NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ -Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (Vol. 2)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hà Nội, 6-2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG
DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ
DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ
Trưởng bộ môn

: PGS.TS. Trần Trọng Minh

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Mạnh Tiến

Sinh viên thực hiện

: Trần Trung Phúc

Lớp

: KTĐK & TĐH 4 – K58

MSSV

: 20132998

Giáo viên duyệt

:

Hà Nội, 6-2018


Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển
quạt ID trong dây truyền sản xuất xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng bộ biến
tần trung thế” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh
Tiến.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu
phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Trần Trung Phúc


Mục lục

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ vii
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. viii
Chương 1: TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ QUẠT ID ...... 1

1.1. Tìm hiều về công nghệ sản xuất xi măng .................................................. 1
1.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu .......................................................................... 2
1.1.2. Nghiền nguyên liệu ............................................................................. 2
1.1.4. Nung luyện Clinker ............................................................................. 3
1.1.5. Công đoạn nghiền xi măng ................................................................. 4
1.1.7. Cơng đoạn đóng bao ........................................................................... 5
1.2. Chi tiết về công đoạn nung và trao đổi nhiệt ............................................. 5
1.3. Chức năng của quạt ID và yêu cầu điều khiển........................................... 9
1.3.1. Chức năng của quạt ID........................................................................ 9
1.3.2. Yêu cầu điều khiển của quạt ID ........................................................ 10
1.4. Cấu tạo và đặc tính điều chỉnh lưu lượng của quạt cơng suất lớn, quạt li
tâm ................................................................................................................... 10
1.4.1. Cấu tạo của quạt li tâm ...................................................................... 11
1.4.2. Đường đặc tính của quạt ly tâm ........................................................ 12
1.4.3. Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió ...................................... 12
Chương 2: PHÂN TÍCH BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ PERFECT HARMONY CỦA
SIEMENS ...................................................................................................................... 16

2.1. Đặc điểm của bộ biến tần Perfect Harmony ............................................ 16
2.2. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần trung thế ........................................................ 16
2.3. Mạch chỉnh lưu trong biến tần trung thế .................................................. 18
i


Mục lục

2.4. Mạch Nghịch lưu...................................................................................... 20
2.4.1. Mạch nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng .......................................... 20
2.4.2. Nguyên lý điều khiển mạch nghịch lưu ............................................ 25
2.5. Cấu hình chung hệ thống điều khiển bộ biến tần Perfect Hamony ......... 28
2.6. Cấu hình điều khiển vector của bộ biến tần Perfect Hamony.................. 30
Chương 3: TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VECTOR VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG ....................................................................................... 32

3.1. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ ba pha .......................................... 32
3.1.1. Khái niệm chung ............................................................................... 32
3.1.2. Cấu tạo............................................................................................... 32
3.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha .................. 34
3.2. Phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông Rotor ......................... 35
3.2.1. Các hệ trục tọa độ trong phương pháp ĐKVT và mối liên quan ...... 35
3.2.2. Cấu trúc hệ điều khiển vector của động cơ không đồng bộ .............. 38
3.2.3. Phương trình của ĐCKĐB trên hệ tọa độ dq .................................... 40
3.3. Cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng.................................................. 41
3.4. Tổng hợp các mạch vòng điều khiển ....................................................... 42
3.4.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Isd.................................................. 42
3.4.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Isq.................................................. 44
3.4.4. Tổng hợp hệ thống điều khiển lưu lượng.......................................... 47

Chương 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG .... 48

4.1. Thơng số động cơ và tính tốn thơng số các mạch vịng điều khiển ....... 48
4.1.1. Thơng số động cơ .............................................................................. 48
4.1.2. Tính tốn một số tham số .................................................................. 48
4.1.3. Tính tốn bộ điều khiển mạch vịng dịng điện Isd ........................... 49
4.1.4. Tính tốn mạch vịng dịng điện Isq .................................................. 50
4.1.5. Tính tốn mạch vịng điều khiển tốc độ ............................................ 50
4.1.6. Tính tốn mạch vịng điều khiển lưu lượng ...................................... 51
ii


Mục lục

4.2. Mơ phỏng với mơ hình vật lý................................................................... 52
4.2.1. Mô phỏng bộ biến tần cầu H nối tầng với tín hiệu sin chuẩn ........... 52
4.2.2. Mơ phỏng hệ thống điều khiển lưu lượng......................................... 55
4.3 Nhận xét .................................................................................................... 59
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 61

iii


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 2. Tháp trao đổi nhiệt lị quay ............................................................................ 5
Hình 1. 3. Sơ đồ tháp trao đổi nhiệt trong nhà máy xi măng Long Sơn ......................... 7

Hình 1. 4. Vị trí quạt ID trong sơ đồ sản xuất xi măng ................................................... 9
Hình 1. 5. Sơ đồ kết cấu của quạt ly tâm ...................................................................... 11
Hình 1. 6. Đường đặc tính của quạt ly tâm ................................................................... 12
Hình 1. 7. Điều chỉnh bằng van tiết lưu ........................................................................ 13
Hình 1. 8. Điều chỉnh bằng thay đổi tốc độ động cơ .................................................... 14
Hình 1. 9. Ưu điểm của phương pháp điều khiển bằng tốc độ ..................................... 14
Hình 2. 1. Cấu trúc từng phần của bộ biến tần.............................................................. 17
Hình 2 .2. So sánh độ méo sóng hài của 3 loại biến tần ............................................... 20
Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu cầu H cơ bản ......................................... 21
Hình 2. 4. Đồ thị các thông số của mạch nghịch lưu cầu 1 pha nguồn áp cơ bản ........ 21
Hình 2. 5. Điện áp trên tải UAB gồm 3 mức điện áp: -Vdc, 0, +Vdc. .............................. 23
Hình 2. 6. Sơ đồ nghịch lưu trung thế 11 mức .............................................................. 23
Hình 2. 7. Sơ đồ một cell nghịch lưu ............................................................................ 24
Hình 2. 8. Nguyên lý tạo xung điều khiển của 1 cell của pha A................................... 26
Hình 2. 9. Điện áp các cell của pha A và điện áp pha A động cơ ................................. 27
Hình 2. 10. Cấu hình chung hệ thống điều khiển của biến tần Perfect Hamony .......... 28
Hình 2. 11. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vector....................................................... 30
Hình 3. 1. Rotor kiểu dây quấn .................................................................................... 34
Hình 3. 2. Cấu tạo Rotor động cơ khơng đồng bộ ........................................................ 34
Hình 3. 3. Biểu diễn ba dòng pha dưới dạng vector phức ............................................ 35
Hình 3. 5. Cấu trúc hệ điều khiển vector của động cơ khơng đồng bộ ......................... 38
Hình 3. 6. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lưu lượng ................................................... 41
Hình 3. 7. Dạng đặc tính cơ của tải quạt gió ................................................................. 42
Hình 3. 8. Sơ đồ mạch vịng dịng điện điều khiển dịng Isd ........................................ 43
Hình 3. 9. Sơ đồ mạch vòng dòng điện điều khiển dòng Isq ........................................ 44

iv


Danh mục hình vẽ

Hình 3. 10. Sơ đồ mạch vịng điều khiển tốc độ ........................................................... 45
Hình 3. 11. Sơ đồ mạch vịng điều khiển lưu lượng ..................................................... 47
Hình 4. 1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống với điện áp chuẩn hình Sin ................................ 52
Hình 4. 2. Mơ hình 1 cell .............................................................................................. 52
Hình 4. 3. Mơ hình 5 cell bộ biến tần ........................................................................... 53
Hình 4. 4. Mơ hình mạch tạo xung điều khiển cấp cho 1 cell ...................................... 53
Hình 4. 5. Dạng đồ thị điện áp dây ............................................................................... 54
Hình 4. 6. Dạng đồ thị điện áp 1 pha của bộ biến tần ................................................... 54
Hình 4. 7. Dạng đồ thị điện áp 1 cell của bộ biến tần ................................................... 54
Hình 4. 8. Sơ đồ mơ phỏng tồn bộ hệ thống điều khiển lưu lượng ............................. 55
Hình 4. 9. Mơ hình biến đổi hệ toạ độ từ dq sang

................................................... 55

Hình 4. 10. Mơ hình biến đổi hệ tọa độ (αβ) sang hệ tọa độ (abc) ............................... 56
Hình 4. 11. Mơ hình tính tốn góc quay s .................................................................. 56
Hình 4. 12. Đồ thị tốc độ động cơ ................................................................................. 57
Hình 4. 13. Đồ thị Momen động cơ .............................................................................. 57
Hình 4. 14. Đồ thị mơ tả dịng Isq ................................................................................. 57
Hình 4. 15. Đồ thị mơ tả dịng Isd ................................................................................. 58
Hình 4. 16. Đồ thị lưu lượng ......................................................................................... 58
Hình 4. 17. Đồ thị điện áp dây cấp cho động cơ ........................................................... 58

v


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Các chỉnh lưu nối tiếp sử dụng trong biến tần trung thế ............................... 19

vi


Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐCKĐB

Động cơ không đồng bộ

ID

Induced Draft Fans

ĐCMC

Động cơ một chiều

PI

Proportional Integral (Luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân)

PWM

Pulse-width modulation (Điều chế độ rộng xung)

vii


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng
phát triển mạnh mẽ. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa được Đảng và nhà nước quan
tâm và đầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nên kinh tế
theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Cùng với các ngành như nhiệt điện, thủy điện, dầu khí … , ngành cơng nghiệp xi
măng cũng có mức độ tự động hóa ngày càng cao. Các nhà máy xi măng ở nước ta hiện
nay đều là những nhà máy có quy mơ lớn với những động cơ công suất cao để phục vụ
các công đoạn trong quá trình sản xuất xi măng. Một trong những động cơ điện khơng
thể thiếu trong nhà máy xi măng đó là quạt ID. Vì vậy em đã chọn đề tài Nghiên cứu hệ
thống điều khiển quạt ID trong dây truyền sản xuất xi măng VCM (Sông Gianh)
sử dụng bộ biến tần trung thế. Nội dung đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID.
Chương 2: Phân tích bộ biến tần trung thế Perfect Harmony của Siemens.
Chương 3: Tính tốn hệ thống điều khiển vector và hệ thống điều khiển lưu
lượng.
Chương 4: Xây dựng mơ hình mơ phỏng và mơ phỏng hệ thống.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình
hướng dẫn, góp ý hồn thành cuốn đồ án này. Do thời gian hoàn thành đồ án và tầm
hiểu biết có hạn nên trong q trình thực hiện chắc chắn khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo để đề tài được hoàn
thiện hơn nữa.
Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Trần Trung Phúc

viii


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Chương 1
TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ
QUẠT ID

1.1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng
Lưu đồ sản xuất xi măng như hình 1.1.

Hình 1. 1. Sơ đồ cơng đoạn sản xuất xi măng

1


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Theo sơ đồ thì dây chuyền sản xuất xi măng có 7 cơng đoạn:
Cơng đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu.
Công đoạn 2: Nghiền nguyên liệu.
Công đoạn 3: Nghiền than.
Công đoạn 4: Nung luyện Cliker.
Công đoạn 5: Nghiền xi măng.
Cơng đoạn 6: Nghiền phụ gia.
Cơng đoạn 7: Đóng bao.
1.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu

- Đá vôi:
+ Đá vôi khai thác trực tiếp từ những núi đá vôi theo phương pháp nổ mìn cắt tầng
được xúc và vận chuyển bằng ơt ô tải đổ vào két.
+ Năng suất đập đá vôi đạt 750 tấn/h, cỡ hạt nhỏ và chuyển về kho bằng băng tải cao
su qua máy rải thành các đống khối lượng khoảng 3200 tấn.
- Đất sét:
+ Đất sét được khai thác tại mỏ sét núi sau đó vận chuyển về cảng nhập của nhà máy.
+ Kích thước đất sét khoảng nhỉnh hơn 60mm2 và chuyển về kho thông qua băng tải
cao su.
- Quặng sắt và silicat:
+ Tương tự như đất sét, các nguyên liệu silicat, quặng sắt được đưa về nhà máy. Qua
hệ thống cán sơ bộ cấp 2, qua hệ thống băng tải và máy rải động tạo thành đống cùng
với đất sét. Khối lượng các đống silicat khoảng 1x4200 tấn, quặng sắt 1x2400 tấn.
Các loại nguyên liệu được chuyển qua hệ thống băng tải về két chứa. Ở đáy có gắn
các loadcell để đo khối lượng, vận tốc của nguyên liệu đưa về để điều khiển xem có
cấp tiếp hay khơng.
1.1.2. Nghiền ngun liệu
- Từ các két chứa nguyên liệu được tháo qua hệ thống cân bằng định lượng với tỉ lệ
đặt trước:

2


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

+ Các nguyên liệu được trộn với nhau rồi đưa vào máy nghiền.
+ Trước khi được nghiền, hỗn hợp được tách vụn sắt bằng các băng tải chạy ngang và
lọc bụi tay áo, hệ thống đối trọng để giữ cân bằng.
1.1.3. Nghiền Than
Than được nhập về, qua cấp liệu rung và được băng tải vận chuyển về kho đồng

nhất sơ bộ. Qua máy rải kiểu Tripper than được rải thành hai đống hình chữ V. Qua hệ
thống máy cào cào lên băng tải cao su và đưa tới máy nghiền.
1.1.4. Nung luyện Clinker
Các thiết bị chính bao gồm:
- Một tháp trao đổi nhiệt 5 tầng cylon cao (tháp sấy 5 tầng).
- Lò nung
Để quay lò người ta sử dụng hai động cơ chính và phụ:
+ Động cơ chính là động cơ một chiều.
+ Động cơ phụ là động cơ roto lồng sóc dùng khi lị quay chậm .
Hệ thống làm mát clinker:
+ Hệ thống làm mát bằng bơm nước khi nhiệt độ cao nhờ các cảm biến đo nhiệt độ lò.
Máy đập clinker kiểu dập búa
Quạt ID (quạt hút tạo áp suất âm cho lò).
Hệ thống nhiên liệu của lò: gồm 2 đầu phun:
+ Một đầu phun than.
+ Một đầu phun dầu dùng khi sấy lị.
Q trình hoạt động:
Bột liệu từ silon đồng nhất CF qua hệ thống gầu, máng khí động, qua van cấp liệu
quay được cấp vào hệ thống sấy 5 tầng. Tại đây bột liệu được đưa lên nhiệt độ gần
1000 độ. Qua hệ thống lò nung bột liệu được nung luyện tọa pha lỏng có nhiệt độ 1450
độ ở zone nung.
Clicker thu được quá trình nung luyện được đưa vào hệ thống làm nguội 6 quạt thổi
và hệ thống phun nước làm mát đảm bảo nhiệt độ làm nguội ở 650C. Hệ thống dàn ghi
vận chuyển clinker tới silo có sức chứa 30.000 tấn bằng các băng tấm khi chúng đạt
3


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

tiêu chuẩn còn nếu chúng ≥ 30 mm sẽ bị hệ thống băng xích gạt vào máy dập búa. Khí

dư từ hệ thống làm nguội clinker được tách bụi ở bằng hệ thống lọc tĩnh điện trước khi
tận dụng để cấp cho hệ thống sấy máy nghiền than. Một phần tận dụng cấp nhiệt cho
tháp trao đổi nhiệt 5 tầng.
1.1.5. Công đoạn nghiền xi măng
- Clinker sau quá trình đồng nhất sẽ đưa vào hệ thống nghiền để tạo ra xi măng. Hệ
thống nghiền xi măng bao gồm 2 máy nghiền:
+ Máy nghiền đứng CKD (nghiền sơ bộ): dùng để nghiền thô clinker.
+ Máy nghiền nằm (nghiền bi): dùng để nghiền tinh cliker với phụ gia
+ Động cơ khởi động qua biến trở dung dịch Na2CO3
Động cơ máy nghiền bi là động cơ roto dây quấn.
Khi clinker được nghiền trực tiếp qua máy nghiền bi thì năng suất của nó chỉ đạt 120 ÷
150 tấn/h.
Ngun lí hoạt động:
Clinker từ silo chứa được tháo xuống qua hệ thống cân băng định lượng vào máy
nghiền CKP. Sau khi được nghiền sơ bộ cliker qua sàng rung đổ xuống băng tải cao
su, rồi đưa vào máy nghiền bi cùng với thạch cao và phụ gia. Tỉ lệ các thành phần
clinker, thạch cao, phụ gia được điều chỉnh sẵn để có được loại xi măng theo yêu cầu.
Xi măng sau máy nghiền được đổ xuống máng khí động, qua hệ thống gàu đưa vào hệ
thống phân ly. Tại đây những hạt xi măng quá to sẽ được hồi lưu trở lại máy nghiền.
Những hạt nhỏ được thu hồi bởi hệ thống lọc bụi. Những hạt đạt tiêu chuẩn được các
vít tải vận chuyển đến hệ thống gàu đổ vào silo chứa xi măng.
- Có hai silo chứa:
+ Silo nhỏ hay cịn gọi là silo đơn để chứa xi măng mac PC30.
+ Silo to hay còn gọi là silo hai lõi: Lõi trong là xi măng nguyên chất.
1.1.6. Công đoạn nghiền phụ gia
Phụ gia từ két chứa qua hệ thống ống sấy được sấy kho qua hệ thống băng phụ gia
được cấp vào máy nghiền. Sản phẩm ra khỏi máy nghiền qua hệ thống gầu nông đưa
sang phân ly. Sản phẩm mịn được tách riêng đưa vào silo phần hạt thô quay lại đầu
4

Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

máy nghiền nhờ hệ thống hồi lưu. Khí bụi sau máy nghiền và sấy được sử lý trong hệ
thống lọc bụi tĩnh điện.
1.1.7. Cơng đoạn đóng bao
Xi măng và phụ gia sau khi nghiền xong đạt độ mịn theo quy định đổ vào silo. Qua
hệ thống van xi măng được đổ vào máng khí động, gàu vận chuyển đổ vào sàn rung rồi
đưa vào két chứa của cân PFISTER. Từ két chứa xi măng được tháo xuống bao qua
các van mở. Các van mở này có gắn các cảm biến mức để nhận biết khối lượng bao
đang đóng. Có ba mức là: thấp, bình thường, cao. Khi mà khối lượng bao chưa đủ thì
van vẫn được mở để xi măng đổ tiếp đến khi đủ thì đóng van. Hệ thống đóng bao gồm:
4 máy đóng bao loại quay 8 vịi theo thiết kế của hãng Ventomatic (trong đó có hai
máy tự động).
Năng suất 1 máy 100 tấn/h. Bao sau khi được đóng qua hệ thống làm sạch bao
bằng khí nén qua hệ thống băng tải cao su đưa xuống các máng xuất ôtô và tàu (hai
máng xuất ô tơ, hai máng xuất xuống tàu). Trên băng tải có gắn các sensor đếm sản
phẩm.

1.2. Chi tiết về công đoạn nung và trao đổi nhiệt

Hình 1. 2. Tháp trao đổi nhiệt lò quay

5


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Sau khi nguyên liệu được nghiền và vận chuyển tới silo đồng nhất, chúng sẽ được
hệ thống gầu múc đưa lên đỉnh của tháp trao đổi nhiệt. Tại đây nguyên liệu sẽ được

cấp vào ống nỗi giữa cyclone 1 và cyclone 2, sau đó đi vào cyclone 1 cùng với dịng
khí nóng và được gia nhiệt, lắng xuống. Nguyên liệu được gia nhiệt rồi trút vào ống
nối giữa cyclone 2 và cyclone 3 sau đó đi vào cyclone 2 cùng với dịng khí nóng và
sau đó lại tách ra từ dịng khí này và lắng xuống, các tầng cyclone khác cũng tương
tự. Bằng cách này nguyên liệu được chuyển dần từng bước qua các cyclone đồng thời
trao đổi nhiệt với khí nóng.
Sau khi chuyển tới cyclone 4, chúng sẽ được tách ra một phần đi trực tiếp vào lò,
một phần sẽ đi tới buồng phân hủy. Nguyên liệu được gia nhiệt ở buồng phân hủy bởi
dịng khí nóng có tốc độ cao và lơ lửng trong buồng phân hủy.
Trong quá trình sản xuất 25% đến 40% bột liệu được chuyển tới nhánh của lò và
60% đến 75% được chuyển tới nhánh của buồng phân hủy. Trước khi rời khỏi tầng
đáy nguyên liệu phải có mức canxi hóa khoảng 90% đến 95%.
Sau đó ngun liệu được chuyển qua lị bằng cách kết hợp giữa độ nghiêng của lò
và chuyển động quay. Khi nguyên liệu đến gần ngọn lửa, nhiệt độ tăng và q trình
Clinker hố xảy ra. Khi rời khỏi lò liệu được đưa vào máy làm nguội kiểu ghi, tại đó
nó được

làm mát đột ngột bằng cách trao đổi nhiệt với gió 2, sau đó được chuyển tới

thiết bị vận chuyển Clinker qua máy đập Clinker.
Tốc độ quay của lò được người vận hành điều chỉnh đảm bảo đủ thời gian cho q
trình Clinker hố thích hợp xảy ra.

6


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Hình 1. 3. Sơ đồ tháp trao đổi nhiệt trong nhà máy xi măng Long Sơn
- Gió được đưa vào hệ thống lò bao gồm hai nhiệm vụ chính:

+ Nhiệm vụ thứ nhất là: Cung cấp một lượng oxy cần thiết để nhiên liệu cháy hồn
tồn. Nếu gió không đủ lượng oxy cần thiết, nhiên liệu được cung cấp sẽ khơng cháy
hết. Mặt khác nếu lượng gió cung cấp là quá nhiều thì nhiên liệu cháy quá nhanh và
gây tốn kém nguyên liệu. Gió đưa vào sẽ tác động làm thay đổi áp suất khí trong lị,

7


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

ảnh hưởng tới nhiệt độ trong lò và chất lượng clinker.
+ Nhiệm vụ thứ hai là: Cung cấp lượng nhiệt để sấy nhiên liệu đến một nhiệt độ xác
định, đảm bảo liệu đạt được hiệu suất cao nhất. Tạo ra áp suất cần thiết để đẩy nhiên
liệu vào bên trong lị. Lượng gió này vào lị thơng qua hệ thống vòi đốt và tỷ lệ với
lượng nhiên liệu cấp vào lị.
Lượng gió đi qua lị có thể được phân làm 3 đường gió chính như sau:
+ Đường gió 1 là: đường khí tươi lấy trực tiếp từ mơi trường mục đích để phun nhiên
liệu vào trong lị.
+ Đường gió 2: là đường gió cung cấp cho vịi đốt lị nung sau khi đã trao đổi nhiệt với
clinke nóng. Gió 2 được quạt ID cuống vào lị, lưu lượng gió được điều chỉnh bởi hệ
thống van và tốc độ quạt ID để đảm bảo lượng oxy đủ để nhiên liệu cháy hết. Điều
chỉnh gió 2 tốt sẽ điều khiển được ngọn lửa và nhiệt độ zơn nung.
+ Đường gió 3: là đường gió cung cấp cho vịi đốt canxiner, giống như gió 2, gió 3
cũng được lấy từ hệ thống làm nguội sau khi đã trao đổi nhiệt với clinker nóng. Nhiệt
độ gió 3 phụ thuộc vào hiệu quả làm nguội của hệ thống làm mát. Lưu lượng gió 3
được điều chỉnh bằng quạt ID và van điều chỉnh lưu lượng gió từ buồng phân hủy đảm
bảo nhiên liệu đưa vào buồng phân hủy cháy hết.
Nhiệt độ trung bình trong buồng phân huỷ và tầng Cyclone thấp nhất của nhánh
buồng phân huỷ vào khoảng 8700C-9000C. Tại nhiệt độ này q trình Canxi hố bột
liệu xảy ra nhanh và mức Canxi hố của liệu vào lị khoảng 90-95%. Nhiệt độ trong

buồng phân huỷ được kiểm soát bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu trong buồng
phân hủy. Người ta thường muốn giữ nhiệt độ của buồng phân huỷ không đổi để đảm
bảo mức Canxi hố của liệu đưa vào lị là khơng đổi. Điều này thường được thực hiện
bằng chu trình điều khiển tự động để điều chỉnh tốc độ cấp nhiên liệu cho buồng phân
huỷ.

8


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

1.3. Chức năng của quạt ID và yêu cầu điều khiển
1.3.1. Chức năng của quạt ID

Hình 1. 4. Vị trí quạt ID trong sơ đồ sản xuất xi măng
Trong nhà máy xi măng có rất nhiều loại quạt gió, khi nhắc tới chúng ta khơng thể
khơng nhắc tới quạt ID. Quạt ID có vai trị rất quan trọng trong trong nhà máy xi măng
và được coi như lá phổi của toàn bộ hệ thống. Quạt ID là quạt có cơng suất lớn nhất
cùng với quạt của máy nghiền. Nó thường đặt sau bộ sấy và có nhiệm vụ hút gió 1, gió
2 và gió 3, tạo q trình cháy trong lò canxiner, tạo áp suất âm ở đỉnh tháp năm tầng.
Khí sau khi đi ra khỏi cyclone 1 ở đỉnh tháp năm tầng được quạt ID hút, một phần sẽ
được dẫn tới máy nghiền để sấy nguyên liệu trước khi nghiền. Một phần sẽ được đưa
tới hệ thống lọc bụi tĩnh điện và đưa ra ống khói. Nếu khơng có quạt ID, tháp năm tầng
sẽ khơng có dịng khí lưu thơng, q trình đốt cháy nhiên liệu trong lị canxiner sẽ
khơng thể diễn ra. Dịng khí từ q trình đốt cháy nhiên liệu sẽ khơng được lấy ra khỏi
hệ thống, sự trao đổi nhiệt lạnh giữa bột liệu lạnh và dịng khí nóng sẽ khơng được
xảy ra. Vì thế nó có vai trị rất quan trọng và khơng thể thiếu trong nhà máy xi măng.

9

Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

1.3.2. Yêu cầu điều khiển của quạt ID
Điều khiển quạt ID để duy trì lượng oxy trong trong lị theo một mức đã đặt trước
đảm bảo q trình nhiên liệu trong lò được cháy hết. Hay yêu cầu điều khiển quạt ID
là điều chỉnh lưu lượng gió theo u cầu cháy trong lị canxiner. Tỷ lệ gió có thể thay
đổi trong một dải sai số điều khiển. Nếu một hệ thống với việc điều chỉnh gió quá thấp
so với yêu cầu sẽ gây thiếu gió để đốt cháy nhiên liệu, nếu lượng gió q lớn sẽ làm
q trình cháy xảy ra với tốc độ nhanh và nhiên liệu gây lãng phí, ảnh hưởng tới q
trình nhiệt trong lị. Hệ thống phân tích thành phần Oxy trong khí thải lò được sử dụng
trong chiến lược điều khiển tỷ lệ gió để duy trì một lượng khí thừa nhất định đảm bảo
q trình nhiên liệu trong lị được cháy hết. Khi nồng độ Oxy trong khí thải của lị nhỏ
hơn nồng độ Oxy cần thiết, tín hiệu điều khiển đưa về bộ tính tốn sẽ giảm đi. Bộ tính
tốn sẽ tính tốn giá trị đặt cho van gió 3, làm giảm lưu lượng gió qua van gió 3. Do
đó lưu lượng gió 2 vào lị sẽ tăng lên, lượng Oxy cung cấp cho lị tăng lên. Để duy trì
lượng gió 2 theo yêu cầu, ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển van gió 3.
Lượng gió đi vào canxiner gồm có gió 1 đi vào buồng phân hủy từ ống phun nhiên
liệu, gió 3 vào canxiner được trích từ gió làm nguội clinker ở đầu ra của lị nung. Mục
đích của gió 3 là tận dụng nhiệt từ gió làm mát clinker để sấy nguyên liệu trong
canxiner và trong nhánh tháp trao đổi nhiệt, đồng thời cũng cung cấp Oxy cho quá
trình cháy trong buồng phân hủy. Khi nồng độ Oxy trong nhánh tháp trao đổi nhiệt
thấp, tức là lượng Oxy cung cấp cho buồng phân hủy không đủ để cho than cháy hết
hồn tồn thì ta phải điều chỉnh lưu lượng gió qua hệ thống lị nhờ quạt ID đặt phía sau
của nhánh tháp trao đổi nhiệt.

1.4. Cấu tạo và đặc tính điều chỉnh lưu lượng của quạt công suất lớn, quạt li
tâm
Trong nhà máy xi măng có nhiều loại quạt cơng suất phân bố ở các công đoạn khác
nhau như:

+ Công đoạn nghiền: Quạt nghiền hút liệu từ máy nghiền liệu. Quạt lọc bụi có tác
dụng hút bụi dư ở bộ lọc tĩnh điện hay bộ lọc túi.
+ Cơng đoạn lị: Quạt sơ cấp (gió 1) tạo áp lực đẩy than, đốt than. Quạt làm mát clinke

10


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

từ 1400

về khoảng 100 . Quạt ID tạo ra nguồn gió ngược để sấy dần nhiên liệu

trước khi vào lị.
1.4.1. Cấu tạo của quạt li tâm
Quạt gió đóng một vai trò quan trọng trong nhà máy xi măng. Đặc biệt những quạt
có cơng suất lớn như quạt ID, quạt hút liệu. Hầu hết quạt công suất lớn được thiết kế
theo kiểu li tâm có số lượng cánh cắt khơng khí lớn. Các cánh rotor của quạt li tâm
được giữ ở mặt đỡ và vòng giữ đỡ. Rotor nằm trong vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn
ốc.
Bánh công tác có cánh dẫn cong về phía trước sẽ có áp lực cao hơn bánh cơng tác
có cánh thẳng hoặc cong về phía sau khi có cùng số vịng quay. Trong quạt thường
dùng bánh cơng tác có cánh cong về phía trước hoặc thẳng.
Cuối ống dẫn ra thường dùng đoạn ống chuyển tiếp có dạng loa để tiếp tục tăng áp
khí sau khi ra khỏi vỏ.

Hình 1. 5. Sơ đồ kết cấu của quạt ly tâm
1 – Trục; 2 – Đĩa chính; 3 – Cánh dẫn; 4 – Đĩa phụ; 5 – Mạng cánh; 6 – Vành truyền
động; 7 – Vỏ quạt; 8 – Bệ quạt; 9 – Ổ đỡ; 10 ,11 – Ống ra ống vào.
Bánh công tác của quạt được tạo bởi trục 1, được gắn chặt với đĩa chính 2. Các

cánh dẫn làm việc 3 được gắn chặt với đĩa chính 2 và đĩa phụ 4. Đĩa này đảm bảo độ
cứng cần thiết của mạng cánh 5. 6 là thanh truyền động của quạt. Vỏ quạt 7 được gắn
với bệ 8 trên đó có ổ đỡ 9 mang trục quạt, có bánh cơng tác 10 và 11 là nắp kẹp của
ống vào và ống ra.

11


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Ngun lý:
Khi làm việc rotor hút khơng khí dọc theo trục, nhờ lực ly tâm đưa ra quanh vỏ quạt
và đẩy gió ra hướng thẳng góc với trục quạt. Quạt ly tâm có ưu điểm là nâng được áp
suất khơng khí cao, ít ồn hơn quạt hướng trục. Để tiện khi lắp đặt theo yêu cầu người
sử dụng, người ta sản xuất quạt ly tâm có hai chiều quay với các giá đỡ khác nhau.
Nếu rotor của quạt quay theo chiều kim đồng hồ chúng ta có quạt phải và ngược lại là
quạt quay trái. Quạt ly tâm có thể gắn trực tiếp với động cơ điện hoặc nối gián tiếp với
trục động cơ điện qua hệ thống bánh đai.
1.4.2. Đường đặc tính của quạt ly tâm
Đặc tính của quạt ly tâm thường thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng gió Q và áp
suất P tác dụng lên đường ống.

là độ mở van và

là tốc độ của quạt. Quạt làm việc

tại điểm A là giao giữa đường đặc tính của đường ống ứng với độ mở van
đặc tính quạt

. Tại điểm A ứng với lưu lượng gió

và áp suất

Hình 1. 6. Đường đặc tính của quạt ly tâm
1.4.3. Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió
Để điều chỉnh lưu lượng gió, có 2 phương pháp sau:
+ Điều chỉnh bằng van tiết lưu:

12

.

và đường


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Hình 1. 7. Điều chỉnh bằng van tiết lưu
Điều chỉnh bằng van tiết lưu làm góc mở van thay đổi, dẫn đến lưu lượng thay đổi.
Tốc độ của quạt được đặt bằng hằng số thường là định mức.
ta có điểm làm việc là A với lưu lượng

+ Khi góc mở van là

+ Khi thay đổi góc mở van là
áp suất

. Trong đó

<

và

<

và áp suất

.

ta có điểm làm việc mới là B với lưu lượng

và

> .

- Điều chỉnh bằng thay đổi tốc độ quạt:
Phương pháp này là thay đổi đường đặc tính riêng của quạt bằng cách thay đổi tốc
độ của quạt và giữ nguyên góc mở van tiết lưu. Thay đổi tốc độ của quạt và đặt góc
mở van tiết lưu là 100%, từ đó làm thay đổi đặc tính của quạt và làm thay đổi được lưu
lượng.
+ Khi tốc độ quạt là
lượng

và áp suất

và góc mở van tiết lưu là 100% ta có điểm làm việc A với lưu
.

+ Khi thay đổi tốc độ quạt là
việc mới là B với lưu lượng

và giữ nguyên góc mở van là 100% ta có điểm làm
. Trong đó

và áp suất

13

<

và

<


Chương1. Tìm hiều về cơng nghệ sản xuất xi măng và quạt ID

Hình 1. 8. Điều chỉnh bằng thay đổi tốc độ động cơ
Ưu điểm của phương pháp điều khiển lưu lượng bằng tốc độ:
+ Giả sử quạt đang làm việc tại điểm A với lưu lượng là
cần điều chỉnh để đạt được lưu lượng

và góc mở van là 100% ta

. Ta có hai cách để thực hiện, đó là điều chỉnh

bằng thay đổi tốc độ và điều chỉnh bằng van tiết lưu.

Hình 1. 9. Ưu điểm của phương pháp điều khiển bằng tốc độ
Ta có cơng suất động cơ là P = M mà p

M và Q

nên ta có P

Khi điều chỉnh lưu lượng bằng thay đổi góc mở van tiết lưu ta có:
=

=

14

.

Pq.