Giới thiệu tổng quan về nhà máy xi măng Tam Điệp
Nhà máy xi măng Tam Điệp, tọa lạc tại xã Quang Sơn, thị xã Tam Điệp, tỉnh Ninh Bình, có công suất thiết kế 4.000 tấn/ngày đêm, tương đương 1,4 triệu tấn Clinker/năm Với vốn đầu tư hàng trăm triệu USD, đây là một trong những dây chuyền sản xuất xi măng hiện đại nhất Việt Nam Nhà máy được khởi công xây dựng từ năm 1998 và hoàn thành vào năm 2002, sau đó trải qua 2 năm chạy thử để hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật Đến cuối năm 2004, nhà máy chính thức đi vào sản xuất Mặc dù mới hoạt động hơn 1 năm, nhà máy đã khẳng định được vị thế trong ngành công nghiệp xi măng của đất nước.
Nhà máy sử dụng công nghệ khô tiên tiến của F.L.Smith Đan Mạch, với hệ thống sản xuất khép kín và thiết bị từ các tập đoàn công nghiệp hàng đầu thế giới Toàn bộ quy trình sản xuất, từ tiếp nhận nguyên liệu đến xuất sản phẩm, được điều khiển hoàn toàn tự động từ phòng điều khiển trung tâm CCR thông qua hệ thống máy tính và PLC của Allen-Bradly (Mỹ) Ngoài ra, nhà máy còn trang bị hệ thống phân tích nhanh bằng X quang, chương trình tối ưu hóa thành phần phối liệu và hệ thống điều khiển tự động với hàng nghìn điểm đo, đảm bảo giám sát và điều khiển liên tục.
Ngoài các loại xi măng pooc-lăng truyền thống như PC30 và PC40, nhà máy còn cung cấp các loại xi măng đặc biệt cho các ứng dụng như giếng khoan sâu và trung bình, cũng như xây dựng hầm Sản phẩm được sản xuất linh hoạt theo yêu cầu của khách hàng.
Công nghệ sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng tam điệp
Tổng quan Về công nghệ sản xuất xi măng lò quay .3 II.2.Mô tả Quá trình công nghệ
II.1.1.Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng
Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực có khả năng cứng hóa trong nước và không khí Nó được sản xuất bằng cách nghiền Clinker cùng với thạch cao và một số phụ gia khác Clinker đóng vai trò quan trọng nhất trong xi măng, ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất của sản phẩm cuối cùng.
Clinker là sản phẩm được tạo ra từ quá trình nung kết hỗn hợp nguyên liệu như đá vôi, đá sét, cát thạch anh và xỉ sắt Hỗn hợp này được nghiền mịn và đồng nhất, sau đó nung ở nhiệt độ cao Ở nhiệt độ 450°C, caolonit sẽ bị dehydrat hóa, trong khi ở 750-950°C, canxi sẽ trải qua quá trình decarbonat hóa Phản ứng giữa CaO với silic, nhôm và sắt bắt đầu diễn ra mạnh mẽ ở 800°C.
Khi đạt tới 1300 O C xuất hiện một phần chất nóng chảy và bắt đầu kết khối, ở 1400-1450 O C Clinker đợc hình thành, tức hoàn thành tạo các khoáng chính của Clinker.
II.1.2.Các phơng pháp sản xuất xi măng
Có hai phương pháp chính để sản xuất xi măng: phương pháp ướt và phương pháp khô Trong phương pháp ướt, nguyên liệu được nghiền mịn trong máy nghiền ướt để tạo thành bùn với độ ẩm từ 30-50%, sau đó được đưa thẳng vào lò nung Ngược lại, phương pháp khô sử dụng nguyên liệu ở dạng bột ẩm 1% hoặc dạng viên với độ ẩm từ 12-14% khi đưa vào lò.
Khi chọn phương pháp sản xuất xi măng, cần xem xét các yếu tố cơ bản như tính chất hóa lý của nguyên vật liệu, nguồn nhiên liệu và nước Nếu nguyên liệu có độ ẩm tự nhiên lớn hơn 10% và khả năng phân tán tốt, cùng với đủ nước và nhiên liệu, thì phương pháp ướt sẽ là lựa chọn tối ưu cho quá trình sản xuất.
Phương pháp khô là lựa chọn hợp lý và tiết kiệm cho những nguyên vật liệu có độ ẩm tự nhiên thấp, thành phần hóa học đồng nhất và khi nguồn nhiên liệu, nước bị hạn chế.
Phương pháp ớt có ưu điểm là sơ đồ đơn giản, tiêu tốn điện năng ít và khối lượng thiết bị lớn hơn, trong khi phương pháp khô tiêu tốn điện gấp ba lần Trước năm 1965, phương pháp ớt chiếm khoảng 2/3 tổng sản lượng xi măng toàn cầu, với tỷ lệ sử dụng cao ở nhiều quốc gia như Liên Xô (cũ) 90%, Bỉ 100%, Anh 98%, Canada 97-98%, Ba Lan 85%, Pháp 75-85%, Mỹ 60%, CHLB Đức và Nhật 30%, và Italia 10-15% Hiện nay, tỷ lệ phương pháp khô đã tăng đáng kể và trở thành phương pháp sản xuất chủ yếu ở hầu hết các quốc gia.
II.1.3.Thành phần hóa học chính của Clinker
Nguyên liệu chính để sản xuất Clinker bao gồm đá vôi (CaO) và đá sét (SiO2, Fe2O3, Al2O3) Chất lượng của Clinker được xác định bởi thành phần hóa học và khoáng của nó.
Thành phần hóa học của Clinker được xác định qua tỷ lệ các oxyt, là yếu tố quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của Clinker Tổng hàm lượng bốn oxyt cơ bản, bao gồm CaO, đóng vai trò then chốt trong việc kiểm tra và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Clinker chứa 95-98% SiO2, Fe2O3 và Al2O3, và tính chất của Clinker cũng như xi măng chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ các oxyt này Tỷ lệ hàm lượng các oxyt trong Clinker thường được xác định như sau:
Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hàm lượng các oxyt khi cấp liệu vào máy nghiền, chúng ta có thể thay đổi tính chất của xi măng Ngoài các oxyt cơ bản, Clinker còn chứa các oxyt khác như MgO, NaO, PO, MnO, và các oxyt này, ở mức độ khác nhau, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của xi măng.
Trong quá trình nung luyện, 4 Oxyt cơ bản CaO, SiO2, Fe2O3, Al
2O3 sẽ tác dụng với nhau để tạo thành các khoáng xác định tính chất của xi măng Trong xi măng có các khoáng chính nh sau:
Silicat 3 Can xi (AlÝt) 3CaO.SiO2
Silicat 2 Can xi (Bezit) 2CaO.SiO2
Aluminat 3 Can xi 3CaO.Al2O3
Alumoferit 4 Can xi 4CaO.Al2O3.Fe2O3
Hàm lợng các khoáng cơ bản trong Clinker nằm trong các khoảng sau:
Ngoài các phối liệu cơ bản, còn có các phụ gia được thêm vào trong quá trình nung hoặc nghiền cùng Clinker để cải thiện hoặc điều chỉnh một số tính chất nhất định của xi măng.
Phụ gia khoáng làm xúc tác cho những phản ứng hóa học, sau khi hoàn thành sẽ nằm lại luôn trong sản phẩm.
Phụ gia điều chỉnh dùng điều chỉnh sự kết dính và độ đóng rắn của xi măng, thờng dùng thạch cao.
Phụ gia thủy làm tăng tính bền nớc của xi măng.
Phụ gia điền đầy nhằm hạ giá thành của sản phẩm (độn thêm).
II.1.4.Hệ thống lò nung ống quay – nơi quyết định tính chất của xi măng
Hệ thống lò quay thường bao gồm các thành phần chính như bộ phận chuẩn bị và cung cấp nhiên liệu, thiết bị trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài lò, thiết bị làm nguội Clinker, cùng với hệ thống thông gió và lắng bụi.
Dựa vào kích thước, lò được phân thành lò ngắn và lò dài Lò ngắn có tỷ lệ chiều dài L so với đường kính D lớn hơn 32 (L/D > 32) Trong ngành công nghiệp xi măng, lò ngắn thường sử dụng phương pháp khô, trong khi lò dài áp dụng phương pháp ướt.
Theo cấu trúc ngời ta chia ra lò có thiết bị trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài.
Theo lợng nhiệt tiêu tốn cho 1kg Clinker của các lò quay hiện đại đang dùng đợc sắp xếp nh sau:
Lò ngắn (60-80m) có xích (trao đổi nhiệt) 1800-2100 kcal/kg
Lò ngắn (60-80m) có xích và thiết bị trao đổi nhiệt trớc xÝch 1700-1800 kcal/kg
Lò ngắn (60-100) có thiết bị cô đặc bùn 1300-1450 kcal/kg
Lò ngắn (40-60m) có xích Kalxinato, liệu vào lò có độ ẩm
W = 12-14% (không kể nhiệt để sấy) 850-1100 kcal/kg
Lò ngắn (40-60m) có cyclone trao đổi nhiệt, liệu vào lò là bột khô (không kể nhiệt để sấy) 900-1100 kcal/kg
II.1.5.Chế độ nhiệt độ của lò quay
Quá trình nung hỗn hợp liệu xi măng bao gồm nhiều giai đoạn quan trọng như thoát hơi nước, nung nóng liệu, phân hóa sản phẩm, tạo mới và làm nguội sản phẩm Thời gian nung kéo dài từ khi nạp liệu cho đến khi sản phẩm ra khỏi lò Đoạn lò đầu nạp liệu là nơi gần 90% lượng ẩm vật lý được bay hơi, với nhiều xích được treo để tăng cường trao đổi nhiệt Tại đây, vật liệu được nung nóng đến 90-100 °C và thường vẫn chứa 6-12% ẩm Nếu xảy ra nung quá nhiệt trong vùng xích, có thể dẫn đến mất mát theo bụi Lượng ẩm còn lại sẽ thoát ra ở vùng sấy tiếp theo, nơi nhiệt độ của vật liệu tăng lên 200-250 °C, và thiết bị trao đổi nhiệt kim loại được lắp đặt tại đây.
Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên 450-500°C, các tạp chất hữu cơ sẽ cháy và xảy ra phân hóa caolinit, đồng thời sinh hơi nước kết hợp hóa học, tạo thành vùng dehydrat Tiếp theo, vật liệu được nung ở vùng nung với nhiệt độ khoảng 500-700°C Sau đó, quá trình khử khí cacbonic (canxi hóa) diễn ra, trong đó cacbonat canxi và magiê phân hủy, bắt đầu từ nhiệt độ dưới 700°C và kết thúc ở trên 900°C.
Các phân xởng chính trong Sản xuất xi măng
II.3.1.Phân xởng Sản xuất bột liệu
II.3.1.1.Các thiết bị chính thuộc phân xởng
Máy nghiền con lăn đứng Atox 45.
Máy phân ly hiệu suất cao RAR 45.
Lọc bụi tĩnh điện éP chung cho lò nung và nghiền liệu
Quạt máy nghiền (không phải do FLSA cung cấp) Môtơ 2500kW
Hệ thống tuần hoàn vật liệu máy nghiền
Quạt lọc bụi kiểu MTS 400/392 Môtơ 513 kW.
Máy nghiền được thiết kế với năng suất 320 tấn/h, đạt độ mịn 10% trên sàng 009 Hỗn hợp liệu cấp cho máy nghiền có hàm lượng ẩm 8%, sau đó được sấy đến độ ẩm 0.5% Kích thước vật liệu tối đa là 0% lớn hơn 158 mm và 2% lớn hơn 135 mm.
II.3.1.3.Quá trình công nghệ a.Hệ thống cấp liệu
Nguyên liệu được vận chuyển từ kho tới các két chứa riêng biệt, sau đó được xả qua các băng cân định lượng theo tỷ lệ đã được thiết lập bởi hệ thống điều khiển tự động Đặc biệt, đất sét được kiểm soát qua thiết bị định lượng gắn trên băng tải Bộ điều khiển tự động đảm bảo tỷ lệ cấp liệu phù hợp với các hệ số chế tạo mục tiêu như LSF, SM, AM Nguyên liệu sau đó được chuyển tới máy nghiền liệu qua hệ thống vận chuyển Để ngăn chặn kim loại lẫn vào nguyên liệu, hệ thống cấp liệu máy nghiền được trang bị máy hút kim loại từ tính và máy phát hiện kim loại không nhiễm từ Những kim loại không mong muốn sẽ được thải ra ngoài nhờ van 2 ngả trước khi vào máy nghiền.
Nguyên liệu được đưa vào ống trợt và nạp vào bàn nghiền, nơi bàn nghiền quay trên trục cố định nhờ vào môtơ và hộp giảm tốc Quá trình nghiền diễn ra nhờ lực ép giữa các con lăn và bàn nghiền, được tạo ra bởi áp suất thủy lực từ hệ thống bơm thủy lực Áp suất này có thể điều chỉnh thông qua cánh thay đổi điểm đặt trong phòng điều khiển trung tâm Vật liệu được giữ trên bàn nghiền bởi vòng chắn, với độ cao của vòng chắn được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình nghiền Tại vùng ngoại biên của bàn nghiền, vật liệu rơi qua vòng chắn và hòa lẫn vào dòng khí nóng được đưa vào máy nghiền qua các vòng miệng xung quanh Một phần nhỏ vật liệu hạt lớn sẽ rơi qua vòng miệng và quay trở lại máy nghiền nhờ hệ thống tuần hoàn.
Máy nghiền được trang bị hệ thống phun nước nhằm kiểm soát nhiệt độ trong quá trình nghiền Hệ thống này cũng giúp ổn định độ dày lớp vật liệu trên bàn nghiền khi nguyên liệu nạp vào quá khô.
Một phần vật liệu rơi qua biên của bàn nghiền được đưa trở lại bàn nghiền nhờ dòng khí nóng vào máy nghiền qua vòng miệng Các hạt mịn được cuốn theo dòng khí nóng và được đưa vào máy phân ly.
Trong máy phân ly, dòng khí mang bột liệu được chia thành hai phần: hạt thô quay lại bàn nghiền để tiếp tục nghiền, trong khi hạt mịn thành phẩm được vận chuyển cùng khí gas lên các cyclone Tại đây, khí gas và bột liệu được tách biệt; bột liệu lắng lại và khí gas được thải ra ống khói sau khi được làm sạch qua lọc bụi tĩnh điện (ESP) chung cho lò nung và máy nghiền liệu Rôto máy phân ly được dẫn động bởi một môtơ thay đổi tốc độ, với tốc độ của máy phụ thuộc vào độ mịn của bột liệu.
Quá trình sấy vật liệu trong máy nghiền sử dụng dòng khí gas, với việc vận chuyển và phân ly vật liệu được thực hiện qua quạt máy nghiền nằm giữa các cyclone và lọc bụi tĩnh điện Thành phần khí gas vào máy nghiền bao gồm khí thải từ preheater và khí tuần hoàn từ máy nghiền Nhiệt độ của dòng khí được xác định dựa trên nhu cầu sấy vật liệu cấp vào máy nghiền, trong khi khí tuần hoàn giúp duy trì lưu lượng khí gas ổn định qua máy nghiền và máy phân ly.
Lu lọng khí gas đợc giám sát bởi ống venturi lắp đặt giữa các cyclone và quạt máy nghiền
Sau khi quạt máy nghiền hoạt động, một phần khí gas từ quá trình sẽ được quay trở lại cửa vào máy nghiền, trong khi phần còn lại sẽ được dẫn tới hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) để xử lý.
Bột liệu được thu gom qua các cyclone và lọc bụi tĩnh điện, sau đó được vận chuyển cùng với bụi lắng từ tháp điều hòa khí thải đến silô bột liệu.
Dụng cụ lấy mẫu tự động kiểu vít được lắp đặt trên đường vận chuyển trước khi vào silô, có chức năng lấy các mẫu bột liệu đại diện Việc này giúp điều chỉnh thành phần hóa và độ mịn của bột liệu một cách chính xác và hiệu quả.
II.3.1.4.Hệ thống điều khiển và các vòng điều khiển
Hệ thống điều khiển trung tâm (Central Control Room) đảm nhiệm việc vận hành và điều khiển các mô tơ, máy móc, van và thiết bị khác Trong đó, các chương trình được thiết lập để quản lý hiệu quả quy trình nghiền liệu.
Từ phòng điều khiển trung tâm, quá trình nghiền liệu được thực hiện thông qua việc lựa chọn các chương trình và chức năng một cách trực tiếp, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.
Hệ thống điều khiển được cấu trúc gồm nhiều nhóm mô tơ, trong đó các mô tơ của mỗi nhóm có thể khởi động theo trình tự khi vận hành Một mô tơ trong nhóm chỉ được khởi động khi các mô tơ cuối nguồn của nhóm đang hoạt động Đồng thời, một nhóm mô tơ chỉ có thể khởi động khi các nhóm cuối nguồn của công đoạn đang vận hành.
Các chương trình trong hệ thống điều khiển sẽ tự động khởi động và dừng các máy thuộc các nhóm đã được phân chia Quá trình vận hành được giám sát tự động, đảm bảo kiểm tra tất cả các liên động cần thiết để duy trì an toàn và bảo vệ trong quá trình hoạt động.
Nguyên tắc cơ bản trong liên động vận hành là không được khởi động máy móc khi các máy cuối nguồn trong nhóm cha đã được khởi động, và cần tuân thủ đúng trình tự khởi động đã được sắp đặt Bất kỳ sự dừng lại của một máy nào cũng sẽ dẫn đến việc dừng các máy trước nó theo trình tự đã định.
Các liên động bảo vệ nh:
Nhiệt độ dây quấn môtơ
Các giảm sát tốc độ
Mức vật liệu quá cao…
