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

Luận văn cao học

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 S7300” là do chính em thực hiện dựa trên sự hƣớng dẫn của giảng viên hƣớng dẫn PGS.
TS. Nguyễn Thị Lan Hƣơng và các tài liệu tham khảo. Nội dung trong luận văn hoàn
toàn thực tế, khách quan và chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ ở một học vị nào.
Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Đạt

1


Luận văn cao học

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................5
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................6
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................9
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON VÀ QUY TRÌNH
SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY ...................................................................................11
1.1 Sơ lƣợc 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 lƣợc 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
CHƢƠNG 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 phƣơng pháp điều khiển trong công đoạn nghiền xi .... 38
2.4.1. Chất lƣợng sản phẩm.......................................................................................38
2.4.1.1. Tỷ lệ thành phần Clinker, thạch cao và phụ gia ...........................................38
2.4.1.2. Chất lƣợng sản phẩm theo phƣơng pháp Blaine ..........................................38
2


Luận văn cao học

2.4.2. Phƣơng 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 trƣờng. ........................................................................................... 46
2.6.1. Thiết bị bảo vệ, đóng ngắt tại hiện trƣờng ......................................................46
2.6.1.1. Cảm biến chống lệch băng. ..........................................................................46
2.6.1.2. Cảm biến chống trƣợt 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 lƣờng tại hiện trƣờng ....................................................................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 lƣợng .............................................................................54
2.6.2.5. Cảm biến đo vị trí .........................................................................................55
CHƢƠNG 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 chƣơng trình ..................................................................................63
3.2.4. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng .......................................64
3.2.5. Cấu trúc chƣơng trình .....................................................................................66
Có hai phƣơng 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
3


Luận văn cao học

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. Lƣu đồ thuật toán điều khiển công đoạn nghiền xi. .......................................... 75
3.5.1. Thuật toán điều khiển PID nhóm cân băng định lƣợng ..................................75
3.5.2. Thuật toán điều khiển PID lƣu lƣợng 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. Lƣu 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. Chƣơng trình PLC và mô phỏng quá trình khởi động của nhóm vận chuyển
nguyên liệu thô. .........................................................................................................80
CHƢƠNG 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

4


Luận văn cao học

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

5


Luận văn cao học

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 lƣợng ............................................................................ 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 lƣợng 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 lƣu lƣợng gió tốc độ phân ly với phân bố kích thƣớc hạt
nghiền .......................................................................................................................... 39
Hình 2.5. Điều khiển tỉ lệ hệ thống cân băng định lƣợng ............................................. 40
Hình 2.6. Điều khiển lƣu lƣợng nƣớc ........................................................................... 41
Hình 2.7. Điều khiển vị trí Damper và tốc độ cấp liệu ................................................. 41
Hình 2.8. Lƣu đồ liên động công đoạn nghiền xi ........................................................ 42
Hình 2.9. Cấu tạo cảm biến chống lệch băng................................................................ 46
6


Luận văn cao học

. ...................................................................................................................................... 46
Hình 2.10. Cảm biến tiệm cận chống trƣợt 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 tƣơng 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 tƣơng 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 trƣợt ... 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 chƣơng 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 lƣợng ……………………………..75
Hình 3.12. Thuật toán điều khiển lƣu lƣợng và vị trí… ……………………………..76
Hình 3.13. Lƣu đồ thuật toán nhóm vận chuyển nguyên liệu thô ………………….77
Hình 4.1. Màn hình thiết kế giao diện điều khiển…….. ……………………………..87
7


Luận văn cao học

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

8

Luận văn cao học

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Nền kinh tế nƣớc ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về xây dựng cơ sở hạ tầng
ngày càng cao để có thể đáp ứng đƣợc đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoá- hiện đại
hoá. Để đáp ứng đƣợc điều đó thì hàng loạt các nhà máy xi măng đã đƣợc xây dựng.
Ngành công nghiệp xi măng là một trong những ngành áp dụng tự động hóa ở mức
cao, quy mô lớn và có từ lâu trên thế giới. Chính vì vậy em chọn đề tài này nhằm giúp
em đánh giá đƣợc khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhà trƣờng, cũng từ đó mà
nắm vững đƣợc 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 đƣợc tìm hiểu
trong một số luận văn thạc sỹ trƣớc 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 nhƣng
chƣa 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 chƣơng trình điều khiển và giám sát hoàn thiện hơn.
3. Mục đích nghiên cứu.
Dây chuyền một của công ty đƣợc 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.
- Đƣa ra các phƣơng pháp điều khiển sử dụng cho công đoạn nghiền xi. Phân tích

các thiết bị cấp trƣờng sử dụng trong công đoạn nghiền xi.
9


Luận văn cao học

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

10


Luận văn cao học

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XI MĂNG CHINFON VÀ QUY
TRÌNH SẢN XUẤT TẠI NHÀ MÁY
1.1 Sơ lƣợc về quá trình hình thành và cấu trúc tổ chức của nhà máy xi măng
Chinfon - Thủy Nguyên, Hải Phòng
1.1.1. Sơ lƣợc 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 đƣợc xây dựng năm
1995 sau đó đƣợc 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 lƣợng sản xuất đạt
2.300.000 tấn xi măng/năm.. Dây chuyền 2 đƣợc 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 Phƣớc - TP. HCM (trạm nghiền này lấy nguyên liệu
Clinker từ nhà máy xi măng Chinfon Hải Phòng vận chuyển vào) để phục vụ thị
trƣờng xi măng miền Nam và một dự án xây dựng trạm nghiền tại khu kinh tế Dung
Quất. Nhà máy nghiền Hiệp Phƣớc đƣợc đầu tƣ xây dựng vào năm 2003 tại Khu công
nghiệp Hiệp Phƣớc thành phố Hồ Chí Minh với công suất 500.000 tấn xi măng mỗi
năm.
1.1.2. Vị trí địa lý
Địa điểm đầu tƣ xây dựng nhà máy xi măng Chinfon đƣợc đặt tại phƣờng thôn
Tràng Kênh, thị trấn Minh Đức, huyện Thủy Nguyên, TP. Hải Phòng.
- Phía Tây giáp mặt đƣờng quốc lộ 10A tuyến đƣờng Uống bí - Hải Phòng thuận tiện
cho quá trình vận chuyển than từ các mỏ than ở uông bí về nhà máy.
- Phía Nam giáp sông Bạch Đằng.
- Phía Đông Bắc giáp núi U Bò thuộc thị trấn Minh Đức - Thủy Nguyên - Hải phòng
11


Luận văn cao học

- 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 cƣờng độ cao, phát triển sớm nhƣ cảng biển, sân
bay …
- Xi măng rời PCB40 đƣợc sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6260:2009 và
tiêu chuẩn quốc tế ASTM C 1157-02. Sản phẩm xi măng rời đƣợc thiết kế chuyên biệt
cho các nhà sản xuất bê tông chất lƣợng cao, bê tông chuyên dụng, bê tông ứng lực
nhƣ: công trình ngầm, đập thủy điện, sân bay, …
1.3. Quy trình sản xuất xi măng tại nhà máy xi măng Chifon
12


Luận văn cao học

1.3.1. Các công nghệ sản xuất xi măng hiện nay.
a. Thế giới
Hiện nay trên thế giới đáng sử dụng các công nghệ sản xuất xi măng rất hiện đại, có
khả năng tự động hóa cao. Các chủng loại xi măng phổ biến nhƣ sau : Porland – xi lò
cao, Porland bền sunphat, Porland mac cao, Porland đóng rắn nhanh, Porland giãn nở,
Porland dành cho xeo tấm lợp uốn sóng amiăng – xi măng, Porland cho bê tông mặt
đƣờng bộ và sân bay, xi măng alumin, … Mỗi loại xi măng thích hợp cho điều kiện
khí hậu, địa l và điều kiện sử dụng khác nhau.
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 ƣớt. 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 ƣu điểm. Sau
đây là bảng so sánh giữa 3 công nghệ :
Bảng 1.1. So sánh giữa các công nghệ sản xuất xi măng
Chỉ tiêu công
nghệ

Nguyên lý
làm việc

Phối liệu

Nhiên liệu

Công nghệ lò đứng

Công nghệ lò quay ƣớt

Công nghệ lò quay khô

- Làm việc gián đoạn
- Phối liệu đƣợc cấp
vào theo từng mẻ, đi từ
trên xuống
- Quá trình tạo khoáng
diễn ra theo chiều cao
của lò và trong từng
viên phối liệu

- Làm việc liên tục
- Phối liệu đƣợc nạp từ
đầu cao của lò, đảo
trộn đều theo vòng
quay của lò
- Quá trình tạo khoáng
đƣợc diễn ra theo

chiều dài lò
- Công suất lớn (có thể
đạt 3000-5800 tấn
clinker/ngày)
- Tƣơng tự công nghệ
lò đứng
- Phối liệu dạng bùn,
độ ẩm 40%, phối liệu
không trộn lẫn than

- Làm việc liên tục
- Tƣơng tự lò quay ƣớt

- Đá vôi, đất sét, phụ
gia, ..
- Thêm phụ gia khoáng
hóa photphorit ở dạng
viên, độ ẩm 14% trộn
lẫn vào
- Chỉ dùng nhiên liệu
rắn (than)
- Tiêu tốn nhiều nhiên
liệu trên 1 đơn vị sản
phẩm

- Tƣơng tự lò quay ƣớt
- Tƣơng tự lò quay ƣớt

- Tƣơng tự công nghệ
lò đứng

- Phối liệu đƣa vào
dạng bột mịn, độ ẩm
1-2% và không trộn
lẫn với nhau
- Có thể dùng than - Tƣơng tự lò quay
hoặc dầu, khí
- Tiêu tốn nhiên liệu
- Tiêu tốn nhiên liệu trên 1 đơn vị sản phẩm
trên 1 đơn vị sản phẩm là nhỏ nhất
là lớn nhất
13


Luận văn cao học

Quá trình

Nhiệt độ và
chất lƣợng

Mức độ gây
ô nhiễm

- Sử dụng lò đứng
- Phải trải qua giai
đoạn sấy giảm độ ẩm
từ 40% xuống 2%
- Nhiệt độ lò rất khó
đạt tới 1450 độ C.
- Chất lƣợng không tốt

và ổn định
- Lƣợng khí thải gây ô
nhiễm lớn
- Đặc biệt công nghệ
này thải ra 1 lƣợng khí
độc hại nên cần công
nghệ xử lý hiện đại và
chi phí cao

- Sử dụng lò quay
- Tƣơng tự lò quay

- Sử dụng lò quay
- Lò quay khô có hệ
thống trao đổi nhiệt,
thấp xyclone
- Nhiệt độ nung 1450 - Tƣơng tự lò quay ƣớt
độ C
- Chất lƣợng tốt và ổn
- Chất lƣợng sản phẩm định
tốt và ổn định
- Lƣợng khí thải gây ô - Lƣợng khí thải gây ô
nhiễm là lớn nhất do nhiễm là nhỏ nhất
sử dụng rất nhiều
nhiên liệu

b. Việt Nam
Hiện nay trong nƣớc 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 phƣơng 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 nhƣ 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.

14


15
Máy
nghiền
than

Than đá ( coal)

Đá vôi (LimeStone)

Băng tải
Đá vôi

Thạch cao

Phụ gia

Clinker

Phụ gia

Cho lò

Cân băng đinh lƣợng

Cho calciner

Silo chứa than mịn

Băng tải
Thạch cao (Gypsum)

Phụ gia (addtive)

2

Quặng sắt
(Iron ore)

Kho tổng hợp

Băng tải

Quặng sắt

Đá vôi

Silicat
Cân băng đinh lƣợng

Tàu
chở than

Máy đập
đá sét

Kho đá sét
và silicat
(Clay &
Silicat)

Băng tải

Băng tải

Kho đá vôi
(Lime
stone)

Máy đập
đá vôi

Mỏ
silicat
& đá sét
Xe tải

Nghiền
thô
Raw
Mill

Mill

Cement

Măng

Nghiền xi

Silo
đồng nhất
Hemozen
Lò

s
i
l
o

Xi măng

Silo

)

r

Package

Bag

Bao

Đóng

i Preheater
nung
z
t Kiln
a
t
o
i
w
o
n
e

đổi nhiệt

Tháp trao

3

Máy
đập đá vôi

Băng tải

Xe tải

Mỏ
đá vôi

Làm mát
clinker
Clinker
cooler

trƣờng

Thị

Luận văn cao học

5

4

1
Hình 1.2. Sơ đồ khối các công đoạn sản xuất xi măng tại công ty xi măng Chinfon


Luận văn cao học

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng

16


Luận văn cao học

1.3.2.1. Quá trình chuẩn bị nguyên, nhiên liệu
Từ mỏ đá vôi, đá vôi đƣợc khai thác (nổ mìn) và đƣợc vận chuyển bằng xe tải về đổ
qua máy đập búa đƣa về kích thƣớc nhỏ hơn và đƣa lên băng rải liệu 221BC8 để chất
trong kho. Giai đoạn này gọi là đồng nhất sơ bộ.

Hình 1.4. Kho đá vôi
Tƣơng tự với đá vôi, phụ gia quặng sắt, silica và đất sét, than đá cũng đƣợc đƣa vào
kho và đồng nhất theo cách trên.

17


Luận văn cao học

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

18


Luận văn cao học

Tại kho chứa, mỗi loại phụ gia sẽ đƣợc máy cào liệu cào từng lớp (đồng nhất lần
hai) đƣa lên băng tải để nạp vào từng bin chứa liệu theo từng loại. Đá vôi (limestone)
do máy cào 221RR1 , đất sét (clay), quặng sắt (iron ore) và silica do máy cào 221RR2;
than đá (coal) do máy cào 221RR3 khai thác và vận chuyển lên băng chuyền.
Quá trình sản xuất xi măng ở nhà máy Chinfon bao gồm rất nhiều công đoạn, nhƣng
thực tế ta có thể chia thành bốn công đoạn chính sau:
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 đƣợc kiểm soát trọng lƣợng nhất định với
mỗi lần vận chuyển. Sau đó bốn thành phần nguyên liệu đƣợc đƣa tới hệ thống cân
băng gồm bốn cân 221WF41, 221WF42, 221WF43 và 221WF44. Các cân này đều
đƣợc đặt tải trọng và lƣu lƣợng để có thể điều khiển các tốc độ nhất định cho từng cân.
Sau khi đã cân thành phần từng nguyên liệu sẽ đƣợc phối trộn đồng nhất trên băng tải
221BC41 để đi tới máy nghiền.

19


Luận văn cao học

 Hệ thống nghiền thô
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 ƣu điểm
cho hiệu suất nghiền cao, độ ồn nhỏ, độ mịn xi
măng cao và đồng đều, dễ bảo dƣỡng, 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 thƣớc to không bay lên đƣợc đƣa tới đáy máy nghiền thu hồi lại để tái nghiền.
Đặc điểm thu hồi nhiên liệu tận dụng và sử dụng lại thƣờng gặp rất nhiều trong các
công đoạn trong quy trình công nghệ sản xuất xi măng.

Hình 1.10. Hệ thống máy nghiền

20


Luận văn cao học

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 đƣợc lăng đọng dƣới đáy lọc bụi này đƣợc đƣa xuống các
vít tải, vít chuyền 222CH11, 222SC11 nằm dƣới 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
trƣờng 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
1.3.2.3. Lò nung
 Tháp sấy

Bột liệu đƣợc lấy ra từ đáy silo của công đoạn nghiền thô đƣa qua hệ thống cửa,
máng khí đi tới một cân bin để kiểm soát trọng lƣợng trƣớc khi đi vào gầu nâng lên
đỉnh tháp sấy.

21


Luận văn cao học

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 dƣới, khí nóng đi từ dƣới lên. Nhờ dòng khí nóng mà bột liệu đƣợc tách ra khỏi
khí, khí đi lên thoát ra ngoài nhờ quạt hút, còn bột liệu lắng xuống dƣới đáy phễu. Chu
trình lặp lại nhƣ vậy ở các tầng tiếp theo. Khí nóng và liệu trao đổi nhiệt theo phƣơng
thức dòng xoáy tăng khả năng trao đổi nhiệt. Nguyên liệu tầng dƣới cùng đi tiếp vào
buồng phân hủy. Tại đây quá trình canxi hóa bột liệu đƣợc 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

22


Luận văn cao học

 Công đoạn nung clinker

Hình 1.14. Lò nung

Lò nung của dây chuyền là dạng lò quay khô, đƣợc đặt nghiêng 3 – 5 độ. Liệu đƣợc
vận chuyển theo dọc lò và đƣợc nung luyện. Trong quá trình này liệu đƣợc nung hoàn
toàn và biến đổi thành Clinker. Nguyên liệu sau khi qua tháp trao đổi nhiệt 5 tầng
đƣợc đƣa vào lò nung. Tại đây nguyên liệu đƣợc nung nóng, chảy từ đầu lò đến cuối
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.
 Làm mát Clinker

Hình 1.15. Làm mát Clinker
Clinker sau khi ra khỏi lò có nhiệt độ khoảng 1400 độ C. Clinker đƣợc làm lạnh đột
ngột bằng thiết bị làm mát kiểu ghi.
23


Luận văn cao học

Hệ thống dàn ghi đẩy Clinker thành từng lớp theo phƣơng 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
phƣơng vuông góc lên bề mặt dàn ghi vào lớp Clinker do sự chuyển động của các tấm
ghi động trƣợt trên tấm ghi tĩnh. Ngoài hệ thống dàn ghi bộ phận làm mát còn có hệ
thống búa trƣớc 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 thƣớc nhỏ yêu cầu.
Một bộ lọc bụi tĩnh điện đƣợc dùng để lọc bụi từ khí thải của ghi làm mát Clinker
băng quạt, khí đƣợc xử l qua ống khói.
Clinker lắng đọng dƣới đáy hệ thống làm mát và đáy lọc bụi tĩnh điện đƣợc 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
 Cân băng định lƣợng

Hình 1.16. Cân băng định lượng công đoạn nghiền Cliker.
Trƣớc khi nghiền công đoạn này, Clinker đƣợc 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 đƣợc cân kiểm soát trọng lƣợng theo tỉ lệ trƣớc khi trộn
24


Luận văn cao học

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 đƣợc phối trộn
trên băng tải 226BC151 và đƣợc đƣa tới một cân bin 226BN155 trƣớc khi tới máy
nghiền Clinker.
 Hệ thống nghiền Clinker
Máy nghiền Clinker công đoạn này cũng là loại máy nghiền đứng cho hiệu suất và
chất lƣợng nghiền đồng đều, năng suất nghiền cao. Sản phẩm nghiền là xi măng đi ra
phía trên và đƣợc thu hồi tới một lọc bụi túi công suất lớn. Xi măng dƣới đáy lọc bụi
đƣợc 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.

25