NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKE TRONG NHÀ MÁY XI MĂNG

4 Nội dung nghiên cứu: Về nội dung nghiên cứu em chỉ xin đi sâu vào một quá trình cụ thể trong côngđoạn sản xuất xi măng đó là công đoạn tạo ra clinke,lý do em chọn công đoạn này là vì k

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây tiêu dùng xi măng không ngừng tăng trưởng và làđộng lực quan trọng thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển Trong nhữngnăm qua ngành xi măng đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trưởngkinh tế Việt Nam Chính phủ xác định Xi măng là ngành phát triển chiến lượcnhằm hỗ trợ phát triển kinh tế Mục tiêu phát triển của ngành công nghiệp xi măngđến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 là đáp ứng nhu cầu tiêu dùng xi măngtrong nước, dành một phần xuất khẩu và đưa ngành xi măng Việt Nam thành mộtngành công nghiệp mạnh, có công nghệ sản xuất hiện đại, đủ sức cạnh tranh vớisản phẩm cùng loại của nước ngoài Muốn vậy, chúng ta phải sử dụng công nghệtiên tiến, tự động hóa ở mức cao, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm tối

đa nguyên liệu, điện năng, và bảo vệ môi trường

Một trong những nhiệm vụ quan trọng được đặt ra cho đội ngũ các kỹ sư trongcác nhà máy xi măng là phải nắm vững các loại máy móc hiện đại trong dâychuyền sản xuất, phục vụ cho việc vận hành hoạt động để đạt năng suất cao nhất vàsửa chữa khi gặp sự cố Đó cũng chính là nhiệm vụ được đặt ra cho bản đồ án mônhọc này Tuy nhiên, bản thân là một sinh viên tự động hóa đang ngồi trên ghếgiảng đường đại học, em còn thiếu những kiến thức chuyên sâu về cơ khí cũng nhưcác kinh nghiệm thực tế Chính vì vậy,em chỉ xin đi sâu vào mảng trang bị điện vàphân tích chương trình điều khiển của máy

2. Mục đích: Tìm hiểu các dây chuyền sản xuất trong thực tế cụ thể là dâychuyền sản xuất xi măng của nhà máy Bỉm Sơn,đi sâu vào nghiên cứu về một quátrình trong dây chuyền sản suất,củng cố thêm kiến thực đã học trong những nămngồi trên ghế giảng đường,đồng thời cũng nắm bắt được yêu cầu kĩ thuật củangành học trong thực tế cần gì,vầ mình còn thiếu xót ở đâu Để kịp thời bổ xungkiến thưc

3 Phương pháp nghiên cứu:

Về phương pháp nghiên cứu em vẫn chọn đi theo hai phương pháp cơ bản đó là-Kế thừa quy trình công nghệ đã có sẵn để nghiên cứu lại,

-Nghiên cứu dựa trên thiết bị hiện có sẵn

4 Nội dung nghiên cứu:

Về nội dung nghiên cứu em chỉ xin đi sâu vào một quá trình cụ thể trong côngđoạn sản xuất xi măng đó là công đoạn tạo ra clinke,lý do em chọn công đoạn này

là vì khi sản xuất được clinke là đã hoàn thành hầu như gần hết quá trình sản xuất

xi măng và quá trình này cũng cần sự chuẩn bị hết sức kỹ càng và tỉ mỉ về nguyênnhiên liệu

5 Giới hạn của đề tài:

Do đang còn là sinh viên,khả năng được tiếp xúc với các thiết bị hay các dâychuyền sản xuất trên thực tế còn hạn hẹp,hiểu biết về các quy trình các quá trìnhcông nghệ con chưa sâu Mới chỉ dừng lại trên sách vở là nhiều,nên chắc chắn đồ

án sẽ có nhiều thiếu xót,em mong thầy giúp đỡ em để em có thể hoàn thành đồ ánmôn học ở mức chấp nhận được

Chương 1: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CLINKE TRONG

NHÀ MÁY XI MĂNG

1.1: Giới thiệu về quy trình công nghệ:

Đây là quy trình sản xuất xi măng trong một nhà máy xi măng

Quá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:

1.1.1 Quá trình chuẩn bị nguyên nhiên liệu:

Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổ quamáy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu (2) để rải liệuchất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ) Tương tự với đất sét, phụ gia điều

chỉnh (quặng sắt, đá si líc, quặng bô xít ), than đá và nguyên liệu khác cũng đượcchất vào kho và đồng nhất theo cách trên.

Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp (đồng nhất lầnhai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7) theo từng loại đá vôi,đất sét, quặng sắt

Than Đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền, vớinhững kích thước hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chứa (21) còn những hạtchưa đạt sẽ hồi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàntoàn khi cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt

1.1.2 Quá trình sản xuất Clinker thành phẩm:

Từ các Bin chứa liệu (7), từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua hệ thốngcân định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận hành điều khiển(tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm) Tấc cả nguyên liệu đó sẽđược gom vào một băng tải chung và đưa vào máy nghiền đứng (8) để nghiền vềkích thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu đã được đồng nhất một lần nữa Bột liệusau khi nghiền được chuyển lên Silo đồng nhất (9) chuẩn bị để cấp cho lò nung,dưới Silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục vào Silo để tiếp tục đồng nhấtlần nữa Để có một sản phẩm Clinker ổn định chúng ta thấy nguyên liệu phải qua ítnhất 4 lần đồng nhất Tháp trao đổi nhiệt (11) và Lò quay nung Clinker (12)

1 Tháp trao đổi nhiệt (11) là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng, mỗi tầng có 1 hoặc 2Cyclone có cấu tạo để tăng thời gian trao đổi nhiệt của bột liệu Bột liệu được cấp

từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng từ than được đốt cháy từ Calciner và lònung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoáng bên trong bột liệu Mặc dùbột liệu đi xuống và khí nóng đi lên nhưng thực chất quá trình này là trao đổi nhiệtcùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon trao đổi nhiệt

2 Lò nung (12) có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3 - 5 mét và dài từ 30 - 80 méttùy vào công suất của lò Vỏ lò nung được làm băng thép chịu nhiệt, bên trong cólót một lớp vật liệu chịu lửa Góc nghiêng của lò từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng chodòng nguyên liệu chảy bên trong Tại đầu ra của Clinker sẽ có một dàn quạt thổigió tươi làm nguội nhanh Clinker

Than mịn được rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho các vòi đốt ở tháp trao đổinhiệt và lò nung để được đốt cháy nung nóng bột liệu

Phối liệu được rút ra từ Silo chứa (9), qua cân định lượng và được đưa lên đỉnhtháp trao đổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng Từ trên đỉnh tháp (11), liệu từ từ đixuống qua các tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệtdần lên khoảng 800-9000C trước khi đi vào lò nung (12) Trong lò, ở nhiệt độ

14500C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với nhautạo thành một số khoáng chính quyết định chất lượng của Clinker như: C3S, C2S,C3A và C4AF Viên Clinker ra khỏi lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh (13), hệ thống

quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh viên Clinker vềnhiệt độ khoảng 50 ÷ 900C, sau đó Clinker sẽ được chuyển lên Silo chứa Clinker.

1.1.3 Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm:

Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệu cho quátrình nghiền xi măng Tương tự Thạch Cao và Phụ Gia từ kho cũng được chuyểnvào Bin chứa riêng theo từng loại Dưới mỗi Bin chứa, nguyên liệu được qua cânđịnh lượng theo đúng khối lượng của đơn phối liệu, xuống băng tải chính đưa vàomáy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được đưa vào máy nghiền xi măng (17) Bột liệu

ra khỏi máy nghiền được đưa lên thiết bị phân ly (18), tại đây những hạt chưa yêucầu sẽ được hồi lưu về máy nghiền để nghiền tiếp còn những hạt đạt kích thướcyêu cầu được phân ly tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hồitoàn bộ và đưa vào Silo chứa xi măng (22) Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo mộtchu trình kín và liên tục Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khácnhau:

1 Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời

2 Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao đến từngphương tiện nhận hàng

Trong đồ án này em sẽ đi sâu và nghiên cứu về quá trình sản xuất clinkethành phẩm là quá trình nằm ở giai đoạn thứ hai của quá trình sản xuất xi măng

Trong quá trình này có những thiết bị chính như là: Bin chứa liệu 7, máy nghiềnđứng 8, silo đồng nhất 9, tháp trao đổi nhiệt 11, lò quay nung clinke 12, bin trunggian 21,và dàn làm lạnh 13

1.2: Ứng dụng các thiết bị điều khiển trong thực hiện quy trình.

Thiết bị điều khiển là 1 hệ thống hết sức quan trọng trong 1 dây chuyền sảnxuất bất kỳ nào không chỉ riêng trong sản xuất xi măng.Nó là phương thức giaotiếp trung gian giữa con người điều khiển và các hệ thống quy trình công nghệ,kỹ

sư điều khiển sẽ quan sát hệ thống qua các phần mềm giám sát hiển thị ví dụ nhưwincc hay DCS,kèm theo đó là các thiết bị hỡ trợ như đo lường,cảm biến,camarađược đặt trong lò nung hay 1 số vị trí khó quan sát và quan trọng trong quátrình.các thiết bị điều khiển được kết nối với máy tính ở phòng điều độ trungtâm.Phòng điều độ trung tâm sẽ quan sát tình hình của cả quá trình sản xuất ximăng nhận xét và dùng màn hình máy tính điều khiển lệnh phù hợp,phòng điều độtrung tâm là cơ quan đầu não của nhà máy sản xuất xi măng.các thiết bị điều khiểnphải hoạt động cực kỳ chính xác và đáp ứng nhanh các yêu cầu của quá trình điềukhiển,vậy nên các thiết bị điều khiển có ứng dụng rất to lớn

1.3 Tổng quan tình hình ứng dụng thiết bị trong và ngoài nước.

Hầu hết các dây chuyển sản xuất xi măng ở Việt Nam đều mua công nghệ từnước ngoài như ở các nước tây Âu hay Nhật Bản,và các quy trình sản xuất xi măng

ở các công ty hay các cở sở sản xuất xi măng đều áp dụng quy trình công nghệgiống nhau,một số nhà máy xi măng thì có cải tiến hơn một chú về quy trình côngnghệ nhưng về quy trình thì cơ bản là giống nhau,đều theo một quy trình như sau

1 Khai thác và đập nguyên liệu

- Đá vôi được khai thác từ mỏ đá và được vận chuyển bằng xe tải tới trạm đập Tạiđây đá vôi được đập nhỏ sau đó được vận chuyển về Nhà máy bằng hệ thống băngtải dài gần 7km

- Đất sét được khai thác tại mỏ sét Hà Chanh và vận chuyển bằng đường thủy vềCảng Nhập nguyên vật liệu của Nhà Máy và vận chuyển bằng hệ thống băng tải từCảng nhập về kho.

2 Lưu kho tạm thời và đồng nhất nguyên liệu

Nguyên liệu thô sẽ được vận chuyển vào kho tròn bằng băng tải Nguyên liệu sẽđược đồng nhất sơ bộ nhờ thiết bị giải đống

3 Định lượng

Các nguyên liệu và phụ gia được định lượng theo tỷ lệ thành phần hóa học xácđịnh sau đó cung cấp hỗn hợp nguyên liệu này tới máy nghiền liệu

4 Nghiền nguyên liệu.

Nguyên liệu được nghiền trong máy nghiền liệu tới độ mịn yêu cầu Bột liệu saukhi nghiền được đưa tới silo đồng nhất bột liệu

5 Silo chứa bột liệu

Bột liệu được đồng nhất về thành phần hóa học và chứa trong silo đồng nhất, từ đóbột liệu được cung cấp tới tháp trao đổi nhiệt

6 Trao đổi nhiệt và phân hủy.

Bột liệu được sấy, nung sơ bộ qua tháp trao đổi nhiệt dạng xiclôn và phân hủy các

- bô - nát trong buồng phân hủy (Calciner)

7 Nung Clinker

Bột liệu được tiếp tục nung trong lò quay tới nhiệt độ khoảng 1450 độ C để thựchiện các phản ứng hóa học tạo thành clinker

8 Làm nguội clinker

Clinker ra khỏi lò nung có nhiệt độ khoảng 1.300 độ C xả xuống thiết bị làm nguội

để làm nguội giảm tới nhiệt độ khoảng 65 độ C + nhiệt độ môi trường Nhiệt lượngtỏa ra trong quá trình làm nguội clinker đều được thu hồi dùng cho quá trình đốtcháy nhiên liệu than

9 Xi lô chứa clinker

Clinker sau khi làm nguội được vận chuyển đến xi lô chứa clinker Sau đó clinkerđược xuất theo đường thủy hoặc được đưa tới công đoạn nghiền xi măng

xi măng làm từ chất liệu xanh ngày được ưa chuộng và được đầu tư theo xu hướng

của thế giới Công thức chế tạo xi măng mới giảm 60% khí thải cácbon

Nhằm giảm lượng khí cácbon điôxít (CO2) thải ra môi trường trong quá trình sảnxuất xi măng, các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Massachusetts (MIT-Mỹ)

đã phát triển công thức chế tạo xi măng mới sử dụng hợp lý tỷ lệ giữa các thànhphần vật liệu

Ở Việt Nam cũng đang dần ứng dụng các công nghệ sản xuất gần gũi với thiênnhiên mà cũng tận dụng được tài nguyên thiên nhiên của đất nước như là: Xi măngtrong suốt làm từ nhựa thông

x măng trong suốt có tên i.light này có hàng chục hố nhỏ giúp ánh sáng lọt vào nhà.

Loại "xi măng trong suốt" giúp ánh sáng vào được căn phòng và khiến những bứctường trông giống như những cửa sổ lớn Nguyên liệu mới có tên i.light này cóhàng chục những hố nhỏ, giúp ánh sáng lọt qua mà không ảnh hưởng tới tình trạngcấu trúc tòa nhà

Vào những hôm trời nắng, bên trong ngôi nhà được làm bằng loại xi măng nàygiống như một lưới ánh sáng được bức tường lọc trước khi lọt vào nhà

Điểm khác biệt cơ bản của loại xi măng này và xi măng thường là bên trong cấutrúc của xi măng sau khi thấm nước sẽ hình thành dạng hydrat hóa, có cấu trúcrỗng gồm nhiều lỗ li ti, những lỗ nhỏ này vẫn đảm bảo tính bền vững cũng như kếtcấu mang tính chỉnh thể của công trình và vẫn cho ánh sáng xuyên qua

Cấu trúc rỗng hơn bình thường này vừa giúp giảm khối lượng xi măng, vừa giúptiết kiệm nguyên liệu sản xuất xi măng Công ty Italcementi đã sử dụng hết 189 tấnvật liệu để tạo nên 3.774 tấn xi măng trong suốt và bán trong suốt Mỗi tấm ximăng trong suốt sẽ có khoảng 50 lỗ nhỏ và độ trong suốt gần 20% còn những tấmbán trong suốt sẽ có khoảng 10% độ trong suốt.

Tuy nhiên, nếu chỉ dựa trên những lỗ nhỏ liti này, độ trọng suốt của xi măng vẫn bịhạn chế khá nhiều Trước đây các kiến trúc sư đã thử đưa thêm các sợi quang vàohỗn hợp xi măng nhưng tập đoàn Italcementi cho hay, cách làm này không tạo nênhiệu quả đặc biệt Chủ tịch Tập đoàn - ông Enrique cho biết, dùng nhựa để tạo nên

xi măng trong suốt sẽ làm cho giá thành thấp hơn và bắt sáng hơn so với sử dụngsợi quang

Xi măng hỗn hợp polime vô cơ – silicat ở Việt Nam cũng đang được đưavào nghiên cứu

Thành công trong việc tạo ra sản phẩm silicat hỗn hợp - polime vô cơ đã mở rahướng đi mới đối với ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam,hướng đi từ phế thải đến vật liệu xanh

Nhóm nghiên cứu của Hội VLXD Nghệ An đã tiến hành một nghiên cứu nhằm sảnxuất xi măng silicat hỗn hợp - polime vô cơ và các sản phẩm chế tạo từ nó bằngnguyên liệu đất đá bazan làm chủ đạo, cùng các phụ gia khác từ đất đá và phế thảinông nghiệp cơ bản ở Nghệ An

Tiềm năng vô tận về đất đá bazan của miền Tây xứ Nghệ và dải Trường Sơn.

ghiên cứu này được thực hiện dựa trên lý luận cơ bản là ứng dụng vật liệu silicatgắn bó và an toàn với con người, kết hợp với thành tựu mới của công nghệ polime

vô cơ và công nghệ nano để tạo thành một sản phẩm hỗn hợp từ công nghệ silicat polime vô cơ - công nghệ nano và đặc biệt khai thác triệt để các sản phẩm silicat

-"trời cho" từ tro xỉ núi lửa và phế thải nông nghiệp

Dựa theo các nguyên lý cơ bản của hóa lý và hóa silicat để xây dựng nên tác độngphản ứng silicat và điện hóa tự nhiên từ thiên nhiên (phun trào núi lửa và quá trìnhphong hóa hóa học của tự nhiên), kết quả là với các nguyên liệu cơ bản: Đất đábazan, laterit, cao silic, phế thải nông nghiệp, công nghiệp muối và phụ gia cũng

từ các sản vật silicat, nhóm nghiên cứu đã sản xuất được xi măng hỗn hợp silicat polime có "mác" có thể đạt PCB 20, PCB 25 và PCB 30

-Bên cạnh đó, ưu điểm nổi trội của loại xi măng này là sử dụng được cát nhiễm mặn

để xây dựng, điều mà xi măng thông thường không làm được Ngoài ra còn thích

hợp cho xây, trát, đổ bê tông, sản xuất vật liệu xây dựng không nung và làmđường, đặc biệt là đường giao thông nông thôn, xây dựng các khu vực ven biển.

Ảnh minh họa

Kết quả bước đầu của nghiên cứu này tạo ra những tiền đề tích cực nhằmhướng tới ngành sản xuất VLXD xanh, góp phần hạn chế thấp nhất sự tàn pháthiên nhiên, tiết kiệm tài nguyên và đặc biệt là hạn chế tiêu tốn năng lượng và giảmthiểu khí thải ra môi trường Sản phẩm sẽ sớm có mặt trên thị trường trong thờigian tới

1.4: Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống

Chúng ta cần phân tích, tính toán thống kê toàn bộ các tín hiệu đo lường vàđiều khiển của cả dây chuyền Tiến hành thiết kế kỹ thuật chi tiết hệ thống tự độnghóa bao gồm từ bản vẽ thiết kế cấu trúc hệ thống điều khiển, mạng truyền thông,danh mục thiết bị điều khiển, sơ đồ đấu dây, sơ đồ bố trí lắp đặt thiết bị, bản vẽ

thiết kế chế tạo tủ điều khiển cho tất cả các công đoạn trong nhà máy xi măng từkhâu đồng nhất liệu, nghiền liệu, nghiền than, lò nung, làm nguội clinker, nghiền xi

và đóng bao xuất kho Ngoài hệ thống điều khiển trung tâm nghiên cứu, tích hợp

hệ thống điều khiển với các hệ thống chuyên dụng khác trong nhà máy xi măngnhư hệ thống quản lý thông tin nhà máy MIS, hệ thống camera CCTV,

-Vận hành đúng qui trình công nghệ của nhà máy

-Thời gian thu thập dữ liệu và truyền thông tin nhanh

-Các thiết bị vận hành an toàn,độ tác động nhanh

-Thiết bị phải đảm bảo độ tin cậy,sử dụng dễ dàng,dễ bảo dưỡng

-Có khả năng phát triển và mở rộng hệ thống điều khiển tại những vị trí chưalắp đặt sao cho việc tự động hóa thực hiện một cách đồng bộ mọi nơi,mọi phânxưởng

-Tại phòng điều khiển trung tâm phải nắm được hoạt động của hệ thống.-Hệ thống điều khiển phải có hệ thống báo động sự cố,để có thể khăc phụcngay khi có sự cố

Chương 2: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

KDHT Q0.0 TOAN HE THONG BAT DAU LV

CB1 I0.2 CB NGUYEN LIEU MN8 DAY

MN8 Q0.2 MÁY NGHIỀN 8

CB2 I0.3 XAC DINH VL NGHIEN THEO YÊU CẦU

VX1 Q0.4 VAN XẢ CỦA MÁY NGHIỀN 8

CB3 I0.4 PHÁT HIỆN SILO9 ĐẦY NGUYÊN LIỆU

2.1: Cách thức xây dựng thuật toán.

-Lưu đồ là công cụ dùng để biểu diễn thuật toán, việc mô tả nhập (input), dữliệu xuất (output) và luồng sử lý thông tin qua các ký hiệu hình học

-Cách thức xây dựng một lưu đồ thuật toán phương pháp duyệt

+Duyệt từ trên xuống dưới

+Duyệt từ trái sang phải

-Ta viết lưu đồ theo 3 cấu trúc là

+cấu trúc tuần tự: Tuần tự thực thi cấu trúc chương trình Mỗi lệnh đượcthực thi theo 1 chuỗi từ trên xuống dưới, xong lệnh này rồi chuyển sang lệnh kếtiếp

+cấu trúc lựa chọn: Cho phép chọn 1 trong 2 trường hợp ở đây ta sử dụngkhối so sánh

+Cấu trúc lặp: Thực hiện liên tục 1 lệnh hay q tập lệnh với số lần lặp dựavào điều kiện đặt trước, lặp sẽ kết thúc khi thỏa mãn điều kiện

2.2 Lưu đồ thuật toán:

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển