đốt của vùng nung chính đều được đánh lửabằng cách ấn nút đánh lửa ở bảng điện gắn bên ngoài thân lò hoặc ở trong phòngđiều khiển

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 10

Nhiệt độ vùng này lên cao và nhanh từ khi bắt đầu vào vùng nung: 8800C ÷

10800C ÷ 12000C ÷ 12000C (từ can nhiệt T/C 7 ÷ T/C 10) nhằm cho xương của sảnphẩm đạt độ hút nước thấp: xấp xỉ 0,5% để tránh cho sứ không bị bám rêu Bắt đầu

từ nhiệt độ 8000C trở lên thì sản phẩm bắt đầu kết khối, các phụ liệu cấu tạo ra sảnphẩm mộc bắt đầu liên kết với nhau Đến cuối vùng thì nhiệt độ tăng từ từ đến

12000C và nó được lưu nhiệt trong khoảng thời gian từ T/C9 ÷ T/C10 tương ứngvới khoảng thời gian 1h đồng hồ

Trong thời gian lưu nhiệt này xảy ra quá trình liên kết các men sứ Trước cannhiệt AI9 tức là khoảng 9000C thì men sứ bắt đầu liên kết chặt chẽ và thời gian nàycác tạp chất bị lẫn trong quá trình lưu hồ sẽ bị tách ra khỏi xương sứ

Trong quá trình lưu nhiệt hay quá trình liên kết của men sứ với xương sứ, nếunhiệt độ không đạt được nhiệt độ yêu cầu chẳng hạn như thấp hơn hay cao hơn

12000C thì không xảy ra sự liên kết giữa các men sứ và xương sứ, điều này sẽ dẫnđến hỏng các sản phẩ

1.1.3 Vùng làm lạnh nhanh

Vùng này dài 6,1m Điều khác biệt giữa vùng này với vùng nung chính và vùnglàm nguội chậm là có các van đổi hướng khí lắp dưới trần lò Trên tường lò củavùng này có 9 vòi phun khí làm lạnh và 4 cửa xả khí mỗi bên Các cửa này có cáctấm chắn gió hình chữ L (đã được giới thiệu trong vùng nung sơ bộ) Các cửa này

sẽ đưa khí vào tường mỗi bên lò Luồng khí sẽ đi qua cho đến cả vùng làm nguộichậm và được thoát ra bởi quạt làm nguội chậm WC (Q4) qua 2 cửa WC1_R & L

18 vòi phun khí làm lạnh có đường kính 38mm để đưa lượng khí lớn vào trong lò.Mỗi bên có 9 vòi, các vòi này đưa khí vào từ phía trên Đường cong gió thổi trongvùng này có hình sin Trong mỗi ống cũng có một van bướm để điều khiển lượngkhí qua mỗi vòi

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 11

Lượng khí đưa vào vùng làm lạnh nhanh được điều khiển bởi một van thôngqua đường ống dẫn khí nguồn từ quạt gió cấp khí lạnh Q3 Độ đóng mở của nhữngtấm chắn gió này được điều khiển bởi vòng 5 của bộ TIC Bộ TIC này xây dựngcặp nhiệt T/C12 để lấy tín hiệu thay đổi Một mô tơ sẽ thay đổi vị trí của các van đểđiều khiển nhiệt độ vùng này cho phù hợp với yêu cầu công nghệ.

Yêu cầu của công nghệ sứ tại thời điểm này là làm cho sứ đạt độ bóng cao.Như vậy tại vùng làm lạnh nhanh thì nhiệt độ được giảm xuống đột ngột, làm cho

bề mặt sứ đạt độ bóng cao, tuy nhiên không làm nứt sứ

Nhiệt độ tại vùng này giảm từ 12000C xuống còn 5800C trong khoảng thờigian là 85 phút, tương ứng với việc giảm 7,30 trong một phút Tại vùng này, khílạnh được thổi từ hai bên thành lò nhưng không thổi đồng thời mà thổi từ từng bênmột (theo hình sin) và luân phiên nhau để làm nguội đồng đều và cân bằng áp suất

1.1.4 Vùng làm nguội chậm

Vùng này có chiều dài là 18,3m, có 5 khoang làm nguội chậm được lắp phíatrên mỗi bên lò (kí hiệu CVJ), tổng cộng có 10 khoang Các khoang này cũngtương tự như các khoang đã được mô tả ở vùng nung sơ bộ Các khoang này giữkhí nóng di chuyển dọc theo cửa lò và làm tăng độ đồng đều nhiệt độ khi làm nguội

sứ Trên mỗi vòi hút khí vào các khoang đó có một van ở trên ống dẫn khí để điềuchỉnh lưu lượng khí vào mỗi vòi phun khí vào các khoang Có một vòi nhỏ lắp trênđường ống dẫn khí để đo áp suất khí trong ống

Có 14 cửa xả khí (SWD) được đặt ở phía trên cao của tường lò trong vùngnày, mỗi bên có 7 cửa Lượng khí được xả ra bởi ống này được điều chỉnh bởi cáctấm chắn gió giống như các tấm ở vùng nung sơ bộ Ở đây có các tấm vách ngăn cóthể chuyển động để đưa khí lạnh vào trong các ống cạnh tường khi điều chỉnh.Giống như ở vùng lạnh nhanh, các ống này đưa khí thải vào quạt hút WC (Q4) bởimột phần của các ống kim loại (ở cả hai bên lò) Mỗi đường ống đều có van chắnSinh viên: Vũ Hồng Quang 12

gió để cân bằng khí thải mỗi bên của lò Trong mỗi ống đều có một cửa thông khíWC2 (R & L) đường kính 30 cm với một tấm trượt để làm lạnh khí trước khi đưatới quạt làm nguội chậm Q4 Một tấm chắn (can nhiệt T/C 20) tại đầu vào quạt Q4

sẽ cấp cho bộ điều khiển độ của khí xả mà quạt Q4 đã hút

Quạt Q4 có thể hút khí có nhiệt độ khoảng 3700C, nhưng thực tế, nó hút khí cónhiệt độ khoảng 1650C, một phần thải ra ngoài trời, một phần cấp cho khâu sấy khôsản phẩm sứ (mộc) trước khi đưa vào lò

Đầu ra của quạt Q4, khí nóng sẽ được đưa thẳng tới bộ phận sấy Một ốngkhói xả khí sẽ đưa khí ra ngoài trời Trên ống khí sẽ có một van để điều chỉnhlượng khí đưa sang vùng sấy

Phần đầu của vùng này có lắp thêm 4 mỏ đốt, mỗi bên 2 cái để phục vụ choyêu cầu cần tăng cường nhiệt độ nếu cần Hiện tại, các mỏ đốt này chưa cần sửdụng

Quạt Q5 cấp gió cho 3 họng phun khí ở cuối lò Các họng này sẽ phun khí tựnhiên vào bên trong lò và thẳng đứng xuống phía dưới miệng lò vào sản phẩm sứ

để làm nguội sứ trước khi ra hẳn khỏi lò

Trong vùng này, yêu cầu công nghệ là cần chú ý sao cho tránh việc sản phẩm

bị nứt lạnh Như vậy nhiệt độ được giảm từ từ

1.2 Sơ đồ nguyên tắc lò Tuynel

Lò Tuynel có thể xây dựng theo sơ đồ đơn giản (hình a) Không khí lạnh vào lòmột cách tự nhiên qua vùng làm nguội, nó được đốt nóng và đi vào vùng nungchính để đốt cháy nhiên liệu, khí thải từ vùng nung chính đi qua vùng đốt sơ bộ vàqua cửa thoát ra ngoài nhờ quạt hút Vật liệu nung trên xe goòng đi ngược chiềuvới dòng khí chuyển động trong lò

Sơ đồ qua lò nung Tuynel có nhược điểm như sau:

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 13

a) Để làm nguội sản phẩm thường cần lượng không khí nhiều hơn lượng khôngkhí cần thiết cho quá trình chảy Nếu đưa tất cả lượng không khí đó vào vùng nungthì dẫn tới tăng không khí dư và hạ nhiệt độ khí dưới nhiệt độ nung cực đại củanhiều loại sản phẩm Nếu chỉ đưa vào lò lượng không khí tương ứng cần thiết choquá trình chảy thì lượng đó lại quá ít so với lượng sản phẩm cần thiết để làm nguộisản phẩm Ngoài ra do lượng không khí quá ít, cho nên không khí được đốt nóngđến nhiệt độ quá cao Điều đó dễ dẫn tới quá nhiệt độ trong lò.

b) Hiện tượng phân lớp khí theo tiết diện lò một cách rõ ràng Phía sát vòm lòdòng khí chuyển động, còn phía sát mặt goòng dòng khí nguội hơn chuyển động.Chênh lệch nhiệt độ cao nhất là ở vùng nóng, nó có thể đạt tới 300÷4000C Sự phânlớp khí và phân bố nhiệt độ không đồng đều đó dẫn tới gây phế phẩm và lò dễ bịách tắc

c) Rất khó điều chỉnh quá trình nung theo chiều dài của lò về phương diện nhiệt

độ và môi trường

d) Chân không thành lập bởi quạt hút quá lớn vì cần thắng sức cản của toàn bộ

lò nung (toàn bộ lò làm việc dưới áp suất âm) Vì vậy không khí lạnh bên ngoài lòvào quá nhiều qua khe hở giữa các lò và khe hở giữ goòng với tường lò Đặc biệt ởvùng đốt nóng, lượng không khí lọt vào lò nhiều nhất Kết quả dãy sản phẩm ngaydưới mặt goòng bị nguội và thành phế phẩm (chưa chín) Trong trường hợp cầnduy trì môi trường khử thì sơ đồ này không đảm bảo được vì không khí lọt nhiều

Ở sơ đồ thứ hai (hình b) đã có cải tiến so với sơ đồ thứ nhất Không khí đã đượclấy bớt từ vùng làm nguội và khí thải loại khỏi lò qua nhiều cửa Với biện pháptrên, tuy không khí vào vùng làm nguội nhiều, nhưng chỉ một phần đi theo vàovùng nung để cháy nhiên liệu, đồng thời sản phẩm được làm nguội nhanh Việc thảikhí bằng nhiều cửa ngang nền lò tạo điều kiện phân bố nhiệt độ đồng đều hơn theochiều cao, nhưng chênh lệch nhiệt độ cũn quá lớn Nói chung kiểu này đơn giảnSinh viên: Vũ Hồng Quang 14

hơn về cấu trúc và sử dụng, nhưng vẫn khó điều chỉnh nhiệt độ theo chiều dài của

lò vì lò vẫn làm việc dưới chân không tương đối lớn nên không khí vẫn lọt vào lònhiều Kiểu sơ đồ này chỉ dùng để nung vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa

Để giảm chênh lệch nhiệt độ theo tiết dạng ngang của lò và tăng tốc độ đốt nóngcác lớp sản phẩm ngay sát dưới mặt goòng ở đầu vùng nóng Người ta thổi khôngkhí nóng lấy từ vùng làm nguội vào đầu lò (hình c) Ngoài ra không khí đưa vàocháy nhiên liệu được hỗn hợp tốt với nhiên liệu nhờ bộ phận đặc biệt làm việc theonguyên tắc ống phun (injektor) Tuy tiến độ hơn so với hai sơ đồ trên, nhưng sựphân lớp khí vẫn còn và lượng chân không trong lò còn quá lớn

Sơ đồ hoàn chỉnh hơn cả là sơ đồ thứ tư (hình d) Ở đây không khí vào lò làmnguội sản phẩm được thổi bằng quạt gió và khí thải khỏi lò bằng quạt hút Để phân

bố nhiệt độ đồng đều hơn, một phần khí thải được tuần hoàn qua cửa ở gần đầu lò.Theo sơ đồ này, ở vùng làm nguội có áp suất dương (+) ở vùng đốt nóng có áp suất

âm (-) Song trị số áp suất âm ở vùng đốt nóng được giảm đi một nửa so với ba sơ

đồ trên Kết quả ở vùng đốt nóng không khí lọt vào ít hơn hẳn, giảm chênh lệchnhiệt độ theo chiều cao của hầm lò Đặc biệt ở vùng nung, áp suất gần bằng không,cho nên không khí lọt vào vùng này không đáng kể Nhờ đó quá trình tiến hành ởvùng nung đồng đều hơn Ở vùng làm nguội, do quạt gió thổi không khí vào lòmạnh, nên sản phẩm nguội nhanh hơn, đều hơn và lượng không khí nóng lấy rakhỏi lò đưa sang lò sấy được nhiều hơn Vì dùng cả quạt hút lẫn quạt đẩy, nên mỗiđầu lò phải bố trí một phòng phụ với chiều dài đủ đặt một xe goòng Khi goòng vàophòng này thì đóng cửa một đầu lò và mở cửa giữa rồi tiếp tục đẩy goòng vào lò.Sau đó đóng cửa lại Khi ra lò cũng làm tương tự Với cấu trúc như vậy việc ra vào

xe goòng khụng ảnh hưởng đến chế độ áp suất và nhiệt độ lò

Trong thực tế sản xuất còn có nhiều sơ đồ khác Song về nguyên tắc cơ bản giốngcác sơ đồ trên, chúng chỉ khác những chi tiết để hướng chiều dòng khí

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 15

3

5 2

Hình b

4 2

4 2

6 3

1.3 Vòng an toàn của lò nung và yêu cầu công nghệ

1.3.1 Vòng an toàn của lò nung

Hệ thống lò nung còn có một vòng điều khiển logíc để đáp ứng về an toàn cho

sự cháy Nếu áp suất gas, áp suất khí thải, hay khí cấp cho sự cháy hoặc nhiệt độ lòquá giới hạn cho phép (giới hạn trên và dưới), hệ thống nguồn dẫn gas sẽ đóng lại

do trên đường ống dẫn gas có công tắc áp suất

Công tắc này sẽ báo hai vị trí áp suất gas cao hoặc thấp để đóng khoá an toàn.Quạt PC (Q1) cũng có một khoá áp suất gần đầu vào

Tất cả các chế độ an toàn cho từng khâu được tóm tắt như sau:

+ Áp suất khí mức thấp cấp cho sự cháy: 75mBar

+ Áp suất khí mức thấp của quạt hút PC (Q1): 0,125 mBar

+ Áp suất khí gas ở mức thấp: 75m Bar

+ Áp suất khí gas ở mức cao: 250mBar

+ Nhiệt độ mức cao của lò nung: 12300C

+ Nhiệt độ vòng an toàn: 8000C (cho can nhiệt T/C 8A)

Nếu xảy ra một trong các trường hợp quá giới hạn thì chuông báo động ở trongphòng điều khiển sẽ kêu lên và khoá an toàn trên nguồn dẫn khí sẽ đóng lại Từ đónhiên liệu sẽ ngừng cung cấp vào lò và ta sẽ xử lý kịp thời

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 17

1.3.2 Yêu cầu công nghệ

Lò nung Tuynel phải hoạt động sao cho đường nhiệt độ của lò bám theođường cong công nghệ đã cho Nhiệt độ, áp suất của lò phải được điều khiển ổnđịnh theo các giá trị đặt (Setpoint) thông qua việc điều chỉnh lượng gas, lượngkhông khí cung cấp cũng như lượng khí thải ra một cách hợp lý Có như vậy, sảnphẩm sứ vệ sinh mới đạt được độ bóng, độ bền men, không bị nứt lạnh, sần men,sứt men

Bên cạnh đó lò còn phải xử lý được các trường hợp nguy hiểm phát sinh trongquá trình hoạt động để bảo vệ lò, các thiết bị và sản phẩm như: quá nhiệt độ, quá ápsuất…

1.4 Cách vận hành lò nung và hầm sấy Tuynel

- Kiểm tra bản thông số lò

+ Nhìn đồng hồ báo nhiệt và can nhiệt tại tủ điều khiển

- Kiểm tra độ mở van: điều chỉnh ga và các vùng nung chính

+ Ấn phím Man/auto tại đồng hồ nhiệt độ của từng zone của tủ điều khiển

+ Ấn phím setup tại đồng hồ báo nhiệt độ của từng vùng của tủ điều khiển

- Điều khiển xe phà từ P2 thủ công

+ Bật nguồn, chuyển thiết bị về trạng thái thủ công (Manlial)

+ Chốt xe phà bằng công tác V-LAK (extend_chốt và RETRACT-tháo chốt).Sinh viên: Vũ Hồng Quang 18

+ Chuyển xe goòng bằng công tắc CAR MOVER (entend_đây Vetract_ kéo) khi đẩy chuyển công tắc DOGS sang PUSH OFF khi kéo chuyển công tắc DOGS sang PULL ON

+ Chuyển xe phà bằng nút ấn tiến (FORWARD) và ấn lùi (REVERSE)

- Thay đổi tốc độ đẩy sản phẩm

- Khi có điện thực hiện từng bước sau đây

1 Kiểm tra nguồn điện

2 Khởi động tất cả các quạt theo thứ tự Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6

3 Ấn nút BYPASS cho tới khi kim chỉ số 50 in H2O (12,4 kPa) thì dừng lại Nếu ấn nút PYPASS mà van gas không mở cần kiểm tra lại thứ tự sau:

+ Kiểm tra đồng hồ báo giới hạn nhiệt độ cao Nếu đồng hồ đang ở chế độ OUT (đèn đó trên đồng hồ sáng) thì ấn vào RESET một lần cho thoát khỏi chế độ OUT (đèn đỏ trên đồng hồ tắt)

+ Kiểm tra hệ thống làm sạch nếu đèn mầu vàng PURGING (đang làm sạch) sáng thì chờ cho đến khi tắt và đèn xanh PURGER (đã làm sạch) sáng

kiểm tra lại xem đã đóng hết van cấp gas cho 24 vòi đốt vùng nung chính chưa

4 Lần lượt mở từ từ các van SHUT_OFF1&2

5 Ấn nút đánh lửa (IGNITION)

6 Lần lượt mở các van của các nhóm vòi đốt

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 19

7 Lần lượt mở các van cho từng vòi đốt (bước này phải thực hiện đồng thời ở hai mặt lò nung).

1.4.2 Khởi động lại kích đẩy thuỷ lực

Khi nhiệt độ tz4>1180oC ta tiến hành khởi động lại kích đẩy thuỷ lực theo các bước sau đây

1 Chuyển chế độ kích về chế độ thủ công

2 Vặn nút cyc.Ahoặc cyc.B về phía tiến (FWD)

3 Khi kích đẩy hết chương trình và có goòng mới ở chỗ công tắc hành trình ở lối vào thì xoay ngược cả hai nút cycA và cycB sang nút lùi (REV)

- Xếp sản phẩm mộc lên xe goòng theo đúng hướng dẫn trên bản vẽ kỹ thuật Khốixếp phải thẳng đứng và có tính ổn định cao Kiểm tra lại lần cuối cùng trước khicho vận hành hầm sấy

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 20

1.4.4 Quy trình vận hành hầm sấy

- Kiểm tra lại khối xếp trước khi đẩy goòng vào hầm sấy

- Kiểm tra tình trạng làm việc của các thiết bị như

+ Máy đẩy thuỷ lực: kiểm tra mức dầu thuỷ lực trong máy, áp lực khi làm việc,hành trình đẩy, sự làm việc của các công tắc hành trình, động cơ điện Nếu thấy có

sự cố cần phát hiện và xử lý kịp thời

+ Cửa hầm sấy đóng mở bằng tời: cần thường xuyên kiểm tra bằng mắt thườngtrạng thái làm việc của dây cáp treo cửa, nếu thấy cáp hư hỏng, cũ cần báo để thaythế, đảm bảo cho quá trình làm việc

+ Các quạt khuấy và quạt hút khí thải: cần thường xuyên kiểm tra các động cơđiện của các quạt gió, nếu thấy nhiệt độ vỏ quá nóng, có mùi khét, quạt chạy cótiếng kêu và chạm cơ khí, dây đai trùng… cần phát hiện để xử lý kịp thời

- Kiểm tra nhiệt độ không khí hút khí thải: cần thường xuyên kiểm tra các động cơđiện của các quạt gió, nếu thấy nhiệt độ vỏ quá nóng, có mùi khét, quạt chạy cótiếng kêu và chạm cơ khí, dây đai trùng… cần phát hiện để xử lý kịp thời

- Kiểm tra nhiệt độ không khí nóng cấp vào hầm sấy, khống chế duy trì đạt 150

÷1600C

- Thời gian đẩy goòng theo quy định đối với từng loại sản phẩm do phòng kỹ thuậtquy định, trước khi đẩy phải mở cửa phía đầu hầm sấy rồi mới tiến hành mở cửavào lò và tiến hành vận hành máy đẩy goòng vào hầm sấy

1.4.5 Quy trình vòi đốt, quạt, máy đẩy goòng

- Trước khi đẩy goòng vào lò nung cần kiểm tra tình trạng xe goòng như:

Khối xây mặt goòng, hai bên thành xe goòng có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khi vào

lò không Khối xếp khi vào lò phải đảm bảo ổn định không bị nghiêng đổ khi vàotrong lò Nếu thấy không đạt yêu cầu phải rỡ ra xếp lại

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 21

- Thường xuyên 20 phút một lần kiểm tra tình trạng của các vòi đốt, nếu thấy vòiđốt nào bị tắc cần phải sửa chữa khắc phục ngay.

- Thường xuyên theo dõi các trị số nhiệt độ ở các điểm đo, áp lực lò và ghi sổ nhật

ký 1h một lần

- Kiểm tra tình trạng làm việc của các quạt thông gió khi có tiếng kêu lạ (va chạmkim khí) hoặc môtơ điện bị nóng, dây đai trùng (đối với quạt hút khí nóng và khói)cần dừng chuyển quạt quay dự phòng và tiến hành xử lý sửa chữa

Chú ý: Đối với quạt gió ly tâm trình tự thao tác khởi động như sau: đóng kín vantrên đường ống hút, khởi động cho quạt làm việc ở chế độ tự động qua nút bấm trên

tủ điều khiển Khi quạt chạy đều, ổn định mới mở dần van trên ống hút tới vị trílàm việc

- Theo dõi và ghi đầy đủ số lượng goòng ra và vào lò

- Khi có sự cố mất điện cần nhanh chóng đóng tất cả các van cấp dầu ở các vòi đốt.Khi có điện khởi động lại theo quy trình vận hành

- Thường xuyên vệ sinh sạch sẽ các thiết bị lò

- Bảo dưỡng các thiết bị lò nung theo lịch bảo dưỡng hàng ngày, hàng tuần, hàngtháng

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 22

bài phối liệu xương và men Với mỗi bài phối liệu đó, sản phẩm sứ trong lò lại đòihỏi một đường cong nhiệt độ nhất định của lò Tuỳ theo yêu cầu mà nhiệt độ củatừng vùng sẽ được điều chỉnh cho hợp lý Sự điều chỉnh này được thực hiện thôngqua việc đặt các thông số về nhiệt độ yêu cầu, độ mở của các van điều khiển khígas ở các đồng hồ điều khiển trong phòng điều khiển Các thông số này luôn đượcgiữ không đổi trong suốt quá trình hoạt động của lò Đồng thời nhiệt độ thực tếđược theo dõi thường xuyên 02 tiếng 01 lần, hoặc liên tục để có nhưng sự điềuchỉnh kịp thời.

Can nhiệt T/C7,8,9,10,12 mới có tác dụng điều khiển T/C7,8,9,10 thuộc vùng nungchính: vùng nung chính sẽ thu thập nhiệt độ thực tế trong lò để đưa về bộ điềukhiển khí gas lần lượt là TIC1,2,3,4 và tới các đồng hồ hiển thị trong phòng điềukhiển để theo dõi Các tín hiệu này là các tín hiệu ra Analog Các bộ điều khiển khígas này sẽ so sánh nhiệt độ thực với nhiệt độ đặt Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt

độ đặt thì bộ điều khiển khí gas sẽ tự động đưa ra tín hiệu điều khiển để mở van khícho khí đến van giảm áp lắp trên đương ống dẫn gas đóng bớt lại làm cho lượnggas cung cấp cho lò tăng lên, làm cho nhiệt độ thực tế tăng dần đến nhiệt độ đặt.Sinh viên: Vũ Hồng Quang 23

Khi nhiệt độ tăng bằng nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển khí gas ở chế độ chờ Nếunhiệt độ thực cao hơn nhiệt độ đặt thì quá trình lại diễn ra ngược lại.

- Can nhiệt T/C12 thuộc vùng làm nguội nhanh sẽ đo nhiệt độ thực và đưa đến bộđiều khiên nhiệt độ cho riêng vùng này Đây cũng là tín hiệu tương tự Nó cũng sosánh với nhiệt độ đặt Nếu nhiệt độ thực nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì nó sẽ điều khiểnvan khí ở quạt Q3 cung cấp gió làm mát cho 18 họng gió (mỗi bên 09 họng) đóngbớt lại Nếu nhiệt độ thực lớn hơn nhiệt độ đặt thì quá trình lại diễn ra ngược lại

- Các Can nhiệt T/C 7,8,9,10,11,12 đều có các bộ rơle giới hạn nhiệt độ max đểbảo vệ và cảnh báo là TAH 1,2,3,4,5,6

- Nếu coi lò nung Tuynel là một đối tượng điều khiển thì nó sẽ có 45 đầu vào (29đầu vào tương tự, 16 đầu vào số) và 14 đầu ra (08 đâu ra số, 06 đầu ra tương tự)

 Đây là bài toán điều khiển rất phức tạp và khó

2.1.2 Phân bố áp suất và tốc độ khí trong lò

3

3

5 2

Hình a

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 24

Hình b

4 2

6 3

10 10'

8

10''' 6''

Đường phân bố áp suất và tốc độ khí trong lò

Chúng ta hãy xét lò Tuynel có quạt thổi không khí vào và quạt hút khí thải rakhỏi lò (hình a) Nhiên liệu cháy ở vùng nung chính, ở đây nhiệt độ cao nhất, khốilượng riêng của khí nhỏ hơn so với khí ở vùng nóng và vùng làm nguội Vì vậy ởvùng nung xuất hiện áp suất hình học và nó biến thành áp suất tĩnh học, về trị số ápsuất tĩnh học cao hơn so với vùng đốt nóng và vùng làm nguội

Giả thiết rằng đột nhiên ta dừng các quạt thổi không khí và quạt hút khí thải, thì

áp suất tĩnh học của khí ở phía trên vùng nung chính lớn hơn so với các vùng khác(hình b) Kết quả ta có dòng khí chuyển động tự do từ vùng nung chính sang vùnglàm nguội và vùng nung sơ bộ Nếu coi áp suất ở phía trên của vùng làm nguộiSinh viên: Vũ Hồng Quang 26

bằng không khí thì đường phân bố áp suất ở vùng làm nguội là 6”’, ở vùng nung là6” Áp suất ở vùng nung lớn hơn vùng làm nguội một đoạn 3’ và lớn hơn vùng đốtnóng một đoạn 3”.

Sự giảm áp suất từ nền lò đến trần ở các vùng không giống nhau Giảm chậmnhất là ở vùng nung chính (đường 6”) sau đó đến vùng đốt nóng (đường 6’), cuốicùng ở vùng làm nguội giảm nhanh nhất (6”’) Đại lượng áp suất tĩnh học so sánh ởphía trên vùng làm nguội đặc trưng bằng những đoạn ngang ứng với ba đường số 6.Mặc dù ở phía trên vùng nung chính, áp suất khí lớn hơn vùng làm nguội mộtđoạn 3’, nhưng ở sát nên goòng áp suất khí lại nhỏ hơn vùng làm nguội một đoạn4’ Tương tự như vậy, so với vùng nung sơ bộ áp suất ở phía trên của vùng nungchính lớn hơn (đoạn 3”) và ở phía dưới lại nhỏ hơn (đoạn 4”) Vì vậy khi dừng lòđột ngột, trong lò Tuynel sẽ xuất hiện những dòng đối lưu tự nhiên Ở phía trên khí

sẽ chuyển động từ vùng nung chính sang vùng nung sơ bộ và vùng làm nguộinhanh và vùng làm nguội chậm Tốc độ dòng khí được biểu thị bằng đường cong 7

và 8 Ở sát nền lò và trần lò tốc độ khí bằng không do ma sát quá lớn Tốc độ khícực đại nằm ở vị trí cách nền lò và vòm lò một chút Vì chiều của dòng khí ngượcnhau cho nên ở giữa lò có mặt tốc độ bằng không Mặt đó gọi là mặt trung gian ứngvới giao điểm của hai đường 6’ và 6’’ chồng nên nhau

Khi chúng ta cho quạt thổi không khí vào lò và quạt hút khí thải hoạt động,nghĩa là ở vùng nung sơ bộ ta có áp suất âm và ở vùng làm nguội chậm ta có ápsuất dương Nếu lượng khí chuyển động đủ lớn, mặt trung gian có tốc độ bằngkhông sẽ chuyển hẳn ra ngoài lò, và khí chuyển động một chiều từ vùng làm nguộiđến vùng nung sơ bộ Giả thiết rằng chế độ áp suất trong lò 6’,6”, 6’’’ chuyển thành10’,10’’,10’’’ Vùng nung sơ bộ lượng 6’ được tăng cường một đại lượng chânkhông bởi quạt hút, vùng này cũng tăng cường một đại lượng chân không hoặc ápsuất dương Áp suất vùng làm nguội luôn luôn lớn hơn áp suất vùng nung, áp suất ởSinh viên: Vũ Hồng Quang 27

vùng đốt nóng thấp hơn cả Vì thế khí sẽ đi từ vùng làm nguội chậm đến vùng nung

sơ bộ Song chênh lệch áp suất giữa vùng làm nguội và vùng nung chính ở phíatrên nhỏ hơn phía dưới, vì vậy tốc độ không khí ở vùng làm nguội tăng dần theochiều từ trên xuống mặt goòng Đường biểu diễn tốc độ ở vùng này là đường số 8(hình c) với tốc độ ở sát nền và vòm bằng không

Tương tự như vậy ở vùng nung sơ bộ tốc độ tăng dần từ mặt goòng đến vòm lò

và đường số 7 biểu diễn tốc độ khí của vùng nung sơ bộ

Như vậy khí chuyển động chẳng những do ảnh hưởng của lực bên ngoài (nhờquạt) mà cũng do lực bên trong lò (áp suất tĩnh học) Kết quả phân tích ở trên chophép ta giải thích tại sao tốc độ khí ở trên vùng nung sơ bộ lớn hơn phía dưới và tốc

độ khí ở phía dưới vùng làm nguội lại lớn hơn ở phía trên Sự giải thích này cũng

có thể áp dụng cho các lò vòng, lò nhiều phòng, lò rỗng và những lò tương tự Hiệntượng này thường gọi là sự phân lớp trong lò tuynel Ở vùng đốt nóng sản phẩmphía trên được đốt nóng nhanh hơn, có nhiệt độ cao hơn, ở vùng làm nguội sảnphẩm phía trên được làm nguội chậm hơn so với phía dưới

Ngoài hiện tượng tự nhiên ở trên, còn có những nguyên nhân khác làm tăng độchênh lệch nhiệt độ theo chiều dài của lò tuynel Trong quá trình nung, sản phẩm

co ngót làm khe hở giữa vòm lò và lớp sản phẩm trên xe goòng rạn ra Điều đókhiến cho dòng khí có nhiệt độ cao sẽ chuyển động dễ dàng ở sát vòm lò, là điềukiện tạo ra chênh lệch nhiệt độ theo chiều cao Ngoài ra ở chỗ khe goòng thườngkhông kín, không khí lạnh sẽ chui vào lò qua vùng đốt nóng Điều đó sẽ dẫn tới hạnhiệt độ lớp vật liệu mặt goòng Do những nguyên nhân trên, chênh lệch nhiệt độtheo chiều cao của lò tuynel khá lớn Để khắc phục nhược điểm này người ta dùngnhững biện pháp sau:

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 28

+ Có thể xếp sản phẩm dày ở phía trên và thưa ở phía dưới để tăng sức cản thuỷlực ở phía trên, tạo điều kiện cho khí đi phía dưới Điều này cũng có thể áp dụngcho lò vòng.

+ Chỗ hút khí thải bố trí rải thành nhiều cửa ở đầu lò và phải bố trí sát mắt goòng.Cách bố trí như vậy tạo điều kiện cho dòng khí hướng xuống phía dưới

+ Tốc độ khí phải đủ lớn (1÷1,5m/s), khi đó các dòng khí phân bố đều hơn theotiết diện của lò Nếu tốc độ khí quá lớn, sức cản thuỷ lực tăng lên và không khí lọtvào nhiều Kết quả lại không giảm chênh lệch nhiệt độ lò Tăng độ kín giữa goòng

và lò để giảm không khí lọt qua khe goòng vào lò Muốn vậy cần hoàn chỉnh vancát và chỗ nối goòng

1 Cửa thổi không khí vào vùng làm nguội phải đặt gần sát vòm lò để làm nguộiđồng đều theo chiều cao của vòm lò

2 Có thể thành lập chế độ áp suất dưới gầm lò tương tự như trong lò Làm nhưvậy sẽ giảm hẳn không khí lọt vào lò Song phải bố trí các cửa kín, quạt ở hànhlang dưới gầm lò, điều đó làm hệ thống chạy thêm phức tạp và điều khiển lò khókhăn thêm

3 Biện pháp phổ biến hơn cả là cho tuần hoàn khí hoặc tạo các màn khí ở vùngđốt nóng Khí có thể được hút từ vùng làm nguội hoặc cuối vùng đốt nóng bằngquạt chịu nhiệt hoặc vòi phun khí (injektor) sau đó thổi qua cửa hoặc qua khe hẹp ởvòm lò xuống mặt goòng Nhờ luồng khí hay màng khí đó, dòng khí trong lò bắtbuộc đi chui xuống mặt goòng và tạo điều kiện đốt nóng sản phẩm theo chiều cao.Cửa hút khí luôn đặt ngang mặt goòng trong vùng nung sơ bộ hoặc gần vòm lòtrong vùng làm nguội

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 29

2.2 Hệ thống điều khiển ở nhà máy sứ Thanh Trì

2.2.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ

Nguyên tắc về quá trình cháy nhiên liệu: quá trình cháy nhiên liệu có thể chiathành hai loại chính: đồng thể và dị thể

Cháy đồng thể: là sự cháy xảy ra đồng thời trong toàn vộ khối khí đã được trộnlẫn của không khí và nhiên liệu

Cháy dị thể: xảy ra trên bề mặt phân cách các pha của nhiên liệu Sự cháy củanhiên liệu rắn là dạng điển hình của sự cháy ở dạng dị thể Còn sự cháy của dạngnhiên liệu lỏng có thể coi là trung gian của hai dạng trên Vì ở đây, trong ngọn lửacháy của nhiên liệu lỏng khí phun tồn tại cả 3 pha: khí, lỏng và rắn

Phần lớn các quá trình cháy trong thực tế đều là dị thể Ngay cả khi đốt nhiênliệu khí ta cũng thu được quá trình cháy là dị thể do sự tự cacbon hoá của khí đốt.Điều kiện của quá trình cháy dị thể phức tạp hơn nhiều, tuỳ thuộc vào sự phân bốđồng đều giữa các pha, vào trạng thái vật lý của hệ cũng như kích thước của buồngđốt

Quá trình cháy của nhiên liệu: với bất kỳ một nhiên liệu nào quá trình cháycũng xảy ra hai thời kỳ: chuẩn bị cháy và thời kỳ cháy Có rất nhiều yếu tố ảnhhưởng trực tiếp tới phản ứng hoá học trong quá trình cháy, vai trò quan trọng hơnSinh viên: Vũ Hồng Quang 30

cả trong quá trình cháy là quá trình toả nhiệt của nhiên liệu cháy, việc hấp thụ vàtrao đổi nhiệt với môi trường xung quanh kể cả trao đổi nhiệt ngay trong khônggian cháy Những điều khiển xảy ra trên ta gọi chung là những điều kiện nhiệt.Đối với thời kỳ chuẩn bị đốt với phản ứng cháy đồng thể là thời kỳ ban đầu.Quá trình cháy, nhờ sự hấp thụ nhiệt của môi trường xung quanh, dẫn tới quá trìnhoxy hoá chậm Trong quá trình cháy xảy ra sự tích luỹ năng lượng, làm tăng dầnnhiệt độ của khối khí đã đạt được mức độ của khối khí đã đạt được mức độ nào đóphản ứng oxy hoá hay là quá trình cháy nhiên liệu đột nhiên tăng mạnh chuyểnthành bốc lửa Để có quá trình cháy đồng thể nhiệt độ của một số chất phải lớn:+ Khí hiđro (H2): 5300C

+ Khí cacbon (II) oxit: 6100C

+ Khí mêtan: 6450C

+ Khí hiđroxit lưu huỳnh (H2S): 2900C

2.2.1.1 Điều khiển nhiệt độ vùng nung sơ bộ

+ Can nhiệt độ : AI1 ÷ AI6 (AI1 ÷ AI6 có nghĩa là tín hiệu đầu vào analog của

bộ điều khiển lấy T/C1 ÷T/C6 Đõy là cỏc can loại K đo nhiệt độ thấp)

+ Thời gian nung 3÷4 giờ

+ Nhiệt độ nung: 120oC (AI1) ÷ 7000C(AI6)

Đầu vào của hệ thống cháy được điều chỉnh bằng tỷ lệ giữa không khí vànhiên liệu cho mỗi mỏ đốt được yêu cầu bởi đồ thị nhiệt độ sứ và khi điều khiển tỷ

lệ này là duy trì nhiệt độ đặt Các mỏ đốt này (133 mỏ đốt) được điều khiển bằngtay, tức là thông số về tỷ lệ gas khí được đặt bằng cách thay đổi độ mở van trênđường ống dẫn Gas và khí Việc điều chỉnh này để đáp ứng với nhiệt độ đặt sẽ dựavào nhiệt độ báo về từ các can nhiệt nói trên Các thông số này được giữ cố địnhtrong suốt quá trình hoạt động của lò do yêu cầu công nghệ sứ đòi hỏi nhiệt độ cungSinh viên: Vũ Hồng Quang 31

cấp cho vùng này không cao Đầu ra khí xả được điều khiển bởi các van trên đườngkhí đi vào quạt Q1 Khi khí đầu ra của quạt Q1 tăng thì van mở rộng hơn và ngượclại Mở hoặc đóng các khoang khí khác nhau cũng làm ổn định đường cong nhiệt độcủa vùng nung sơ bộ.

Việc tăng tốc độ của 4 quạt đầu vào sẽ tạo ra một cửa chắn khí ở đầu vào của

lò với áp suất cao Áp suất cao này sẽ ngăn không cho khí nóng trong lò thoát rangoài và ngăn khí lạnh từ ngoài thổi vào trong lò Quạt Q1 sẽ hút nhiều khí ra hơntại bất kỳ nơi nào trong lò Vì vậy, tốc độ quạt Q1 sẽ thấp hơn là tốc độ 4 quạt đầuvào

2.2.1.2 Điều khiển nhiệt độ của vùng nung chính

+ Can nhiệt: AI7÷ AI10 Các can nhiệt này là can S, T/C7 là K

+ Thời gian nung: 2÷3h

+ Nhiệt độ nung: 9000C( AI7 ) ÷12000C (AI10 )

Vùng nung chính có 24 mỏ đốt chia làm 4 nhóm, mỗi nhóm 6 mỏ đốt: 3 bênphải, 3 bên trái Các nhóm từ 1÷ 4 đều được điều khiển tự động bởi các vòng TIC1

÷ TIC4 Tín hiệu thay đổi đều được lấy từ các can nhiệt độ AI7 ÷ AI10 để điềukhiển Can nhiệt độ còn lại (T/C 8A ) cung cấp tín hiệu để hỗ trợ cho việc điềukhiển nhiệt độ vùng này Can nhiệt độ 8A cấp cho bộ điều khiển nhiệt độ tới hạncủa vùng này Nhiệt độ tới hạn là một phần của hệ thống an toàn nhiên liệu

2.2.1.3 Điều khiển nhiệt độ vùng làm lạnh nhanh

+ Can nhiệt: AI11, AI12 loại S

+ Thời gian nung: 1÷1,5h

+ Nhiệt độ làm lạnh từ 12000C xuống 6000C

Nhiệt độ vùng làm nguội nhanh có khoảng dao động rất lớn trong khi thời gianchuyển động của sứ là nhỏ ( 1÷1,5h) Nhiệt độ giảm từ 12000C ở đầu vùng xuốngSinh viên: Vũ Hồng Quang 32

6000C ở cuối vùng Để đáp ứng điều kiện trên, người ta làm hai hệ thống phun khí ởhai bên thành lò, mỗi bên gồm 9 vòi phun Hoạt động của chúng được đóng mở(thông qua hai van liên động) để cho dòng khí được qua lại một cách liên tục theohình sin.

Nhân tố quan trọng nhất để đạt được kết quả mong muốn là tổng lượng khí đầu

ra không đổi Nếu không thoả mãn điều kiện này thì sẽ tồn tại một áp suất qua cácvùng làm lạnh nhanh, điều này gây ra kết quả là trong bất kỳ thời điểm dao độngnào của khí, áp suất tổng sẽ bằng tổng các áp suất của các nguồn, van tay để duy trìtổng lượng khí vào không đổi

Ngoài ra, đồ thị làm lạnh sẽ được điều chỉnh một phần ở đầu ra quạt cuối lò tạivùng làm nguội chậm khí lạnh xuyên qua khoang khí vào đầu vào vùng làm nguộichậm

2.2.1.4 Điều khiển nhiệt độ vùng làm nguội chậm

+ Can nhiệt : AI13 – AI18 loại K

+ Thời gian nung 4 – 4,5 h

+ Nhiệt độ làm nguội từ 600° xuống 90° ở đầu ra

Tấm chắn gió làm lạnh chính được đặt ở trên đường ống lấy khí vào của quạtQ3 liên quan tới lượng khí đồng thời cho cả hai vùng làm nguội nhanh và nguộichậm Quạt hút khí nóng trong vùng này: Q4 có nhiệt độ lớn nhất là 370° nhưnglàm việc quanh nhiệt độ 90° Cặp nhiệt AI20 kiểm tra nhiệt độ mở quạt sẽ tạo ra cácđường cong nhiệt độ khác nhau trong vùng này và vì vậy độ men phủ trên sứ đãđược điều chỉnh

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 33

2.2.2 Điều khiển áp suất

Áp suất được đọc từ cảm biến AI28 đặt ở vùng chính Tín hiệu này sẽ đượcđiều khiển bởi vòng PID6 Có thể tăng hoặc giảm áp suất lò bằng cách đóng mởvan ở đầu quạt Q1

Khi chọn áp suất điều khiển lò nung ta phải xem xét các yếu tố sau:

+ Nếu áp suất bề mặt sứ là thừa xe goòng sẽ bị ảnh hưởng bởi độ nóng toả raxung quanh mỏ đốt Dấu hiệu này cho thấy có bức xạ giữa phần cuối xe đã xuyênqua rìa chắn cát và do đó gây nguy hiểm cho rìa chắn cát

+ Nếu áp suất ở sàn xe goòng trong vùng nung chính là giảm tại điểm có tồntại áp suất dư là âm Do khí bao quanh bị rò rỉ bởi cát xỉn, vì vậy giữa gầm goòng,cuối và cạnh thân xe bị “lạnh”, kết quả là đốt không đều

+ Khi tốc độ đẩy goòng tăng, nhiệt độ cơ bản của lò sẽ tăng không mong muốnbởi tăng đầu vào của khí cung cấp từ quạt Q2 cho sự cháy Việc tăng sự cháy và khílàm lạnh này làm đầu vào được cân bằng với việc tăng đầu ra quạt Q1 và quạt Q4qua các khoang áp suất ban đầu được yêu cầu

2.3 Đánh giá hệ thống đang vận hành nhà máy sứ thanh trỡ và đề xuất giải pháp kỹ thuật

Với bộ điều khiển đang sử dụng thì lò nung Tuynel luôn hoạt động đúng theoyêu cầu công nghệ cần đáp ứng Tuy nhiên, do đây là bộ điều khiển chuyên dụng donước ngoài cung cấp (Swwindell Dressler-USA) nên việc sửa chữa và thay thế cũngnhư bảo trì, bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn nếu không có chuyên gia nước ngoài.Đồng thời, khí cho hoạt động nói trên là rất lớn

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển thì ta

có thể thay thế bộ điều khiển trên bằng bộ điều khiển khác nhỏ gọn hơn, lắp đặtthuận tiện hơn, rẻ hơn, dễ dàng thay thế cũng như sửa chữa hơn, thao tác điềukhiển, lập trình điều khiển đơn giản hơn và có thể thực hiện bởi các kĩ sư trongSinh viên: Vũ Hồng Quang 34

nước PLC S7-200 của hãng Siemens (Đức ) là bộ điều khiển đáp ứng được cácyêu cầu trên.

Bên cạnh đó ,chúng ta cần phải thiết kế giao diện người máy: HMI cho việc điềukhiển cũng như để theo dõi hoạt động của lò Với việc sử dụng S7-200 là thiết kế bịđiều khiển thì em quyết định thiết kế phần giám sát bằng ngôn ngữ lập trình VisualBasic

Với phương pháp điều khiển này thì ta chỉ cần một PLC S7-200 kết nối với mộtmáy tính PC được cài đặt giao diện để điều khiển và theo dõi hoạt động của lò nungTuynel

Quy trình điều khiển được thực hiện như sau:

+ Kiểm tra hệ thống quạt, hệ thống khí đốt, hệ thống thuỷ lực,

+ Chạy phần mềm giám sát và bắt đầu khởi động hệ thống Bộ điều khiển cónhiệm vụ điều khiển hệ thống, đồng thời gửi dữ liệu lên phần mềm giám sát để chongười điều khiển theo dõi

®k®c

quat

2 1

Van

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 35

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA LÒ NUNG TUYNEL VÀ

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Đối với mỗi bài toán điều khiển thì nhiệm quan trọng đầu tiên là phải xác địnhđược mô hình toán học của đối tượng Xác định đặc tính động học của đối tượng làbước đầu tiên phải thực hiện khi giải quyết một bài toán điều khiển bởi vì ta chỉ cóthể phân tích, tổng hợp cho hệ thống khi biết được mô hình của đối tượng Kết quảcủa công việc xác định đặc tính động học là đưa ra được mô hình toán học mô tảcho đối tượng Với một mô hình toán học của đối tượng càng chính xác thì ta càng

có nhiều cơ hội để xác định một bộ điều khiển có chất lượng như ý muốn

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 36

3.1 Vùng nung sơ bộ và vùng làm nguội chậm

Vùng nung sơ bộ và vùng làm nguội chậm được thiết kế để sử dụng nhiệt của sảnvật cháy của vùng nung chính Trong vùng này không có mỏ đốt, nhiệt tại vùng nàylấy từ vùng nung chính sang Vùng này chỉ theo dõi trạng thái và nhiệt độ của phôinung trước khi đi vào vùng nung chính Vì vậy không cần lập mô hình toán học cho

cả hai vùng này

3.2 Vùng nung chính

3.2.1 Điều khiển nhiệt độ cho vùng nung chính

• Mô hình toán học của đối tượng

Vùng nung chính có mỏ đốt để nung phôi đến nhiệt độ 800oC ÷ 1080oC ÷

1200oC ÷ 1200oC Đặc tính quá độ của vùng nung chính là đặc tính về sự biếnthiên của nhiệt độ Bằng thực nghiệm và tài liệu của công ty cung cấp ta xâydựng được đồ thị của nó có dạng như sau

Với h(∞) =12000C

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 37

Đối tượng lò nung chính được sử dụng tại nhà máy Thanh Trì là đối tượng màhàm truyền có dạng :

20s dt

• Thiết kế bộ điều khiển

Vì lò là đối tượng nhiệt có quán tính lớn, không cần tác động nhanh nên ta dùng

bộ PI, hàm truyền đạt của bộ điều khiển

Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên Simulink

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 38

Đặc tính đường quá độ của hệ khi có bộ điều khiển

Dùng phương pháp phân miền nghiệm số

Trong đó Km là hệ số khuếch đại

Ti là hằng số thời gian tích phân

và C0 = Km , C1 = Km/Ti

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống được mô tả như sau:

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 39

W PI (p)

Để xác định các thông số của bộ điều chỉnh ta sử dụng phương pháp phânmiền nghiệm số của phương trình đặc tính với chỉ tiêu chất lượng là mức độ daođộng m của hệ thống

Tia OP được mô tả bởi hàm p = ω(-m+j)

Vùng phân miền nghiệm số của phương trình đặc tính

Hàm truyền đạt của máy điều chỉnh là:

C p Co

1Thay hàm truyền đạt của máy điều chỉnh và đối tượng ta có

p (KC p KC )e W(p)

−τ +

C

.mK.e

11

Sinh viên: Vũ Hồng Quang 41