Nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng nhiệt năng ở nhà máy xi măng bình phước bằng phương pháp exergy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

HOÀNG NGỌC LINH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ
DỤNG NHIỆT NĂNG Ở NHÀ MÁY XI MĂNG
BÌNH PHƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP EXERGY
Chuyên ngành
Mã số

: KỸ THUẬT NHIỆT
: 6052.0115

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2018


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA - ĐHQG - TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

GS, TS. LÊ CHÍ HIỆP

Chữ ký ......................................................
TS. TẠ ĐĂNG KHOA

Chữ ký .......................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. HÀ ANH TÙNG .................................................

Chữ ký .......................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG ...........................

Chữ ký .......................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM. Ngày ..... tháng ...... năm 2016.
Thành phần hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. NGUYỄN THẾ BẢO ......................................................................
2. TS. TRẦN VĂN HƯNG ........................................................................
3. TS. HÀ ANH TÙNG ..............................................................................
4. PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG .........................................................
5. TS. LÊ MINH NHỰT.............................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

HOÀNG NGỌC LINH .....................MSHV: 1570317

Ngày, tháng, năm sinh: 22-12-1985 ........................................Nơi sinh: KHÁNH HÒA
Chuyên ngành:

Kỹ thuật nhiệt....................................Mã số: 60520115 

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NHIỆT NĂNG Ở NHÀ
MÁY XI MĂNG BÌNH PHƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP EXERGY
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:


Tìm hiểu vấn đề sử dụng nhiệt năng của Nhà máy xi măng Bình Phước.



Đánh giá hiệu quả sử dụng nhiệt năng của Nhà máy bằng phương pháp exergy.



Đề xuất các giải pháp kỹ thuật



Tính kinh tế cho từng giải pháp kỹ thuật

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

15/08/2017

IV. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ:

12/06/2018

V.

GS.TS LÊ CHÍ HIỆP

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. TẠ ĐĂNG KHOA

Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

tháng

năm 2018

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn luận văn của tôi là

GS.TS Lê Chí Hiệp và TS. Tạ Đăng Khoa đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi
hồn thành luận văn. Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy Cô trong bộ môn
Công nghệ nhiệt đã giảng dạy cho tôi trong thời gian qua. Tôi cũng xin chân thành
cảm ơn các Thầy Cơ trong Khoa Cơ Khí đã tích cực tạo điều kiện, giúp đỡ và
hướng dẫn cho tôi học tập nghiên cứu trong suốt khóa học này.
Cuối cùng cho tơi được gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp và bạn bè
đã động viên, giúp đỡ và khuyến khích tơi trong suốt q trình học tập và nghiên
cứu.
Ngày 12 Tháng 16 Năm 2018

HOÀNG NGỌC LINH


TÓM TẮT
Luận văn nghiên cứu sử dụng phương pháp exergy nhằm đánh giá hiệu quả
sử dụng nhiệt năng của Nhà máy xi măng Bình Phước. Từ đó đưa ra các giải pháp
kỹ thuật với mục tiêu nâng cao hiệu quả sử dụng nhiệt năng của Nhà máy. Kết quả
thu được sau khi thực hiện giải pháp giúp thu hồi tối đa khoảng 68,4% lượng exergy
thất thốt qua khói thải từ preheater và khí nóng từ cooler.

Abstract
This thesis studies about the exergy analysis technique application to assess
the thermal efficiency of Binh Phuoc cement plant. Then set out the technical
solutions with the goal of increasing thermal efficiency. After implementing the
solutions, 68,4% of exergy loss via preheater exhaust gas and cooling vent can be
recovered.
 
 

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng, nội dung của luận văn này là kết quả làm việc của tôi
dưới sự hướng dẫn của Thầy tơi là GS.TS Lê Chí Hiệp và TS. Tạ Đăng Khoa, ngoại
trừ các phần tham khảo từ các tài liệu khác, được ghi rõ trong luận văn.
Tp.HCM, Ngày 12 tháng 06 năm 2018.

HOÀNG NGỌC LINH


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:
1.1

MỞ ĐẦU ...................................................................................... 1

Tổng quan ngành sản xuất xi măng ......................................................... 1
1.1.1 Giới thiệu ngành sản xuất xi măng trong nước ................................. 1
1.1.2 Ngành xi măng thế giới..................................................................... 3
1.1.3 Trình độ cơng nghệ và năng lực sản xuất trong nước ....................... 4
1.1.4 Quy trình sản xuất xi măng ............................................................... 6
1.1.5 Tiêu thụ năng lượng ....................................................................... 10

1.2

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................ 13

1.3

Mục tiêu của đề tài ................................................................................ 15

1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................... 15

1.5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................... 16

CHƯƠNG 2:

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI .......................... 17

2.1 Sử dụng phương pháp phân tích năng lượng .............................................. 18
2.2 Sử dụng phương pháp phân tích exergy ..................................................... 21
2.3 Sử dụng kết hợp phương pháp phân tích năng lượng và phân tích exergy .. 24
CHƯƠNG 3:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP EXERGY ........... 27

3.1 Giới thiệu .................................................................................................. 27
3.2 Các quá trình nhiệt và hóa học................................................................... 28
3.3 Exergy của dịng nhiệt ............................................................................... 29
3.4 Cân bằng exergy........................................................................................ 32
3.5 Phương pháp phân tích exergy .................................................................. 34
CHƯƠNG 4:
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TẠI NHÀ MÁY XI
MĂNG BÌNH PHƯỚC ......................................................................................... 38
4.1 Giới thiệu tổng quan nhà máy xi măng Bình Phước ................................... 38
- Hệ thống khai thác đá và đất sét ................................................................... 39
- Hệ thống sản xuất và tồn trữ Clinker ............................................................ 40

- Hệ thống sản xuất xi măng ............................................................................ 41
4.2 Sử dụng nhiệt năng tại Nhà máy xi măng Bình Phước ............................... 43
4.3 Quá trình nung Clinker .............................................................................. 46


4.4 Thu thập dữ liệu phục vụ cho các kỹ thuật phân tích ................................. 47
4.5 Tính tốn cân bằng exergy ........................................................................ 50
4.5.1 Exergy: thế công của năng lượng ................................................... 50
4.5.2 Các phương trình đã áp dụng vào phân tích exergy trong sản xuất xi
măng ....................................................................................................... 51
4.5.3 Exergy hóa học của q trình vơi hóa ............................................ 53
4.5.4 Exergy hóa học của nhiên liệu ........................................................ 54
4.6 So sánh với tính tốn cân bằng năng lượng ................................................ 58
4.7 Đề xuất các giải pháp kỹ thuật ................................................................... 62
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU SUẤT NĂNG
LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT EXERGY .................................................................... 64
5.1 Khắc phục triệt để khí tươi xâm nhập vào tháp trao đổi nhiệt .................... 64
5.1.1 Đề xuất giải pháp ............................................................................. 64
5.1.2 Phân tích Lợi ích – Chi phí .............................................................. 65
5.2 Tận dụng nhiệt thải sau làm mát Clinker cấp gió nóng cho béc đốt chính .. 66
5.2.1 Đề xuất giải pháp ............................................................................. 66
5.2.2 Phân tích Lợi ích – Chi phí .............................................................. 67
5.3 Thu hồi nhiệt thải cấp cho hệ thống phát điện ............................................ 68
5.3.1 Đề xuất giải pháp ............................................................................. 68
5.3.2 Phân tích Lợi ích – Chi phí .............................................................. 72
5.4 Đánh giá hiệu quả của giải pháp ................................................................ 73
5.4.1 Khắc phục khí tươi xâm nhập vào tháp trao đổi nhiệt ...................... 73
5.4.2 Thu hồi khí thải từ cooler cấp cho béc đốt chính của lị nung ........... 74
5.4.3 Thu hồi nhiệt thải để phát điện ......................................................... 75
5.5 Phân tích tài chính dự án ........................................................................... 76

5.5.1 Vốn đầu tư và các chi phí ................................................................. 77
5.5.2 Tiềm năng tiết kiệm của dự án.......................................................... 77
5.5.3 Tiêu chí đánh giá của dự án đầu tư .................................................. 77
5.6 Nghiên cứu điển hình ................................................................................ 79
5.6.1 Nhà máy xi măng Kiên Lương .......................................................... 80
5.6.2 Nhà máy xi măng Công Thanh ......................................................... 85
5.6.3 Nhà máy xi măng Holcim ................................................................. 86


5.6.4 Nhà máy xi măng Chinfon ................................................................ 88
CHƯƠNG 6:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............ 90

6.1 Kết luận về kết quả đạt được và chưa đạt được .......................................... 90
6.1.1 Kết quả đạt được .............................................................................. 90
6.1.2 Kết quả chưa đạt được ..................................................................... 90
6.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo ...................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 92


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ xi măng của Việt Nam từ 2000-2010................... 2
Hình 1.2 Tiêu thụ xi măng trên thế giới ............................................................................ 3
Hình 1.3 Quy trình sản xuất xi măng ................................................................................. 7
Hình 1.4 Tỉ lệ chi phí năng lượng của 1 nhà máy năm 2012 ............................................ 13
Hình 2.1 Quy trình sản xuất clinker ................................................................................. 21
Hình 2.2 Biểu đồ Sankey cân bằng exergy ....................................................................... 23
Hình 3.1 Lịch sử exergy ................................................................................................... 27
Hình 3.2 Các thành phần exergy...................................................................................... 28

Hình 3.3 Xác định các trạng thái ..................................................................................... 29
Hình 3.4 Chu trình Carnot với nhiệt độ trên nhiệt độ mơi trường .................................... 30
Hình 3.5 Chu trình Carnot với nhiệt độ dưới nhiệt độ mơi trường ................................... 31
Hình 3.6 Nguồn nóng với nguồn nhiệt hiện và nhiệt ẩn .................................................... 32
Hình 3.7 Biểu đồ Grassmann của một hệ thống hoặc quá trình........................................ 33
Hình 3.8 Phương pháp phân tích exergy .......................................................................... 35
Hình 4.1 Sơ đồ bố trí mặt bằng của nhà máy xi măng Bình Phước................................... 38
Hình 4.2 Giai đoạn chuẩn bị phối liệu và hình ảnh cối đập ............................................. 39
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý chung giai đoạn nghiền bột sống ............................................. 40
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý chung giai đoạn nung Clinker.................................................. 40
Hình 4.5 Thiết bị nghiền xi măng ..................................................................................... 41
Hình 4.6 Máy đóng bao Haver - Boecker ......................................................................... 42


Hình 4.7 Tỉ lệ chi phí năng lượng của Nhà máy xi măng Bình Phước .............................. 43
Hình 4.8 Lị nung Polysius và tháp trao đổi nhiệt. ........................................................... 45
Hình 4.9 Kho chứa than và kho nguyên liệu..................................................................... 45
Hình 4.10 Clinker sau khi nung. ...................................................................................... 46
Hình 4.11 Màn hình điều khiển hệ thống lị nung ............................................................. 49
Hình 4.12 Biểu đồ giản lược hệ thống lị nung ................................................................. 49
Hình 4.13 Cân bằng exergy ............................................................................................. 50
Hình 4.14 Cân bằng exergy cho hệ thống lị nung............................................................ 58
Hình 4.15 Cân bằng nhiệt hệ thống lị nung ..................................................................... 61
Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống THNT để phát điện ................................................. 63
Hình 5.1 Phần trăm Oxy tại 2 vị trí.................................................................................. 64
Hình 5.2 Một số điểm cần kiểm tra rị rỉ tại tháp trao đổi nhiệt ....................................... 64
Hình 5.3 Lị nung và 2 cụm béc đốt.................................................................................. 66
Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý đề xuất cấp gió nóng cho hệ thống lị nung .............................. 67
Hình 5.5 Ngun lý của quá trình thu hồi nhiệt thải để sản xuất điện ............................... 70
Hình 5.6 Sơ đồ đề xuất giải pháp ..................................................................................... 71

Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý tuabin phát điện....................................................................... 71
Hình 5.8 Sơ đồ của WHRSG ............................................................................................ 75
Hình 5.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống THNT Nhà máy Kiên Lương ...................................... 81
Hình 5.10 Hình ảnh thực tế thiết bị hệ thống THNT Nhà máy Kiên Lương ....................... 82
Hình 5.11 Tiềm năng tiết kiệm khi lắp đặt hệ thống THNT............................................... 84


Hình 5.13 Hệ thống thu hồi nhiệt thải để phát điện .......................................................... 87
Hình 5.14 Nhà máy xi măng Chinfon ............................................................................... 88

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Giải pháp TKNL trong nhà máy quy trình khơ .................................................. 19
Bảng 2.2 Giải pháp TKNL trong nhà máy quy trình ướt .................................................. 20
Bảng 2.3 Entalpy và exergy của khí thải từ quy trình sản xuất Clinker ............................ 22
Bảng 2.4 Cân bằng năng lượng và exergy của preheater-precalciner .............................. 24
Bảng 2.5 Cân bằng năng lượng và exergy của lò nung .................................................... 25
Bảng 2.6 Cân bằng năng lượng và exergy của tồn bộ q trình ..................................... 26
Bảng 3.1 Các thành phần exergy ..................................................................................... 28
Bảng 4.1 Thơng số lị nung .............................................................................................. 47
Bảng 4.2 Nhiệt thải sau làm mát Clinker ......................................................................... 47
Bảng 4.3 Thơng số vận hành lị nung ............................................................................... 48
Bảng 4.4 Thành phần hóa học của nguyên liệu cấp vào lò nung % kg ............................. 53
Bảng 4.5 Thành phần % khối lượng của than đá sau khi sấy nghiền ................................ 54
Bảng 4.6 Exergy của nhiên liệu ....................................................................................... 55
Bảng 4.7 Thành phần các khí trong khói thải................................................................... 55
Bảng 4.8 Cân bằng exergy cho các q trình................................................................... 56
Bảng 4.9 Tính tốn cân bằng năng lượng ........................................................................ 58
Bảng 5.1 Lợi ích – Chi phí giải pháp 1 ............................................................................ 65

Bảng 5.2 Lợi ích – Chi phí giải pháp 2 ............................................................................ 67
Bảng 5.3 Lợi ích – Chi phí giải pháp 3 ............................................................................ 72
Bảng 5.4 Thành phần các khí trong khói thải................................................................... 73
Bảng 5.5 Cân bằng exergy cho WHRSG .......................................................................... 75
Bảng 5.6 Phân tích dịng tiền của dự án .......................................................................... 78
Bảng 5.7 Suất tiêu thụ điện Nhà máy xi măng Kiên Lương............................................... 82
Bảng 5.8 Suất tiêu thụ điện Nhà máy xi măng Bình Phước............................................... 83


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
cp

Nhiệt dung riêng đẳng áp (kJ/kg.oC)

T

Nhiệt độ của dòng ở trạng thái khảo sát (K)

T0

Nhiệt độ của dòng ở điều kiện cân bằng giới hạn với mơi trường (K)

E

Tổng exergy (kJ)

Ehịa trộn

Exergy hịa trộn của 1 dịng khí (kJ)

Ehóa

Exergy hóa (kJ)

Elý

Exergy lý (kJ)

ς

Hiệu suất exergy

µ0

Thế hóa liên quan đến trạng thái tiêu chuẩn (kJ)

µ00

Thế hóa của trạng thái môi trường liên quan đến trạng thái tiêu chuẩn (kJ)

C

Nồng độ của vật chất ở trạng thái tiêu chuẩn

C0

Nồng độ của vật chất ở trạng thái môi trường

yi

Thành phần mol trong dòng cho trước

y0i

Thành phần mol trong điều kiện môi trường cho trước

ΔHR Năng lượng phản ứng (kJ/mol)
ΔGR Năng lượng tự do Gibbs của phản ứng (kJ/mol)
NPV Giá trị hiện tại rịng
IRR

Tỉ suất hồn vốn nội bộ

Thv

Thời gian hoàn vốn chiết khấu

B/C

Chỉ tiêu phản ánh tỉ lệ doanh thu và chi phí

PVB Giá trị hiện tại các khoản thu
PVC Giá trị hiện tại các khoản chi phí


CHƯƠNG 1:

MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan ngành sản xuất xi măng

1.1.1 Giới thiệu ngành sản xuất xi măng trong nước
Xi măng là một trong những ngành cơng nghiệp được hình thành sớm nhất ở
Việt Nam (ngày 25/12/1889 khởi công xây dựng nhà máy xi măng đầu tiên tại Hải
Phòng). Đến nay đã có khoảng 90 cơng ty, đơn vị tham gia trực tiếp sản xuất và phục
vụ sản xuất, trong đó khoảng 33 thành viên thuộc Tổng công ty Xi măng Việt Nam
(VICEM), 5 công ty liên doanh, và hơn 50 công ty nhỏ và các trạm nghiền.
Hiện tại, ở Việt Nam có 2 nguồn cung cấp xi măng cho thị trường là: nguồn
sản xuất trong nước và nguồn xi măng nghiền từ clinker nhập khẩu. Năm 2001 tiêu
thụ xi măng ở Việt Nam là 16,38 triệu tấn, nhưng đến năm 2008 tiêu thụ là 40,1 triệu
tấn, năm 2009 tiêu thụ khoảng 45,3 triệu tấn và năm 2010 tiêu thụ khoảng 51 triệu
tấn. Tốc độ tăng trong tiêu thụ xi măng ở Việt Nam từ năm 2001 đến năm 2010 trung
bình khoảng 15,7%/năm, trong những năm từ 2006 đến nay trung bình tăng 11%/năm.
Trong những năm qua, ngành xi măng đã đóng góp một phần khơng nhỏ vào tốc độ
tăng trưởng kinh tế Việt Nam, trung bình chiếm 10% - 12% GDP.
Theo đánh giá, từ năm 2000 – 2009, lượng xi măng sản xuất trong nước vẫn
không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ nội địa do việc xây dựng phát triển mạnh. Tuy
nhiên, đến hết năm 2010, tổng số dây chuyền sản xuất xi măng đã đầu tư và khai thác
là 106 với tổng công suất thiết kế đạt 66,04 triệu tấn/năm.
 59 dây chuyền cơng nghệ lị quay với tổng công suất thiết kế là 62,56 triệu tấn.
 47 dây chuyền cơng nghệ lị đứng với cơng suất thiết kế khoảng 3,84 triệu tấn.
Dưới đây là số liệu về sản xuất và tiêu thụ xi măng của Việt Nam giai đoạn
2000 - 2010:

1


Bảng 1.1: Hiện trạng sản xuất và sử dụng xi măng của VN giai đoạn 2000 - 2010
2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Sản lượng

12,7

14,64

16,8

18,4

20

21,7

23,6

26,9

32,3

44

54

Tiêu thụ

13,62

16,48

20,5

24,38

26,5

28,2

32,1

35,8

39,9

45,3

51

0,2

1,33

3,75

5,98

6,0

6,5

8,5

8,9

10

3,8

-

2001

2002

2003

(Triệu tấn)

Nhập khẩu

60

Triệu tấn xi măng

50
40
30
20
10
0
2000

2004

2005

Tiêu thụ thực tế

2006

2007

2008

2009

2010

Sản lượng sản xuất

Hình 1.1 Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ xi măng của Việt Nam từ 2000 - 2010
Như vậy, sản lượng sản xuất xi măng trong các năm 2008 – 2010 liên tục tăng.
Đến năm 2010, năng lực sản xuất xi măng đã vượt nhu cầu.
Hiện nay sản phẩm xi măng trên thị trường có nhiều loại, tuy nhiên thơng dụng
vẫn gồm hai loại sản phẩm chính là:
 Xi măng Portland chỉ gồm thành phần chính là clinker và phụ gia thạch cao,
được ký hiệu theo dạng PC30, PC40, PC50.
 Xi măng Portland hỗn hợp ngồi thành phần chính là clinker và thạch cao, còn
một số thành phần phụ gia khác như đá puzzoland, xỉ lò. Trên thị trường các
loại xi măng này có tên gọi PCB30, PCB40.
2


1.1.2 Ngành xi măng thế giới
Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 160 nước sản xuất xi măng, tuy nhiên
các nước có ngành cơng nghiệp xi măng chiếm sản lượng lớn của thế giới thuộc về
Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước ở khu vực Đông Nam Á là Thái Lan và Indonesia,
Việt Nam.
Nhu cầu tiêu thụ xi măng trên tồn cầu khơng ngừng tăng. Từ năm 1950 cho
đến nay, sản lượng xi măng liên tục tăng cùng với sự phát triển trong công nghệ sản
xuất xi măng. Lượng xi măng tiêu thụ năm 2005 trên toàn thế giới là 2.283 triệu tấn

và đến năm 2010 đã lên tới 3.294 triệu tấn (hình 1.2).

Hình 1.2 Tiêu thụ xi măng trên thế giới [7]
Theo dự báo nhu cầu sử dụng xi măng từ nay đến năm 2020: Tăng hàng năm
3,6% năm nhu cầu sử dụng xi măng có sự chênh lệch lớn giữa các khu vực trên thế
giới (nhu cầu các nước đang phát triển 4,3% năm, riêng châu Á bình quân 5%/năm,
các nước phát triển xấp xỉ 1%/năm).

3


Hiện nay đã xuất hiện tình trạng dư thừa cơng suất của các nhà máy là phổ
biến ở Đông Âu, Đông Nam Á. Các nước tiêu thụ lớn xi măng trong những năm qua
phải kể đến: Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Nhật bản, Hàn Quốc, Nga, Tây Ban Nha,
Italya, Braxin, Iran, Mê hy cô, Thổ Nhĩ Kỳ, Việt Nam, Ai Cập, Pháp, Đức...
1.1.3 Trình độ cơng nghệ và năng lực sản xuất trong nước
Số nhà máy xi măng trên toàn Việt Nam được chia thành 3 nhóm chính: nhóm
trực thuộc Tổng công ty công nghiệp xi măng Việt Nam, các đơn vị liên doanh với
nước ngoài và các nhà máy xi măng được những tập đồn và cơng ty tư nhân tự đầu
tư xây dựng. Tổng cộng trên cả nước có gần 100 nhà máy sản xuất xi măng.
Hiện nay, Việt Nam tồn tại song song hai loại công nghệ sản xuất xi măng:
 Công nghệ sản xuất xi măng lị đứng
 Cơng nghệ sản xuất xi măng lị quay
Cơng nghệ sản xuất xi măng lò đứng: chủ yếu là lò đứng nhập từ Trung
Quốc, phát triển mạnh từ thập kỷ 80 thế kỷ trước. Bên cạnh hạn chế về năng suất của
mỗi lò (đạt 80.000 tấn/năm), lò đứng còn bị hạn chế về việc nâng cao chất lượng sản
phẩm. Thị trường hiện còn chấp nhận xi măng lò đứng sử dụng cho các cơng trình
xây dựng nhỏ. Tuy nhiên, theo quy hoạch tổng thể phát triển công nghiệp ngành xi
măng ở Việt Nam, tất cả các lò đứng và lị quay phương pháp ướt sẽ phải đóng cửa
vào năm 2020.

Cơng nghệ sản xuất xi măng lị quay: có nguồn cung cấp thiết bị chủ yếu là
Châu Âu, Nhật Bản và Trung Quốc. Cơng nghệ sản xuất xi măng lị quay có cơng
suất lớn nên được cơ giới hóa và tự động hóa cao, tiêu tốn ít nhiên liệu, tiết kiệm
nhiên năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay, cơng nghệ sản xuất
xi măng lị quay đang dần thay thế cơng nghệ sản xuất xi măng lị đứng và lò quay
phương pháp ướt.

4


Trong thời gian vừa qua, Việt Nam nhập nhiều dây chuyền sản xuất xi măng
lị quay cơng suất nhỏ của Trung Quốc (công suất nhỏ hơn 1200 t/d). Các dây chuyền
này thường không được đồng bộ, và hệ thống tự động hóa chưa cao, nên tiêu tốn
nhiều năng lượng, tổn thất ngun liệu lớn và gây ơ nhiễm mơi trường.
Trình độ công nghệ của ngành lạc hậu cũ kỹ thừa hưởng của Nga, Pháp, Trung
Quốc những năm 50 của thế kỷ trước vẫn còn được sử dụng. Hiện nay với các dự án
dây chuyền, nhà máy xi măng lớn sẽ thay thế công nghệ cũ, giúp năng lực sản xuất
được tăng lên gấp nhiều lần.
Cung vượt cầu là tình trạng mà ngành xi măng đang phải đối mặt. Vì vậy xuất
khẩu xi măng được coi là giải pháp giúp ngành vượt qua giai đoạn khó khăn này. Tuy
nhiên để nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh chính là tăng
chất lượng sản phẩm. Chủ trương của chính phủ, đến năm 2015 chấm dứt hoạt động
của tất cả hệ thống xi măng lò đứng và chuyển sang xi măng lò quay và đến năm 2015
tất cả các nhà máy phải tự túc ít nhất 20% năng lượng điện từ việc tận dụng nguồn
nhiệt khí thải thừa.
Tổng cơng suất thiết kế của các nhà máy xi măng Việt Nam là 68,5 triệu tấn.
Trong đó 11 cơng ty xi măng lớn chiếm hơn 50%, Hà Tiên 1 có cơng suất thiết kế lớn
nhất với 7,3 triệu tấn/năm. Các nhà máy xi măng lớn của Việt Nam được liệt kê trong
bảng sau:
Bảng 1.2: Công suất thiết kế của các nhà máy xi măng lớn của Việt Nam

STT

Nhà máy xi măng

Địa điểm

Cơng suất hiện tại
(ngàn tấn)

1

Hồng Thạch

Hải Dương

4.000

2

Nghi sơn

Thanh Hóa

4.300

3

Bỉm Sơn

Thanh Hóa

4.000

4

Chinfon

Hải Phịng

4.500

5


5

Bút sơn

Hà Nam

3.000

6

Hồng Mai

Nghệ An

1.400

7

Tam Điệp

Ninh Bình

1.400

8

Hải Phịng

Hải Phịng

1.400

9

Phúc Sơn

Hải Dương

4.000

10

Holcim

Kiên Giang

3.600

11

Hà Tiên 1

TP HCM

7.300

Tổng công suất

38.900

Theo Hiệp hội Xi măng Việt Nam, năm 2013 sẽ có 6 nhà máy xi măng với
công suất 6,72 triệu tấn đi vào hoạt động, tổng công suất cả nước lên trên 75 triệu
tấn/năm. Đó là Nhà máy XM X18 cơng suất 1.000 tấn/ngày; Nhà máy XM 12/9 Nghệ
An (XM Dầu khí) cơng suất 0,6 triệu tấn/năm; Nhà máy XM Trung Sơn – Bình Minh
(Hịa Bình) 0,91 triệu tấn/năm; Nhà máy XM Hương Sơn 0,35 triệu tấn/năm; XM
Mai Sơn (Sơn La) 0,91 triệu tấn/năm; XM Cơng Thanh 2 (Thanh Hóa) 3,6 triệu
tấn/năm.
1.1.4 Quy trình sản xuất xi măng
Quy trình sản xuất xi măng điển hình được trình bày như sau:

6


Hình 1.3 Quy trình sản xuất xi măng
7

Quy trình sản xuất xi măng được tóm tắt qua các công đoạn sau:
 Nguyên liệu: Khai thác từ mỏ

Mỏ - đá vôi, macnơ và đất sét cũng như những vật liệu chứa các oxid nhôm,
sắt, canxi, silic được lấy từ mỏ bằng kĩ thuật nổ mìn hay khoan.
 Nguyên liệu được chuyển đến máy đập
Máy đập - vật liệu từ mỏ được làm giảm kích thước bằng những máy đập khác
nhau. Các khối đá được làm giảm kích thước từ 120 cm đến khoảng từ 1,2 – 8 cm.
Vật liệu thơ (đất sét) cũng có thể cần được sấy để việc pha trộn và đập hiệu quả hơn.
 Nguyên liệu được chuyển đến băng tải
Băng tải - vật liệu thô được vận chuyển riêng biệt từ mỏ bằng những băng tải,
xe gng hoặc những biện pháp hậu cần thích hợp khác đến nhà máy.

 Trộn vật liệu
Lớp trộn - đá vôi đã nghiền và đất sét được trộn đồng nhất và lưu kho dự trữ.
Chuẩn bị đưa vào nghiền và sấy trong lò nung.

8


 Nghiền thô
Nghiền thô - các vật liệu thô được nghiền và sấy trong máy nghiền con lăn.
Những con lăn lớn được lắp trên một bàn xoay và vật liệu thô được nghiền cho đến
khi chúng đủ mịn để chuyển đến silo đồng nhất bằng khơng khí.
 Lọc bụi
Túi lọc bụi - bao gồm nhiều túi lọc bằng vải hoặc nỉ để tách các hạt mịn từ khí
thải lị. Khí thải từ nhiều lò nung được dùng để sấy vật liệu thơ, vì vậy cải thiện việc
sử dụng năng lượng hiệu quả của nhà máy.

 Gia nhiệt
Gia nhiệt - những cylon gia nhiệt sẽ nâng nhiệt độ của bột liệu thơ lên cao
trước khi vào lị nung. Điều này làm gia tăng hiệu quả sử dụng nhiệt của lò nung vì
bột liệu đã được vơi hóa 20 - 40% khi bắt đầu vào lò.
 Nung nguyên liệu
Lò nung - lò nung được thiết kế để tối đa hiệu quả của sự truyền nhiệt từ nhiên
liệu đến vật liệu thô. Trong tháp gia nhiệt, vật liệu thơ được nung nhanh chóng đến
nhiệt độ khoảng 1.000 0C, ở nhiệt độ này đá vơi chuyển sang dạng nóng chảy.
Trong lị quay, nhiệt độ lên đến khoảng 2.000 0C. Tại nhiệt độ này, các khống
nóng chảy kết hợp để hình thành các tinh thể silicat canxi - clinker xi măng.

9


 Làm nguội
Clinker nóng được làm lạnh một cách nhanh nhất. Khơng khí được sử dụng
làm lạnh clinker bằng cách thổi vào lò nung.
 Nghiền xi măng
Clinker sau khi làm nguội được đưa qua một hệ thống nghiền tinh để xi măng
đảm bảo độ mịn được chuyển đến silo chứa.
 Đóng thành phẩm
Xi măng thành phẩm qua hệ thống cân tự động thơng qua các vịi cấp chuyển
xi măng đóng gói dạng bao thành phẩm theo quy cách hoặc xuất xi măng theo dạng
xá cung cấp cơng trình đang xây dựng.
Trong quy trình sản xuất, năng lượng cung cấp tồn bộ các dây chuyền sản
xuất xi măng gồm chủ yếu là điện năng và nhiên liệu than đá, bên cạnh đó dầu FO
cũng được sử dụng với tỉ lệ khơng đáng kể (rất nhỏ so với điện năng và than) trong
q trình cấp nhiệt khởi động lị nung clinker sau một thời gian định kỳ dừng lò để
đại tu bảo dưỡng.
1.1.5 Tiêu thụ năng lượng

Sản xuất xi măng là một q trình tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Chi phí năng
lượng chiếm khoảng từ 30 – 40% chi phí sản xuất. Năng lượng sử dụng trong nhà
máy xi măng bao gồm điện cho các thiết bị điện, các động cơ, các máy bơm, quạt,
máy nén… và nhiên liệu sử dụng cho các q trình sấy, nung… Nhiên liệu chính sử
dụng trong nhà máy xi măng là than, dầu hay khí đốt. Ngồi ra cịn có thể sử dụng
một số nhiên liệu thay thế là các chất thải từ các ngành công nghiệp khác như săm
lốp, dầu thải, nhựa, dung môi…Công nghệ tốt nhất hiện có trong ngành xi măng là
cơng nghệ lị quay phương pháp khơ hiện đại có hệ thống tháp trao đổi nhiệt và
canxiner, mức tiêu thụ nhiệt khoảng 700 kcal/kg clinker.

10


Để cung cấp nhiệt cho quá trình phân hủy đá vôi, sét, phụ gia thành các ôxit
và tạo nhiệt độ cao để xảy ra phản ứng giữa các ôxit với nhau tạo thành khoáng clinker
xi măng, cần phải đốt nhiên liệu để nung nóng phối liệu đến nhiệt độ khoảng 1.4500C.
Tính chất của nhiên liệu ảnh hưởng đến q trình nung, tính tốn phối liệu. Tuy nhiên
việc lựa chọn loại nhiên liệu nào phụ thuộc vào điều kiện thiết bị, công nghệ của từng
nhà máy cụ thể, giá thành sản phẩm và nguồn nguyên liệu có thể cung cấp được cho
nhà máy. Thông thường, các nhiên liệu dùng cho công nghiệp sản xuất xi măng gồm
3 loại: nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, nhiên liệu rắn.
 Nhiên liệu khí:
Đây là loại nhiên liệu tốt nhất vì dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt trị cao và
khơng có tro. Tuy nhiên, nhiên liệu khí ít được dùng trong cơng nghệ sản xuất xi
măng và thường chỉ được sử dụng khi các nhà máy được xây dựng gần mỏ khí. Ở
Việt Nam, chỉ có Nhà máy xi măng trắng Thái Bình sử dụng khí tự nhiên ở mỏ khí
Tiền Hải để nung clinker, nhưng hiện nay nhà máy này cũng đã chuyển sang nhiên
liệu rắn.
 Nhiên liệu lỏng:
Nhiên liệu lỏng thường dùng là dầu FO, có nhiệt lượng cao (hơn 9.000 kcal/kg)

và khơng có tro, dễ cháy. Tuy nhiên sử dụng nhiên liệu lỏng yêu cầu thiết bị đốt phức
tạp hơn nhiên liệu khí. Đặc trưng nhiên liệu lỏng là cháy ở trạng thái lỏng giọt, do đó
cần tạo được các hạt dầu có kích thước vài micromet. Để đốt được dầu trong lò nung
xi măng, người ta phải sấy dầu trước bằng thiết bị trao đổi nhiệt, tạo cho dầu có nhiệt
độ 100 – 110 0C sau đó phun vào lò. Trong thực tế sản xuất tại Việt Nam, sử dụng
dầu để nung clinker làm tăng chi phí, do đó dầu hiện nay ít được sử dụng. Chủ yếu
nhiên liệu khí được dùng trong giai đoạn nhóm lị hoặc đốt kết hợp với than khi cần
thiết.

11