Luận văn lò nung nhà máy xi măng

Nhiều nhà máy xi măng có công suất lò nung 4000 tấn, 5000 tấn, 6000 tấn Clinker/ngày với công nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại được đầu tư xây dựng và đã được đưa vào sản xuất đạt hiệu

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển của đất nước, các nhà máy xí nghiệp Việt Nam đang tiến hành lắp đặt và cải tạo mới, mạnh dạn đưa vào những thiết bị, công nghệ tiên tiến của các nước công nghiệp hiện đại Điển hình trong đó là ngành sản xuất xi măng Công nghệ xi măng là một trong những nghành công nghiệp mũi nhọn, nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá cả thị trường Hơn nữa với đặc điểm phân bố trên diện tích rộng và hệ thống truyền động công suất lớn dẫn đến việc điều khiển và khống chế các quá trình quá độ rất khó khăn và phức tạp

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp xi măng nước ta đã được đầu

tư phát triển mạnh mẽ, công nghệ sản xuất xi măng tại Việt Nam ngày càng được hiện đại và đồng bộ Từ đó, đưa sản lượng xi măng từ 5,24 triệu tấn năm 1995 lên

33 triệu tấn vào năm 2007 và sẽ đạt trên 50 triệu tấn vào năm 2010 Nhiều nhà máy

xi măng có công suất lò nung 4000 tấn, 5000 tấn, 6000 tấn Clinker/ngày với công nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại được đầu tư xây dựng và đã được đưa vào sản xuất đạt hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao, tiêu hao điện năng dưới 95Kwh/tấn xi măng, tiêu hao nhiệt lượng nhỏ hơn 730 Kcal/kg Clinker, môi trường sinh thái được cải thiện

rõ rệt, nồng độ bụi thải ra ở đầu ống khói dưới 30 mg/Nm3, chất lượng xi măng được nâng cao đạt mác PC50, đưa trình độ công nghệ của ngành công nghiệp xi măng nước ta lên một bước phát triển mới

Công nghệ lò nung Clinker ( là khâu quan trọng nhất trong sản xuất xi măng)

đã được nhiều nhà máy ứng dụng hệ thống tối ưu chuyên gia để thực hiện các mục tiêu điều khiển với độ phức tạp khác nhau Hệ thống này điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất thông qua các thuật toán điều khiển logic, các hàm toán học… Do

đó, việc tiếp nhận công nghệ điều khiển lò nung Clinker nhà máy xi măng gặp khó khăn vì hệ thống là một hệ tích hợp toàn diện và khả năng tiếp nhận công nghệ mới của công nhân nhà máy là chưa cao

Hiểu được tầm quan trọng của việc đo lường và điều khiển lò nung clinker

nhà máy xi măng nên tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu hệ điều khiển lò nung clinker

nhà máy xi măng” để làm đề tài nghiên cứu.

2 Mục đích nghiên cứu

Bản luận văn nghiên cứu yêu cầu công nghệ, cấu trúc, thuật điều khiển cho

lò nung clinker để phục vụ vận hành và chỉnh định trong vận hành lò nung clinker nhà máy xi măng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ điều khiển lò nung clinker nhà máy xi măng

Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu công nghệ, phân tích cấu trúc, thuật điều khiển lò nung clinker nhà máy xi măng và ứng dụng thuật điều khiển tối ưu cho vận hành lò nung clinker

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết điều khiển quá trình kết hợp thu thập, xử lý số liệu thu thập từ thực tế vận hành của lò nung clinker cho các nhà máy xi măng

Công cụ để mô phỏng quá trình điều khiển lò nung clinker nhà máy xi măng

là phần mềm phần mềm tối ưu chuyên gia ( Expert Optimizer) và phần mềm Matlab& Simulink

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu cấu trúc, thuật điều khiển lò nung clinker nhà máy xi măng giúp ta hiểu rõ và có thể đưa ra các chiến lược điều khiển tối ưu trong vận hành lò nung clinker nhà máy xi măng Trên cơ sở nghiên cứu thuật điều khiển tối ưu ứng dụng vào vận hành, chỉnh định lò nung clinker nhà máy xi măng

Góp phần khẳng định vấn đề phát triển và khả năng triển khai ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu cho hệ điều khiển lò nung clinker

6 Cấu trúc của luận văn

Nội dung luận văn gồm 5 chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ lò nung Clinker

Chương 2: Phân tích cấu trúc điều khiển cấp cơ sở lò nung clinker

Chương 3: Vận hành tối ưu hệ thống lò nung clinker

Chương 4: Nghiên cứu phần mềm tối ưu chuyên gia sử dụng trong vận hành

lò nung clinker nhà máy xi măng Sông Gianh

Chương 5: Vận dụng EO để khảo sát lượng thay đổi nhiên liệu cho canxiner.Tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Quốc Khánh – Bộ môn Tự động hóa – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Tập thể cán bộ phòng Điều khiển Trung tâm nhà máy xi măng Sông Gianh đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuật lợi cho tác giả Mặc dù có nhiều cố gắng trong nghiên cứu nhưng kết quả nghiên cứu vẫn còn hạn chế Tác giả xin trân trọng cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô cùng bạn bè đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2009

Học viên cao học

Trần Kim Quyên

1.3.1 Cân bằng giữa lượng nguyên liệu cấp vào lò và clinker tạo thành 21

1.3.5 Cân bằng giữa nhiệt nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu hồi 23

1.3.7 Cân bằng giữa nhiệt độ khí thải và lưu lượng nước làm mát 23

Ch¬ng 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG CLINKER 25

2.2.1 Các mạch vòng PID điển hình trong hệ thống lò nung clinker 27

2.2.4 Hệ thống điều khiển quá trình cháy 31

2.2.5.1 Mạch vòng điều khiển lượng nguyên liệu cấp vào canxiner 34

Chương 4: NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM TỐI ƯU CHUYÊN GIA

SỬ DỤNG TRONG VẬN HÀNH LÒ NUNG CLINKER NHÀ MÁY XI MĂNG SÔNG

GIANH

49

4.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TỐI ƯU CHUYÊN GIA (Expert Optimizer) 49

4.1.3 Phương thức xây dựng chương trình trên Expert Optimizer 50 4.1.4 Các trạng thái hoạt động của hệ thống Expert Optimizer (EO) 51

4.2.2 Một số Module thuật toán quan trọng trong thư viện Toolkit 53

4.2.2.15 Operator Input, Plant Input, Calculated Output và Plant Output 57

4.3.1.2 Điều khiển các điểm đặt ở đầu ra 59

4.3.2.2 Chuẩn hoá thông số đầu vào: Dung trọng Clinker (lwt-oe) và hàm lượng vôi tự

4.4.3.3 PH-CO-action (Tình trạng nồng độ CO trong tháp trao đổi nhiệt) 92

4.5.3.1 Feed and Speed Change (Tính lượng thay đổi cấp liệu và tốc độ lò) 99 4.5.3.2 Tính toán giá trị đặt cấp liệu (Kiln-Feed-Setpoint) 102 4.5.3.3 Tính toán điểm đặt tốc độ lò (Kiln-Speed-Setpoint) 103 4.5.4 Tính toán điểm đặt cho tốc độ quạt ID (Preheater fan setpoint) 104

4.5.6 Điều khiển van quay chia liệu trên hai nhánh của tháp trao đổi nhiệt 105

5.2 ỨNG DỤNG MATLAB & SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG LƯỢNG THAY ĐỔI

5.2.1 Mô hình hóa bằng Matlab simulink để mô phỏng lượng thay đổi nhiên liệu cho

5.2.2.1 Xây dựng luật hợp thành của khối PCGene 116

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Tóm tắt các thông số điều khiển sẵn cho người vận hành 41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 3.2 Chỉ số ổn định của nhiệt độ lò và chỉ số ổn định zôn nung (BZTI) 43

Hình 4.12 Chuẩn hoá nhiệt độ zone nung 62

Hình 4.19 Tính toán giá trị mục tiêu nồng độ Oxy sau tháp trao đổi nhiệt 68

Hình 4.37 Các đại lượng thay đổi khi xảy ra tình trạng Break-Action 90

Hình 4.42 Xử lý tình trạng Kiln-CO-Action bằng cách thay đổi vị trí van gió 3 93

Hình 4.51 Điều khiển van quay chia liệu trên 2 nhánh tháp trao đổi nhiệt 104

Hình 4.54 Tính toán lưu lượng cho các quạt Ghi 2 trường hợp interrupt 109

Hình 5.1 Mô hình điều khiển lượng thay đổi nhiên liệu cho canxiner 113 Hình 5.2 Các khối quy tắc khi hệ thống làm việc bình thường ở nhánh N1 114

Hình 5.11 Luật điều khiển của khối PCTopdamp 120 Hình 5.12 Kết quả mô phỏng lượng thay đổi nhiên liệu cấp cho canxiner 121

Chương 1 TỔNG QUAN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG LÒ NUNG

CLINKER 1.1 TỔNG QUAN VỀ LÒ NUNG CLINKER

Hệ thống lò nung bao gồm nhiều thiết bị nằm trong công đoạn chính là tạo ra CLINKER của nhà máy như: Tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ, lò nung, bộ phận làm nguội kiểu ghi, hệ thống cấp nhiên liệu, quạt gió, quạt làm mát

Ngoài ra còn nhiều thiết bị phụ khác như:

- Bộ phân tích khí thải,

- Bộ phân tích khí đầu lò,

- Các hệ thống van, các bộ phận truyền động, động cơ …

1.1.1 phân loại hệ thống lò nung clinker

Thiết kế hệ thống lò nung clinker đã trải qua nhiều bước phát triển liên tục,

từng bước tạo ra đặc tính của các lò tốt hơn tại các nhà máy xi măng trên thế giới cũng như tại Việt Nam

Lò nung clinker nhà máy xi măng gồm có các loại sau: Lò ướt, lò khô dài, lò

SP ( có tháp trao đổi nhiệt của treo) và lò có buồng phân hủy

1.1.1.1 Lò ướt

Hình 1.1 Cấu tạo lò ướt

Đây là phương pháp lò quay đầu tiên được sử dụng Ưu điểm của kiểu lò quay này là lắp đặt và vận hành đơn giản nhưng lại đòi hỏi nhiều bệ đỡ lò, điều này cũng gây nhiều tốn kém trong vận hành vì cần làm bay hơi nước từ bùn cấp liệu

1.1.1.2 Lò khô dài

Sản xuất xi măng theo phương pháp ướt đòi hỏi một lượng nhiên liệu cung cấp rất lớn, chính vì vậy mà ngày nay nó rất ít được sử dụng và được thay thế bởi

phương pháp lò khô Bằng việc cải tiến, sử dụng quá trình sấy có thể rút ngắn chiều dài lò theo zôn sấy và hơn nữa có thể tiết kiệm nhiệt lượng cần có để sấy Bước tiếp theo trong việc phát triển của lò là tận dụng nhiệt lượng của khí lò để sấy sơ bộ bột liệu bằng cách kết hợp khí lò và bột liệu trong một cyclon tại một đầu vào của lò Nguyên tắc đã được mở rộng từ 1 cyclon đến 2, và 4 cyclon trong cùng một chuỗi

và tháp trao đổi nhiệt treo 5 tầng cyclon đã ra đời

1.1.1.3 Lò có buồng phân hủy

Một cải tiến quan trọng tiếp theo chính là lò có buồng phân hủy Quá trình canxi hóa bột liệu tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trong hệ thống lò (gần bằng 1/2 năng lượng tổng đầu vào) Bằng cách chuyển quá trình canxi hóa ra bên ngoài lò như trong hệ thống lò có buồng phân hủy, ta có thể giảm chiều dài lò và trong một

số trường hợp có thể giảm đường kính lò nhờ vậy giảm rất lớn kích thước của lò

Hình 1.2: Sơ đồ lò có buồng phân hủy riêng

Trong giới hạn của luận văn, tác giả chọn và tập trung nghiên cứu loại lò nung ILC có buồng phân hủy riêng

Hệ thống cấp liệu cho lò

Hệ thống tháp trao đổi nhiệt(Cyclon)Canxiner (buồng phân hủy)

1.1.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung:

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung có buồng phân hủy

Hệ thống lò ILC thường được trang bị với một chuỗi tháp trao đổi nhiệt riêng khoảng 4 đến 6 tầng cyclon Buồng phân hủy được lắp trong ống đứng lò và cả khí

lò

1.1.2.1 Tháp cyclon

Hệ thống lò sử dụng một tháp trao đổi nhiệt nhánh lò và một nhánh cyclon khác của buồng phân hủy được đặt song song với ống đứng của lò Hệ thống này được trang bị 5 cyclon trong mỗi nhánh tháp trao đổi nhiệt

Cyclon tháp trao đổi nhiệt là bộ phận tĩnh, không bao gồm phần chuyển động

cơ Hoạt động tốt của cyclon tháp trao đổi nhiệt là rất quan trọng trong quá trình Các tiêu chí của cyclon là:

- Sụt áp thấp

- Hiệu quả phân ly cao

- Các kích thước thực tế nhỏ

1.1.2.2 Buồng phân hủy

Mục đích chính của buồng phân hủy là để cho quá trình canxi hóa xảy ra ngoài lò quay Điều này dẫn đến sự giảm tải đáng kể nhiệt lượng cung cấp cho zôn nung, khoảng 60% tổng nhiên liệu cháy trong buồng phân hủy Điều này có thể làm tăng sản lượng gấp đôi đối với cỡ lò nhất định so với lò khô có tháp trao đổi nhiệt treo

Buồng phân hủy có kích cỡ vừa phải vì khí quá trình cháy không đi qua đó Buồng phân hủy được thiết kế với đáy hình nón và do sự tăng nhanh trong tiết diện

ở đáy hình nón này sẽ tạo ra xoáy để đảm bảo trộn hiệu quả giữa bột liệu, nhiên liệu

và gió Buồng phân hủy gồm có buồng lót gạch chịu lửa Buồng phân hủy có 3 đầu vào và 1 đầu ra:

Hình 1.4 Sơ đồ đầu vào và đầu ra của buồng phân hủy.

Lượng gió vào buồng phân hủy được kiểm soát bằng van hoặc bằng tốc độ của quạt, trong trường hợp luồng gió thay đổi Trong một số hệ thống, buồng phân hủy

là một bộ phận của tháp trao đổi nhiệt thì có sự phụ thuộc lẫn nhau giữa luồng gió trong lò và luồng gió trong buồng phân hủy Trong hệ thống buồng phân hủy có tháp trao đổi nhiệt riêng thì việc kiểm soát luồng khí đơn giản hơn rất nhiều

1.1.2.3 Ống lò

Lò được thiết kế cho phép quá trình nung nóng nguyên liệu xảy ra trong khi nguyên liệu được chuyển xuống đến đầu ra Đồng thời khối lượng khí cháy được kiểm soát chuyển lên lò vào trong ống đứng

Việc làm kín quá trình khỏi sự xâm nhập của khí giả làm tăng nhiệt lượng tiêu thụ là rất quan trọng và vì vậy người ta lắp đặt các thiết bị làm kín ở đầu lò

Khi nguyên liệu đến gần ngọn lửa, nguyên liệu đã được đốt nóng đến nhiệt

độ clinker hóa bằng nhiệt lượng thoát ra khỏi ngọn lửa Nhiệt lượng này được chuyển một phần bằng sự bức xạ trực tiếp từ ngọn lửa đến nguyên liệu và một phần

do sự hấp thụ nhiệt của liệu từ lớp lót

Để chuyển lượng nhiệt vào bên trong của lượng nạp, ta phải chạy lò với tốc

độ cao, điều này cũng đồng nghĩa với việc giảm thời gian trong zôn nung

1.1.2.4 Bộ làm nguội kiểu ghi

Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ khoảng 12000C đến 13000C, vì vậy phải làm nguội để bảo toàn hàm lượng khoáng của clinker và dễ vận chuyển

Clinker trao đổi nhiệt với dòng khí mát, nguội xuống còn khoảng 1200C –

2000C Khí nóng được dùng làm khí đốt (gió 2) trong quá trình đốt 2 bộ làm nguội chính được sử dụng trong ngành xi măng là:

- Làm nguội kiểu hành tinh:

Clinker trao đổi nhiệt với dòng khí nóng chuyển động ngược chiều

- Làm nguội kiểu ghi:

Trao đổi nhiệt với dòng khí chuyển động cắt ngang chuyển động của clinker

Thiết bị làm nguội ghi (Folax):

Bộ làm nguội hoạt động với nguyên tắc luồng khí vuông góc mà trong đó clinker chuyển động qua ghi trong khi đó khí làm mát được thổi vào ở dưới qua ghi

và lớp clinker Clinker rơi xuống từ lò và tạo thành lớp clinker trên ghi và được chuyển qua máy làm nguội trên các ghi cố định và chuyển động được đặt xen kẽ nhau Từ lò, clinker rơi xuống một ghi cố định Tại đây, clinker bị làm lạnh đột ngột với một quạt cao áp riêng Do vậy có thể tránh được sự kết dính của clinker

Các công đoạn của quá trình sản xuất xi măng phải được phối hợp chặt chẽ với nhau để đảm bảo chất lượng xi măng theo yêu cầu Mỗi công đoạn của quá trình đảm nhận một chức năng riêng biệt trong toàn bộ hệ thống Công đoạn phức tạp nhất và ảnh hưởng lớn đến chất lượng xi măng tạo thành chính là khu vực lò nung Trong lò nung xảy ra các quá trình biến đổi hóa học để chuyển hóa nguyên liệu đầu

vào thành clinker Tuy nhiên, xét theo quan điểm điều khiển thì lò nung clinker là một đối tượng điều khiển gồm nhiều đầu vào và nhiều đầu ra:

Lò nungNguyên liệu

Hình 1.5: Mô hình lò nung clinker.

Các yếu tố đầu vào bao gồm:

Các yếu tố nhiễu loạn bao gồm:

- Nhiên liệu đầu vào có nhiệt trị khác nhau

- Phối liệu đầu vào khác nhau

1.1.3 Các yếu tố đầu vào

1.1.3.1 Nguyên liệu

a Đá vôi

Đá vôi được khai thác theo phương pháp cắt tầng bằng nổ mìn, sau đó dùng

xe ủi hạng lớn ủi xuống chân núi Máy xúc ở chân núi xúc đá lên xe tải hạng nặng, chuyển về đổ vào phễu phối liệu Phễu phối liệu, đá vôi được băng tải chuyển đến máy đập đá Sau máy đập đá, đá có kích thước <15 mm, qua băng tải cao su, đến cầu rải, đá được rải vào mỗi kho thành 2 đống Mục đích để một đống rải thì đống kia được xúc bình thường, cùng với quá trình rải thì đá vôi được đồng nhất sơ bộ

b Đá sét

Gió

Đá sét có kích thước < 800 mm được xúc đổ lên xe, trở về đổ vào phễu tiếp liệu Đá được chuyển lên băng xích, qua búa đập, kích thước của đá còn lại < 75

mm, qua băng tải cao su chuyển đến máy cán, kích thước còn lại của đá lúc này <

25 mm và được chuyển vào kho đồng nhất

c Xỉ pirite.

Xỉ được cầu tháp đưa vào phễu, trượt xuống băng tải cao su chuyển về kho chứa nhờ máy đánh đống Tại kho chứa xỉ, khi cần cho phối liệu thì xỉ được xe gạt gạt xuống phễu tiếp liệu dùng để tháo xỉ xuống chân tải cao su, chuyển vào két Sau két, xỉ được định lượng và đổ vào băng tải chung

d Công đoạn nghiền liệu

Đá vôi và đá sét từ kho đồng nhất sơ bộ được xúc qua Đôsimat (hệ thống cân băng định lượng) định đúng khối lượng theo tỷ lệ rồi đổ vào băng tải chung, chuyển

đá tới cổ tiếp liệu cho máy sấy nghiền nguyên liệu Đồng thời với quá trình sau định lượng thì xỉ sắt (pirite) và cát thạch anh cũng được tháo ra từ các két qua cân định lượng đổ vào băng tải chung và cùng đổ vào cổ tiếp liệu máy sấy nghiền Vật liệu vào máy sấy nghiền phải có kích thước < 40 mm, độ ẩm < 10% Phối liệu ra khỏi máy được vận chuyển lên phân ly, ở phân ly, hạt qua sàng có độ mịn được không khí thổi lên cyclone lắng Hạt thô được hồi lưu trở lại tới cổ phối liệu, tiếp tục vào máy để nghiền lại

e Công đoạn đồng nhất liệu

Phối liệu ở tầng cyclon lắng được tháo vào silô theo kiểu tháo chéo, nghĩa là liệu được đồng nhất một lần nữa Đáy silô có hệ thống máy nén khí – sục khí vào trong silô để đồng nhất phối liệu và dễ dàng khi tháo Phối liệu dạng tinh bột đọng được tháo khỏi silô chảy vào vít tải, vít tải chuyển phối liệu vào gầu nâng, gầu nâng chuyển phối liệu vào máng khí động, qua hệ thống cân xen

Phối liệu qua cân được đi vào 2 máng khí động qua hệ thống điều chỉnh đi vào hai bơm vít khí nén, phối liệu được đưa lên cyclon trao đổi nhiệt Qua 5 tầng cyclon, phối liệu được sấy sơ bộ từ 75oC đến 1000oC trước khi đi vào lò hoặc buồng phân hủy

1.1.3.2 Nhiên liệu

Tiêu thụ nhiệt của lò sẽ thay đổi khi dùng các loại nhiên liệu khác nhau vì khối lượng khí đốt tạo ra và thành phần hóa học của khói khác nhau khi đốt than, dầu hoặc khí Loại nhiên liệu cũng ảnh hưởng tới mức nhiệt độ trong lò và nhiệt độ khí thải Trong sản xuất xi măng, 2 loại nhiên liệu chính thường được sử dụng là than cám và dầu MFO 100

a Than cám

Tham cám được hệ thống đưa vào đánh đống trong kho chứa Khi cần cấp nhiên liệu thì than cám nhờ hệ thống băng cào, cào xuống băng tải và được chuyển lên két than khô Đáy của két than khô có bộ phận tiếp liệu đĩa, tiếp than cho máy sấy liên hợp Than được nghiền mịn, qua hệ thống phân ly khí, qua silô lắng, than mịn được chứa vào két Than mịn qua phễu tiếp liệu đổ vào một vít tải, vít tải vận chuyển than mịn vào đường ống, ở đây có một quạt cao áp thổi than mịn vào lò qua

hệ thống vòi phun đa kênh

b Dầu MFO 100

Dầu MFO được sử dụng nhiều hơn trong quá trình khởi động lò, khi lò nung

đã đạt tới nhiệt độ cho phép để quá trình cháy của than có thể xảy ra thì ta bắt đầu giảm lượng dầu và tăng lượng than cấp cho lò Mặt khác, đốt dầu cũng làm giảm tiêu thụ nhiệt so với đốt than vì khi đốt dầu sẽ không hình thành tro trong lò như đốt than Dầu được vận chuyển đến lò bằng hệ thống đường ống, qua hệ thống sấy rồi được bơm qua van điều chỉnh vào lò bởi hệ phun dầu

1.1.2.3 Gió

Gió đưa vào hệ thống lò bao gồm 2 nhiệm vụ chính Nhiệm vụ thứ nhất là tạo ra áp suất cần thiết để đẩy nhiên liệu vào bên trong lò, làm giảm nhiệt độ của vòi đốt, tránh làm biến dạng vòi đốt khi ở nhiệt độ cao Đồng thời, cũng cung cấp lượng nhiệt để sấy nhiên liệu đến một nhiệt độ xác định, đảm bảo nhiên liệu đạt được hiệu suất cháy cao nhất Lượng gió này vào lò thông qua hệ thống vòi đốt, và tỷ lệ với lượng nhiên liệu cấp vào lò

Nhiệm vụ thứ hai là cung cấp một lượng oxy cần thiết để nhiên liệu cháy hoàn toàn Nếu gió không đủ, lượng oxy cung cấp bị thiếu, nhiên liệu được cung cấp sẽ không cháy hết Mặt khác, nếu lượng gió cung cấp là quá nhiều thì nhiên liệu cháy quá nhanh và gây lãng phí Gió đưa vào sẽ tác động làm thay đổi áp suất khí trong lò, ảnh hưởng tới nhiệt độ trong lò và ảnh hưởng tới chất lượng clinker

Lượng gió đi qua lò có thể được phân ra làm 3 đường gió chính như sau:

- Đường gió 1: Là đường khí “tươi” lấy trực tiếp từ môi trường mục đích để

tạo hình dáng ngọn lửa và bảo vệ vòi đốt

- Đường gió 2: Là đường gió cung cấp cho vòi đốt lò nung sau khi đã trao đổi

nhiệt với clinker nóng Gió 2 được quạt ID cuốn vào lò, lưu lượng gió được điều chỉnh bởi hệ thống van và tốc độ quat ID để đảm bảo lượng O2 đủ để nhiên liệu cháy hết Điều chỉnh gió 2 tốt sẽ điều khiển được ngọn lửa và nhiệt độ zone nung

- Đường gió 3: Là lượng gió cung cấp cho vòi đốt canxiner, giống như gió 2,

gió 3 cũng được lấy từ hệ thống làm nguội sau khi đã trao đổi nhiệt với clinker nóng Nhiệt độ gió 3 phụ thuộc vào hiệu quả làm nguội của hệ thống làm mát Lưu lượng gió 3 được điều chỉnh bằng quạt ID và van điều chỉnh lượng gió từ buồng phân huỷ đảm bảo nhiên liệu đưa vào buồng phân huỷ cháy hết

Nhiệt độ trong buồng phân huỷ được kiểm soát bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho buồng phân huỷ và lưu lượng gió 3 để đảm bảo mức canxi hoá của liệu trước khi đưa vào lò không đổi

Bảng 1.1 Quá trình hóa lý xảy ra khi nung clinker trong lò.

100 o C – 250 o C Nước kết tinh, nước mao dẫn đá bị tách ra và bốc hơi Thu nhiệt.

250 o C – 500 o C Tạp chất hữu cơ cháy và nước hóa học trong đất sét bị khử

hết.

Thu nhiệt

750 o C – 950 o C Kết thúc phân hủy đá sét và bắt đầu phân hủy mạnh CaCO 3

950 o C – 1350 o C Tạo thành metacaolinit từ các oxit hoạt tính Tỏa nhiệt

1350 o C – 1400 o C Hình thành clinker lỏng từ khoáng nhôm và ferit Thu nhiệt

1400 o C – 1450 o C Quá trình tạo C 3 S là khoáng clinker chủ yếu Thu nhiệt

Hình 1.6 Đồ thị nhiệt độ trong lò nung clinker.

• Sự tạo thành lớp Cola:

Khi nguyên liệu đi qua vùng nhiệt độ từ 1300oC – 1400oC nguyên liệu sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, lớp nguyên liệu nóng chảy này gọi là lớp cola Khi sử dụng loại phối liệu cụ thể, ngọn lửa ngắn, rộng có thể đốt cháy tất

cả cola nhờ lượng nhiệt lớn truyền từ ngọn lửa sang Điều này xảy ra là do quá trình truyền nhiệt diễn ra trong một khu vực rất nhỏ của lò Khi nhiệt độ tăng lên, cola sẽ

bị nóng chảy, hiện tượng này có thể là hư hại lớp lót của lò Ngọn lửa dài, trái lại sẽ

có tác động hình thành lớp cola vì sự truyền nhiệt diễn ra trên một vùng rộng Trong những trường hợp ngọn lửa nhỏ, lạnh, cola sẽ không hình thành Đó là do nhiệt độ của lớp lót và lớp cola có sẵn cũng như nhiệt độ của lượng nạp liệu quá thấp để có thể tạo ra một tỷ lệ nguyên liệu nóng chảy cần thiết cho sự hình thành cola

Hình 1.7: Lớp cola bên trong lò nung.

hệ số đặc trưng cho thành phần clinker

1.1.4.2 Khí thải

Các thiết bị phân tích khí sẽ liên tục lấy mẫu khói lò để cung cấp thông tin về các mức O2, CO, NO cho người vận hành Khí thải không được chứa các chất khí dễ cháy như: CO, H2

Khối lượng khí thừa trong lò ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiệt và hoạt động của lò Nếu khí thải chứa chất dễ cháy thì quá trình đốt chưa hoàn toàn Khí thải cũng chứa một lượng nhiệt đáng kể, vì vậy để đảm bảo an toàn cần phải tránh khí chưa cháy trong khí thải

Không thể nhìn thấy được khí chưa cháy, nhưng nếu quá trình đốt cháy diễn

ra kém thì khói đen sẽ hình thành cốc hóa và muội Thông thường, quá trình đốt cháy không hoàn toàn cũng có thể xảy ra mặc dù có đủ lượng khí và hàm lượng oxy Điều này xảy ra nếu một số khí dễ cháy gặp khí cháy ở đỉnh lò và quá lạnh không thể cháy được Cũng có thể xảy ra nếu nguồn cấp nhiên liệu không đều, do vậy ở một thời điểm nhất định nào đó sẽ cung cấp quá nhiều cho quá trình cháy

1.1.5 Các yếu tố nhiễu loạn

1.1.5.1 Chất lượng của bột liệu

Chất lượng của bột liệu sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tiêu thụ nhiệt của lò Do tính chất ngẫu nhiên và rất khác nhau của hàm lượng các oxít trong đá vôi và đá sét nên thành phần và chất lượng của nguyên liệu đầu vào sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều Việc phối liệu đầu vào cho phù hợp với yêu cầu công nghệ là việc là rất phức tạp do tính không đồng đều về thành phần hóa học trong những khu vực khai thác khác nhau Mặt khác, việc đo chính xác hàm lượng của các chất trong đá vôi và đá sét khai thác được rất khó khăn (chủ yếu là nhờ máy phân tích Rơnghen) Chính vì vậy, phối liệu đầu vào sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng của clinker sau này Các yếu tố chủ yếu tác động đến các đặc tính của bột liệu bao gồm:

- Nhiệt cần thiết cho quá trình phản ứng:

Là lượng năng lượng cần thiết trên lý thuyết để chuyển bột liệu thành hỗn hợp tương ứng của các khoáng clinker Năng lượng này được dùng cho các quá trình hóa học để hình thành clinker

- Hàm lượng chất cháy:

Chất cháy trong bột liệu bao gồm đất, các chất hữu cơ, pirit… chúng tham gia vào quá trình như là các tạp chất của nguyên liệu hoặc trong bản thân nguyên liệu (chẳng hạn như đá, sét, than) Chất cháy này có thể thay thế một phần nhiên liệu, và

ở góc độ này làm giảm tiêu tốn nhiên liệu Việc tăng hàm lượng chất cháy trong nhiên liệu sẽ giảm đáng kể tiêu thụ nhiệt năng của hệ thống lò vì chúng góp phần vào tổng nhiệt năng đầu vào

- Hàm lượng nước tự do và nước kết hợp:

Nước tự do trong cấp liệu là nước bay hơi ở nhiệt độ dưới 100oC Lượng nước này bay hơi và kéo theo sự giảm nhiệt độ của khí thải Nước tự do xác định bởi nhiệt độ trong máy nghiền liệu và sẽ thường ít hơn 1% để tránh vấn đề ẩm trong thiết bị cấp liệu lò Nước kết hợp là một đặc tính của khoáng chất trong nguyên liệu

và không bị tác động bởi quá trình sấy trong máy nghiền liệu Nước tự do và nước kết hợp chỉ ảnh hưởng vừa phải đến tiêu thụ nhiệt

1.1.5.2 Chất lượng nhiên liệu đầu vào

a Nhiệt trị của than

Loại chất đốt sử dụng, chất lượng và đặc tính của chúng có ảnh hưởng đến

tiêu thụ nhiệt lượng Nhiệt trị thực của một loại nhiên liệu là tổng nhiệt hữu ích được giải phóng khi đốt cháy Nhiệt trị này được coi là ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiệt của hệ thống lò Nhiệt trị càng thấp, tiêu thụ nhiệt lượng trong lò càng cao

Các loại than có nhiệt trị khác nhau, tiêu thụ nhiệt của lò có thể thay đổi khác nhau tùy thuộc vào từng loại than Nhiệt trị của than phụ thuộc vào các yếu tố sau:

cháy của than và gây nên kết dính bột than mịn ẩm Độ ẩm trong than mịn sẽ đi qua

lò và tháp tiền nung như là hơi không hoạt động làm tăng lượng khói và do vậy làm tăng sự mất nhiệt cùng với khí thải

Độ ẩm của than được định nghĩa là phần trăm nước có chứa trong một đơn vị khối lượng chuẩn Khi than có độ ẩm cao thì sẽ gây khó khăn trong vận chuyển than

từ máy nghiền đến buồng đốt Than ẩm làm tiêu tốn nhiệt để làm bốc hơi, đây là một trong những nhân tố ảnh hưởng tới hiệu suất của quá trình đốt

c Tro chứa trong than.

Tro là tổng hợp những thành phần không cháy được ở thể rắn, thường quy định là tỷ lệ phần trăm còn lại khi đốt nhiên liệu rắn ở 800oC Tro gồm có tro ngoài

và tro trong Tro ngoài là những chất rắn không cháy được lẫn vào trong quá trình khai thác của than, còn tro trong là thành phần chất rắn không cháy được có ngay trong quá trình hình thành nhiên liệu Tro có tác dụng xấu, làm giảm lượng nhiệt phát ra của nhiên liệu, gây hiện tượng bám bẩn, mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, các đường ống dẫn, quạt khói

d Độ mịn của than.

Độ mịn của than chính là kích thước các hạt than cám Khi than càng mịn thì vận chuyển than đến vị trí vòi đốt sẽ dễ dàng hơn Hơn thế nữa, than càng mịn thì hiệu suất cháy càng cao, lượng tro xỉ thải ra càng ít Khi than có kích thước nhỏ thì lượng oxy tiếp xúc với bề mặt than lớn và quá trình cháy của nhiên liệu sẽ xảy ra hoàn toàn

1.2 CẤP LIỆU LÒ

Bột liệu nghiền cung cấp cho hệ thống lò được rút ra từ silô đồng nhất phối liệu, qua hệ thống định lượng bột liệu được gầu nâng vận chuyển đổ vào ống đứng giữa 2 tầng cyclon thứ 4 và thứ 5 Để liệu được phân phối đồng đều ra 2 nhánh cyclon, sử dụng hệ thống van chia liệu mục đích để điều tiết cân đối lượng nhiệt giữa 2 nhánh này Liệu sau khi đổ vào được phân tán trong luồng khí đi lên, bằng cách sử dụng hộp tán liệu để đảm bảo quá trình truyền nhiệt diễn ra gần như là tức thời Nguyên liệu được khí nóng thổi ngược lên tầng cyclon thứ 5 tại đây bột liệu

được tách ra khỏi khí nhờ cyclon lắng Liệu rời khỏi cyclon tầng 5 qua van lật chảy xuông đổ vào ống đứng giữa tầng cyclon thứ 3 và thứ 4 gặp gió nóng liệu lại được thổi ngược lên tầng cyclon thứ 4 tại đây liệu lại được tách ra khỏi khí và chảy xuống ống đứng giữa tầng cyclon thứ 2 và thứ 3, gió nóng lại thổi liệu ngược lên tầng cyclon thứ 3 và liệu lại được tách ra chảy vào ống đứng giữa tầng cyclon thứ 1 và thứ 2, khí nóng lại thổi bột liệu ngược trở lại tầng cyclon thứ 2 Quá trình luân chuyển giữa dòng khí và dòng liệu nhằm kéo dài thời gian tiếp xúc trực tiếp giữa bột liệu và khí nóng để quá trình hấp thụ nhiệt của bột liệu là cao nhất Tại cyclon thứ 2 liệu được tách ra và đưa vào buồng phân huỷ, nguyên liệu được treo trên dòng khí nóng và được gia nhiệt Quá trình canxi hoá xảy ra Từ buồng phân huỷ phần lớn liệu và khí nóng được đẩy lên tầng cyclone thứ 1, tại đây nhiệt độ khí nóng lên tới 850oC-900oC để quá trình canxi hoá xảy ra đạt 90%-95%.

Liệu từ đáy cyclon thứ nhất chảy vào lò, nhờ độ nghiêng 4% và chuyển động quay Khi nguyên liệu đến gần ngọn lửa nhiệt độ tăng và quá trình clinker hoá xảy

ra ở 1450oC Lò nung có 3 vùng ứng với 3 khoảng nhiệt độ khác nhau:

- Vùng đầu lò là vùng để liệu tiếp tục canxi hoá đến hoàn toàn

- Vùng giữa lò là zôn nung có nhiệt độ cao nhất, đây là vùng quan trọng để quá trình clinker hoá xảy ra Điều khiển tốt ngọn lửa zôn nung sẽ đạt được chất lượng clinker tốt, tiết kiệm được năng lượng, đảm bảo được độ bền của gạch chịu lửa và

Tốc độ của ghi làm nguội ảnh hưởng tới quá trình làm nguội cũng như lượng nhiệt mà khí hấp thụ được từ clinker nóng sẽ ảnh hưởng tới chất lượng clinker đồng

thời lượng khí nóng thu được từ bộ phận làm nguội đựơc tận dụng để cung cấp cho

lò sẽ làm giảm lượng than cấp cho lò Vì vậy điều khiển thích hợp ghi làm nguội cũng góp phần mang lại hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất

Lượng gió đi qua lò chủ yếu được tạo ra bởi 2 quạt gió (quạt ID) đặt phía sau tháp trao đổi nhiệt và nhánh buồng phân huỷ điều khiển bởi 2 động cơ không đồng

bộ 3 pha Gió được tạo ra và điều chỉnh lưu lượng cần thiết, trong lò và nhánh cyclon buồng phân huỷ bằng hệ thống van

Lưu lượng khí thoát ra từ lò và buồng phân huỷ là tổng lượng khí cháy từ lò và buồng phân huỷ, khí dư thừa cần thiết để đảm bảo nhiên liệu cháy hết, khí sinh ra trong quá trình nung nóng và canxi hoá liệu và lượng khí giả thâm nhập vào hệ thống qua lỗ rò rỉ trong tháp trao đổi nhiệt và buồng phân huỷ Khí nóng cung cấp cho lò và buồng phân huỷ là lượng khí đã được hấp thụ nhiệt từ clinker nóng do các quạt làm mát thổi trực tiếp vào ghi làm nguội

Than là nhiên liệu chính cung cấp vòi đốt lò và canxiner Than được rút từ kho chứa than qua máy nghiền con lăn trở thành bột than mịn và được chứa trong két chứa than mịn, từ đây than mịn được rút ra đưa vào 2 Bin chứa cung cấp cho vòi đốt lò và vòi đốt canxiner Để bảo vệ than mịn trong két chứa không xảy ra cháy nổ phải đảm bảo nhiệt độ than mịn đưa vào không vượt quá 80oC và khí CO2 liên tục được sục vào nhờ hệ thống bơm khí

Lượng than cấp cho vòi đốt lò và canxiner được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ quay của đĩa cấp than tức là thay đổi tốc độ của động cơ quay đĩa Gió để thổi than vào vòi đốt được tạo ra bởi quạt gió đặt phía sau đĩa quay gồm 2 nhánh, một nhánh hoạt động chính và một nhánh dự phòng

Lượng than cấp vào vòi đốt nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiệt lượng yêu cầu

để đảm bảo quá trình canxi hoá và clinker hoá xảy ra hoàn toàn, thông thường lượng than cấp cho vòi đốt canxiner chiếm khoảng 60% tổng lượng than cấp cho hệ thống lò

Khí thải từ nhánh cyclon lò và nhánh buồng phân huỷ liên tục được máy phân tích khí thải lấy mẫu để theo dõi hàm lượng các chất khí trong khí thải mà chủ yếu

là khí O2 và CO nhằm mục đích để giám sát và biết được quá trình cháy trong lò có tốt hay không, các thông số thu thập được từ bộ phận phân tích khí thải là các tham

số quan trọng để điều khiển quá trình cháy trong lò

1.3 CÁC CÂN BẰNG XẢY RA TRONG LÒ NUNG CLINKER

Lò nung clinker là một hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra Đầu vào của lò nung clinker bao gồm nguyên liệu, nhiên liệu (than, dầu) và gió Đầu ra của

lò bao gồm clinker và khí thải Đầu vào và ra có quan hệ mật thiết với nhau, mỗi yêu cầu về thay đổi sản lượng clinker ở đầu ra đều dẫn đến yêu cầu điều khiển lượng than/dầu và gió tương ứng Đầu vào và ra của lò nung clinker có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa trên hai định luật cơ bản: Định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn khối lượng

1.3.1 Cân bằng giữa lượng nguyên liệu cấp vào lò và clinker tạo thành

Lò nungNguyên liệu ClinkerKhói, hơi nướcTro, xỉNhiên liệu

Hình 1.8: Cân bằng khối lượng

Để sản xuất ra một lượng clinker ta phải cung cấp ở đầu vào một lượng nguyên liệu và nhiên liệu nhất định Theo định luật bảo toàn khối lượng, tổng khối lượng các yếu tố đầu vào phải bằng tổng khối lượng các yếu tố đầu ra

1.3.2 Cân bằng giữa tốc độ cấp liệu và tốc độ quay của lò

Tốc độ lòTốc độ cấp liệuClinker

Hình 1.9 Cân bằng giữa tốc độ cấp liệu và tốc độ quay lò.

Sự cân bằng giữa tốc độ cấp liệu vào lò và tốc độ quay của lò là yếu tố quan trọng giúp lò hoạt động ổn định Để tăng sản lượng, ta có thể tăng tốc độ quay của

lò, đồng thời tăng tốc độ cấp liệu cho lò Tuy nhiên, nếu mức nạp vào lò quá lớn sẽ xảy ra hiện tượng tràn ngược Nguyên nhân của tràn ngược thường là do công suất luân chuyển liệu trong lò quá nhỏ Nếu nguyên nhân vì lò chạy với tốc độ quá thấp

so với số lượng cấp liệu, ta phải tăng tốc độ của lò (trong trường hợp này, chất lượng clinker có thể không được đảm bảo) Nếu lò đã chạy ở tốc độ cao nhất cho phép thì cần tiến hành kiểm tra xem lượng cấp liệu có quá lớn hay không

1.3.3 Cân bằng giữa nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào.

Lò nungNguyên liệu

Hình 1.10 Cân bằng nguyên liệu - nhiên liệu

Tốc độ cấp nhiên liệu (than, dầu) ở đầu vào sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt

độ của lò nung Tùy từng loại nhiên liệu cũng như nhiệt trị của nhiên liệu mà ta xác định tốc độ cấp nhiên liệu phù hợp với tốc độ cấp nguyên liệu ở đầu vào Nếu tốc

độ cấp than quá nhỏ so với lượng liệu đầu vào thì nhiệt độ trong lò nung không đạt được tới nhiệt độ cần thiết để xảy ra các phản ứng pha rắn, chất lượng clinker không được đảm bảo Nếu tốc độ cấp than quá lớn, sẽ dẫn đến hiện tượng than cháy không hết và thừa nhiệt, gây tổn thất về nhiên liệu Mặt khác, nó cũng ảnh hưởng tới nhiệt

độ của khí trong lò, nhiệt độ của khí thải Việc điều chỉnh tốc độ cấp nhiên liệu chủ yếu dựa trên những thông số về nhiệt độ trong lò được phản hồi về thông qua đại lượng gián tiếp như dung trọng, tỷ lệ vôi tự do, mômen của lò, nồng độ khí NOx

1.2.4 Cân bằng giữa lượng nhiên liệu cấp và lượng gió

Lò nungNhiên liệuClinker

Hình 1.11 Cân bằng nhiên liệu - gió.

DầuThan

Clinker

Gió vào

Có nhiều nguồn và nhiều dạng gió khác nhau tồn tại trong hệ thống, nó ảnh

hưởng rất lớn đến việc tiêu thụ nhiệt của hệ thống Cân bằng giữa cấp liệu và lượng gió đảm bảo cung cấp lượng Oxy cần thiết cho lượng nhiên liệu cấp vào lò và vào buồng phân hủy cháy hết Điều này là rất quan trọng bởi vì nếu nhiên liệu không cháy hết nó sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng clinker tạo thành Ngược lại, khi lượng gió trong lò tăng lên, nhiệt độ khí thải của tháp trao đổi nhiệt tăng và thất thoát nhiệt nhiều hơn

Lò nungNhiệt từ thanNhiệt tiêu thụ

Nhiệt thu hồiNhiệt thất thoátNhiệt tích lũy

1.3.5 Cân bằng giữa nhiệt nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu hồi

Hình 1.12 Cân bằng nhiệt.

Theo phương trình cân bằng nhiệt thì:

Wvào = Whữu sinh + Wtích lũy – Wtổn hao;

Trong đó: Wtổn hao = Wthất thoát + Wthu hồi + Wtiêu thụ

Whữu sinh : là năng lượng nhiệt từ than

Wtích lũy : là năng lượng nhiệt tích lũy trong lò

1.3.6 Cân bằng giữa gió ra và gió vào

Lò nungKhí cháy trong lò

Khí thoát ra từ nhánh lò

Khí dư

Khí cháy

trong calcinerKhí thoát ra

từ nhánh calcinerKhí giả

Hình 1.13 Cân bằng gió.

Lưu lượng khí thoát ra từ nhánh tháp trao đổi nhiệt của lò phải bằng tổng của

số lượng khí cháy trong lò, khí dư thừa cần có để đảm bảo rằng nhiên liệu cháy hết, khí sinh ra trong quá trình nung và canxi hóa liệu, khí giả xâm nhập vào hệ thống qua chỗ rò rỉ trong tháp trao đổi nhiệt của lò

1.3.7 Cân bằng giữa nhiệt độ khí thải và lưu lượng nước làm mát

Quạt làm mátNhiệt độ khí thảiLưu lượng nước làm mát

Hình 1.14 Cân bằng giữa nhiệt độ khí thải và nước làm mát.

Nhiệt độ của khí thải sau khi đi ra khỏi nhánh tháp trao đổi nhiệt vẫn còn khá cao, vì vậy trước khi đi ra khỏi môi trường thì cần phải được phun nước làm mát Theo phương trình cân bằng nhiệt thì tổng lượng nhiệt do lượng nước làm mát nhận được phải bằng tổng lượng nhiệt do lượng khí thải tạo ra

Ch¬ng 2 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CẤP CƠ SỞ LÒ NUNG CLINKER 2.1 CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN

Nhiệt độ là một tham số điều khiển quan trọng để điều khiển hệ thống lò nung

clinker, là nhân tố quyết định chủ yếu đến chất lượng và sản lượng clinker Nhiệt độ

có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình canxi hóa của nguyên liệu và quá trình tạo clinker

Trong hệ thống lò nung clinker có rất nhiều điểm điều khiển nhiệt độ và phân

bố trong một dải rộng Mỗi điểm có một yêu cầu riêng, do vậy bài toán điều khiển nhiệt độ ở đây rất phức tạp Việc đo chính xác nhiệt độ trong môi trường làm việc

có độ bụi cao là rất khó khăn, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiển nhiệt độ Xét cấu trúc điều khiển cáp cơ sở lò nung clinker ta có các bài toán điều khiển chính sau đây:

2.1.1 Điều khiển các cân bằng nạp liệu ( Cân bằng khối lượng)

- Điều khiển tố độ cấp liệu

- Điều khiển tốc độ quay lò

- Điều khiển gió để vận chuyển clinker

2.1.2 Điều khiển các biến đổi ( điều khiển nhiệt độ)

Điều than và gió, nhằm tạo ra dòng nhiệt năng để cân bằng với dòng nhiệt năng yêu cầu của hệ thống lò

2.1.3 Điều khiển chất lượng của sự biến đổi năng lượng

- Điều khiển tỷ lệ than gió: nhằm đảm bảo môi trường cháy (cháy hoàn toàn)

- Điều khiển các van gió và các quạt, nhằm đảm bảo nhiệt năng quay về

2.1.4 Điều khiển chất lượng clinker

- Điều khiển quá trình nạp liệu

- Điều khiển chất lượng ngọn lửa

- Điều khiển tốc độ Ghi

Trong hệ thống lò nung có 2 vùng điều khiển nhiệt độ quan trọng là trong canxiner và trong lò nung nên bài toán điều khiển được chia làm 2 bài toán chính:

- Điều khiển tối ưu ngọn lửa zôn nung

- Điều khiển tối ưu quá trình cháy xảy ra trong canxiner

Thực chất của bài toán điều khiển nhiệt độ là điều khiển một loạt các thiết bị trong hệ thống lò nung như:

-Điều khiển hệ thống cấp nhiên liệu: gồm các van cấp than, cấp dầu

-Điều khiển tốc độ các quạt gió và van gió

-Điều khiển tốc độ quay lò

-Điều khiển các van cấp liệu cho lò nung và canxiner

- Điều khiển các quạt khí thải

Trong quá trình hoạt động bình thường, lò chạy với càng ít thay đổi về cấp liệu

và nhiên liệu đốt càng tốt Việc này sẽ đem lại công suất hoạt động tối ưu cho lò, mang lại chất lượng clinker thích hợp và năng suất cao

2.2 CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN

* Đối tượng điều khiển hệ thống lò nung clinker

- Lò nung

- Canxiner ( buồng phân hủy)

- Cyclon ( tháp trao đổi nhiệt)

* Đại lượng điều khiển

Gồm: Oxy lò, Oxy sau tháp trao đổi nhiệt, Nox, CO lò, CO tháp cyclon, Áp suất, nhiệt độ canxiner, nhiệt độ lò, dòng lò, nhiệt độ khí thải, vôi tự do, dung trọng

2.2.1 Các mạch vòng PID điển hình trong hệ thống lò nung clinker

Hình 2.1 Các mạch vòng điều khiển PID điển hình

2.2.2 Hệ thống điều khiển nhiên liệu (than)

Hệ thống điều khiển nhiên

liệu (than) là hệ thống quan trọng ,

nó đảm bảo cân bằng năng lượng

giữa đầu ra và đầu vào Lượng đặt

cho hệ thống điều khiển là tổng sản

lượng đầu vào

Điều khiển cấp than đồng thời

yêu cầu phải điều khiển luồng gió

để vận chuyển lượng than đó và tạo

hỗn hợp than – khí đưa vào lò nung,

đảm bảo cho quá trình cháy xảy ra Than cấp vào lò được lấy từ đầu ra của silô chứa than Lượng than ra từ silô phụ thuộc vào một số yếu tố cơ bản sau:

- Mức than trong silô chứa than

Hình 2.2 Hệ thống điều khiển cấp than cho lò.

- Lưu lượng giú cấp 1.

- Chất lượng than nghiền

Khi cú yờu cầu thay đổi nhiờn liệu thỡ độ mở của van cấp than ra khỏi silụ chứa than thay đổi, do vậy lượng than đưa vào lũ sẽ thay đổi Tương ứng với quỏ trỡnh điều khiển than thỡ giú cấp 1 cũng phải được điều khiển theo than Khi lượng than tăng lờn thỡ lưu lượng giú 1 đưa tới cũng tăng lờn để đảm bảo vận chuyển lượng than cần thiết tới lũ nung Nếu tốc độ cấp than tăng lờn mà lưu lượng giú 1 khụng đủ thỡ sẽ khụng thể mang than đi Như vậy, điều khiển cấp nhiờn liệu là điều khiển lưu lượng than cấp và giú 1 Đối tượng cần điều khiển để thay đổi lưu lượng của giú cấp 1 chớnh là van điều chỉnh lưu lượng giú 1 Giả sử yờu cầu cấp than tăng lờn thỡ lưu lượng than ra khỏi silụ chứa than tăng lờn Do vậy, nhiệt phải sấy than cũng phải tăng lờn Để đảm bảo nhiệt độ hỗn hợp than và giú khi điều khiển lưu lượng giú1 phải kết hợp điều khiển giú núng

Set point than thực

Lưu lượng than cấp cho lò

Lò PID2

PID1 K

Hỡnh 2.3 Sơ đồ điều khiển cấp than cho lũ.

Giỏ trị đặt cho van điều khiển lượng than cấp vào lũ được tớnh toỏn thụng qua

2 thụng số: giỏ trị sản lượng clinker tạo thành được đặt từ phũng điều khiển trung

tõm và giỏ trị nhiệt độ trong khu tạo clinker Một lượng nguyờn liệu đầu vào sẽ được tớnh toỏn tương ứng với một lượng than cần thiết để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo thành clinker Tỷ lệ này cú thể thay đổi tựy theo nhiệt trị của từng loại than