Thiết kế và thay thế hệ thống điều khiển và giám sát một số công đoạn nhà máy xi măng chinfon – thủy nguyên, hải phòng dùng PLC s7 300

1 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn: “Thiết kế và thay thế hệ thống điều khiển và giám sát một số công đoạn nhà máy xi măng Chinfon – Thủy Nguyên Hải Phòng dùng PLC S7-300” là do

1

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan luận văn: “Thiết kế và thay thế hệ thống điều khiển và giám sát

một số công đoạn nhà máy xi măng Chinfon – Thủy Nguyên Hải Phòng dùng PLC

S7-300” là do chính em thực hiện dựa trên sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn PGS

TS Nguyễn Thị Lan Hương và các tài liệu tham khảo Nội dung trong luận văn hoàn

toàn thực tế, khách quan và chưa được sử dụng để bảo vệ ở một học vị nào

Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Đạt

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY 11

1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng Chinfon - Thủy Nguyên, Hải Phòng 11

1.1.1 Sơ lược về quá trình hình thành nhà máy 11

1.1.2 Vị trí địa l 11

1.2 Đặc điểm hoạt động sản xuất Nhà máy Xi măng Chinfon 12

1.3 Quy trình sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Chifon 12

1.3.1 Các công nghệ sản xuất xi măng hiện nay 13

1.3.2 Quy trình sản xuất xi măng ở nhà máy xi măng Chinfon 14

1.3.2.1 Quá trình chuẩn bị nguyên, nhiên liệu 17

1.3.2.2 Công đoạn nghiền thô 19

1.3.2.3 Lò nung 21

1.3.2.4 Nghiền xi măng 24

1.3.2.5 Công đoạn vận chuyển, đóng bao và xuất xi măng 26

1.4 Giới thiệu về hệ thống điều khiển của nhà máy 27

CHƯƠNG 2 CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON 32

2.1 Các loại máy nghiền xi măng chủ yếu hiện nay 32

2.2 Hoạt động của công đoạn nghiền xi 34

2.3 Các thiết bị động lực trong công đoạn nghiền xi 35

2.4 Yêu cầu công nghệ và phương pháp điều khiển trong công đoạn nghiền xi 38

2.4.1 Chất lượng sản phẩm 38

2.4.1.1 Tỷ lệ thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia 38

2.4.1.2 Chất lượng sản phẩm theo phương pháp Blaine 38

3

2.4.2 Phương pháp điều khiển 39

2.5 Sơ đồ logic liên động và tuần tự các nhóm trong công đoạn nghiền xi 41

2.5.1 Sơ đồ logic liên động và tuần tự trong công đoạn nghiền xi 41

2.5.2 Sơ đồ logic liên động và tuần tự chi tiết từng nhóm trong công đoạn nghiền xi43 2.6 Thiết bị cấp trường 46

2.6.1 Thiết bị bảo vệ, đóng ngắt tại hiện trường 46

2.6.1.1 Cảm biến chống lệch băng 46

2.6.1.2 Cảm biến chống trượt băng 46

2.6.1.3 Công tắc dừng khẩn cấp 47

2.6.1.4 Công tắc giới hạn hành trình 48

2.6.1.5 Cảm biến báo mức 48

2.6.2 Thiết bị đo lường tại hiện trường 49

2.6.2.1 Cảm biến đo nhiệt độ 49

2.6.2.2 Cảm biến đo tốc độ 51

2.6.2.3 Cảm biến đo áp suất 52

2.6.2.4 Cảm biến đo trọng lượng 54

2.6.2.5 Cảm biến đo vị trí 55

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI 57

3.1 Tổng quan về một số hệ thống điều khiển 57

3.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 59

3.2.1 Cấu hình phần cứng PLC S7-300 59

3.2.2 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 61

3.2.3 Vòng quét chương trình 63

3.2.4 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 64

3.2.5 Cấu trúc chương trình 66

Có hai phương pháp lập trình chính với PLCS7 - 300: 66

3.2.6 Ngôn ngữ lập trình S7-300 67 3.3 Lựa chọn cấu hình hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 cho công đoạn nghiền xi.68

4

3.3.1 Lựa chọn kiểu vào/ra 68

3.3.2 Lựa chọn bus điều khiển 69

3.3.3 Lựa chọn bus hệ thống và cấu trúc điều khiển giám sát 69

3.4 Xây dựng cấu trúc điều khiển 70

3.4.1 Lựa chọn phần tử trong hệ 70

3.4.2 Xác định số I/O và lựa chọn module I/O 71

3.4.3 Xây dựng cấu trúc hệ điều khiển 72

3.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển công đoạn nghiền xi 75

3.5.1 Thuật toán điều khiển PID nhóm cân băng định lượng 75

3.5.2 Thuật toán điều khiển PID lưu lượng và vị trí 76

3.6 Ứng dụng PLC S7 - 300 lập trình điều khiển trình tự nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 77

3.6.1 Lưu đồ thuật toán vận hành tuần tự nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 77

3.6.2 Bảng các tín hiệu vào/ra và địa chỉ trong PLC của nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 78

3.6.3 Chương trình PLC và mô phỏng quá trình khởi động của nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 80

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI SỬ DỤNG PHẦN MỀM WINCC 85

4.1 Chức năng của hệ thống điều khiển, giám sát 85

4.2 Phần mềm điều khiển giám sát WinCC 85

4.2.1 Giới thiệu chung 85

4.2.2 Chức năng của WinCC 86

4.3 Thiết kế giao diện giám sát công đoạn nghiền xi trên WinCC 88

4.4 Mô phỏng hoạt động của nhóm vận chuyển nguyên liệu thô 91

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 94

5

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh giữa các công nghệ sản xuất xi măng 13

Bảng 2.1 Một số k hiệu theo chuẩn ANSI/ISA 5.1 sử dụng trong luận văn 43

Bảng 2.2 Bảng các nhóm trong công đoạn nghiền xi. 44

Bảng 2.3 Tổng hợp các sơ đồ logic công đoạn nghiền xi 45

Bảng 2.4 Hệ số nhiệt của một số nhiệt điện trở kim loại 50

Bảng 2.5 Khoảng đo của một số nhiệt điện trở kim loại 50

Bảng 2.6 Một số loại cặp nhiệt điện 51

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nhà máy xi măng Chinfon 12

Hình 1.2 Sơ đồ khối các công đoạn sản xuất xi măng tại công ty xi măng Chinfon 15

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng 16

Hình 1.4 Kho đá vôi 17

Hình 1.5 Kho chứa phụ gia sét (clay), quặng sắt (iron ore) và silica 18

Hình 1.6 Kho chứa than 18

Hình 1.8 Trạm cân băng định lượng 19

Hình 1.11 Silo liệu thô 21

Hình 1.12 Cấp liệu vào lò 22

Hình 1.13 Tháp sấy (preheater) 22

Hình 1.14 Lò nung (Kiln) 23

Hình 1.15 Làm mát Clinker (Cooler) 23

Hình 1.16 Cân băng định lượng công đoạn nghiền Cliker 24

Hình 1.17 Hệ thống nghiền Clinker 25

Hình 1.18 Silo xi măng 26

Hình 1.19 Hệ thống đóng bao 27

Hình 2.1 Máy nghiền bi và máy nghiền con lăn kiểu đứng 32

Hình 2.2 Máy nghiền đứng 34

Hình 2.4 Quan hệ giữa lưu lượng gió tốc độ phân ly với phân bố kích thước hạt nghiền 39

Hình 2.5 Điều khiển tỉ lệ hệ thống cân băng định lượng 40

Hình 2.6 Điều khiển lưu lượng nước 41

Hình 2.7 Điều khiển vị trí Damper và tốc độ cấp liệu 41

Hình 2.8 Lưu đồ liên động công đoạn nghiền xi 42

Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến chống lệch băng 46

7

46

Hình 2.10 Cảm biến tiệm cận chống trượt và vị trí lắp đặt 47

Hình 2.11 Dạng NPN và dạng PNP cực thu hở 47

Hình 2.12 Công tắc dừng khẩn cấp và vị trí lắp đặt 48

Hình 2.13 Công tắc giới hạn và cấu tạo 48

Hình 2.14 Công tắc báo mức kiểu rung (Paddle Level Switch) 49

Hình 2.15 Nhiệt điện trở và cấu tạo nhiệt điện trở 49

Hình 2.16 Cặp nhiệt điện và cấu tạo cặp nhiệt điện 50

Hình 2.17 Encoder công nghiệp và cấu tạo một Encoder tương đối 51

Hình 2.18 Sơ đồ thu phát hồng ngoại và bố trí các cặp thu phát trong encoder 52

Hình 2.19 Giản đồ xung của encoder tương đối 52

Hình 2.20 Cảm biến đo áp suất kiểu màng 53

Hình 2.21 Bộ chuyển đổi kiểu điện dung 53

Hình 2.22 Loadcell và cấu tạo Loadcell 54

Hình 2.23 Cảm biến biến trở và quan hệ giữa biến trở với di chuyển của con trượt 55

Hình 2.24 Mạch đo dùng cảm biến 56

biến trở 56

Hình 3.1 Mô hình hệ thống tự động hóa 57

Hình 3.2 Thiết bị lập trình SIMATIC S7-300 59

Hình 3.3 Vòng quét chương trình 64

Hình 3.4 Nguyên l trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 65

Hình 3.5 Lập trình tuyến tính 66

Hình 3.6 Lập trình có cấu trúc 67

Hình 3.7 Cấu trúc vào/ra kiểu phân tán 69

Hình 3.8 Hệ thống bus điều khiển và bus hệ thống 69

Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển giám sát và bus hệ thống 70

Hình 3.10 Cấu trúc điều khiển giám sát và bus hệ thống 73

Hình 3.11 Thuật toán điều khiển cân băng định lượng ……… 75

Hình 3.12 Thuật toán điều khiển lưu lượng và vị trí… ……… 76

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán nhóm vận chuyển nguyên liệu thô ……….77

Hình 4.1 Màn hình thiết kế giao diện điều khiển…… ……… 87

8

Hình 4.2 Giao diện vận hành công đoạn nghiền xi với các thiết bị ở trạng thái dừng89 Hình 4.3 Mô phỏng chạy thử nhóm vận chuyền nguyên liệu thô ……… 90 Hình 4.4 Lệnh thao tác cho từng nhóm……… ……… 91 Hình 4.5 Cửa sổ vận hành các thiết bị và nhóm thiết bị ……… 91

em đánh giá được khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhà trường, cũng từ đó mà nắm vững được kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn

2 Lịch sử nghiên cứu

Đề tài về hệ thống điều khiển và giám sát trong nhà máy xi măng đã được tìm hiểu trong một số luận văn thạc sỹ trước đây Trong các luận văn này các tác gải cũng đã xây dựng và thiết kế các hệ thống điều khiển và giám sát cho mỗi công đoạn nhưng chưa có tính hệ thống từ việc nghiên cứu cấu trúc cho đến lựa chọn phần cứng và đi đến xây dựng, thiết kế phần điều khiển Vì vậy trong luận văn này em muốn xây dựng một cách có hệ thống hơn từ việc khảo sát sơ đồ công nghệ, lựa chọn phần cứng đi đến xây dựng chương trình điều khiển và giám sát hoàn thiện hơn

3 Mục đích nghiên cứu

Dây chuyền một của công ty được thiết kế từ lâu nên các bộ điều khiển hiện nay đều đã cũ, các thiết bị để thay thế hiện nay mỗi khi hỏng hóc đều khó mua và giá thành cao bởi độc quyền của nhà cung cấp thiết bị Vì lí do này đề tài em chọn nhằm thay thế bộ điều khiển mới cho một công đoạn của dây chuyền xi măng và cũng là dịp nghiên cứu sâu hơn về tự động hóa trong nhà máy xi măng

4 Nội dung nghiên cứu và những đóng góp của luận văn

Phạm vi nội dung đồ án tập trung vào các vấn đề sau:

- Phân tích sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng và sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền

xi của nhà máy Giới thiệu về mạng công nghiệp đang sử dụng trong nhà máy

- Đưa ra các phương pháp điều khiển sử dụng cho công đoạn nghiền xi Phân tích các thiết bị cấp trường sử dụng trong công đoạn nghiền xi

10

- Nghiên cứu, đề xuất lựa chọn phần cứng cho hệ thống Thiết kế chương trình điều khiển và giám sát cho công đoạn nghiền xi dùng PLC S7-300 và WinCC

5 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu và thực tế tác giả đi từ nghiên cứu cấu trúc hệ thống các chức năng đến lựa chọn cấu hình phần cứng, xây dựng thuật toán cho hệ thống Tiến đến triển khai mô phỏng trên hệ thống

11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON VÀ QUY

TRÌNH SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY

1.1 Sơ lược về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng Chinfon - Thủy Nguyên, Hải Phòng

1.1.1 Sơ lược về quá tr nh h nh thành nhà máy

Nhà xi máy măng Chinfon là một liên doanh giữa 3 tập đoàn công ty TNHH Chinfon Việt Nam Holding (Đài Loan) và UBND Thành phố Hải Phòng Việt Nam, Tổng công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam Dây chuyền một được xây dựng năm

1995 sau đó được cải tạo nâng cấp vào năm 2007 Bằng công nghệ và thiết bị tiên tiến, sau khi cải tạo, nâng cấp dây chuyền 1 đã đạt công suất 4.900 tấn Clinker/ngày so với công suất thiết kế ban đầu là 4.000 tấn Clinker/ngày và sản lượng sản xuất đạt 2.300.000 tấn xi măng/năm Dây chuyền 2 được xây dựng vào năm 2006 tại Tràng Kênh – Minh Đức - Thuỷ Nguyên - Hải Phòng với công suất đạt 4.300 tấn Clinker/ngày đã nâng công suất 2 dây chuyền của nhà máy lên 9.200 tấn Clinker/ngày, 3.900.000 tấn xi măng/năm Ngoài nhà máy chinfon Hải Phòng, tập đoàn còn có một trạm nghiền xi măng ở Hiệp Phước - TP HCM (trạm nghiền này lấy nguyên liệu Clinker từ nhà máy xi măng Chinfon Hải Phòng vận chuyển vào) để phục vụ thị trường xi măng miền Nam và một dự án xây dựng trạm nghiền tại khu kinh tế Dung Quất Nhà máy nghiền Hiệp Phước được đầu tư xây dựng vào năm 2003 tại Khu công nghiệp Hiệp Phước thành phố Hồ Chí Minh với công suất 500.000 tấn xi măng mỗi năm

- Phía Nam giáp sông Bạch Đằng

- Phía Đông Bắc giáp núi U Bò thuộc thị trấn Minh Đức - Thủy Nguyên - Hải phòng

12

- Phía bắc giáp cầu Tràng Kênh

Hình 1.1 Nhà máy xi măng Chinfon

1.2 Đặc điểm hoạt động sản xuất Nhà máy Xi măng Chinfon

Hiện sản phẩm của nhà máy rất đa dạng:

- Xi măng Pooc Lăng hỗn hợp PCB 30, PCB 40 đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:1997, TCVN 6260:2009 và đạt tiêu chuẩn quốc tế EN 197-1:2000 loại CEM II/B-M (P-L) 32,5N hoặc 32,5R PCB 30 phù hợp các công trình xây dựng dân dụng, công trình hạ tầng và công trình xây dựng công nghiệp

- Xi măng Pooc Lăng hỗn hợp PCB 40 đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:1997, TCVN 6260:2009 và đạt tiêu chuẩn quốc tế EN197-1:2000 loại CEM II/A-M(P) 42,5N PCB40 phù hợp các công trình xây dựng dân dụng, hạ tầng, công nghiệp và đặc biệt công trình đòi hỏi bê tong cường độ cao, phát triển sớm như cảng biển, sân bay …

- Xi măng rời PCB40 được sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:2009 và tiêu chuẩn quốc tế ASTM C 1157-02 Sản phẩm xi măng rời được thiết kế chuyên biệt cho các nhà sản xuất bê tông chất lượng cao, bê tông chuyên dụng, bê tông ứng lực như: công trình ngầm, đập thủy điện, sân bay, …

1.3 Quy trình sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Chifon

Hiện nay các công nghệ sản xuất xi măng chủ yếu là : công nghệ xi măng lò đứng,

xi măng lò quay và xi măng lò quay ướt Hiện tại công nghệ xi măng lò đứng đã lạc hậu mà chủ yếu là dùng lò quay khô do kỹ thuật lò quay khô có nhiều ưu điểm Sau đây là bảng so sánh giữa 3 công nghệ :

Bảng 1.1 So sánh giữa các công nghệ sản xuất xi măng

- Quá trình tạo khoáng diễn ra theo chiều cao của lò và trong từng viên phối liệu

- Làm việc liên tục

- Phối liệu được nạp từ đầu cao của lò, đảo trộn đều theo vòng quay của lò

- Quá trình tạo khoáng được diễn ra theo chiều dài lò

- Công suất lớn (có thể đạt 3000-5800 tấn clinker/ngày)

- Thêm phụ gia khoáng hóa photphorit ở dạng viên, độ ẩm 14% trộn lẫn vào

- Tương tự công nghệ

lò đứng

- Phối liệu dạng bùn,

độ ẩm 40%, phối liệu không trộn lẫn than

- Tương tự công nghệ

lò đứng

- Phối liệu đưa vào dạng bột mịn, độ ẩm 1-2% và không trộn lẫn với nhau

Nhiên liệu

- Chỉ dùng nhiên liệu rắn (than)

- Tiêu tốn nhiều nhiên liệu trên 1 đơn vị sản phẩm

- Có thể dùng than hoặc dầu, khí

- Tiêu tốn nhiên liệu trên 1 đơn vị sản phẩm

Nhiệt độ và

chất lượng

- Nhiệt độ lò rất khó đạt tới 1450 độ C

- Tương tự lò quay ướt

- Chất lượng tốt và ổn định

Mức độ gây

ô nhiễm

- Lượng khí thải gây ô nhiễm lớn

- Đặc biệt công nghệ này thải ra 1 lượng khí độc hại nên cần công nghệ xử lý hiện đại và chi phí cao

- Lượng khí thải gây ô nhiễm là lớn nhất do

sử dụng rất nhiều nhiên liệu

- Lượng khí thải gây ô nhiễm là nhỏ nhất

b Việt Nam

Hiện nay trong nước rất nhiều nhà máy xi măng Tất cả đều thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam, ngoài ra một số ít là xi măng liên doanh có cổ phần là xi măng Việt Nam Hầu hết các nhà máy đều sử dụng phương pháp kỹ thuật khô có năng suất xi măng từ 1.4 triệu đến 2.3 triệu tấn mỗi năm với thiết bị và trình độ kỹ thuật tiên tiến

Xi măng Chinfon cũng là một trong những nhà máy sử dụng kỹ thuật khô và có công nghệ tự động hóa sớm ở Việt Nam

1.3.2 Quy trình sản xuất xi măng ở nhà máy xi măng Chinfon

Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất chia làm 5 công đoạn chính như hình 1.2 :

1 Công đoạn chuẩn bị nguyên, nhiên liệu

2 Công đoạn nghiền thô

3 Công đoạn lò nung

4 Công đoạn nghiền xi măng

5 Công đoạn vận chuyển, đóng bao và xuất xi măng

16

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng

17

1.3.2.1 Quá trình chuẩn bị nguyên, nhiên liệu

Từ mỏ đá vôi, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổ qua máy đập búa đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên băng rải liệu 221BC8 để chất

trong kho Giai đoạn này gọi là đồng nhất sơ bộ

Hình 1.4 Kho đá vôi

Tương tự với đá vôi, phụ gia quặng sắt, silica và đất sét, than đá cũng được đưa vào kho và đồng nhất theo cách trên

18

Hình 1.5 Kho chứa phụ gia sét, quặng sắt và silica

Hình 1.6 Kho chứa than

Hình 1.7 Kho chứa phụ gia công đoạn nghiền xi

1.3.2.2 Công đoạn nghiền thô

 Cân băng định lượng

Hình 1.8 Trạm cân băng định lượng

Nguyên liệu thành phần gồm đá vôi, quặng sắt, đất sét, silica chứa trong bin 221BN41, 221BN42, 221BN43, 221BN44 được kiểm soát trọng lượng nhất định với mỗi lần vận chuyển Sau đó bốn thành phần nguyên liệu được đưa tới hệ thống cân băng gồm bốn cân 221WF41, 221WF42, 221WF43 và 221WF44 Các cân này đều được đặt tải trọng và lưu lượng để có thể điều khiển các tốc độ nhất định cho từng cân Sau khi đã cân thành phần từng nguyên liệu sẽ được phối trộn đồng nhất trên băng tải 221BC41 để đi tới máy nghiền

20

Nguyên liệu sau khi đã trộn qua băng tải đi

tới máy nghiền 222RM1 Nhà máy sử dụng

máy nghiền đứng Loại máy này có ưu điểm

cho hiệu suất nghiền cao, độ ồn nhỏ, độ mịn xi

măng cao và đồng đều, dễ bảo dưỡng, vận hành

và giá thành thấp Mỗi máy nghiền gồm một

động cơ chính, động cơ chạy tốc độ chậm, các

bàn nghiền và hệ thống bôi trơn dầu cho bàn

nghiền, động cơ phân ly Một phần nguyên liệu Hình 1.9 Máy nghiền đứng

kích thước to không bay lên được đưa tới đáy máy nghiền thu hồi lại để tái nghiền

Đặc điểm thu hồi nhiên liệu tận dụng và sử dụng lại thường gặp rất nhiều trong các

công đoạn trong quy trình công nghệ sản xuất xi măng

Hình 1.10 Hệ thống máy nghiền

21

Nguyên liệu sau khi đã nghiền bị thổi lên trên bởi một máy phân ly và đi vào lọc bụi tĩnh điện 222EP1 Do nhiệt độ các hạt nghiền cao nên công đoạn này phải sử dụng lọc bụi tĩnh điện Bụi nghiền được lăng đọng dưới đáy lọc bụi này được đưa xuống các vít tải, vít chuyền 222CH11, 222SC11 nằm dưới đáy lọc bụi sau đó qua các van quay 222RV11, 222RV12 để đi tới máng khí 222AS21 và tới gầu nâng 223BE1 lên silo Silo là kho chứa kết thúc của công đoạn nghiền thô Silo cũng là kho dự phòng trong trường hợp công đoạn này bị sự cố, giúp cho quá trình hoạt động của các công đoạn sau một cách liên tục

Hình 1.11 Silo liệu thô

22

Hình 1.12 Cấp liệu vào lò

Tháp sấy là một hệ thống gia nhiệt 5 tầng, mỗi tầng gồm hai nhánh Liệu đi từ trên xuống dưới, khí nóng đi từ dưới lên Nhờ dòng khí nóng mà bột liệu được tách ra khỏi khí, khí đi lên thoát ra ngoài nhờ quạt hút, còn bột liệu lắng xuống dưới đáy phễu Chu trình lặp lại như vậy ở các tầng tiếp theo Khí nóng và liệu trao đổi nhiệt theo phương thức dòng xoáy tăng khả năng trao đổi nhiệt Nguyên liệu tầng dưới cùng đi tiếp vào buồng phân hủy Tại đây quá trình canxi hóa bột liệu được thực hiện Buồng phân hủy cũng có vai trò đốt một phần nhiên liệu Nhiệt độ của liệu ở đầu ra của buồng phân hủy là khoảng 700 độ Việc canxi hóa sơ bộ trong buồng phân hủy làm tăng năng suất của lò

Hình 1.13 Tháp sấy

lò, tạo thành sản phẩm là Clinker Lò quay khô có nhiều ƣu điểm nhƣ làm việc liên tục, liệu nung đều, công suất lớn và tiêu tốn nhiên liệu ít hơn lò đứng Kết thúc giai đoạn này Clinker đƣợc đƣa đến công đoạn làm mát

24

Hệ thống dàn ghi đẩy Clinker thành từng lớp theo phương ngang từ phía trục đầu lò Dòng khí làm lạnh từ hệ thống quạt gió bố trí hai bên thổi qua các dầm ngang theo phương vuông góc lên bề mặt dàn ghi vào lớp Clinker do sự chuyển động của các tấm ghi động trượt trên tấm ghi tĩnh Ngoài hệ thống dàn ghi bộ phận làm mát còn có hệ thống búa trước khi rơi xuống dàn ghi liệu rơi vào hệ thống búa, những hạt nhỏ rơi xuống khe ghi, hạt thô quay lại đập tiếp cho tới đạt kích thước nhỏ yêu cầu

Một bộ lọc bụi tĩnh điện được dùng để lọc bụi từ khí thải của ghi làm mát Clinker băng quạt, khí được xử l qua ống khói

Clinker lắng đọng dưới đáy hệ thống làm mát và đáy lọc bụi tĩnh điện được vận chuyển bằng băng tải xích để đi tới silo Clinker Đến silo chứa Clinker là kết thúc công đoạn lò nung

1.3.2.4 Nghiền xi măng

Hình 1.16 Cân băng định lượng công đoạn nghiền Cliker

Trước khi nghiền công đoạn này, Clinker được trộn với các thành phần phụ gia khác để tạo thành xi măng Phụ gia gồm có thạch cao đá vôi và đá đen Các thành phần phụ gia này cùng với Clinker được cân kiểm soát trọng lượng theo tỉ lệ trước khi trộn

25

tại các băng cân 226WF151, 226WF152, 226WF153 và 226WF154 Các băng cân này

có thể điều chỉnh tốc độ đặt tại chỗ hoặc từ xa Sau đó bốn thành phần được phối trộn trên băng tải 226BC151 và được đưa tới một cân bin 226BN155 trước khi tới máy

nghiền Clinker

Máy nghiền Clinker công đoạn này cũng là loại máy nghiền đứng cho hiệu suất và chất lượng nghiền đồng đều, năng suất nghiền cao Sản phẩm nghiền là xi măng đi ra phía trên và được thu hồi tới một lọc bụi túi công suất lớn Xi măng dưới đáy lọc bụi được vận chuyển qua hệ thống máng khí và gầu nâng để tới bốn silo xi măng Đến đây công đoạn này kết thúc

GEAR UNIT

Hình 1.17 Hệ thống nghiền Clinker

đủ trọng lượng thì sẽ được loại ra bằng hệ thống tự động, sau đó qua hệ thống phá vỡ bao để thu lại xi măng rời, lượng xi măng này được chuyển ngược trở lại khâu đóng bao Những bao có trọng lượng đạt tiêu chuẩn sẽ được vận chuyển bằng hệ thống băng tải nối với máy đóng bao đến các máng xuất xi măng bao Xi măng đã đóng bao được xuất đi bằng đường bộ hoặc tới cảng đường thủy … Xi măng rời được xuất đi bằng ôtô được bố trí cạnh các Silo

27

Hình 1.19 Hệ thống đóng bao

1.4 Giới thiệu về hệ thống điều khiển của nhà máy

Hiện tại nhà máy đang có 2 dây chuyền xi măng Do vị trí địa l dây chuyền phân

bố trên một khu vực rộng, các thiết bị động lực và thiết bị đo, điều khiển trải rộng theo dây chuyền vì vậy hiện tại dây chuyền phân làm 6 trạm điều khiển: Trạm điều khiển cảng nhập, trạm điều khiển nghiền liệu thô, trạm điều khiển lò, trạm điều khiển làm mát, trạm điều khiển nghiền xi và trạm điều khiển lò

Dưới đây là cấu hình mạng truyền thông của cả hai dây chuyền nhà máy:

Fiber Optic Modem

Trạm nghiền liệu

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Redundant

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Trạm lò

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Redundant

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Trạm nghiền xi

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Redundant

RS Logic

PLC Allen Bradley

Fiber Optic Modem

Fiber Optic Modem

Ethernet TCP/IP Ethernet TCP/IP

Dây chuyền 2

30

Dây chuyền 1:

Dây chuyền 1 sử dụng toàn bộ hệ thống điều khiển DCS của hãng Fuji Giao thức truyền gồm có T-Link và P-Link do hãng phát triển Trong đó T-Link để truyền thông dữ liệu giữa PLC và các module I/O mở rộng, các card điều khiển tại trạm, và truyền giữa PLC với trạm vận hành (OS), thiết bị lập trình từ xa (Program Loader) và máy in (Printer) PLC sử dụng là PLC Fuji MicreX-F

Giao thức P-Link để truyền thông giữa các trạm vận hành với nhau Do khoảng cách các trạm ở xa, trung tâm vận hành nằm ở xa vì vậy dây chuyền có sử dụng cáp quang để truyền Ở mỗi đầu đều có bộ giao tiếp cáp quang riêng: OCT là chuyển đổi giao tiếp cho T-Link và OCP là chuyển đổi giao tiếp cho P-Link Trong mỗi giao thức đều sử dụng 1 cặp đường dây Một đường là dây truyền thông chính và một đường là dự phòng Dây chuyền nhà máy chia làm 5 trạm điều khiển dựa trên

sự phân bố và khoảng cách địa l : gồm trạm điều khiển nhập liệu, trạm điều khiển nghiền liệu, trạm điều khiển lò, trạm điều khiển làm mát và trạm điều khiển nghiền

xi Mỗi trạm có từ 1 đến 2 máy vận hành ở trung tâm điều khiển từ xa do số lượng các thiết bị mỗi trạm là lớn nên phải có nhiều trang màn hình vận hành

Từ viết tắt:

31

Hệ thống điều khiển cũng chia thành 5 trạm điều khiển giống dây chuyền 1, PLC

sử dụng là RS Logic 1756 Mỗi trạm đều có một PLC dự phòng (Redundant) Đường truyền sử dụng là cáp quang vì vậy mỗi phía từ PLC ở các trạm con đến các máy tính kỹ thuật và vận hành đều có bộ chuyển đổi quang tên là Fiber Optic Modem Trên trạm điều khiển trung tâm có một bộ Switch Hub là nơi nhận dữ liệu

và truyền dữ liệu tới trạm con cũng như các máy tính vận hành (OS) và máy in (Printer) và máy tính kỹ thuật (ES)

Từ viết tắt:

OS: Máy tính/Trạm vận hành

ES: Máy tính/Trạm kỹ thuật

32

CHƯƠNG 2 CÔNG ĐOẠN NGHIỀN XI NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON

Nghiền xi măng là công đoạn cuối cùng trong quá trình công nghệ sản xuất xi măng Tính chất của xi măng được quyết định bởi thành phần khoáng và thành phần hóa học của Clinker xi măng, hình dạng và kích thước tinh thể, hàm lượng phụ gia

và loại phụ gia, độ mịn của xi măng, thành phần hạt và hình dạng của nó

2.1 Các loại máy nghiền xi măng chủ yếu hiện nay

Trong công đoạn nghiền Clinker thì máy nghiền đóng vai trò chính trong công đoạn Công đoạn này sử dụng một máy nghiền Clinker và các hệ thống vận chuyền nguyên liệu tới và ra khỏi máy nghiền Trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay đang sử dụng 2 loại máy nghiền theo 2 công nghệ khác nhau:

- Phương pháp truyền thống là sử dụng máy nghiền bi Ưu điểm máy nghiền bi là kích thước bột nghiền mịn, đồng nhất hoàn toàn các thành phần khác nhau của vật liệu nghiền Kết cấu máy đơn giản, năng suất cao, dễ bảo dưỡng, sửa chữa

- Phương pháp thứ hai là sử dụng máy nghiền con lăn đứng Máy nghiền con lăn đứng có nhiều ưu điểm như khả năng nghiền, sấy khô và phân loại sản phẩm trong cùng một máy nghiền, hiệu suất nghiền cao, tiêu hao điện năng thấp Chi phí đầu tư thấp so với máy nghiền bi, diện tích lắp đặt nhỏ hơn 50% so với máy nghiền bi Nhược điểm máy nghiền con lăn là hiệu quả nghiền giảm khi các bộ phần nghiền bị mòn, việc thay thế, bảo dưỡng phức tạp hơn so với máy nghiền bi

Hiện nay nhà máy đang lựa chọn và sử dụng máy nghiền con lăn kiểu đứng cho hoạt động sản xuất ở công đoạn nghiền thô cũng như nghiền Clinker

Hình 2.1 Máy nghiền bi và máy nghiền con lăn kiểu đứng

lăn kiểu đứng

33

Cấu tạo của máy nghiền đứng clinker gồm:

- Vỏ máy nghiền: có tác dụng bao che cho các bộ phận bên trong máy nghiền và tạo khoang nghiền Vỏ máy nghiền bao gồm phần hình trụ và phần hình côn Ở phần trên vỏ máy nghiền lắp động cơ phân ly và đường ống thoát khí đưa sản phẩm nghiền lên két lắng để thu hồi sản phẩm nghiền

- Bàn nghiền và còn lăn:

+ Bàn nghiền: Có tiết diện hình chữ Y, bề mặt bàn nghiền được lót bởi các tấm lót tạo thành hình đĩa Các tấm lót được làm từ hợp kim chống mài mòn và được cố định xuống bàn nghiền bằng các bu long Bàn nghiền được đỡ bởi một bệ đỡ thủy lực Tải từ bàn nghiền được truyền tới ổ đỡ qua một màng dầu do một bơm cao áp cung cấp

+ Con lăn: Gồm có 4 con lăn, mỗi con lăn có hệ thống thủy lực nâng hạ, tạo áp lực nghiền riêng Các con lăn được lót bởi vành lót chống mài mòn hình lốp

- Hộp giảm tốc và động cơ: Bàn nghiền được quay bởi một động cơ điện có công suất lớn hàng nghìn KW (điện áp 6KV) truyền động qua hộp giảm tốc Hộp giảm tốc là cơ cấu dạng thẳng đứng bao gồm bánh răng dẫn động và bánh răng truyền động Hộp giảm tốc kết cấu vững chắc có thể chịu được tải trọng của các lực nghiền tác dụng lên

- Bộ phận nạp liệu: Tác dụng cung cấp vật liệu nghiên vào bàn nghiền, do áp suất bên trong buồng nghiền là áp suất âm cho nên bộ phận nạp liệu đảm bảo kín khí, hạn chế khí giả xâm nhập vào máy nghiền Bộ phận nạp liệu của máy nghiền gồm một van quay và van hai ngả

- Vành chắn và vành kim phun khí: Bàn nghiền được bao quanh bởi vành chắn và vành kim phun Vành chắn có tác dụng dàn đều nguyên liệu thành một lớp có chiều dày nhất định Vành phun khí có tác dụng phân bố dòng khí xung quanh mép bàn nghiền để cuốn vật liệu nghiền tràn ra từ vành chắn lên phân ly

- Phân ly: Phân ly được liên kết bằng mặt bích vào phần trên vỏ máy nghiền Phân ly gồm hệ thống cánh động và cánh tĩnh Bên dưới phân ly được bố trí một phễu hình tròn côn để thu hồi vật liệu thô chưa bảo đảm độ mịn theo yêu cầu Có

34

thể điều chỉnh được độ mịn của sản phẩm bằng cách thay đổi tốc độ của phân ly và

lưu lượng khí qua máy nghiền

- Hệ thống hồi lưu ngoài: Những hạt liệu tràn ra khỏi bàn nghiền rơi qua vòng

phun khí được các cánh gạt thu gom đưa ra ngoài qua van đối trọng vào gầu nâng

cấp liệu lại cho máy nghiền

Sau khi cân 4 thành phần được đồng nhất trên băng tải 226BC151, sau đó được đưa vào gầu nâng 226BE151 để qua một cân kiểm tra trọng lượng một lần nữa rồi đưa vào máy nghiền đứng 226RM151 Tại đây nguyên liệu đồng nhất được nghiền nhỏ Những hạt kích thước to sẽ được thu hồi để nghiền lại và nguyên liệu nhỏ sẽ đưa vào túi lọc bụi lớn nằm ở đầu ra máy nghiền là 226BF157

Tại đây lọc bụi nguyên liệu sẽ được lắng đọng trên các túi lọc, không khí đã lọc được đẩy ra ngoài và được hút bởi quạt hút và đẩy ra ống khói Bụi trên các túi lọc

sẽ được lắng xuống đáy bởi hệ thống van khí nén và được vận chuyển xuống các máng khí 226AS151 bởi hệ thống van quay 226RV157 nằm dưới đáy túi lọc 226BF157

Hệ thống vận chuyển sản phẩm của công đoạn nghiền xi gồm có: Hệ thống máng khí vận chuyển nguyên liệu vào gầu nâng và tới các Silo xi măng Silo xi măng là nơi chứa sản phẩm phục vụ cho công đoạn đóng bao và xuất xi măng rời

2.3 Các thiết bị động lực trong công đoạn nghiền xi

Như chúng ta biết sản xuất xi măng là một quá trình tuần tự, các công đoạn, các thiết bị liên qua chặt chẽ, liên động với nhau về nhiều mặt Mỗi thiết bị trong một công đoạn đều có 2 chế độ hoạt động là chạy tại chỗ (Local) và chạy từ xa (Remote) Chế độ từ xa của mỗi thiết bị có thể chạy độc lập hay chạy theo nhóm Mỗi nhóm (Group) gồm nhiều thiết bị, động cơ… hoạt động rằng buộc chặt chẽ với

Nhóm máy nghiền đứng

Nhóm tuần hoàn liệu

Nhóm quạt lọc bụi Nhóm phân ly

Nhóm vận chuyển sản phẩm Tên

38

2.4 Yêu cầu công nghệ và phương pháp điều khiển trong công đoạn nghiền xi 2.4.1 Chất lượng sản phẩm

2.4.1.1 Tỷ lệ thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia

Công đoạn này Clinker, thạch cao, đá vôi và đá đen được vận chuyển vào máy nghiền để nghiền thành xi măng Thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia được điều chỉnh theo tỉ lệ phù hợp để đạt được chất lượng xi măng theo yêu cầu

Vì vậy yêu cầu về tỉ lệ các thành phần là cần phải đảm bảo

2.4.1.2 Chất lượng sản phẩm theo phương pháp Blaine

Hệ thống nghiền có mục tiêu là nghiền bột liệu tới độ mịn đáp ứng yêu cầu về mặt cường độ xi măng Phương pháp Blaine đánh giá độ mịn của sản phẩm xi măng bao gồm các yếu tố:

- Phân bố kích cỡ hạt

- Độ háo nước của thạch cao

- Sự hydrat hóa sơm và cacbonat hóa của các chất tạo khoáng Clinker

a Phân bố kích cỡ hạt

Một đặc tính của máy nghiền con lăn đứng là năng lượng tới bột liệu qua rãnh cán giữa con lăn và bàn nghiền là nhỏ, do vậy cần có một số rãnh lớn nhằm đạt được năng lượng cụ thể cần thiết Điều này làm cho yếu tố tuần hoàn bột liệu bên trong máy nghiền rất cao Yếu tố tuần hoàn bột liệu cao luôn luôn dẫn tới đường cong phân bố cỡ hạt có dạng bậc thang nếu quá trình phân ly có hiệu quả

Kích thước hạt nghiền không chỉ phụ thuộc vào hình dạng đường nghiền trên bàn nghiền mà còn phụ thuộc vào áp suất nghiền Áp suất nghiền càng cao, đầu vào năng lương càng cao qua các rãnh giữa con lăn và bàn nghiền và yếu tố tuần hoàn càng thấp và do vậy độ nghiêng của đường cong phân bố cỡ hạt càng thấp

Một yếu tố nữa ảnh hưởng tới phân bố cỡ hạt là tỉ lệ giữa tốc độ dòng khí và tốc

độ phân ly Tốc độ dòng khí thấp dẫn đến độ nghiêng của đường cong phân bố cỡ hạt thấp (Hình 2.4)

b Sự mất nước của thạch cao

39

Để đảm bảo tính mất nước của thạch cao phù hợp, máy nghiền con lăn tính đến

sự hồi lưu khí thải nóng của máy nghiền tới đầu vào để duy trì nhiệt độ thích hợp trong chu trình nghiền Nếu Clinker lạnh hoặc phụ gia ẩm ướt thì có thể gia nhiệt thêm cho máy nghiền bằng hệ thống lò đốt phụ Nếu nhiệt độ Clinker cấp vào máy nghiền cao, một van khí lạnh tại đầu vào có thể phun nước để kiểm soát nhiệt độ đầu ra máy nghiền

c Sự hydrat hóa sớm của các khoáng có trong Clinker

Trong quá trình nghiền xi măng có sự hydrat hóa sớm của các hạt xi măng Độ

ẩm để hydrat hóa sớm có thể đến từ độ ẩm có trong bột liệu, từ hệ thống làm mát bên trong hoặc từ thạch cao mất nước Hiện tượng hydrat hóa sớm có thể dẫn tới khả năng phản ứng của xi măng giảm, thời gian đông kết lâu hơn Vì vậy cần đảm bảo xi măng làm nguội tới nhiệt độ thấp hơn trước khi đưa vào silo, đảm bảo mức mất nước của thạch cao cao hơn trong máy nghiền

2.4.2 Phương pháp điều khiển

Hệ thống điều khiển công đoạn nghiền xi là hệ thống điều khiển phức tạp, giám sát và điều khiển nhiều tham số Hệ thống có cấu trúc phức tạp với nhiều mạch vòng điều khiển khác nhau Các quá trình điều khiển tỉ lệ, áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, … đều có tác động và ảnh hưởng lẫn nhau Để đạt được tối ưu về ổn định

Nhiệt lượng được tích tụ và gia nhiệt cho

xi măng tăng lên trong quá trình nghiền

Nhiệt độ xi măng rời máy nghiền phụ thuộc

vào nhiệt độ nguyên liệu (đặc biệt là

Clinker) cấp vào máy nghiền, thường nằm

trong khoảng 90 – 120ºC Ở nhiệt độ này

nước trong tinh thể thạch cao sẽ mất đi một

phần Tính mất nước sẽ làm tăng tính tan

của thạch cao và làm chậm phản ứng

aluminate trong xi măng và kiểm soát được

quá trình đông kết hiệu quả hơn

Hình 2.4 Quan hệ giữa lưu lượng

gió tốc độ phân ly với phân

bố kích thước hạt nghiền HìnH