Luận văn lò nung nhà máy xi măng

1

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/Nm 3, 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.

2

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.

3

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.


4

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

Học viên cao học

Trần Kim Quyên

năm 2009


5

MỤC LỤC
Nội dung
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, biểu đồ
MỞ ĐẦU
Chương 1 -TỔNG QUAN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG LÒ NUNG
CLINKER
1.1. TỔNG QUAN VỀ LÒ NUNG CLINKER
1.1.1. phân loại hệ thống lò nung clinker
1.1.1.1. Lò ướt
1.1.1.2. Lò khô dài
1.1.1.3. Lò có buồng phân hủy
1.1.2. Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung
1.1.2.1. Tháp cyclon
1.1.2.2. Buồng phân hủy
1.1.2.3. Ống lò

1.1.2.4. Bộ làm nguội kiểu ghi
1.1.3. Các yếu tố đầu vào
1.1.3.1. Nguyên liệu
1.1.3.2. Nhiên liệu
1.1.2.3. Gió
1.1.4. Các yếu tố đầu ra
1.1.4.1. Clinker
1.1.4.2. Khí thải
1.1.5. Các yếu tố nhiễu loạn
1.1.5.1. Chất lượng của bột liệu
1.1.5.2. Chất lượng nhiên liệu đầu vào
1.2. CẤP LIỆU LÒ
1.3. CÁC CÂN BẰNG XẢY RA TRONG LÒ NUNG CLINKER
1.3.1. Cân bằng giữa lượng nguyên liệu cấp vào lò và clinker tạo thành
1.3.2. Cân bằng giữa tốc độ cấp liệu và tốc độ quay của lò
1.3.3. Cân bằng giữa nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào
1.2.4. Cân bằng giữa lượng nhiên liệu cấp và lượng gió
1.3.5. Cân bằng giữa nhiệt nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu hồi
1.3.6. Cân bằng giữa gió ra và gió vào
1.3.7. Cân bằng giữa nhiệt độ khí thải và lưu lượng nước làm mát
Ch¬ng 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG CLINKER

Trang

01
04
04
04
04
04

05
06
07
07
08
08
10
10
11
12
13
13
15
16
16
17
18
20
21
21
22
22
23
23
23
25

2.1. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
2.1.1.Điều khiển các cân bằng nạp liệu ( Cân bằng khối lượng)
2.1.2. Điều khiển các biến đổi ( điều khiển nhiệt độ)

2.1.3. Điều khiển chất lượng của sự biến đổi năng lượng
2.1.4. Điều khiển chất lượng clinker

25
25
25
25
25

2.2. CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN
2.2.1. Các mạch vòng PID điển hình trong hệ thống lò nung clinker
2.2.2. Hệ thống điều khiển nhiên liệu (than)
2.2.3. Điều khiển gió 1 cấp vào lò

26
27
27
29


6

2.2.4. Hệ thống điều khiển quá trình cháy
2.2.5. Hệ thông điều khiển quá trình cháy trong canxiner
2.2.5.1. Mạch vòng điều khiển lượng nguyên liệu cấp vào canxiner
2.2.5.2. Điều khiển quá trình cấp than
2.2.5.3. Điều khiển lượng gió cấp vào canxiner
2.2.6. Mạch vòng điều chỉnh áp suất đầu ra của lò
2.2.7. Điều khiển áp suất sau tháp trao đổi nhiệt
Chương 3: VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG LÒ NUNG CLINKER

3.1. VẬN HÀNH LÒ NUNG CLINKER
3.1.1. Phương pháp điều khiển lò
3.1.2. Các yêu cầu của hệ thống chuyên gia
3.2. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH LÒ NUNG CLINKER
3.2.1. Mô hình quá trình lò nung
3.2.1.1. Xem xét nhiên liệu
3.2.1.2. Thiết bị đo
3.2.1.3. Quan sát của người vận hành
3.2.2. Điều khiển fuzzy các lò nung clinker
3.2.2.1. Cơ cấu điều khiển lò
3.2.2.2. Điều khiển zôn nung
3.2.2.3. Điều khiển quá trình cháy
3.2.2.4. Điều khiển ghi làm nguội
3.2.3. Chiến lược điều khiển theo mô đun
Chương 4: NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM TỐI ƯU CHUYÊN GIA

31
33
34
34
36
36
37
38
38
38
39
40
40
40

41
41
42
42
43
46
48
48
49

SỬ DỤNG TRONG VẬN HÀNH LÒ NUNG CLINKER NHÀ MÁY XI MĂNG SÔNG
GIANH
4.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TỐI ƯU CHUYÊN GIA (Expert Optimizer)
4.1.1. Cấu trúc của Tối ưu chuyên gia
4.1.2. Những lợi ích của Tối ưu chuyên gia (EO)
4.1.3. Phương thức xây dựng chương trình trên Expert Optimizer
4.1.4. Các trạng thái hoạt động của hệ thống Expert Optimizer (EO)
4.2. BỘ CÔNG CỤ LẬP TRÌNH TOOLKIT
3.2.1. Các thư viện của Toolkit
4.2.2. Một số Module thuật toán quan trọng trong thư viện Toolkit
3.2.2.1. Ramping and Tracking
4.2.2.2. Norm
4.2.2.3. Norm+
4.2.2.4. Norm*
4.2.2.5. FOF( Bộ lọc tín hiệu theo thời gian)
4.2.2.6. IP Norm+
4.2.2.7. Counter
4.2.2.8. GRD
4.2.2.9. Scale
4.2.2.10. PROP+

4.2.2.11. TRC
4.2.2.12. LATCH Module
4.2.2.13. Quant Link From
4.2.2.14. Quant Link To
4.2.2.15. Operator Input, Plant Input, Calculated Output và Plant Output
4.2.2.16. State Diagram Operator
4.3. CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN LÒ NUNG CLINKER(KILN)
4.3.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát
4.3.1.1. Các đầu vào

49
49
50
50
51
51
51
53
53
53
54
55
55
55
56
56
56
56
56
56

57
57
57
57
58
58
58


7

4.3.1.2. Điều khiển các điểm đặt ở đầu ra
4.3.2. Các thuật toán tính toán đầu vào
3.3.2.1. Tính toán chuẩn hoá các thông số đầu vào
4.3.2.2. Chuẩn hoá thông số đầu vào: Dung trọng Clinker (lwt-oe) và hàm lượng vôi tự
do ( freelime-sp-oe)
4.3.2.3. Chuẩn hoá thông số đầu vào nhiệt độ zôn nung
4.3.2.4. Tính toán các mục tiêu

59
59
59
61

4.4. CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM
4.4.1. Tính toán nhiên liệu cho Canxiner
4.4.1.1. Sơ đồ tổng quát
4.4.1.2. Khi hệ thống làm việc với nhánh N1
4.4.1.3. Khi hệ thống làm việc với nhánh N2
4.4.2. Các module điều khiển lò (Kiln-main-module)

4.4.2.1. Sơ đồ tổng quát
4.4.2.2. Khi hệ thống làm việc ở nhánh: Normal Actions
4.4.3. Khi hệ thống làm việc ở nhánh: Interrupt Actions
4.4.3.1. Ring-Actions (sử lý tình trạng lớp cola bị rơi)
4.4.3.2. Break-Actions
4.4.3.3. PH-CO-action (Tình trạng nồng độ CO trong tháp trao đổi nhiệt)
4.4.3.4. Kiln-CO-Action (tình trạng CO trong lò nung)

70
70
70
72
75
77
77
79
86
86
89
92
93

4.5. CÁC THUẬT TOÁN ĐẦU RA
4.5.1. Tính toán điểm đặt cấp than cho Canxiner
4.5.2. Tính toán điểm đặt cấp than cho lò
4.5.3. Tính toán đầu ra cho điểm đặt cấp liệu và tốc độ lò
4.5.3.1. Feed and Speed Change (Tính lượng thay đổi cấp liệu và tốc độ lò)
4.5.3.2. Tính toán giá trị đặt cấp liệu (Kiln-Feed-Setpoint)
4.5.3.3. Tính toán điểm đặt tốc độ lò (Kiln-Speed-Setpoint)
4.5.4. Tính toán điểm đặt cho tốc độ quạt ID (Preheater fan setpoint)

4.5.5. Tính toán điểm đặt cho vị trí van gió 3 (TAD Setpoint)
4.5.6. Điều khiển van quay chia liệu trên hai nhánh của tháp trao đổi nhiệt

96
96
97
99
99
102
103
104
104
105

4.6. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÀM NGUỘI ( COOLER )
4.6.1. Các trạng thái hoạt động chức năng
4.6.1.1. Trạng thái hoạt động SPOUTING-LOGIC
4.6.1.2. Trạng thái hoạt động OVERRIDE-LOGIC
4.6.1.3. Trạng thái hoạt động HOT-PLATES-LOGIC
4.6.1.4. Trạng thái hoạt động COATING-COLLAPSE-LOGIC
4.6.1.5. Các trạng thái hoạt động NEW-SETPOINT
4.6.1.6. Trạng thái hoạt động HOOD-PRESSURIED-LOGIC
4.6.2 Tính các giá trị đặt để điều khiển làm nguội Clinker
4.6.2.1. Ghi một
4.6.2.2. Ghi hai
4.6.2.3. Tính giá trị đặt tốc độ Ghi

107
107
107

108
108
108
108
108
109
109
111
112

Chương 5: VẬN DỤNG EO ĐỂ KHẢO SÁT LƯỢNG THAY ĐỔI NHIÊN LIỆU CHO
CANXINER

113

5.1. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN

113

63
65

5.1.1. Các khối quy tắc (Rulebock)

113

5.1.2. Precalciner-SCALE (khối tính toán tỷ lệ)

113

5.2. ỨNG DỤNG MATLAB & SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG LƯỢNG THAY ĐỔI
NHIÊN LIỆU CHO CANXINER
5.2.1. Mô hình hóa bằng Matlab simulink để mô phỏng lượng thay đổi nhiên liệu cho
canxiner
5.2.2. Xây dựng luật hợp thành

114
114
116


8

5.2.2.1. Xây dựng luật hợp thành của khối PCGene
5.2.2.2. Xây dựng luật hợp thành của khối PCTopfeed
5.2.1.3. Xây dựng luật hợp thành của khối PCTopdamp
5.2.3. Mờ hóa tín hiệu đầu vào
5.2.4. Giải mờ
5.2.5. Surface của bộ điều khiển mờ
5.2.6. Luật điều khiển của bộ mờ
5.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

116
116
116
118
118
119

120
121
123
124


9

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng
Bảng 1.1
Bảng 3.1

Tên bảng
Quá trình hóa lý xảy ra khi nung clinker trong lò
Tóm tắt các thông số điều khiển sẵn cho người vận hành

Trang
13
41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình vẽ
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7

Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.3
Hình 4.5
Hình 4.6

Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9a
Hình 4.9b
Hình 4.10
Hình 4.11

Tên hình vẽ
Cấu tạo lò ướt
Sơ đồ lò có buồng phân hủy riêng
Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung có buồng phân hủy
Sơ đồ đầu vào và đầu ra của buồng phân hủy
Mô hình lò nung clinker
Đồ thị nhiệt độ trong lò nung clinker
Lớp cola bên trong lò nung
Cân bằng khối lượng
Cân bằng giữa tốc độ cấp liệu và tốc độ quay lò
Cân bằng nguyên liệu - nhiên liệu
Cân bằng nhiên liệu - gió
Cân bằng nhiệt
Cân bằng gió
Cân bằng giữa nhiệt độ khí thải và nước làm mát
Các mạch vòng điều khiển PID điển hình
Hệ thống điều khiển cấp than cho lò
Sơ đồ điều khiển cấp than cho lò
Sơ đồ điều khiển cấp gió 1 vào lò
Sơ đồ điều khiển nhiệt độ hỗn hợp than/khí
Hệ thống điều khiển gió 2 vào lò
Sơ đồ điều khiển lượng oxy dư trong lò
Hệ thống điều khiển cho canxiner

Sơ đồ điều khiển cấp nguyên liệu vào canxiner
Hệ thống cấp than cho canxiner
Sơ đồ điều khiển cấp than vào canxciner
Sơ đồ điều khiển gió 1 cấp vào calciner
Sơ đồ điều khiển áp suất đầu ra của lò
Hệ thống điều khiển nước làm mát và lọc bụi khí thải
Các yếu tố của cơ cấu điều khiển lò
Chỉ số ổn định của nhiệt độ lò và chỉ số ổn định zôn nung (BZTI)
Sơ đồ thực hiện chiến lược điều khiển fuzzy
Các thành phần cấu thành nên tối ưu chuyên gia
Lợi ích của việc sử dụng EO
Thư viện lập trình Toolkit
Nguyên tắc chuẩn hoá NORM
Nguyên tắc chuẩn hoá NORM+
Nguyên tắc chuẩn hoá NORM*
Cấu trúc của “IP NORM+
Cách tham chiếu lấy giá trị chuẩn của hàm NORM
Chuẩn hoá nồng độ ôxy (OX)
Chuẩn hoá nồng độ PH OX
Chuẩn hoá thông số chất lượng
Chuẩn hoá nhiệt độ Canxiner

Trang
04
05
06
07
09
14
14

21
21
22
22
23
23
23
26
26
27
28
29
30
31
32
33
33
34
34
35
36
41
43
44
48
49
51
53
54
54

55
59
60
60
61
62


10

Hình 4.12
Hình 4.13
Hình 4.14
Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22
Hình 4.23
Hình 4.24
Hình 4.25
Hình 4.26
Hình 4.27
Hình 4.28
Hình 4.29
Hình 4.30
Hình 4.31

Hình 4.32
Hình 4.33
Hình 4.34
Hình 4.35
Hình 4.36
Hình 4.37
Hình 4.38
Hình 4.39
Hình 4.40
Hình 4.41
Hình 4.42
Hình 4.43
Hình 4.44
Hình 4.45
Hình 4.46
Hình 4.47
Hình 4.48
Hình 4.49
Hình 4.50
Hình 4.51
Hình 4.52
Hình 4.53
Hình 4.54
Hình 4.55
Hình 5.1
Hình 5.2
Hình 5.3
Hình 5.4
Hình 5.5
Hình 5.6

Hình 5.7
Hình 5.8
Hình 5.9
Hình 5.10

Chuẩn hoá nhiệt độ zone nung
Các thứ tự ưu tiên khi vận hành
Tính giá trị mục tiêu nhiệt độ Zôn nung
Tính giá trị mục tiêu dòng lò
Tính toán giá trị mục tiêu nồng độ NOx
Tính toán giá trị mục tiêu nhiệt độ canxiner
Tính toán giá trị mục tiêu nồng độ Oxy lò
Tính toán giá trị mục tiêu nồng độ Oxy sau tháp trao đổi nhiệt
Tính toán lượng thay đổi nhiên liệu cho canxiner
Khối thực hiện chức năng nung đều
Tính tỷ lệ lượng thay đổi nhiệt độ canxiner
Xử lý tình trạng quá nhiệt của Canxiner
Xử lý tình trạng CO trên tháp trao đổi nhiệt
Các module chính điều khiển lò
Khối thực hiện các chức năng nung đều
Tính tỷ lệ cho lượng thay đổi cấp than
Tính tỷ lệ cho lượng thay đổi cấp liệu
Tính tỷ lệ lượng thay đổi tốc độ quạt ID
Tính tỷ lệ thay đổi cho độ mở van gió 3
Trạng thái của Ring-Actions
Trạng thái logic của Ring-latch và Unlatch
Trạng thái logic để xử lý tình trạng Ring-Action
Thuật toán sử lý tình trạng Ring-Action
Trạng thái tác động của Cold-Break
Trạng thái logic của Hot-break và Cold-break

Các đại lượng thay đổi khi xảy ra tình trạng Break-Action
Trạng thái tác động của PH-CO-action
Trạng thái logic của PH-COAction
Trạng thí tác động của Kiln-CO-Action
Trạng thái logic để xử lý tình trạng Kiln-CO-Action
Xử lý tình trạng Kiln-CO-Action bằng cách thay đổi vị trí van gió 3
Tính toán điểm đặt than cho canxiner
Tính toán điểm đặt cấp than cho lò
Tính toán đầu ra cho cấp liệu và tốc độ lò
Tính lượng thay đổi cấp liệu và tốc độ lò
Tính toán cấp liệu cho lò
Tính điểm đặt tốc độ lò
Tính toán điểm đặt cho tốc độ quạt ID
Tính toán điểm đặt cho độ mở van gió 3
Điều khiển van quay chia liệu trên 2 nhánh tháp trao đổi nhiệt
Chương trình chính điều khiển Ghi 1
Tính toán lưu lượng cho các quạt Ghi 2
Tính toán lưu lượng cho các quạt Ghi 2 trường hợp interrupt
Tính giá trị đặt tốc độ Ghi
Mô hình điều khiển lượng thay đổi nhiên liệu cho canxiner
Các khối quy tắc khi hệ thống làm việc bình thường ở nhánh N1
Khối tính toán tỉ lệ (Precalciner-SCALE)
Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ
Biến ngôn ngữ đầu ra khối PCGene
Biến ngôn ngữ đầu ra khối PCTopfeed
Biến ngôn ngữ đầu ra khối PCTopdamp
Surface của bộ điều khiển mờ
Luật điều khiển của khối PCGene
Luật điều khiển của khối PCTopfeed

62
63
66
66
67
67
68
68
70
72
74
75
76
77
80
81
82
83
84
85
85
86
87
88
89
90
91
91
92
93

93
94
96
97
99
101
101
102
103
104
107
108
109
110
113
114
114
115
117
118
118
119
119
119


11

Hình 5.11
Hình 5.12

Luật điều khiển của khối PCTopdamp
Kết quả mô phỏng lượng thay đổi nhiên liệu cấp cho canxiner

120
121


12

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


13

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.
Hệ thống cấp
liệu cho lò
Hệ thống tháp
trao đổi nhiệt
(Cyclon)
Canxiner (buồng
phân hủy)

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.


14

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


15

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:


16

Hình 1.4. Sơ đồ đầu vào và đầu ra của buồng phân hủy.
- Đầu vào:
Nhiên liệu (2 đầu), khí nóng từ lò và từ bộ làm nguội.
- Đầu ra:
Khí nóng gồm các sản phẩm cháy được và CO 2 tạo ra trong quá trình
canxi hóa và nguyên liệu ở dạng bụi với khí nóng.
Hỗn hợp nguyên liệu/khí sau đó được dẫn tới cyclon, tại đó khí và nguyên liệu
được tách ra. Nguyên liệu được đưa đến lò quay, và khí nóng được đưa tới cyclone
tháp trao đổi nhiệt. Tại đây, hầu hết nhiệt lượng bị thu hồi sau khi đã trao đổi nhiệt
với nguyên liệu mới được chuyển vào.
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.


17

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 1200 0C 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 120 0C –
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


18

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 nung
Nguyên liệu
Nhiên liệu
Clinker
Khí thải
Nhiên liệu có nhiệt trị khác nhau
Phối liệu đầu
vào
Gió
Hình 1.5: Mô hình lò nung clinker.
Các yếu tố đầu vào bao gồm:
- Nguyên liệu.
- Nhiên liệu.
- Gió.
Các yếu tố đầu ra bao gồm:
- Clinker.
- Khí thải.

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


19

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 75 oC đến 1000oC trước khi đi vào lò hoặc buồng
phân hủy.


20

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.


21

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 O 2 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.
1.1.4. Các yếu tố đầu ra
1.1.4.1. Clinker
a. Quá trình hình thành clinker
Nhiên liệu để nung là bột than được phun ở áp suất cao dưới dạng mù. Dòng
khí nóng tạo ra đi ngược từ đáy là đến đỉnh lò.
Khi phối liệu đi vào lò nhiệt độ tăng lên làm các phản ứng pha rắn xảy ra và
được kết khối ở 13000C đến 14500C tạo thành clinker.
Bảng 1.1. Quá trình hóa lý xảy ra khi nung clinker trong lò.
Khoảng nhiệt

Các quy trình đặc trưng.

Loại q. trình.


22

100oC – 250oC

250oC – 500oC
500oC – 750oC
750oC – 950oC
950oC – 1350oC
1350oC – 1400oC
1400oC – 1450oC

Nước kết tinh, nước mao dẫn đá bị tách ra và bốc hơi.
Tạp chất hữu cơ cháy và nước hóa học trong đất sét bị khử
hết.
Phân hủy đá sét SiO2 và Al2O3.
Kết thúc phân hủy đá sét và bắt đầu phân hủy mạnh CaCO 3
thành CaO
Tạo thành metacaolinit từ các oxit hoạt tính.
Hình thành clinker lỏng từ khoáng nhôm và ferit.
Quá trình tạo C3S là khoáng clinker chủ yếu

Thu nhiệt.
Thu nhiệt
Thu nhiệt
Thu nhiệt
Tỏa nhiệt
Thu nhiệt
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 1300 oC – 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.


23

Hình 1.7: Lớp cola bên trong lò nung.
b. Thành phần clinker
Thành phần hóa học clinker thông thường nằm trong giới hạn sau:
- CaO = 63% – 67%.
- SiO2 = 21% – 24%.
- Al2O3 = 4% – 7%.
- Fe2O3 = 2,5% – 4%.
c. Chất lượng clinker
Nếu như lượng nguyên liệu đầu vào đạt được tỷ lệ và chất lượng như yêu cầu
công nghệ đã đặt ra thì chất lượng clinker chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ và thời
gian trong lò nung. Thành phần clinker gồm 4 oxit chính là CaO, SiO 2, Al2O3, Fe2O3
chúng liên kết với nhau khi nung ở nhiệt độ cao 14500C tạo nên 4 khoáng chính là
C3S (Alit), C2S (Belit), C3A và C4AF (Xelit). Để đánh giá chất lượng clinker có liên
quan đến quy trình khống chế kỹ thuật nung, 4 khoáng trên liên hệ với nhau qua các
hệ số đặc trưng cho thành phần clinker.
d. Vận chuyển clinker
Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ khá cao, được làm mát bằng cách trao đổi nhiệt
với gió từ bộ làm nguội kiểu ghi, hạ xuống khoảng 120 0C. Clinker qua ghi phân loại
và máy đập búa, có kích thước < 25 mm và được đổ vào băng cào xích rồi được chở

lên băng gầu xiên. Từ băng gầu xiên, clinker được chuyển vào silô chứa, ở đây
clinker được ủ từ 7 đến 15 ngày trước khi được tháo cùng phụ gia và thạch cao vào
máy nghiền xi măng.
1.1.4.2. Khí thải


24

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:


25

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 100 oC. 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:
- Độ ẩm của than.
- Tro chứa trong than.
- Độ mịn của than.
b. Độ ẩm của than.
Than thô được vận chuyển từ các mỏ than là không hoàn toàn thô, nó có
chứa một lượng nước nhất định. Lượng nước này tạo cho than có một độ ẩm để
chống việc tự cháy nhưng cần phải tránh độ ẩm quá lớn vì nó sẽ giảm khả năng