Đồ án tự động hóa: điều khiển lò nung Clinker trong nhà máy xy măng

Mục lục
Lời nói đầu
Chơng 1 - Tổng quan công nghệ sản xuất Ximăng..............................1
1.1. Tổng quan công nghệ sản xuất Ximăng..............................1
1.1.1. Đập đá và đồng nhất sơ bộ.................................................1
1.1.2. Kho đồng nhất sơ bộ............................................................2
1.1.3. Công đoạn nghiền liệu.........................................................2
1.1.4. Công đoạn đồng nhất liệu...................................................2
1.1.5. Công đoạn lò nung................................................................3
1.1.6. Công đoạn nghiền xi măng...................................................3
1.1.7. Công đoạn đóng bao............................................................3
1.2. Hệ thống lò nung Clinker.......................................................4
1.2.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung Clinker.........................4
1.2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hởng đến hệ thống lò nung
Clinker..............................................................................................4
1.2.2.1. Đầu vào của hệ thống lò.................................................5
1.2.2.2. Nhiễu..............................................................................7
1.2.2.3. Đầu ra của hệ thống lò....................................................8
1.2.3. Phân loại và cấu tạo hệ thống lò nung Clinker....................11
1.2.3.1. Phân loại các hệ thống lò nung Clinker........................11
1.2.3.2. Cấu tạo hệ thống lò SLC........................................................................12
Chơng 2 - PHÂN TíCH YÊU CầU điều khiển lò nung..................16
2.1. Các cân bằng xảy ra trong lò nung....................................16
2.1.1. Cân bằng giữa khối lợng liệu đa vào và khối lợng clinker ra
khỏi lò............................................................................................16
2.1.2. Cân bằng giữa khối lợng nhiên liệu, gió và khối lợng khí
thải................................................................................................16
2.1.3. Cân bằng giữa tốc độ cấp liệu và tốc độ quay của lò.....17
2.1.4. Cân bằng giữa nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào...........17
2.1.5. Cân bằng giữa gió vào và gió ra........................................17
2.1.6. Cân bằng giữa khối lợng nớc làm mát và khối lợng khí thải 18

2.1.7. Cân bằng nhiệt trong hệ thống.........................................18
2.2. Cấu trúc điều khiển PID điển hình trong hệ thống lò
nung.................................................................................................18
2.3. Nội dung thông tin trong các thông số điều khiển.........20
2.3.1. Vôi tự do và dung trọng.......................................................20
2.3.1.1. Vôi tự do........................................................................20
2.3.1.2. Dung trọng...................................................................20
2.3.2. Mômen của lò và NOX..........................................................20
2.3.2.1. Nhiệt độ ngọn lửa........................................................20
2.3.2.2. Hàm lợng NOX trong khí xả của lò................................21
2.3.2.3. Mômen của lò................................................................21
2.4. Xác định các đại lợng điều khiển......................................22
2.4.1. Xác định đại lợng điều khiển trong hệ điều khiển
Canxiner........................................................................................22


2.4.2. Xác định đại lợng điều khiển trong hệ điều khiển lò nung
.......................................................................................................23
2.4.3. Hệ điều khiển khu làm nguội clinker.................................24
2.4.4. Hệ điều khiển khu lọc bụi và làm mát khí thải.................24
2.5. Các mạch vòng điều khiển...................................................24
2.5.1. Điều khiển Canxiner............................................................24
2.5.2. Điều khiển lò nung..............................................................26
2.5.3. Điều khiển áp suất khu làm nguội clinker............................28
2.5.4. Điều khiển khu lọc bụi và làm mát khí thải................................................29
Chơng 3 - vận hành tối u hệ thống lò...........................................31
3.1. Vận hành lò và hệ thống chuyên gia lò.............................31
3.2. Tối u hoá tiêu thụ nhiệt năng...............................................33
3.2.1. Chất lợng bột liệu và các đặc tính.....................................34
3.2.1.1. Nhiệt cần thiết cho quá trình phản ứng......................34

3.2.1.2. Hàm lợng chất cháy........................................................34
3.2.1.3. Nhiệt độ của cấp liệu lò..............................................35
3.2.2. Chất đốt, chất lợng và các đặc tính..................................35
3.2.2.1. Các loại nhiên liệu..........................................................35
3.2.2.2. Nhiệt trị của nhiên liệu................................................35
3.2.2.3. Độ ẩm trong than...........................................................36
3.2.3. Phân phối khí.....................................................................36
3.2.3.1. Gió 1..............................................................................36
3.2.3.2. Khí thừa trong lò...........................................................37
3.2.3.3. Xâm nhập của khí giả.................................................37
3.2.4. Thất thoát ở bộ làm nguội...................................................37
3.2.5. Hiệu quả của cyclone tháp trao đổi nhiệt.........................38
3.3. Điều chỉnh ngọn lửa để tối u hoá các điều kiện đốt....38
3.3.1. Vỏ lò nóng............................................................................39
3.3.2. Sự hình thành vòm.............................................................39
3.3.3. Các dạng ngọn lửa................................................................40
3.3.3.1. Ngọn lửa ngắn và nóng................................................40
3.3.3.2. Ngọn lửa trung bình.....................................................40
3.3.3.3. Ngọn lửa dài, mềm.......................................................40
3.3.3.4. Vị trí vòi đốt trong lò..................................................40
3.3.4. Điều tiết khí........................................................................40
3.3.4.1. Gió 1..............................................................................40
3.3.4.2. Gió dọc trục/ Gió hớng tâm...........................................40
3.3.4.3. Đặt mức gió 1 và ảnh hởng của nó đến tiêu thụ nhiệt41
3.4. Điều khiển Fuzzy các lò ximăng...........................................41
3.4.1. Cơ cấu điều khiển lò.........................................................41
3.4.1.1. Điều khiển zone nung...................................................42
3.4.1.2. Điều khiển đốt.............................................................45
3.4.2. Chiến lợc điều khiển theo module..............................................................46
Chơng 4 - NGHIÊN CứU PHầN MềM TốI ƯU CHUYÊN GIA.............47

4.1. Giới thiệu về phần mềm Tối u chuyên gia (Expert
Optimizer).......................................................................................47
4.1.1. Cấu trúc của Tối u chuyên gia..............................................47
4.1.2. Những lợi ích của Tối u chuyên gia.....................................47


4.1.3. Phơng thức xây dựng chơng trình trên Expert Optimizer 48
4.1.4. Cấu hình chung..................................................................49
4.1.5. Các trạng thái hoạt động của hệ thống Expert Optimizer (EO)
.......................................................................................................50
4.2. Bộ công cụ lập trình Toolkit................................................50
4.2.1.Các th viện của Toolkit..........................................................50
4.2.2. Một số Module thuật toán quan trọng trong th viện Toolkit.51
4.2.2.1. Ramping and Tracking...................................................51
4.2.2.2. Norm.............................................................................51
4.2.2.3. Norm+...........................................................................51
4.2.2.4.Norm*.............................................................................53
4.2.2.5. FOF ( Bộ lọc tín hiệu theo thời gian)............................53
4.2.2.6. IP Norm+.......................................................................53
4.2.2.7. Counter.........................................................................54
4.2.2.8. GRD...............................................................................54
4.2.2.9. Scale..............................................................................54
4.2.2.10. PROP+.........................................................................54
4.2.2.11. TRC..............................................................................54
4.2.2.12. LATCH Module.............................................................54
4.2.2.13. Quant Link From..........................................................54
4.2.2.14. Quant Link To...............................................................55
4.3. Các thuật toán điều khiển lò nung (Kiln)..........................55
4.3.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát...................................................55
4.3.1.1. Các thông số đầu vào..................................................55

4.3.1.2. Điều khiển các điểm đặt ở đầu ra............................55
4.3.2. Các thuật toán tính toán đầu vào......................................55
4.3.2.1. Tính toán chuẩn hoá các thông số đầu vào.................55
4.3.2.2. Chuẩn hoá thông số đầu vào: Dung trọng Clinker và
hàm lợng vôi tự do......................................................................58
4.3.2.3. Chuẩn hoá thông số đầu vào nhiệt độ zone nung......59
4.3.2.4. Tính toán các mục tiêu..................................................61
4.4. Các thuật toán tính toán trung tâm...................................64
4.4.1. Tính toán nhiên liệu cho Calciner........................................64
4.4.1.1. Sơ đồ tổng quát..........................................................64
4.4.1.2. Khi hệ thống làm việc với nhánh N1..............................66
4.4.1.3. Khi hệ thống làm việc với nhánh N2..............................68
4.4.2. Các module điều khiển lò (Kiln-main-module)...................69
4.4.2.1. Sơ đồ tổng quát..........................................................69
4.4.2.2. Khi hệ thống làm việc ở nhánh: Normal Actions..........70
4.4.3. Khi hệ thống làm việc ở nhánh: Interrupt Actions..............75
4.5. Các thuật toán tính toán đầu ra.........................................77
4.5.1. Tính toán điểm đặt cấp than cho Calciner......................77
4.5.2. Tính toán điểm đặt cấp than cho lò................................78
4.5.3. Tính toán đầu ra cho điểm đặt cấp liệu và tốc độ lò. . .80
4.5.4. Tính toán điểm đặt cho tốc độ quạt ID (Preheater fan
setpoint)........................................................................................84
4.5.5. Tính toán điểm đặt cho vị trí van gió 3 (TAD Setpoint). 85
4.5.6. Điều khiển van quay chia liệu trên hai nhánh của tháp trao đổi nhiệt........86


Chơng 5 - ứng dụng EO TíNH TOáN LƯợNG THAY ĐổI NHIÊN LIệU
CấP CHO CANXINER..........................................................................88
5.1. Khảo sát quá trình thay đổi lợng đặt nhiên liệu cho
Canxiner..........................................................................................88

5.1.1. Yêu cầu điều khiển của các khối chức năng.......................88
5.1.2. Đặt các giả thiết..................................................................88
5.2. Tín hiệu đầu vào.................................................................89
5.2.1. Nhiệt độ Canxiner (PCT).....................................................89
5.2.2. Nồng độ ôxi trên tháp. (PHOX)............................................90
5.2.3. Nhiệt độ Zone nung (BZT).................................................90
5.3. Khối Fuzzy Logic Controller.................................................91
5.3.1. Mờ hóa các tín hiệu vào ra.................................................91
5.3.1.1. Mờ hoá PCT....................................................................91
5.3.1.2. Mờ hoá PHOX.................................................................92
5.3.1.3. Mờ hóa BZT...................................................................92
5.3.1.4. Mờ hoá Fuel-Chance......................................................93
5.3.2. Thiết lập luật hợp thành.......................................................93
5.3.4. Hiển thị kết quả.................................................................94
5.4. Mô phỏng Simulink................................................................94
Kết luận
Phụ lục
Tài liệu tham khảo


LờI NóI ĐầU
Ximăng là một loại vật liệu kết dính đợc hình thành bằng
cách pha trộn hỗn hợp đá vôi, đá sét, thạch caovà một số loại
phụ gia cần thiết sau đó nung nóng ở nhiệt độ khoảng 14000C.
Xi măng đợc sản xuất đầu tiên ở các nớc t bản nh Đan Mạch, Anh,
Pháp, Mỹvào cuối thế kỷ 19. Đến đầu thế kỷ 20, ximăng đã trở
thành một nhu cầu không thể thiếu trong xây dựng và phát
triển kinh tế.
Việc áp dụng kỹ thuật tiến tiến vào trong quá trình sản
xuất là một việc làm cần thiết để nâng cao năng suất lao

động. Một quá trình sản xuất có khả năng tự động cao sẽ đem
lại nhiều lợi ích về kinh tế. Tuy nhiên, việc áp dụng tự động hoá
vào trong quá trình sản xuất xi măng là một bài toán hết sức khó
khăn. Yêu cầu đối với hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất xi
măng là không những đảm bảo yêu cầu công nghệ mà còn phải
đảm bảo đợc sự ổn định, chất lợng và sản lợng luôn ở mức tối
đa có thể. Do đó, việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế hệ
thống tự động hoá cho nhà máy ximăng đòi hỏi phải có sự tham
gia của nhiều bộ phận, nhiều chuyên gia giàu kinh nghiệm trong
việc vận hành hệ thống.
Từ mục đích tổng hợp lại kiến thức để nghiên cứu, phân
tích và giải quyết bài toán tự động hoá cụ thể, tôi đã đợc giao
nhiệm vụ: Nghiên cứu phân tích hệ điều khiển lò nung
Clinker nhà máy xi măng với các nhiệm vụ cụ thể nh sau:
- Tìm hiểu tổng quan về yêu cầu công nghệ lò nung
Clinker.
- Phân tích yêu cầu điều khiển lò nung.
- Nghiên cứu vận hành tối u hệ thống lò.
- Nghiên cứu phần mềm tối u chuyên gia.
- ứng dụng phần mềm tối u chuyên gia để tính toán lợng
thay đổi nhiên liệu cho Canxiner.
Để hoàn thành đồ án theo đúng tiến độ đợc giao, tôi xin
chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS. Bùi Quốc Khánh


cùng toàn thể các anh, chị tại Trung tâm nghiên cứu và triển khai
công nghệ cao (Hitech) và các bạn trong nhóm đã tận tình giúp
đỡ, đóng góp ý kiến để xây dựng đồ án.
Do thời gian nghiên cứu ngắn và trình độ bản thân còn
hạn chế nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh khỏi

những thiếu sót, kính mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô
giáo và các bạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn nữa, xin chân
thành cảm ơn.

Chơng 1 Tổng quan công nghệ sản xuất Ximăng
1.1. Tổng quan công nghệ sản xuất Ximăng


Đá vôi

Đá sét

Khoan, nổ mìn, vận chuyển

Máy đập đá
vôi

Máy đập đá
sét

Kho chứa đá vôi, đá sét
Than

Máy nghiền liệu

Silô chứa đồng nhất
Máy nghiền
than
Hệ thống cyclone trao đổi
nhiệt

Lò nung

Sấy
Dầu
Thạch cao
Phụ gia

Silô chứa clinker

Máy nghiền xi
măng
Silô chứa xi măng

Ôtô
Xe lửa

Vỏ bao

Máy đóng
bao

Tàu thủy

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan công nghệ sản xuất ximăng
1.1.1. Đập đá và đồng nhất sơ bộ
Đá vôi sau khi khai thác đợc đa vào máy đập đá, đá sau khi đập
có kích thớc 15 mm đợc đa vào hệ thống băng tải vận chuyển vào
cầu rải để dải vào kho chứa. Cùng với quá trình rải thì đá vôi đợc
đồng nhất sơ bộ.
Đá sét đợc vận chuyển vào phễu tiếp liệu, nhờ băng tải xích đa

qua búa đập, đập xuống cỡ hạt < 75 mm, rồi chuyển đến máy cán 2
trục để cán đá sét xuống còn < 25 mm rồi qua hệ thống băng tải cao
su chuyển về kho đồng nhất sơ bộ.
1.1.2. Kho đồng nhất sơ bộ


Đá vôi và đá sét đợc hệ thống gầu xúc đa lên băng tải qua
Đôsimat (hệ thống cân định lợng tự động) định đúng khối lợng cần
thiết theo tỉ lệ cân từ băng tải chung rồi từ băng tải chuyển đá tới
cổ tiếp liệu cho máy sấy nghiền liệu. Đồng thời xỉ sắt và cát thạch
anh cũng đợc tháo ra từ các két qua cân định lợng đổ vào băng tải
chung và cùng đổ vào cổ tiếp liệu vào máy sấy nghiền. Thành phần
lợng liệu đợc tính toán dựa trên hệ thống điều khiển chất lợng xi măng
QCX.
1.1.3. Công đoạn nghiền liệu
Hỗn hợp các thành phần đá vôi, đá sét, cát và xỉ sắt đợc trộn
lẫn đổ vào máy nghiền. Nguyên liệu trớc khi vào máy nghiền cần phải
đảm bảo về độ ẩm trong khoảng 6-7%. Nếu độ ẩm đợc đảm bảo
thì nguyên liệu đợc sấy trong máy nghiền và khí nóng là khí hoàn lu
đợc lấy từ lò nung. Nếu độ ẩm của nghiên liệu lớn thì ngoài khí hoàn
lu đợc cấp từ lò nung thì nghiên liệu cần đợc sấy bổ xung bổ từ máy
sấy phụ. Mục đích của việc sấy phụ trợ là để đảm bảo chất lợng của
phối liệu đầu ra của máy nghiền.
Máy nghiền thô có năng suất 248 tấn/h. Máy nghiền thô đợc thiết
kế gồm có 2 ngăn. Mỗi ngăn đợc ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn
trên đó lỗ nhỏ. Ngăn đầu tiên chứa các bi đạn có kích thớc lớn làm
nhiệm vụ nghiền sơ bộ. Khi các hạt đã đạt tới một kích thớc nhất định
chúng đợc thổi sang ngăn thứ 2. ở trong ngăn thứ 2 có các bi nghiền
có kích thớc nhỏ hơn làm nhiệm vụ nghiền tinh. Phối liệu đầu ra của
máy nghiền đợc vận chuyển lên phân ly khí động. Hạt qua sàng có

độ mịn đảm bảo yêu cầu đợc thổi lên cyclonee lắng, còn hạt thô đợc
hồi lu trở lại để đa vò máy nghiền lại.
Ngoài ra máy nghiền còn đợc giám sát bởi 1 pholaphone. Thực
chất pholaphone là một cảm biến âm thanh đặt ở bên ngoài máy
nghiền. Nhiệm vụ của pholaphone là giám sát mức độ ồn của máy
nghiền. Nếu mức độ ồn cao tức là máy nghiền đang thiếu nguyên
liệu và nếu độ ồn thấp thì máy nghiền đang đầy nguyên liệu. Tín
hiệu đo đợc của pholaphone đợc đa về để hiệu chỉnh tổng lợng
đặt vào máy nghiền.
1.1.4. Công đoạn đồng nhất liệu
Liệu sau khi ra khỏi máy nghiền đợc đồng nhất lần nữa trớc khi
đa vào lò nung. ở dây truyền Hoàng Thạch 1 sử dụng phơng pháp
tháo chéo để đồng nhất liệu. Còn ở Hoàng Thạch 2 sử dụng silô CF.


Tại silo - CF hệ thống rải liệu sẽ rải phối liệu ra thành 7 đống. Tại đáy
mỗi đống có một hệ thống van thuỷ lực và máy nén khí. Số lợng các
van thuỷ lực mở đợc tính toán tối u để có phối liệu đầu ra của Silo CF luôn là giá trị hằng số đặt trớc. Khi các van thuỷ lực mở ra phối
liệu đổ xuống két chứa đồng thời tiến hành cân phối liệu để điều
chỉnh đóng mở van thuỷ lực sao cho lu lợng của phối liệu đầu ra là
không đổi và bằng giá trị đặt trớc. Phối liệu ra khỏi cân đợc nâng
lên bởi gầu nâng để đa vào máng trợt để đa đến tháp sấy 5 tầng.

1.1.5. Công đoạn lò nung
Lò nung clinker là loại lò quay bao gồm các hệ thống chính: Hệ
thống sấy 5 tầng, lò nung, hệ thống làm mát.
Nguyên tắc hoạt động của tháp sấy 5 tầng là liệu từ trên đi
xuống đồng thời khí nóng đợc lấy từ lò nung đợc dẫn từ dới lên trên.
Khi phối liệu từ trên đổ xuống nó đợc sấy lần lợt và càng đi xuống dới
nhiệt độ sấy càng cao. Phối liệu sau khi qua các cyclonee của tháp

trao đổi nhiệt đợc sấy sơ bộ từ 750C đến 10000C trớc khi vào lò. Khi
cấp liệu cho lò nung, bột than đợc thổi vào và đốt từ đuôi lò còn phối
liệu đợc đổ xuống từ hệ thống sấy 5 tầng đổ xuống đầu lò. Dòng
khí nóng đi ngợc từ đuôi lò đến đầu lò. Phối liệu đi vào lò, nhiệt
độ tăng dần làm các phản ứng pha rắn xảy ra và đợc kết khối ở
13000C đến 14500C tạo thành clinker.
Clinker ra khỏi lò có nhiệt độ cao đợc làm nguội qua hệ thống
làm mát đến nhiệt độ khoảng 120 0C. Clinker đợc tháo qua thiết bị
làm lạnh ống chùm (kiểu hành tinh ở lò 1) hoặc các ghi hạ nhiệt nhờ hệ
thống khí nén áp suất cao (lò 2).
1.1.6. Công đoạn nghiền xi măng
Clinker, thạch cao và phụ gia ở trong các két chứa đợc tháo qua
một hệ thống van vào các cân Đôsimat để đổ vào hệ thống băng tải
2 chiều để đồng nhất các thành phần. Ngoài ra clinker có thể đợc
suất đem bán. Khi đó các két chứa phụ gia và thạch cao đóng lại, hệ
thống băng tải 2 chiều quay theo chiều ngợc lại để đổ clinker ra
ngoài các xe xuất clinker.
Clinker, thạch cao và phụ gia sau khi đồng nhất đợc đa vào máy
nghiền xi măng để tạo ra sản phẩm xi măng. Thành phần clinker,
thạch cao, phụ gia đợc điều chỉnh để đạt đợc chất lợng xi măng theo


yêu cầu. Máy nghiền xi măng là máy nghiền kiểu bi đạn. Để đảm bảo
nhiệt độ của xi măng, trong khi nghiền nớc đợc phun vào dới dạng sơng mù ở áp suất cao. Ngoài ra máy nghiền còn đợc giám sát bởi
pholaphone để đo mức độ ồn của máy nghiền để điều chỉnh lợng
liệu cấp vào máy nghiền. Khi độ ồn lớn tức là liệu cấp vào ít hệ thống
phản hổi về các cân Đôsimat để tăng lợng liệu cấp vào máy nghiền
và ngợc lại.
Xi măng ra khỏi máy nghiền đợc đa qua bộ phân ly bằng một
hệ thống gồm các máng trợt và gàu xúc. Tại đây có sự sàng lọc. Nếu

hạt xi măng quá to thì đợc thu hồi trở lại đầu máy nghiền. Nếu xi
măng đạt tiêu chuẩn thì đợc đa đến 5 Silo chứa ở bên kia sông qua
hệ thống băng tải. Nếu hạt xi măng quá lớn thì đợc thu hồi và đa trở
lại máy nghiền. Một phần xi măng quá nhỏ ra khỏi máy nghiền đợc thu
hồi bởi hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
1.1.7. Công đoạn đóng bao
Xi măng đợc đợc vận chuyển bằng vít tải, gầu xúc và băng tải tới
phân xởng đóng bao gồm có 5 Silo chứa. ở các silô chứa này xi măng
đợc sục liên tục nhờ các máy nén khí để đồng nhất lần cuối trớc khi
đa đến các máy đóng bao hoặc đa đến cầu cảng, ga tàu để xuất
xi măng rời.

1.2. Hệ thống lò nung Clinker
1.2.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung Clinker


Hình 1..2 Sơ đồ công nghệ hệ thống lò nung Clinker
1.2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hởng đến hệ thống lò nung
Clinker
Ta coi hệ thống lò là 1 đối tợng điều khiển. Nh vậy đầu vào của
đối tợng là phối liệu và nhiên liệu cho quá trình đốt (than và dầu),
gió cho quá trình đốt và nhiễu. Còn đầu ra là clinker và khí thải từ
quá trình đốt lò.


Nhiễ
u
Nguyê
n liệ
u

Đầ
u và
o

Nhiê
n liệ
u
Gió

Clinker

Hệthố
ng
lònung

Đầ
u ra
Khí thả
i

H×nh 1.3 - C¸c u tè ¶nh hëng ®Õn hƯ thèng lß
1.2.2.1. §Çu vµo cđa hƯ thèng lß
a. Nguyªn liƯu
ChÊt lỵng xi m¨ng tríc hÕt phơ thc vµo chÊt lỵng clinker mµ chÊt
lỵng clinker qut ®Þnh bëi chÊt lỵng phèi liƯu. Phèi liƯu s¶n xt xi
m¨ng th«ng thêng gåm cã ®¸ v«i, canxi, ®Êt sÐt vµ c¸c lo¹i phơ gia
®iỊu chØnh hƯ sè nh qng s¾t, b«xit… Thµnh phÇn ho¸ häc chđ
u cđa phèi liƯu gåm cã 4 oxit chÝnh: CaO chđ u do ®¸ v«i cung
cÊp; SiO2, Al2O3 vµ Fe2O3 do ®Êt sÐt cung cÊp. Qng s¾t cã chøa
nhiỊu Fe2O3 vµ b«xit chøa nhiỊu Al2O3. Bèn oxyt trªn chiÕm 95 - 97%,

cßn l¹i 3 - 5% lµ oxit vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c n»m trong phèi liƯu.
C¸c yªu cÇu ®èi víi nguyªn liƯu tríc khi vµo lß:
- §¶m b¶o thµnh phÇn ho¸ häc (tû lƯ phèi liƯu): sù sai kh¸c thµnh
phÇn ho¸ häc sÏ dÉn ®Õn khã nung hay sù cè lß, kh«ng cho ta thµnh
phÇn kho¸ng clinker nh mong mn lµm chÊt lỵng xi m¨ng kh«ng ỉn
®Þnh. §iỊu nµy ®ỵc thùc hiƯn nhê hƯ thèng ®iỊu khiĨn chÊt lỵng xi
m¨ng QCX. M¸y tÝnh Solar 16/40 nhËn tÝn hiƯu vµo m¸y ph©n tÝch
R¬nghen vµ dùa vµo ch¬ng tr×nh c«ng nghƯ cã s½n trong m¸y tÝnh
®a ra møc ®Ỉt phÇn tr¨m cho ®¸ v«i, ®¸ sÐt, qng s¾t vµ b«xyt
trong tỉng lỵng liƯu ®Ỉt tríc cho m¸y nghiỊn.


Truyền động
băng tải

Ro

hàm
t íc h

Đ á vôi
Đ á sét
Xỉsắ
t
Bôxyt

Máy tính Solar

Máy phâ
n

tích Rơnghen

Hình 1.4 - Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển chất lợng xi măng QCX
- Đảm bảo độ mịn phối liệu: bột liệu thô lúc nung khó kết khối,
chín không triệt để, còn nhiều vôi tự do Do vậy phải khống chế độ
mịn phối liệu ra khỏi máy nghiền dới 10%.
- Đảm bảo độ đồng nhất: liệu không đồng nhất lúc nung trong lò
chắc chắn hạt clinker chất lợng không đều. Vì vậy bột liệu sau khi
nghiền đợc đa vào silô chứa, đợc khuấy trộn liên tục bằng không khí
nén, đảm bảo liệu vào lò là đồng nhất.
- Đảm bảo độ ẩm của phối liệu: nếu liệu quá khô viên liệu nhỏ bở,
còn nếu quá ẩm viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúc rơi vào gầu nạp liệu sẽ dính
bết vào nhau. Liệu khô hay ẩm thất thờng chắc chắn sẽ ảnh hởng
đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho lò nung chạy không ổn định
do không thay đổi kịp theo độ ẩm của liệu. Độ ẩm của bột phối liệu
đợc khống chế ở mức 1% qua máy sấy nghiền liên hợp.
Bốn yêu cầu trên là bắt buộc đối với khâu gia công phối liệu trớc
khi vào lò, phải khống chế chặt chẽ, có biện pháp kỹ thuật kiểm tra
chắc chắn giữ cho lò ổn định, chất lợng clinker ổn định xi măng sẽ
có chất lợng cao.
b. Nhiên liệu
Tiêu thụ nhiệt của lò sẽ thay đổi khi dùng các nhiên liệu khác nhau
vì khối lợng khí đốt tạo ra và thành phần hoá học của khói khác nhau
khi đốt than, dầu hoặc khí. Loại nhiên liệu cũng ảnh hởng tới mức
nhiệt độ trong lò và nhiệt độ khí thải. Trong sản xuất ximăng, hai loại
nhiên liệu chính thờng đợc sử dụng là than cám và dầu MFO 100.


Than cám
Nhiên liệu chính cho quá trình đốt trong lò và trong buồng phân

huỷ l than. Than đợc nghiền mịn qua hệ thống phân ly không khí,
qua cyclone lắng rồi đợc chứa vào két. Đáy của két than mịn có tiếp
liệu vít xoắn, nhờ động cơ 1 chiều mà điều chỉnh đợc dễ dàng lợng
than cấp vào lò. Khi than mịn qua phễu tiếp liệu đổ vào vít tải, vít
tải vận chuyển than mịn vào đờng ống, ở đây có 1 quạt cao áp thổi
than mịn vào từ lò qua hệ thống vòi phun đa kênh.
Dầu MFO 100
Dầu đợc sử dụng làm nhiên liệu chính cho quá trình đốt trong
trong giai đoạn khởi động lò, khi lò nung đã đạt tới nhiệt độ cho phép
để cho quá trình cháy của than có thể xảy ra thì ta bắt đầu giảm lợng dầu và tăng lợng than cấp cho lò. Hoặc khi cần cung cấp nhiệt lợng
bổ sung cho quá trình đốt. Mặt khác, dầu đốt cũng làm giảm tiêu
thụ nhiệt so với đốt than vì khi đốt sẽ không hình thành tro trong lò
đốt nh than. Dầu đợc bơm lên bể chứa, từ bể chứa dầu đợc chuyển
bằng hệ thống đờng ống qua hệ thống sấy rồi đợc bơm qua van
điều chỉnh vào lò bởi hệ phun dầu.
c. Gió
Gió đa vào hệ thống lò gồm hai 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 ở nhiệt
độ cao). Đồng thời cũng cung cấp lợng nhiệt để sấy nhiên liệu đến
một nhiệt độ xác định, đảm bảo nhiên liệu đạt đợc hiệu suất cháy
cao nhất. Lợng gió này vào lò thông qua hệ thống vòi đốt, và tỷ lệ với
lợng nhiên liệu cấp vào lò.
Nhiệm vụ thứ hai là cung cấp một lợng oxi cần thiết để nhiên liệu
cháy hoàn toàn. Nếu gió không đủ, lợng oxi cung cấp bị thiếu, nhiên
liệu đợc cung cấp sẽ không cháy hết và ngợc lại. Gió đa vào sẽ làm thay
đổi áp suất khí trong lò, ảnh hởng tới nhiệt độ trong lò và nh vậy sẽ
ảnh hởng tới chất lợng Clinker đợc tạo thành.
1.2.2.2. Nhiễu
a. Chất lợng của bột liệu

Chất lợng của bột liệu sẽ ảnh hởng rất lớn đến khả năng tiêu thụ
nhiệt của lò. Do tính chất ngẫu nhiên và rất khác nhau của hàm lợng
các ôxít trong đá vôi và đá sét nên thành phần và chất lợng của
nguyên liệu đầu vào sẽ bị ảnh hởng ít nhiều. Việc phối liệu đầu vào


cho phù hợp với yêu cầu công nghệ là việc rất phức tạp do tính không
đồng đều về thành phần hoá học trong những khu vực khai thác
khác nhau. Mặt khác, việc đo chính xác hàm lợng của các chất trong
đá vôi và đá sét khai thác đợc rất khó khăn (chủ yếu là nhờ máy
phân tích Rơnghen). Chính vì vậy, phối liệu đầu vào sẽ ảnh hởng
không nhỏ tới chất lợng của Clinker.
b. Chất lợng nhiên liệu đầu vào
Nhiệt trị của than và dầu
Loại chất đốt sử dụng, chất lợng và đặc tính của chúng có ảnh hởng đến tiêu thụ nhiệt lợng. Nhiệt trị thực của một loại nhiên liệu là
tổng nhiệt hữu ích đợc giải phóng khi đốt cháy. Nhiệt trị này đợc coi
là ảnh hởng đến tiêu thụ nhiệt của hệ thống lò. Nhiệt trị càng thấp,
tiêu thụ nhiệt lợng trong lò càng cao.
Nhiệt trị thực của dầu tơng đối ổn định vì chỉ phụ thuộc vào
tỷ lệ hydrô/cacbon. Còn than có nhiệt trị thực khác nhau và thay đổi
tuỳ thuộc vào từng loại than vì nhiệt trị của than phụ thuộc vào các
yếu tố nh: độ ẩm của than, tro chứa trong than, độ mịn của than.
Độ ẩm của than
Than đợc khai thác tại các mỏ than không hoàn toàn thô, nó có
chứa một lợng nớc nhất định. Lợng nớc này tạo cho than có một độ ẩm
để chống việc tự cháy nhng cần phải tránh độ ẩm quá lớn vì sẽ làm
giảm khả năng cháy của than và gây nên kết dính bột than mịn ẩm.
Độ ẩm trong than mịn khi đi qua lò và tháp tiền nung sẽ tạo thành hơi
làm tăng lợng khói và làm tăng sự mất nhiệt cùng với khí thải.
Độ ẩm của than đợc định nghĩa là phần trăm nớc có chứa trong

một đơn vị khối lợng chuẩn. Khi than có độ ẩm cao thì sẽ gây khó
khăn trong vận chuyển than từ máy nghiền đến bồng đốt. Than ẩm
làm tiêu tốn nhiệt để làm bốc hơi. Đây là một trong những nhân tố
ảnh hởng tới hiệu suất của quá trình đốt.

Tro chứa trong than
Tro là những thành phần không cháy đợc ở thể rắn, thờng quy
định là tỷ lệ phần trăm còn lại khi đốt nguyên liệu rắn ở 800 0C. Tro
gồm có tro ngoài và tro trong. Tro ngoài là những chất rắn không cháy
đợc lẫn vào trong quá trình khai thác than, còn tro trong là những
thành phần chất rắn không cháy đợc có ngay trong thành phần của


than. Tro có tác dụng xấu, làm giảm nhiệt lợng phát ra của nhiên liệu,
gây hiện tợng bám bẩn, mài mòn các bề mặt truyền nhiệt, các đờng
ống dẫn, quạt khói...
Độ mịn của than
Độ mịn của than chính là kích thớc của các hạt than cám. Khi than
càng mịn thì vận chuyển đến vị trí vòi đốt sẽ dễ dàng hơn. Hơn
thế nữa, than càng mịn thì hiệu suất cháy càng cao, lợng tro xỉ thải
ra càng ít. Khi than có kích thớc nỏ thì lợng oxy tiếp xúc với bề mặt
than lớn và quá trình cháy của nhiên liệu sẽ xảy ra hoàn toàn.
1.2.2.3. Đầu ra của hệ thống lò
a. Clinker
Thành phần clinker gồm 4 oxyt chính là: CaO, SiO2, Al2O3 và Fe2O3.
Tính chất của clinker và xi măng phụ thuộc chủ yếu vào các thành
phần ôxit này. Tỷ lệ hàm lợng của chúng trong Clinker thông thờng nh
sau:
CaO : ( 63 - 67 )%
Al2O3 : ( 4 - 7 )%

SiO2 : ( 21 - 24)%
Fe2O3 : ( 2 - 4 ) %

Chúng liên kết với nhau khi nung ở nhiệt độ cao 14500C tạo nên 4
khoáng chính là 3CaO.SiO 2 (hay còn gọi là C3S), 2Cao.SiO2 (C2S),
3CaO.Al2O3 (C3A) và 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF). Nếu CaO và SiO2 không
phản ứng hết thì chúng nằm ở trạng thái tự do. Tổng 4 khoáng chính
chiếm khoảng (95 - 97)%.
Trong đó:
Tổng khoáng silicat: C3S + C2S = (75 - 82)%
Tổng khoáng dễ cháy aluminat: C3A + C4AF = (16 - 25)%
Chất lợng của clinker bên cạnh việc phụ thuộc vào thành phần chất
lợng của phối liệu còn phụ thuộc rất nhiều vào chế độ nung luyện
clinker: nhiệt độ nung, thời gian nung và biện pháp làm lạnh clinker.
Quá trình hoá lý xảy ra khi nung clinker trong lò
Diễn biến hóa lý của quá trình liệu biến đổi thành clinker có
thể đợc tóm tắt theo trình tự sau:
- Quá trình khử nớc lý học, nung nóng phối liệu đồng thời có sự
thay đổi một vài tính chất của phối liệu, có thể xảy ra một số loại
phản ứng hóa học nhng không ảnh hởng lớn đến quá trình tạo khoáng
clinker sau này.
- Quá trình hóa học liên quan trực tiếp đến phân hủy nhiệt và
biến đổi của từng cấu tử nguyên liệu trong phối liệu nh đá vôi, đất


sét để có thể từ sản phẩm phân hủy nhiệt các cấu tử sẽ xảy ra một
số phản ứng pha rắn nhng những phản ứng của giai đoạn này còn rất
chậm cha ảnh hởng lớn đến quá trình diễn biến sau này.
- Diễn biến phản ứng pha rắn tạo nên các khoáng cơ bản trong

clinker và chuẩn bị cho giai đoạn cuối cùng tạo khoáng C3 S kết khối
clinker. Hai giai đoạn đầu làm tốt sẽ tạo điều kiện phản ứng pha rắn
thuận lợi và kéo theo chuẩn bị cho quá trình kết khối clinker hình
thành nhiều C3 S và có đủ 4 khoáng chất chính trong clinker.
- Tạo pha lỏng và tổng hợp C3 S , xảy ra quá trình kết khối khi có
mặt pha lỏng và quá trình phản ứng trong pha lỏng của các pha rắn
C2 S , CaO để tạo thành C3 S .

- Kết tinh các khoáng clinker trong pha lỏng.
Dới đây là các khoảng nhiệt độ xảy ra sự các sự biến đổi cơ
bản.
Bảng 1.4 - Các quá trình hóa lý
Khoảng
nhiệt độ
30 - 100 0C
100 - 400
400 - 750

Các quy trình đặc trng

Loại

trình
Thu nhiệt

Sấy, bay hơi nớc tự do.
Sấy, loại trừ nớc đợc ngậm.
Phân hủy khoáng sét

quy

cao

lanh

Thu nhiệt
Thu nhiệt

metakaolinite
Al2 O3 . 2 SiO2 . 2H 2 O Al2 O3 . 2 SiO2

600 - 900

Phân hủy metkaolinite thành các oxit
phản ứng tự do

Thu nhiệt

Al2 O3 . 2 SiO2 Al2 O3 + 2 SiO2

600 - 1000

Phân hủy cacbonat thành các oxit phan
ứng tự do

Thu nhiệt

CaCO3 . MgCO3 MgO + CaO + 2 CO2

800 - 1300

Kết hợp của các oxit dễ phản ứng thành

Sinh nhiệt

1300 - 1380

khoáng clinker trung gian hoặc cuối cùng.
Hình thành clinker lỏng từ khoáng nhôm

Thu nhiệt

1250 - 1500

và ferit.
Hình thành Alit ( C3 S ), là khoáng clinker

Thu nhiệt

chủ yếu.


1900 o
C
1800
1700
1600
khí lò

1500

1400
1300

Lớ
p ló
t

1200
1100

Nguyê
n liệ
u

1000
900
800
700
600
30

% nó
ng chả
y

20
10
0

Zone canxi hoá

zone nung

zone
là
m nguộ
i

H×nh 1.5 - Ph©n bè nhiƯt ®é trong lß nung Clinker
● Sù h×nh thµnh líp c«la
Khi phèi liƯu bíc vµo qu¸ tr×nh t¹o pha láng (1300 - 13800C) th×
hçn hỵp liƯu chun tõ tr¹ng th¸i r¾n sang láng, líp phèi liƯu nãng
ch¶y nµy ®ỵc gäi lµ líp Cola. Líp Cola nµy cã vai trß quan träng, ¶nh hëng rÊt lín tíi qu¸ tr×nh t¹o thµnh C3 S , lµ kho¸ng clinker chđ u. Do
vËy ®ßi hái ph¶i duy tr× ®ỵc líp Cola hỵp lý võa ®đ lµ ®iỊu cÇn thiÕt
®Ĩ cã thĨ thu ®ỵc clinker cã chÊt lỵng tèt. NÕu líp Cola s½n cã qu¸
máng th× nhiƯt ®é s½n cã cđa líp Cola thÊp, céng thªm nhiƯt ®é cđa
lỵng n¹p liƯu qu¸ thÊp sÏ kh«ng t¹o ra ®ỵc tû lƯ nguyªn liƯu nãng ch¶y
cÇn thiÕt ®Ĩ t¹o thµnh Cola. NÕu lỵng Cola qu¸ nhiỊu th× líp Cola sÏ
nãng ch¶y vµ g©y h h¹i líp lãt cđa lß nung.


Hình 1.6 - Lớp Cola bên trong lò nung
b. Khí thải
Khí thải từ nhánh cyclone của lò và buồng phân huỷ đều đợc các
máy phân tích liên tục lấy mẫu và hàm lợng O2 và CO đợc theo dõi để
đảm bảo đủ oxy trong lò và trong buồng phân huỷ cho nhiên liệu
cháy hoàn toàn. Mức oxy quá thấp hoặc quá cao trong cả 2 nơi này
thì phải đợc điều chỉnh tơng ứng lợng gió bằng các van của quạt lò
ID. Khí thải từ tháp trao đổi nhiệt cũng đợc phân tích thành phần
CO liên tục vì mức CO cao là nguy hiểm vì có thể gây cháy nổ do sự

bốc cháy tự phát trong máy sau tháp trao đổi nhiệt.
1.2.3. Phân loại và cấu tạo hệ thống lò nung Clinker
1.2.3.1. Phân loại các hệ thống lò nung Clinker
Nhiệm vụ chính của lò nung clinker là nung luyện bột liệu ở nhiệt
độ thích hợp để tạo ra clinker theo đúng tiêu chuẩn chất lợng. Thiết
kế hệ thống lò đã trải qua những bớc phát triển liên tục từng bớc góp
phần tạo ra các đặc tính của các loại lò hiện gặp tại các nhà máy xi
măng trên thế giới. Các loại lò thờng gặp là:
- Lò ớt.
- Lò khô dài.
- Lò SP có tháp trao đổi nhiệt kiểu treo.
- Lò có buồng phân hủy.
Lò quay đầu tiên theo phơng pháp ớt, tuy lắp đặt và vận hành
đơn giản xong cần nhiều bệ đỡ lò và rất tốn kém khi phải làm bay
hơi nớc từ bùn cấp liệu. Bằng cách sử dụng quá trình sấy, có thể rút
ngắn chiều dài lò theo zone sấy và tiết kiệm nhiệt lợng cần có để
sấy. Đây là cơ sở của quá trình hình thành các loại lò khô hiện nay.
Bớc tiếp theo trong sự phát triển của lò là tận dụng nhiệt lợng của khí
lò để sấy sơ bộ bột liệu, bằng cách kết hợp khí lò và bột liệu trong 1
hệ thống cyclone tại đầu vào của lò, từ đó hình thành nên lò SP có
tháp trao đổi nhiệt kiểu treo. Tiếp theo đó, bằng cách chuyển quá
trình canxi hoá bột liệu, một quy trình tiêu thụ nhiều năng lợng nhất


trong hệ thống lò, ra bên ngoài nh hệ thống lò có buồng phân huỷ, ta
có thể giảm chiều dài của lò và giảm kích cỡ của ống lò cho một mức
sản lợng nhất định.
Có 3 loại thiết kế lò tiêu biểu hiện nay là:
- Lò có tháp trao đổi nhiệt treo (SP) đặc trng là tháp cyclone
tiền nung.

- Lò có buồng phân hủy trong nhánh cyclone (ILC), đặc trng là
khí lò và gió 3 đi qua buồng phân hủy.
- Lò có buồng phân hủy riêng ngoài nhánh cyclone (SLC), đặc trng là có gió 3 đi qua buồng phân hủy.
Do khuân khổ của đồ án, nên chỉ tập trung tìm hiểu về hệ
thống lò SLC. Đây là hệ thống lò có buồng phân huỷ riêng, đợc thiết
kế để canxi hoá liệu trong cyclone tháp trao đổi nhiệt và buồng
phân huỷ tới mức canxi hoá khoảng 90 - 95%. Điều này đạt đợc ở
nhiệt độ 870 - 9000C trong buồng phân huỷ và tầng cyclone thấp
nhất, tại nhiệt độ này quá trình canxi hoá xảy ra nhanh chóng. Mức
chênh lệch nhiên liệu giữa lò và buồng phân huỷ khoảng 40 - 60%.
1.2.3.2. Cấu tạo hệ thống lò SLC
Hệ thống lò SLC sử dụng một tháp trao đổi nhiệt nhánh lò và một
hoặc hai nhánh cyclone khác của buồng phân huỷ đợc đặt song
song với ống đứng của lò. Hệ thống này đợc trang bị từ 4 đến 6
cyclone trong mỗi nhánh tháp trao đổi nhiệt.
Phải sử dụng máy làm nguội kiểu ghi cho hệ thống lò này vì máy
làm nguội phải có đầu ra cho khí nóng cung cấp cho buồng phân
huỷ. Khí cho quá trình cháy trong buồng phân huỷ đợc lấy từ máy
làm nguội kiểu ghi và buồng phân huỷ và đợc đa vào trong đáy
hình côn của buồng phân huỷ.
Hệ thống lò SLC là hệ thống có buồng phân huỷ riêng thực sự đợc
thiết kế canxi hoá liệu trong cyclone tháp trao đổi nhiệt và buồng
phân huỷ tới mức canxi hoá khoảng 90 ữ 95%. Điều này đạt đợc ở
nhiệt độ 870 - 9000C trong buồng phân huỷ và tầng cyclone thấp
nhất, tại nhiệt độ này quá trình canxi hoá xảy ra nhanh chóng.


287oC

477oC

655oC

811oC

890oC

318oC

498oC

645oC

755oC

820oC

900oC

780oC

Hình 1.7 - Hệ thống lò SLC có buồng phân huỷ riêng
a. Cyclone tháp trao đổi nhiệt
Mục đích của cyclone tháp trao đổi nhiệt là đa dần nhiệt độ
của nguyên liệu lên đến gần nhiệt độ canxi hóa tại tầng thấp nhất
của tháp trao đổi nhiệt. Nguyên liệu thờng đợc đa vào ống đứng
giữa tầng cyclone thứ nhất và tầng cyclone thứ hai. Nguyên liệu đợc
treo trên khí đợc đẩy lên tầng cyclone thứ nhất tại đây nguyên liệu
đợc tách ra khỏi khí và rời cyclone qua van côn đáy. Nó chảy qua van
lật và chuyển tới ống đứng dẫn đến tầng cyclone thứ hai tại đây quá

trình này đợc lặp lại. Bằng cách này nguyên liệu chuyển dần từng bớc
qua các cyclone đồng thời với quá trình trao đổi nhiệt với khí nóng.
Cyclone tháp trao đổi nhiệt là bộ phận tĩnh và ngoài van tiếp
liệu lật không bao gồm phần chuyển động cơ.
b. Buồng phân hủy.


Mục đích chính của buồng phân hủy là để cho quá trình canxi
hóa liệu xảy ra ngoài lò quay. Điều này dẫn đến sự giảm đáng kể tải
nhiệt của zone nung, làm tăng sản lợng gấp hai lần đối với cỡ lò nhất
định khi so sánh với lò khô bình thờng có tháp trao đổi nhiệt treo.
Vì vậy buồng phân huỷ còn đợc gọi là canxiner.
Hơn nữa buồng phân hủy cho khả năng sử dụng nhiên liệu có
chất lợng thấp hơn lò bình thờng, do vậy giảm chi phí nhiên liệu.
Đ ến cyclon thấp nhất
Liệu

Nhiên liệu

Nhiên liệu

Khínóng từ bộ làm nguội

Hình 1.8 - Sơ đồ đầu vào, đầu ra của buồng phân hủy
Buồng phân hủy có 3 đầu vào và 1 đầu ra:
- Đầu vào gồm có: nhiên liệu, nguyên liệu (đợc nung nóng trớc khoảng
8000C) và khí nóng từ bộ làm nguội 8000C.
- Đầu ra là khí nóng gồm các sản phẩm cháy đợc và CO2 tạo ra trong
quá trình canxi hóa và nguyên liệu ở dạng bụi với khí nóng.
Hỗn hợp nguyên liệu và khí sau đó đợc dẫn tới cyclone, tại đó khí

và nguyên liệu đợc tách ra. Nguyên liệu đợc chuyển đến lò quay, và
khí nóng tiếp tục đi lên tới cyclone tháp trao đổi nhiệt, tại đây hầu
hết nhiệt lợng bị thu hồi thông qua quá trình trao đổi nhiệt với
nguyên liệu mới đang đợc chuyển vào trong quá trình. Lợng gió đợc
kiểm soát bằng van hoặc bằng tốc độ quạt, trong trờng hợp luồng gió
thay đổi.
Hệ thống buồng phân hủy kiểu SLC có u điểm là kích cỡ vừa
phải với thời gian lu giữ nguyên liệu và khí tơng ứng lâu hơn để
đảm bảo quá trình cháy diễn ra hoàn toàn. Buồng phân huỷ đợc
thiết kế với đáy hình nón và do sự tăng nhanh trong tiết diện ở đáy
hình nón sẽ tạo ra xoáy để đảm bảo hoà trộn hiệu quả giữa bột liệu,
nhiên liệu và gió. Trong buồng phân hủy theo kiểu này 60% tổng số


nhiên liệu có thể đốt trong buồng phân hủy và mức độ canxi hóa cao
hơn. Cũng nh vậy, do sự bốc cháy trong không khí ngoài trời nên có
thể sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau.
c. ống lò
Lò đợc thiết kế cho phép quá trình nung nóng nguyên liệu xảy ra
trong khi nguyên liệu đợc chuyển xuống đến đầu ra. Đồng thời khối lợng khí cháy đợc kiểm soát chuyển lên lò vào trong ống đứng.
Việc làm kín quá trình khỏi sự xâm nhập của khí giả làm tăng
nhiệt lợng tiêu thụ là rất quan trọng vì sự xâm nhập của khí giả vào
những khu vực này sẽ làm tăng tiêu thụ nhiệt lên đáng kể so với những
khu vực khác, nên ngời ta đã lắp đặt các thiết bị làm kín ở đầu ra,
đầu vào lò.
Nguyên liệu đợc chuyển qua lò bằng kết hợp của độ nghiêng của
lò và chuyển động quay. Khi nguyên liệu đến gần ngọn lửa, nguyên
liệu đã đợc đốt nóng đến nhiệt độ clinker hoá bằng nhiệt lợng thoát
ra khỏi ngọn lửa. Nhiệt lợng này đợc chuyển 1 phần bằng sự bức xạ
trực tiếp từ ngọn lửa đến nguyên liệu và 1 phần do sự hấp thụ nhiệt

của liệu từ lớp lót.
Sự nung nóng bề mặt của nguyên liệu rất nhanh, nhng sự truyền
nhiệt từ bề mặt lợng nạp vào bên trong chậm. Sự truyền nhiệt này của
nguyên liệu chủ yếu đợc thực hiện do sự quay của nguyên liệu. Do đó
lợng nạp, trợt trong lò không có bề mặt tiếp xúc gây khó khăn cho
nung nóng. Để chuyển nhiệt lợng vào bên trong của lợng nạp có thể nạp
lò thấp. Vì lý do này việc chạy lò với tốc độ cao thờng có lợi, mặc dù
giảm thời gian lu giữ của clinker trong zone nung.
d. Bộ làm nguội kiểu ghi
Clinker sau khi ra khỏi lò có nhiệt độ khoảng 1200 0C - 13000C, vì
vậy Clinker trao đổi nhiệt với dòng khí mát để làm nguội xuống còn
khoảng 1200C - 2000C, để bảo toàn hàm lợng khoáng của Clinker và
dễ dàng cho việc vận chuyển.
Bộ làm nguội kiểu ghi đợc sử dụng cho hệ thống lò SLC do có đờng phản hồi cung cấp khí nóng cho buồng phân hủy (đờng gió 3).
Bộ làm nguội phải có kích thớc d thừa cho mức sản lợng bình thờng, nếu không nó sẽ không đủ công suất làm nguội trong điều kiện
hoạt động bất ổn. Bộ làm nguội có thể đợc trang bị từ 2 đến 4 ghi.
Cửa lấy khí nóng từ bộ làm nguội phải ở vị trí để đảm bảo nhiệt độ


khí cao cho lò và buồng phân hủy. Do vậy cửa lấy khí nóng cho
buồng phân hủy phải đợc đặt ở ghi thứ nhất.
Bộ làm nguội kiểu ghi hoạt động với nguyên tắc luồng vuông góc
mà trong đó clinker chuyển động qua ghi trong khi khí làm mát đợc
thổi vào ở dới qua ghi và lớp clinker. Clinker rơi xuống từ lò và tạo thành
lớp clinker (hoặc tầng) trên ghi và đợc chuyển qua máy làm nguội trên
các ghi cố định và chuyển động đợc đặt xen kẽ nhau.
Một dãy quạt đợc lắp dới ghi và luồng khí đợc thổi từ quạt vào
khoang nhỏ qua ghi. Lợng khí ở mỗi khoang riêng đợc giữ ở mức cố
định qua sự điều khiển của cánh dẫn hớng quạt. Ngời vận hành điều
chỉnh luồng khí theo các yêu cầu làm lạnh của clinker.

Sau ghi cuối cùng clinker đợc đẩy qua tấm chắn đầu ra và trợt
xuống sàng trong đó chỉ có clinker nhỏ hơn 30 mm lọt qua tới băng
chuyền. Clinker lớn hơn đợc đập trong máy búa.
Một bộ điều khiển thờng xuyên điều khiển tốc độ của ghi để
duy trì mức áp suất cố định trong khoang thứ nhất. áp suất khí ổn
định trong suốt quá trình vận hành là rất quan trọng đối với bộ làm
nguội và hoạt động của lò.
Ghi 2 ữ 4 đợc điều chỉnh đồng bộ với ghi 1 và chạy với tốc độ cao
hơn 1 chút, do vậy độ dày của lớp clinker thấp hơn. Momen của các
động cơ truyền động phải đợc kiểm soát để tránh quá tải đối với hệ
thống truyền động ghi.
áp suất không đổi trong ống chụp là điều quan trọng hàng đầu
để đạt đợc ổn định của lò và tránh thải bụi từ bộ làm nguội. Do vậy
cần 1 bộ điều khiển tự động duy trì áp suất bằng cách điều chỉnh
van hoặc tốc độ của quạt khí thải bộ làm nguội.


Chơng 2 - PHÂN TíCH YÊU CầU điều khiển lò nung
2.1. Các cân bằng xảy ra trong lò nung
Sản lợng của dây chuyền sản xuất xi măng đợc quyết định chủ
yếu bởi sản lợng clinker của hệ thống lò nung. Sản lợng clinker tạo ra lại
phụ thuộc vào lợng phối liệu đợc đa vào lò nung. Khi muốn tăng sản lợng clinker, rõ ràng phải tăng tốc độ cấp liệu vào cho lò, mặt khác ta
cũng phải tăng lợng nhiên liệu cấp cho lò, cùng đó là việc điều chỉnh
tốc độ lò sao cho hợp lý để giữ cho thời gian phối liệu đợc lu giữ
trong lò là hợp lý để đảm bảo chất lợng clinker, và còn rất nhiều các
thông số vận hành của quá trình phải thay đổi theo. Qua nhận xét
trên ta thấy rằng lò nung là một hệ thống có nhiều đầu vào ra phức
tạp.
Đầu vào của lò nung bao gồm nhiên liệu (nh than đá, dầu MFO ),
phối liệu, gió để đảm bảo cung cấp oxy cho quá trình cháy. Đầu ra

của lò bao gồm clinker, khí thải từ quá trình cháy. Đầu vào và ra này
có quan hệ mật thiết với nhau, sự thay đổi của mỗi một đầu vào có
thể dẫn tới sự thay đổi của một loạt các yếu tố còn lại.
Giữa đầu vào và đầu ra có mối quan hệ chặt chẽ với nhau dựa
trên 2 định luật cơ bản là định luật bảo toàn năng lợng và định
luật bảo toàn khối lợng.
2.1.1. Cân bằng giữa khối lợng liệu đa vào và khối lợng clinker
ra khỏi lò
Nhiên liệu
Nguyên liệu

Gió

Lũ nung

Khói, hơi nứơc

Clinker

Tro, xỉ

Hình 2.1 - Cân bằng lợng nguyên, nhiên liệu và Clinker