Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế chô công nghiệp xi măng lò quay 1,,4 triệu tấn năm

Bộ xây dựng Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng -------------------------------------- 125D Minh Khai, Quận Hai Bà Tr−ng Hà Nội Báo cáo tổng kết Đề tài KHCN cấp nhà n−ớc Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm M∙ số kc 06.07 chủ nhiệm đề tài : TS. Phạm Giao Du tập 1 Nghiên cứu thiết kế máy nghiền đứng 5846-1 26/5/2006 Hà nội – 2005 Bản quyền 2005 thuộc TCTCKXD Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Tổng Giám đốc TCTCKXD trừ tr−ờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu Bộ xây dựng Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng -------------------------------------- tập 1 nghiên cứu thiết kế máy nghiền đứng TS. Phạm Giao Du 1 Tổng quan đề tài kc 06.07 .Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm” đ−ợc thực hiện với mục đích nghiên cứu, thiết kế và xây dựng qui trình công nghệ chế tạo một số thiết bị trong các khu công nghệ, phụ tùng trong dây chuyền sản xuất xi măng, b−ớc đầu chế tạo một số cụm. Phụ tùng nhằm từng b−ớc đáp ứng nhu cầu nội địa hoá các thiết bị trên. Đề tài tập trung vào nghiên cứu các thiết bị kho đồng nhất sơ bộ nh− máy rải liệu, máy rút liệu, máy nghiền con lăn, quạt công nghiệp và lọc bui tĩnh điện là những thiết bị không thể thiếu đ−ợc trong các dây chuyền sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, phân loại các thiết bị phân tích các đặc tính, tính năng kỹ thuật, lựa chọn các kết cấu phổ biến nhất mang tính tiên tiến và phù hợp với khả năng công nghệ hiện có trong n−ớc, xây dựng ph−ơng pháp tính toán thiết kế các thông số chính của các thiết bị nh− máy nghiền con lăn, cơ cấu phân ly, quạt công nghiệp, lọc bụi tĩnh điện, ph−ơng pháp xác định độ đồng nhất của vật liệu và thiết kế một số ;oại thiết bị: Máy nghiền đứngdùng cho nghiền liệu công suất 280 t/g; quạt công nghiệp Q=1230 m3/p; lọc bụi tĩnh điện; máy rải, rút liệu; băng tải; gầu tải; vít tải. Trong thiết kế máy nghiền đứng đã áp dụng ph−ơng pháp phân tích phần tử hữu hạn để tính toán sức bền, đã xây dựng các thiết kế điều phần kiển tự động cho máy nghiền, lọc bụi tĩnh điên, máy rảt liệu, máy rút liệu. Hầu hết các phần tổng quan phân tích các thiết bị, ph−ơng pháp tính toán đ−ợc xây dựng lần đầu tiên. Trong phạm vi của đề tài đã thực hiện việc chế tạo và thử nghiện thực tế bộ điều khiển cao áp lọc bụi tĩnh điện và chế tao 12 tấn phụ tùng cho máy nghiền đứng 2 Danh sách những ng−ời thực hiện TT Họ và tên Chức vụ Học vị 1 Phạm Giao Du Chủ nhiệm đề tài Tiến sĩ 2 Võ Sỹ Huỳnh Tr−ờng ĐHBK PGS.TS 3 Lê Danh Liên Tr−ờng ĐHBK PGS.TS 4 Ngô Thành Phong Tr−ờng ĐH KHTN TP HCM GS.TS 5 Nguyễn Dũng Tr−ờng ĐH KHTN TP HCM PGS.TS 6 Ngô văn Thành Phân viện NC ĐT-TH-TĐH TP HCM Tiến sĩ 7 Trần Hồng Lam Trung tâm TBCN-IMI Ths. t/ động hoá 8 Phạm L−ơng Tuệ Tr−ờng ĐHBK GS.TS 9 Bùi Quốc Thái Tr−ờng ĐHBK Tiến sĩ 10 Lê Đình ánh Tr−ờng ĐHBK Kỹ s− 11 Nguyễn minh Ph−ơng TCT CKXD Kỹ s− 12 Trần văn Tuấn TCT CKXD Kỹ s− 13 Nguyễn minh Đức TCT CKXD Kỹ s− 14 Trần Văn Sơn Trung tâm TBCN-IMI Kỹ s− Nhiệt 15 Trần Kim Quế GĐ Trung tâm KM-IMI Kỹ s− đ/ l−ờng 16 Nguyễn Quý Bình GĐ Trung tâm CNC-IMI KS. c/ tạo máy 17 Vũ Hoài Nam GĐ Trung tâm TBCN-IMI KS. c/ tạo máy 18 D−ơng Hồng Quân Trung tâm DADT-IMI KS. c/ tạo máy 19 Nguyễn Vĩnh Kỳ GĐ Trung tâm KTMT-IMI KS. c/ tạo máy 20 Đỗ Trọng Bình Phó GĐ Trung tâm KTMT-IMI Kỹ s− Nhiệt 21 L−ơng Ngọc Ph−ợng Phó GĐ Trung tâm KTMT-IMI KS. T/ động hoá 3 Mục lục 1 Lời mở đầu 4 2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay 5 3 Phần máy nghiền đứng và thiết bị kho đồng nhất sơ bộ Quyển riêng 4 Lọc bụi tĩnh điện Quyển riêng 5 Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp Quyển riêng 6 Kết luận và kiến nghị 28 7 Tài liệu tham khảo 30 4 Lời mở đầu Tr−ớc sự phát triển của mền kinh tế trong n−ớc, nhu cầu về vật liêu xây dựng trong đó xi măng đóng vai trò quan trọng và tăng không ngừng. Theo tính toán từ nay tới năm 2010 mỗi năm chúng ta phải đ−a vào vận các dây chuyền sản xuất xi măng công suất khoảng 3 triệu tấn/ năm. Tuy nhiên cho đến nay chúng ta vẫn nhập ngoại toàn bộ tiết bị công nghệ. Hiện mới chỉ có nghiên cứu thiết kế các thiết bị cho lò đứng, đối với các dây chuyền thiết bị trong các nhà máy xi măng ph−ơng pháp khô ch−a đ−ợc đầu t− nghiên cứu, vì thế việc từng b−ớc nghiên cứu chế tạo thiết bị phụ tùng cho các dây chuyền sản xuất xi măng ph−ơng pháp khô là cần thiết. Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm” là b−ớc đầu cho việc nghiên cứu, thiết kế từng b−ớc các thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng lò quay ph−ơng pháp khô. Trên cơ sở các dây chuyền thiết bị nhập ngoại, Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế các thiết bị kho đồng nhất sơ bộ, băng tải (B=0,8m; L=450m; N=300t/g), gầu tải (B-0,8m; H=80m; N=400t/g), vít tải (D=0,45m; L=15m; N=50t/g) đ−ợc sử dụng phổ biến trong các dây chuyền xi măng công suất 1,4 triệu tấn/năm. Lọc bụi tĩnh điện (Q=1230m3/p; n=3; F-26m2), quạt công nghiệp (Q=1239m3/p; P=2599Pa) và máy nghiền đứng (N-280-320t/g; Blaine=3200), xây dựng qui trình công nghệ chế tạo và chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển cao áp lọc bụi tĩnh điện, 12 tấn phụ tùng cho máy nghiền đứng. Tổng kinh phí thực hiện đè tài 4990tr, đồng trong đó vốn cấp là 1350tr. đồng, đ−ợc triển khai thực hiên từ tháng 10/2001 đến 12/2004. 5 1.Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay 1.1.Hiện trạng sản xuất xi măng ở Việt nam Trong 10 năm qua ngành công nghiệp vật liệu xây dựng nói chung và công nghiệp xi măng nói riêng của Việt nam đã không ngừng phát triển, đáp ứng cho nhu cầu xây dựng cơ sở vật chất của cả n−ớc không những về số l−ợng mà cả về chất l−ợng và chủng loại sản phẩm. Hiện nay mạng l−ới các nhà máy xi măng phân bố ở tất cả các vùng trong cả n−ớc với quy mô và công nghệ sản xuất khác nhau bao gồm: - 55 nhà máy xi măng lò đứng sản xuất theo ph−ơng pháp bán khô với quy mô công suất các lò đứng từ 140 tấn clanhke/ngày tới 240 tấn clanhke/ngày. - 3 nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp −ớt có công suất các lò quay là 413 tấn clanhke/ngày và 1.750 tấn clanhke/ngày. - 9 nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô có công suất các lò quay từ 3.000 tấn clanhke/ngày cho tới 5.800 tấn clanhke/ngày (kể cả các nhà máy xi măng liên doanh, Hoàng mai, Tam điệp và Hải phòng mới). Trong vòng 10 năm lĩnh vực này đã đ−ợc đầu t− khá đa dạng về quy mô công suất nhà máy (lớn, vừa, nhỏ), về hình thức đâù t− (nhà n−ớc, địa ph−ơng, liên doanh, t− nhân) và cả về nguồn vốn đầu t− (vốn tự có, vốn vay trong n−ớc, vốn vay n−ớc ngoài). 1.2.Vốn đầu t− Vốn đầu t− vào lĩnh vực xi măng giai đoạn 1991 - 2000 khoảng 1.495 triệu USD, trong đó: - Vốn đầu t− n−ớc ngoài (FDI): 20% - Vốn vay thiết bị trả chậm : 50% - Vốn trong n−ớc : 30% Trong bảng 1.1 giới thiệu các cơ sở sản xuất xi măng hiện có của Việt Nam. 6 Bảng 1.1. Các cơ sở sản xuất xi măng của Việt nam Danh mục các cơ sở Công suất thiết kế, triệu tấn xi măng/năm Ph−ơng pháp sản xuất I. Cơ sở của Bộ xây dựng 1. Cty xi măng Hải phòng 2. Cty xi măng Hoàng thạch 3. Cty xi măng Bút sơn 4. Cty xi măng Bỉm sơn 5. Cty xi măng Hà tiên I+II 6. Cty xi măng Hoàng Mai 7. Cty xi măng Tam Điệp 8. Cty xi măng Hải Phòng mới 11,55 0,35 2,3 1,4 1,8 1,5 1,4 1,4 1,4 −ớt khô khô khô + −ớt khô + −ớt khô khô khô II. Cơ sở liên doanh 1. Cty xi măng Chinfong 2. Cty xi măng Nghi sơn 3. Cty xi măng Sao mai 4. Cty xi măng Vân xá 5. C.ty xi măng Phúc sơn 7.61 1,4 2,15 1,76 0,5 1.8 khô khô khô khô khô III. Cty xi măng lò đứng 3,957 bán khô IV Trạm nghiền xi măng 3.97 Tổng cộng 27.087 So với năm 1995 cả n−ớc có 4 nhà máy xi măng lò quay và 50 nhà máy xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế 4,45 triệu tấn/năm thì tới năm 2000 đã có 12 nhà máy xi măng lò quay và 55 nhà máy xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế 19,70 triệu tấn/năm (tăng 248 %). 1.3. Sản l−ợng và chất l−ợng xi măng Với việc đầu t− nh− trên, sản l−ợng xi măng của Việt nam đã có mức tăng tr−ởng khá mạnh đ−ợc giới thiệu ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Sản l−ợng xi măng của Việt nam Năm 1995 2000 2001 2002 2003 2004 Sản l−ợng xi măng 6,81 13,91 16,38 20,55 24,38 26,4 7 Qua bảng 1.1, 1.2 rõ ràng xi măng là lĩnh vực đ−ợc tập trung chỉ đạo đầu t− phát triển nên duy trì mức tăng tr−ởng cao. Sản l−ợng xi măng từ 1995 đến năm 2004 tăng hơn 4 lần từ 6,38 triệu tấn tăng lên 26,4 triệu tấn, tăng bình quân 31,6% năm. Xét theo từng kế hoach 5 năm thì mức tăng tr−ởng bình quân giai đoạn 1995 - 2000 là 15,58%/năm, giai đoạn 2000 - 2004 là 17.58 %/năm và dự kiến năm 2005 đạt trên 29 triệu tấn. Sản phẩm chính của các cơ sở lò quay là các loại xi măng poóclăng PC50, PC40 và PC30; xi măng poóclăng hỗn hợp PCB40, PCB30, trong đó xi măng mác cao đạt > 70%. Sản phẩm của các cơ sở xi măng nhà n−ớc và liên doanh đ−ợc trang bị công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại, hệ thống kiểm tra chặt chẽ nên chất l−ợng xi măng sản xuất đạt các tiêu chuẩn Việt nam về các chủng loại xi măng poóclăng PC: TCVN 2682 - 1999 và xi măng poóclăng hổn hợp PCB: TCVN 6260 - 1997 và t−ơng đ−ơng với chất l−ợng xi măng của các n−ớc trong khu vực và trên thế giới. Cho tới nay đa số các cơ sở xi măng lò quay đã đ−ợc cấp chứng chỉ chất l−ợng ISO 9002. Các loại xi măng lò quay này có hàm l−ợng CaO tự do thấp < 1 %, hàm l−ợng kiềm thấp, độ mịn cao; cùng với các chủng loại xi măng đặc biệt bền sulphát, ít toả nhiệt đã và đang sử dụng rộng rãi trong các công trình vĩnh cửu ở khắp mọi miền đất n−ớc nh− thuỷ điện Hoà bình, thuỷ điện Yaly, cầu Mỹ thuận, đ−ờng hầm Hải vân v.v... Trong khi đó các cơ sở xi măng lò đứng đ−ợc đầu t− chiều sâu bằng công nghệ, thiết bị của Trung quốc chủ yếu sản xuất xi măng thông dụng đạt chất l−ợng PCB30 phù hợp sử dụng trong các công trình không yêu cầu khắt khe về kỹ thuật nh− kênh m−ơng thuỷ lợi, đ−ờng bê tông nông thôn, nhà ở thấp tầng v. v... 1.3. Công nghệ sản xuất Hiện tại ở Việt nam tồn tại 3 ph−ơng pháp công nghệ sản xuất xi măng khác nhau: - Ph−ơng pháp −ớt với tổng công suất thiết kế 1,129 triệu tấn/năm (5,97%) - Ph−ơng pháp khô với tổng công suất thiết kế 13,681 triệu tấn/năm (72,35%) - Ph−ơng pháp bán khô với tổng công suất thiết kế 4,1 tr. t./năm (21,68%) Trong đó công nghệ tiên tiến sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất xi măng ở Việt Nam hiện nay, hơn nữa các dây chuyền công nghệ đ−ợc đầu t− càng về sau càng tiên tiến, hiện đại hơn dây chuyền tr−ớc với những thiết bị công nghệ tiên tiến, hiện đại của các hãng chế tạo thiết bị nỗi tiếng của thế giới nh− F.L.Smidth, Krupp Polysius, Pfeiffer, Fuller, Kobe, CPAG, H & B, Bedeschi, Elex, Loesch v.v... Các công đoạn chính của dây chuyền sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô này gồm: - Gia công đập nhỏ các nguyên liệu. 8 - Đồng nhất các nguyên liệu trong các kho dài. - Nghiền phối liệu trong máy nghiền đứng con lăn công suất lớn theo chu trình kín nghiền, sấy liên hợp với máy phân ly khí động hiệu suất cao. - Đồng nhất bột liệu bằng xilô đồng nhất dòng liên tục nhiều cửa. - Hệ thống lò nung gồm tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 4, 5 tầng với buồng phân huỷ hiệu suất cao và lò quay 3 gối đỡ, có công suất 3.000 tấn clanhke/ngày tới 5.800 tấn clanhke/ngày. - Làm lạnh clanhke trong máy lạnh kiểu ghi hiệu suất cao. - Nghiền xi măng trong hệ thống nghiền chu trình kín với phân ly hiệu suất cao 2 cấp: nghiền sơ bộ băng máy nghiền đứng con lăn và nghiền kết thúc trong máy nghiền bi . - Đóng bao bằng máy đóng bao tự động dạng quay. - Xuất xi măng bao hoặc rời băng ôtô và tàu hoả. 1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật Chính nhờ đầu t− công nghệ tiên tiến và thiết bị hiện đại theo ph−ơng pháp khô nên sản xuất xi măng lò quay đã đạt mức thế giới về các chỉ tiêu d−ới đây: - Tiêu hao nhiệt năng : < 730 kcal/kg clanhke - Tiêu hao điện năng : < 100 KWh/ tấn xi măng - Sử dụng 100% than cám chất bốc thấp để nung lò quay - Bảo vệ môi tr−ờng: hàm l−ợng bụi trong khí thải < 50 mg/Nm3. Các thành phần SO2,. CO, NOx trong khí thải của lò nung đ−ợc khống chế chặt chẽ theo tiêu chuẩn quốc tế - Chất l−ợng clanhke : đạt tiêu chuẩn cho sản xuất xi măng poóc lăng PC 50 - Toàn bộ quá trình sản xuất đ−ợc điều khiển tự động ở phòng điều khiển trung tâm 1.5. Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô có công suất 4.000 tấn clanhke/ngày (t−ơng đ−ơng 1,4 triệu tấn xi măng/năm) Công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn Clanke/ngày đ−ợc thiết kế theo công nghệ tiên tiến hiện nay trên thế giới: Sản xuất theo ph−ơng pháp khô, sử dụng tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 5 tầng với buồng phân huỷ và lò quay 3 gối đỡ, đốt bằng 100% than Antraxit chất bốc thấp; nhà máy đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị đồng bộ từ công đoạn đập đá vôi tới xuất xi măng có mức độ tự động hoá và cơ giới hoá cao. Toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy đ−ợc điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm và đạt đ−ợc các chỉ tiêu kỹ thuật sau: - Chất l−ợng sản phẩm: Clanhke PC 50 theo tiêu chuẩn BS - Tiêu hao nhiệt năng, Kcal/kg clanhke: < 730 - Tiêu hao điện năng, KWh/tấn xi măng: < 100 9 - Nồng độ bụi khí thải, mg/Nm3 : < 50 1.5.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô hiện đang áp dụng trong các nhà máy xi măng lò quay của Việt nam đ−ợc mô tả theo sơ đồ d−ới đây Sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô Đá vôi Đá sét Phụ gia Thạch cao Than Đập Đập Đập Kho chứa Kho chứa Các kho Phụ gia ĐC Than Thạch cao Phụ giaXM Định l−ợng Định l−ợng Định l−ợng Nghiền liệu Nghiền than Xilô đồng nhất Tháp trao đổi nhiệt Lò quay Máy làm lạnh Xilô clanhke Định l−ợng Nghiền sơ bộ Nghiền kết thúc Xuất xi măng rời Xilô xi măng Đóng bao Xuất xi măng bao 10 1.5.2. Đặc tr−ng của các công đoạn công nghệ sản xuất xi măng 1.5.2.1. Đập đá vôi Trong các nhà máy xi măng, đá vôi là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất. Quá trình đập đá vôi đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ hoạt động của tất cả các nhà máy xi măng, do đó máy đập đá vôi phải đ−ợc lựa chọn rất cẩn thận trên cơ sở các kinh nghiệm vận hành ở các nhà máy xi măng t−ơng tự. Hiện nay đá vôi đ−ợc khai thác chủ yếu bằng nổ mìn, việc đó làm cho trong các cục đá vôi to quá cở th−ờng lẫn nhiều sét và cát, làm cho trong miệng cấp của các máy đập đá vôi luôn phải chứa các cục đá vôi có kích th−ớc rất lớn và kèm thêm một số nguyên liệu khác có độ dính. Để giải quyết vấn đề trên, các hãng chế tạo thiết bị xi măng nỗi tiếng thế giới đã thiết kế loại máy đập búa kiểu va đập - hắt (Hammer Impact Crusher). Máy đập búa va đập - hắt là một hệ thống có tính thực tiển và kinh tế cho việc thực hiện đối với các loại nguyên liệu có độ mài mòn và độ dính. Trong loại máy đập búa truyền thống với miệng cấp vào nằm ở phía trên, các tảng đá rất to trong miệng cấp có thể cản trở hoạt động của các búa và làm kẹt máy đập búa. Máy đập búa va đập - hắt sẽ loại trừ đ−ợc sự nguy hiểm này và tiếp nhận rất tốt các tảng đá lớn vì hệ thống miệng cấp nằm ngang sẽ tạo đ−ợc 1 hoặc 2 cú đập do các trục cấp bên trong thực hiện. Các trục cấp bên trong của máy đập th−ờng nằm ngang, bảo đảm cho việc kiểm tra cấp liệu chính xác. Máy đập búa va đập - hắt có thể làm giảm kích th−ớc các tảng đá vôi lớn khai thác ở mỏ từ 2,5 m (khoảng 5 tấn) tới kích th−ớc cục đá vôi cấp cho máy nghiền liệu là 25 mm chỉ trong 1 cấp, nh− vậy tỷ số đập có thể đạt tới 100:1. Công suất của kiểu máy đập này có thể đạt 2.500 tấn/h cho loại máy có ghi ra và tới 3.000 tấn/h cho máy đập không có ghi ra. Trong máy đập búa va đập - hắt quá trình đập đ−ợc thực hiện qua 3 b−ớc: b−ớc 1 là va đập - hắt bởi các trục bên trong, b−ớc 2 các cục đá vôi đ−ợc nén và chặt giữa các búa và tấm đập và cuối cùng chúng đ−ợc đập giữa các búa và ghi ra. Quá trình đập nh− thế bảo đảm không thể có cục đá vôi nào quá kích th−ớc yêu cầu lọt qua khỏi máy đập . Tấm ghi ra điều chỉnh của máy đập va đập - hắt là 1 bộ phận kiểm tra kích th−ớc trên của sản phẩm đập và bảo đảm cho 1 dòng đá vôi đều đặn chảy tới băng tải. Các bộ phận chính của máy đập này gồm có các trục bên trong, trục búa, tấm đập điều chỉnh và các truyền động chính, phụ. Các −u điểm của kiểu máy đập búa va đập - hắt so với các loại máy đập búa truyền thống gồm: - Không yêu cầu phải có đập sơ bộ 11 - Làm giảm kích th−ớc các tảng đá vôi khai thác ở mỏ tới kích th−ớc cấp vào máy nghiền liệu chỉ trong 1 cấp. - Diện tích trạm đập nhỏ, chiều cao trạm thấp, đơn giản bố trí trong tổng mặt bằng và giảm giá xây dựng. - Có thể dễ dàng vào phía trong máy đập bằng cách mở phía trên máy đập bằng thuỷ lực. - Bảo d−ỡng hệ thống truyền động dễ dàng bởi sử dụng hộp số thay cho truyền động đai. - Tấm ghi ra cho phép kiểm tra chính xác kích th−ớc trên của sản phẩm đập và bảo đảm 1 dòng chảy đều đặn tới băng tải. Hiện nay trong các nhà máy xi măng của ta sử dụng các loại máy đập búa va đập – hắt (Impact crusher) có công suất từ 600 tấn/h tới 950 tấn/h, đ−ờng kính roto 2,0 m và chiều rộng 2,0 m. 1.5.2.2. Đập đá sét Đối với nguyên liệu đá sét th−ờng có độ ẩm, dẻo và dính, hiện nay chủ yếu sử dụng máy đập răng 2 trục (Tooth roller crusher), công suất 200 tấn/h tới 300 tấn/h. Kích th−ớc vào của các tảng sét tới 800 mm, kích th−ớc sau đập < 50 mm, đ−ờng kính các trục là 650 mm, chiều rộng là 2.200 mm. Máy này hoạt động có hiệu quả với loại nguyên liệu có độ dính cao. Kiểu máy này có vận tốc các trục nhỏ cho nên vận tốc các roto cũng khá thấp (1,5 – 3 m/s) và nó có các −u điểm sau: - Các tảng đá sét kích th−ớc lớn có thể đập dễ dàng. - Giảm mức độ mài mòn các chi tiết của máy trực tiếp tiếp xúc với đá sét đập - Tiêu hao điện năng thấp (0,2 – 0,5 Kwh/t). 1.5.2.3. Các nguyên liệu khác - Than chuyên chở về nhà máy đổ vào phễu tiếp nhận và vận chuyển theo băng tải vào kho tổng hợp. - Xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia điều chỉnh và phụ gia xi măng chuyên chở về nhà máy dỡ vào phễu tiếp nhận và vận chuyển theo băng tải vào kho tổng hợp, riêng thạch cao và các loại phụ gia đ−ợc gia công đập nhỏ bằng 1 máy đập búa từ kích th−ớc cục ≤ 500 mm xuống kích th−ớc cục ≤ 25 mm) trong quá trình tiếp nhận. 1.5.2.4. Hệ thống kho đồng nhất sơ bộ nguyên liệu Trong sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô, đồng nhất sơ bộ các nguyên liệu ban đầu đóng một vai trò quan trọng, nhằm giảm mức độ dao động, ổn định các nguyên liệu này tr−ớc khi đ−a vào nghiền phối liệu. Các nguyên liệu nh− đá vôi, đá sét 12 th−ờng có thành phần hoá học dao động khá lớn, sau khi đ−ợc gia công đập nhỏ đ−ợc đồng nhất sơ bộ trong các kho dài theo các ph−ơng pháp đồng nhất đ−ợc xác định tr−ớc. Có 2 ph−ơng pháp đồng nhất sơ bộ: đồng nhất chung các loại nguyên liệu và đồng nhất riêng lẽ từng nguyên liệu. Trong ngành công nghiệp xi măng chủ yếu sử dụng ph−ơng pháp đồng nhất riêng lẽ từng loại nguyên liệu. Các nguyên liệu sau khi đồng nhất sơ bộ đ−ợc phối liệu với nhau theo thành phần hoá học thiết kế và đ−a vào máy nghiền liệu qua các bunke và cân băng định l−ợng. Căn cứ vào kết quả phân tích thành phần hoá học hỗn hợp phối liệu ở đầu ra máy nghiền để điều chỉnh thành phần của nó các nguyên liệu sau khi gia công đập nhỏ mới tiến hành đồng nhất sơ bộ. Chất l−ợng nguyên liệu chất đống phụ thuộc vào ph−ơng pháp rải liệu. Thông th−ờng việc rải liệu tiến hành theo chiều dọc đống và khi rút thì rút theo chiều ngang. Nếu diện tích không đủ diện tích thì rải theo vòng tròn. Nh−ng chi phí để rải vòng cao hơn 40% so với đống ngang. a/ Kho đá vôi Đá vôi đ−ợc chứa và đồng nhất sơ bộ trong 1 kho dài. Đánh đống theo ph−ơng pháp Chevron (đống kiểu mái nhà) với thiết bị đánh đống là cần rải liệu băng tải di động chạy dọc theo đống liệu, nh− vậy cứ lớp liệu này chồng lên lớp khác ở dạng 2 mái. Rải liệu rất đơn giản từ một điểm có thể rải dọc đống theo mỗi tiết diện ngang. Khi điều chỉnh tốc độ máy đánh đống để có đ−ợc chiều dày các lớp theo ý muốn. Nếu thành phần hạt của vật liệu không đồng nhất thì những cục lớn hơn sẽ rơi và tích tụ lại ở chân đống. Thiết bị rút liệu là cầu xích gạt. Kho chứa dài có khả năng đồng nhất sơ bộ tốt, giảm đ−ợc độ dao động nguyên liệu. b/ Kho đá sét Đá sét là loại nguyên liệu có thành phần hoá học dao động nhiều và có độ dính. Để chứa và đồng nhất sơ bộ sử dụng loại kho dài có t−ờng ngăn 2 bên, đánh đống theo ph−ơng pháp rải thành từng lớp (Windrow) đ−ợc trang bị các thiết bị đánh đống và rút đá sét nên mức độ đồng nhất đạt cao 10:1, nhờ việc đá sét đ−ợc rải theo chiều dọc kho với nhiều lớp khác nhau, còn khi rút đá sét thì thực hiện theo mặt cắt ngang kho chứa. ở n−ớc ta đá sét cho sản xuất xi măng th−ờng có thành phần hoá học dao động khá lớn nên sử dụng loại kho này là rất thích hợp và đạt đ−ợc mức độ đồng nhất sơ bộ của đá sét cao làm cơ sở ổn định thành phần phối liệu, tuy rằng loại kho này có chi phí đầu t− cao hơn loại kho dài chứa đá vôi nêu trên. 13 c/ Kho nguyên liệu tổng hợp xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia và than Các nguyên liệu xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia và than đ−ợc chứa trong 1 kho dài. Thiết bị đánh đống là cần rải liệu di động và thiếtbị rút là gầu xúc bên. Than chứa thành 2 đống còn xỉ pirit, phụ gia và thạch cao chứa thành 1 đống. Các loại kho chứa đã đồng nhất sơ bộ đá vôi, đá sét và nguyên liệu tổng hợp trên đây là loại kho đang đ−ợc sử dụng rộng rãi hiện nay trên thế giới trong công nghệ đồng nhất sơ bộ nguyên liệu. 1.5.2.5. Nghiền phối liệu Đây là một trong những công đoạn đặc tr−ng nhất của sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô: chuẩn bị phối liệu khô. Để thực hiện công việc này, các hãng cung cấp thiết bị xi măng đã nghiên cứu chế tạo thiết bị nghiền hiện đại là máy nghiền đứng con lăn. Trong thiết bị này thực hiện đồng thời 3 quá trình công nghệ: nghiền, sấy và phân ly. Phối liệu đ−ợc cấp vào trung tâm bàn nghiền và đ−ợc nghiền giữa bàn nghiền và các con lăn. Lực nghiền đ−ợc áp dụng là sự phối hợp giữa khối l−ợng tịnh của các con lăn và lực đ−ợc bổ sung qua các thanh kéo. Lực này đ−ợc điều chỉnh bởi hệ thống bơm thuỷ lực. Một đặc điểm quan trọng khác của máy nghiền này là các con lăn có thể nâng lên bất cứ lúc nào cần. Tr−ớc hết việc khởi động đ−ợc thực hiện rất dễ dàng với con lăn đ−ợc nâng. Khi môtơ chính chạy và việc cấp liệu đ−ợc đảm bảo thì con lăn hạ xuống và quá trình nghiền bắt đầu. Tiếp theo con lăn có thể đ−ợc nâng lên trong quá trình nghiền nếu cần thiết, ví dụ trong tr−ờng hợp cấp liệu thiếu. Việc cấp liệu cho máy nghiền đ−ợc điều chỉnh tự động dựa trên việc thay đổi áp lực khác nhau trên bàn nghiền. Bột liệu mịn đạt yêu cầu đ−ợc thu vào các xiclôn và vận chuyển về xilô đồng nhất, còn bột liệu thô từ phân li đ−ợc quay trở lại buồng nghiền. Bộ phận phân ly đ−ợc trang bị với 1 môtơ kiểm soát vận tốc tần suất để bảo đảm rằng bột liệu đã nghiền có độ mịn theo đúng yêu cầu. Sản phẩm đ−ợc tập hợp lại trong các xiclôn và một phần của khí gas có thể đ−ợc quay vòng trở lại, phần còn lại đ−ợc khử bụi trong lọc bụi tĩnh điện. Khí nóng từ tháp trao đổi nhiệt qua tháp điều hoà đ−ợc cấp vào máy nghiền đứng con lăn để sấy liệu. Quy trình sấy trong máy nghiền đ−ợc kiểm soát tự động thông qua nhiệt độ đi ra của khí từ máy nghiền và nhiệt độ đi ra này đ−ợc giữ không đổi bằng cách bổ sung n−ớc vào tháp làm lạnh hoặc vào máy nghiền. Máy nghiền đ−ợc cung cấp với 1 hệ thống tuần hoàn cơ và 1 hệ thống phun n−ớc. N−ớc có thể phun vào bàn nghiền tr−ớc mỗi con lăn hoặc là làm ổn định bàn nghiền đặc biệt trong qúa trình khởi động hoặc là để làm mát khí lò. 14 Trong tất cả các nhà máy xi măng ở n−ớc ta (kể cả các liên doanh) đ−ợc xây dựng từ năm 1997 tới nay đều đã đ−ợc trang bị máy nghiền đứng con lăn để nghiền phối liệu khô, có công suất từ 300 tấn/h tới 400 tấn/h. Với máy nghiền đứng con lăn, kích th−ớc phối liệu cấp vào có thể tới 120 mm với độ ẩm 12%; còn độ mịn bột liệu sau nghiền đạt <10% trên sàng 009 với độ ẩm 1%. Hiện nay trên thế giới máy nghiền đứng con lăn là thiết bị tiên tiến hiện đại để nghiền phối liệu khô trong công nghệ sản xuất xi măng đang đ−ợc phổ biến rộng rãi nhờ tiết kiệm đ−ợc năng l−ợng nghiền và giảm chi phí xây dựng bao che. 1.5.2.6. Chứa và đồng nhất bột liệu Để thu nhận đ−ợc xi măng mác cao, bột liệu sau khi nghiền khô nhất thiết phải đ−ợc đồng nhất. Ngày nay do những tiến bộ v−ợt bậc của lĩnh vực khí động lực học và kỹ thuật khí nén, đã tạo điều kiện thực hiện đ−ợc quá trình đồng nhất bột liệu khô bằng khí nén. Bột liệu sau khi nghiền đ−ợc chứa và đồng nhất trong 1 xilô đồng nhất. Nguyên tắc vận hành của xilô này là dòng nhiều cửa. Độ đồng nhất đạt đ−ợc cao do bột liệu đ−ợc rút ở nhiều điểm với các vận tốc khác nhau. Hệ thống rót bột liệu cho xilô đ−ợc thực hiện nhờ hệ thống phân phối gồm các máng khí động cấp bột liệu tại các điểm trên đỉnh xilô. Khoảng đồng nhất ngắn cuối cùng của xilô đồng nhất thực hiện trong thùng hoá lỏng ở bên d−ơí xilô. Có 2 lý do cho thùng cở nhỏ này: để giảm thiểu độ cao của xilô và để tránh sự phân loại. Bột liệu luôn chứa các hạt thô và có tỷ trọng nặng hơn nh− thạch anh, quặng sắt. Nếu việc đồng nhất cuối cùng đ−ợc thực hiện trong thùng to, rộng sẽ đòi hỏi nhiều không khí tại nơi có áp suất cao hơn thì hạt nặng hơn có thể bị phân loại và đi vào lò quay làm cho nó hoạt động không ổn định. Thùng hoá lỏng d−ới xilô đ−ợc hoạt động nh− là 1 hệ thống cấp liệu lò nung. Hệ thống này dựa trên nguyên lý mất trọng l−ợng. Việc kiểm soát hệ thống mất trọng l−ợng đ−ợc tập hợp với xilô đồng nhất. Nguyên lý hoạt động là sự phối hợp giữa việc kiểm soát tỷ trọng và khối l−ợng. Khi thùng đ−ợc đổ đầy theo các chu kỳ và khi ch−a đổ đầy thì dạng kiểm tra là tỷ trọng. Còn trong suốt thời gian đổ đầy thì dạng kiểm tra là khối l−ợng nơi mà hệ thống bù độ chênh lệch của áp lực khác nhau trong thùng để đảm bảo tỷ lệ rút đ−ợc ổn định. Trong tất cả các nhà máy xi măng lò quay của chúng ta hiện nay, kể từ nhà máy xi măng Hoàng thạch đều bố trí các xi lô đồng nhất để chứa và đồng nhất bột liệu sau nghiền khô, có sức chứa 8.000 tấn, 9.000 tấn tới 20.000 tấn. Các −u điểm khi sử dụng xi lô đồng nhất gồm: chứa và đồng nhất thực hiện trong 1 xi lô, vốn đầu t−, chi phí vận hành và bảo d−ỡng thấp, hiệu quả đồng nhất cao. 15 Hệ thống rót bột liệu cho xilô đ−ợc thực hiện nhờ hệ thống phân phối gồm các máng khí động cấp bột liệu tại các điểm trên đỉnh silô tạo điều kiện thuận lợi cho việc đồng nhất và tăng hệ số sử dụng của xilô. 1.5.2.7. Cấp liệu lò nung Bột liệu từ xilô đồng nhất theo các hệ thống gầu nâng khác nhau cấp liệu cho lò quay, trong đó th−ờng bố trí 1 hệ thống gầu nâng dự phòng, bảo đảm khả năng cấp liệu liên tục cho lò quay trong tr−ờng hợp hệ thống gầu nâng chính bị trục trặc cần sửa chữa. 1.5.2.8. Hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke Tiết kiệm nhiệt năng trong các hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào kích th−ớc, số l−ợng tầng của tháp trao đổi nhiệt, tỉ lệ các nhánh phụ khí lò, thành phần phối liệu và chủng loại nhiên liệu sử dụng. Trong đó ý nghĩa quyết định cho việc tiết kiệm nhiệt năng là đã thiết lập các hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu xiclôn, tạo điều kiện giảm nhiệt độ khí thoát ra xuống tới 3300 C mà tr−ớc đây ch−a thể đạt đ−ợc. Trong các nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô đều đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke gồm: - Tháp trao đổi nhiệt 1 hoặc 2 nhánh có 4, 5 tầng xiclôn với buồng phân huỷ. Phát minh đầu tiên về tháp trao đổi nhiệt với tên gọi ” Ph−ơng pháp và thiết bị để nạp bột liệu cho lò quay” do kỹ s− M. Fogel Iorgecen ( hãng Smidth) gữi cho Cục Phát minh n−ớc Cộng hoà Tiệp khắc năm 1932 và đ−ợc cấp Bằng phát minh số 48169 ngày 25/7/1935. Trong Bằng phát minh này đã nêu rõ các đặc điểm quan trọng nhất của tháp trao đổi nhiệt ( kể cả sử dụng nhiệt từ tháp này để sấy bột liệu) mà hiện nay đang áp dụng rộng rãi trong công nghiệp xi măng. Quá trình trao đổi nhiệt xẩy ra trong chuyển động giữa dòng liệu và khí nóng theo nguyên tắc ng−ợc chiều nhau ở trạng thái tầng sôi. Diện tích bề mặt lớn của bột liệu trong tháp trao đổi nhiệt tạo điều kiện cho quá trình trao đổi nhiệt thực hiện đ−ợc nhanh và mạnh hơn. Thời gian để lắng các hạt bột liệu trong các xiclôn tháp trao nhiệt sẽ giảm tỉ lệ thuận với bình ph−ơng đ−ờng kính của chúng. Trong khi đó buồng phân huỷ có tác dụng một mặt làm giảm đáng kể chiều dài lò quay, mặt khác làm tăng năng suất tối đa của lò quay trên cơ sở thực hiện quá trình phân huỷ cácbônát của các thành phần bột liệu đạt tới ( 92 – 95) %. Tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh, 5 tầng với buồng phân huỷ: 16 Bảng 1.3 Tháp trao đổi nhiệt Tầng Đ−ờng kính, m áp suất, mm Wg 1 5,2 95 2 5,2 67 3 5,4 68 4 5,4 75 5 5,4 60 Buồng phân huỷ: D 7,2 m x H 26 m, thời gian l−u: 5 giây Quạt ID: 10.600 m3/phút, 850 mm Wg, 2.223 Kw. - Quá trình nung tạo thành clanhke đ−ợc thực hiện trong lò quay ngắn (so với ph−ơng pháp −ớt) có 3 gối đỡ, độ nghiêng 4%, độ nghiêng này là một trạng thái trung hoà lý t−ởng giữa vận tốc lò nung, mức tiêu thụ điện năng và loại trừ sự trào ng−ợc lại. Trong công nghiệp xi măng, lần đầu tiên kỹ s− Frideric Penx sử dụng lò quay để nung clanhke. Ban đầu Bằng phát minh về lò quay của ông với tên gọi “ Hoàn thiện thiết bị sản xuất xi măng” đ−ợc cấp ở Anh số 5442 ngày 2/5/1885 và sau đó đ−ợc cấp bằng phát minh ở Mỹ số 340357 ngày 20/4/1886. Trong buồng phân huỷ và lò quay sử dụng các hệ thống vòi phun đa kênh để đốt các loại nhiên liệu khác nhau nh− khí gaz, dầu và than đá.Lò quay 3 gối đỡ: D 4,55 m x L 71 m, t−ơng ứng thể tích lò 96 m3 và tải trọng lò khoảng 4,2 tấn Clanhke/24 h/m3. Nhiên liệu để đốt ở buồng phân huỷ và lò nung là 100% than cám 3A + 4A chất bốc thấp có sẵn ở Việt Nam. Tiêu tốn nhiên liệu là 730 Kcal/kg Clanhke. Tỷ lệ nhiên liệu đốt ở lò nung là (40 – 45)%, ở buồng phân huỷ (55 – 60)% và việc điều chỉnh tự động tỷ lệ nhiên liệu sẽ duy trì khoảng nhiệt độ làm việc không đổi trong các xiclôn nhằm ổn định chế độ nhiệt của lò nung - Máy lạnh là loại máy lạnh kiểu ghi 3 bậc, diện tích 98,6 m2, công suất 4.000 T/24h. Khối l−ợng khí lạnh sử dụng là 3,1 kg/kg Clanhke. Clanhke ra khỏi dôn nung ở nhiệt độ khoảng 1.2000 C đ−ợc làm lạnh bằng máy làm lạnh clanhke kiểu ghi 2- 3 bậc. Cuối máy làm lạnh bố trí 1 thiết bị đập kẹp hàm, bảo đảm cho kích th−ớc clanhke ra khỏi máy làm lạnh khoảng 25 mm và nhiệt độ khoảng 650C trên nhiệt độ môi tr−ờng. 17 Trong tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ và ở các dôn phản ứng toả nhiệt, dôn nung và dôn làm nguội của lò quay và máy lạnh làm việc ở chế độ nhiệt độ cao đều phải đ−ợc lót bằng các loại gạch chịu lửa cao nhôm và gạch chịu lửa kiềm tính khác nhau. 1.5.2.9. Nghiền than Khác với các loại nhiên liệu dầu hoặc khí gaz, than antraxit là nhiên liệu ở dạng rắn và cở hạt còn thô cho nên bắt buộc phải nghiền mịn và độ ẩm đạt yêu cầu mới có thể sử dụng đ−ợc. Hiện nay các nhà máy xi măng mới xây dựng gần đây đều bố trí thiết bị nghiền tiên tiến, hiện đại là máy nghiền đứng con lăn để nghiền than. Trong thiết bị này than antraxit đ−ợc nghiền mịn, sấy và phân ly. Than thô đ−ợc cấp vào máy ngiền đứng con lăn và đ−ợc nghiền mịn giữa các con lăn và bàn nghiền. Tác nhân sấy là khí thải từ máy làm lạnh clanhke. Hệ thống nghiền than đ−ợc trang bị chống cháy, chống nổ và than mịn sau khi nghiền đ−ợc chứa trong 2 két than mịn cấp cho hệ thống vòi phun của lò quay và buồng phân huỷ. Công suất các máy nghiền đứng con lăn nghiền than là 30 tấn/h và 40 tấn/h, mô tơ 710 Kw. Máy phân li, mô tơ 138 Kw. Quạt máy nghiền đứng con lăn: 2.740 m3/phút, 998 mm Wg, mô tơ: 610 Kw. Độ mịn than sau khi nghiền < 5% trên sàng 009, độ ẩm <1%. Quá trình cấp than và đốt than ở buồng phân huỷ và lò nung đều đ−ợc tự động hoá trên cơ sở nhiệt độ, hàm l−ợng khí CO, NOx đ−ợc khống chế chặt chẽ theo quy định. Để bảo đảm an toàn tuyệt đối chống cháy, nổ, công đoạn nghiền than đ−ợc trang bị các thiết bị an toàn gồm bộ phân tích khí CO , đo hàm l−ợng O2 và hệ thống cung cấp khí CO2 và khí trơ. 1.5.2.10. Nghiền xi măng Trong các nhà máy xi măng Hoàng thạch, Hà tiên công đoạn nghiền xi măng đ−ợc thực hiện theo công nghệ truyền thống nghiền 1 cấp trong máy nghiền bi. Nghiền xi măng là 1 trong những công đoạn tiêu tốn nhiều điện năng nhất. Do vậy nhằm tiết kiệm điện năng khi nghiền xi măng, trong các nhà máy xi măng đầu t− xây dựng sau năm 1997 tới nay (Chinfong, Bút sơn, Hoàng mai, Tam điệp) đều bố trí nghiền xi măng chu trình kín theo công nghệ tiên tiến nghiền 2 cấp đã đ−ợc áp dụng rộng rãi trong công nghệ nghiền xi măng trên thế giới: - Cấp 1 nghiền sơ bộ xi măng bằng máy nghiền đứng con lăn từ kích th−ớc 25 mm tới kích th−ớc hạt khoảng 1mm. - Cấp 2 nghiền kết thúc xi măng trong máy nghiền bi từ kích th−ớc cấp vào 1 mm tới độ mịn xi măng yêu cầu 3.200 cm2/g. 18 Trong các hệ thống nghiền xi măng này đều bố trí máy phân ly hiệu suất cao. Nhiệt độ xi măng sau khi nghiền 800 C. Riêng nhà máy xi măng Sao mai đã sử dụng 2 máy nghiền đứng con lăn LM 46, công suất 100 tấn/h để nghiền hỗn hợp clanhke và thạch cao ở nhà máy tại Hòn chông, sau đó vận chuyển về trạm Cát lái trộn với phụ gia đã nghiền sẵn thành các loại xi măng yêu cầu. Công suất các dây chuyền công nghệ nghiền xi măng 2 cấp 240 tấn/h gồm máy nghiền sơ bộ đứng con lăn, môtơ 1.400 Kw và máy nghiền bi, môtơ 6.013 kw. 1.2.11. Đóng bao và xuất xi măng Nhà máy đ−ợc trang bị hệ thống đồng bộ từ đóng bao đến xuất xi măng bao theo tuyến ôtô và tàu hoả. Với 4 máy đóng bao loại 8 vòi, 8 thiết bị xuất xi măng bao theo tuyến đ−ờng bộ và 4 thiết bị xuất xi măng bao theo tàu hoả, công suất mỗi thiết bị là 2.400 bao/h có khả năng đóng bao và xuất 100% xi măng bao theo tuyến ôtô hoặc tầu hoả. Đồng thời nhà máy có khả năng xuất xi măng rời cho ôtô theo 2 tuyến với công suất 100 T/h cho mỗi tuyến. Nh− vậy khả năng đóng bao và xuất xi măng bao, xi măng rời của nhà máy rất linh hoạt nhằm bảo đảm khả năng xuất hàng theo các yêu cầu vận tải. 1.5.2.12. Bảo vệ môi tr−ờng Tất cả các thiết bị đập, nghiền, phân ly tạo nhiều bụi hoặc các thiết bị vận chuyển, đ−ờng ống bơm vật liệu, bột than v.v... đều đ−ợc làm kín để tránh bụi toả ra xung quanh. Tại các vị trí chuyển đổi đổ nguyên liệu cuối băng tải, gầu nâng, xilô v.v... đều bố trí lọc bụi túi kiểu mới hiệu suất cao phù hợp với khí hậu nóng ẩm của Việt nam. Khí thải máy nghiền, lò nung đều đ−ợc khử bụi bằng lọc bụi tĩnh điện có hiệu suất lọc đạt < 50 mg/Nm3 tr−ớc khi thải ra môi tr−ờng. Việc sử dụng tháp trao đổi nhiệt 5 tầng và buồng phân huỷ kiểu mới, cũng nh− vòi phun đa kênh hiệu suất cao bảo đảm hạn chế việc phát sinh các khí có hại nh− NOx, COx. Đồng thời nhằm hạn chế tiếng ồn trang bị các thiết bị tiêu âm, vật liệu các âm và những nơi có tiếng ồn cao nh− đập đá vôi, đá sét, nghiền xi măng đ−ợc bố trí trong các nhà đặc biệt có t−ờng ngăn. 1.5.2.13. Hệ thống điều khiển tự động sản xuất Trong các nhà máy xi măng sản xuất theo ph−ơng pháp khô hiện nay, toàn bộ quá trình vận hành của dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng đ−ợc điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm. Hệ thống điều khiển tự động hoá của nhà máy từ 19 khâu kiểm tra, đo l−ờng, xử lý thông tin, điều chỉnh và điều khiển hoạt động toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng gồm các mức: - Mức 1 gồm các cơ cấu chấp hành nh− động cơ, van, thioết bik đo l−ờng,thiết bị biến đổi tín hiệu, các bộ điều khiển v.v... - Mức 2 là hệ thống điều khiển quá trình sản xuất nh− các máy tính vận hành, các bộ điều khiển logic lập trình v.v... - Mức 3 là các hệ thống đặc biệt nh− hệ thống giám sát thành phần phối liệu, hệ thống quét nhiệt độ võ lò, hệ thống tối −u hoá, hệ thống thiết kế, hệ thống thông tin quản lý và hệ thống truyền hình công nghiệp. Trên đây giới thiệu tóm tắt toàn bộ dây chuyền công nghệ tiên tiến sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô đang đ−ợc áp dụng trong các nhà máy sản xuất xi măng của Việt nam hiện nay. Trong đó các thiết bị sản xuất chính từ đập đá vôi tới xuất xi măng và hệ thống điện, tự động hoá đều đ−ợc cung cấp từ các nhà chế tạo thiết bị xi măng nỗi tiếng thế giới nh− FLSmidth, Fuller, Polysius, Pfeifer, Bedeschi, Loesche, ABB, Haver- Boecker v.v... Trong bảng 23 d−ới đây giới thiệu nguồn xuất xứ một số thiết bị chính trong các nhà máy xi măng lò quay hiện có ở Việt nam hiện nay. Bảng 1.4. Xuất xứ của một số thiết bị chính trong các nhà máy xi măng lò quay ở Việt nam hiện nay Danh mục các thiết bị chính Hãng cung cấp thiết bị 1. Máy đập va đập – hắt FLS, PSP, Krupp Polysius, Pfeiffer 2. Máy đập răng 2 trục Bedeschi 3.Máy đánh đống đá vôi FLS, Bedeschi 4.Máy rút đá vôi FLS, MVT 5.Máy đánh đống đá sét FLS, MVT, Marchin/Hashimoto 6. Máy rút đá sét FAM, FLS, MVT 7. Máy nghiền đứng con lăn (liệu) UBE, Loesche, FLS, Pfeiffer 8. Xilô đồng nhất BMH, IBAU, FLS, CPAG 9. Tháp trao đổi nhiệt MHI, Kobe, FLS, Onoda 10. Lò quay MHI, IKK, FLS, Kobe, Fuller, FCB, Polysius 11. Máy làm lạnh clanhke BMH, IKK, FLS, CPAG 12. Máy nghiền đứng con lăn (than) FLS, Loesche, UBE 13. Máy nghiền đứng con lăn (sơ bộ) xi măng MHI, Loesche, Kawasaki, UBE 20 14. Máy nghiền bi xi măng FLS, MHI, UBE, FCB, Polysius 15. Máy đóng bao xi măng Ventomatic, Haver & Boecker 16. Lọc bụi tĩnh điện Elex, FLS Miljo 17. Hệ thống điều khiển quá trình Siemens, FLS, MHI, ABB 1.5.3. Thiết bị công nghệ Nhà máy xi măng đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị đồng bộ phù hợp với dây chuyền sản xuất và phù hợp công suất của lò quay là 4.000 tấn Clanhke/ngày. Hệ thống thiết bị công nghệ đồng bộ gồm: a/ Hệ thống thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính Hệ thống thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính giới thiệu ở bảng 24. Bảng 1.5. Thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính Số hiệu hạng mục Thiết bị - Thiết bị chính 131 Máy đập đá vôi 133 Máy đập đá sét 141 Băng tải vận chuyển đá vôi tới kho 143 Băng tải vận chuyển đá sét tới kho 151 Kho đá vôi 153 Kho đá sét 222/224 Tiếp nhận , đập thạch cao, phụ gia , vận chuyển vào kho pirit, thạch cao, phụ gia và than 331 Cấp liệu máy nghiền liệu 341 Máy nghiền liệu 361 Xilô CF và cấp liệu lò 421 Tháp trao đổi nhiệt 431 Lò nung 441 Máy làm lạnh 471 Vận chuyển Clanke tới kho 461 Máy nghiền than 21 481 Xilô Clanke 521 Vận chuyển Clanke từ kho 541 Máy nghiền xi măng 551 Vận chuyển xi măng 621 Xilô xi măng 641 731 771 738 Máy đóng bao và xuất xi măng Phòng điều khiển trung tâm Phòng thí nghiệm Hệ thống vận chuyển mẫu thí nghiệm - Hệ thống thiết bị phụ trợ 741 Hệ thống khí nén 751 Hệ thống dầu 761 Trạm xử lý n−ớc 762 Trạm xử lý n−ớc thải - Hệ thống thiết bị phục vụ 810 X−ởng sửa chữa cơ khí 820 X−ởng sửa chữa xe máy 830 X−ởng sửa chữa điện, điện tử 840 Kho vật t− 841 Kho vật liệu chịu lửa 842 Kho dầu mỡ 871 Cầu cân b/ Hệ thống kỹ thuật điện, điều khiển tự động và đo l−ờng Toàn bộ dây chuyền sản xuất trong nhà máy đ−ợc cơ khí hoá toàn bộ kết hợp tự động hoá ở mức độ cao. Việc điều khiển tự động hoá đ−ợc thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm. c/ Phụ tùng thay thế Trong các nhà máy xi măng công suất lớn th−ờng có 1 khối l−ợng phụ tùng thay thế cho 2 năm vận hành sản xuất. 22 1.6. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất của các nhà máy xi măng lò quay 1.6.1. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay đã xây dựng ở Việt nam Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay đã xây dựng ở Việt nam giới thiệu ở bảng 25. Bảng 1.6. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay TT Tên nhà máy Địa điểm xây dựng Công suất, tấn clanhke/ ngày Tổng trọng l−ợng thiết bị , tấn Đã chế tạo trong n−ớc, tấn Tỷ lệ nội địa hoá (%) 1 Nhà máy xi măng Hoàng Thạch II Kinh Môn Hải H−ng 3.300 9.984 2.016 20,2 2 Nhà máy xi măng Bút Sơn Kim Bảng Hà Nam 4.000 16.545 5.100 30,8 3 Nhà máy xi măng Tam Điệp Tam Điệp Ninh Bình 4.000 16.121 5.669 35,2 4 Nhà máy xi măng Nghi Sơn Nghi sơn Thanh Hoá 5.800 28.000 13.000 46,4 1.6.2. Tình hình nội địa hoá các nhóm thiết bị sản xuất của một nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn clanhke/ngày ở Việt nam 1.6.2.1. Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất giới thiệu trong bảng 26. Bảng 1.7. Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất TT Nhóm thiết bị Số l−ợng Tổng trọng l−ợng, tấn Đã nội địa hoá, tấn Tỷ lệ đã nộiđịa hoá, % 1 Băng tải cao su 57 1.352,6 744,9 55,1 2 Cấp liệu tấm và băng tải xích 8 245,8 54,5 22,2 23 3 Gầu nâng 9 491,4 332 67,5 4 Vít tải 17 37,8 14,6 38,7 5 Máng khí động 27 53,8 48,3 89,7 6 Palăng (23 bộ ), cầu trục (7 bộ ) 30 113,6 41,1 36,2 7 Lọc bụi , quạt gió 60 1.626,2 1070,6 65,8 8 Vật liệu bảo ôn 369 0 0 9 Thiết bị phi tiêu chuẩn còn lại 2.767,5 2.767,5 100 10 Các thiết bị chính* (không kể động cơ ) 4.122,7 593,7 14,4 11 Gạch chịu lửa cao nhôm 1.445,5 0 0 12 Gạch chịu lửa kiềm tính 1.200 0 0 13 Động cơ điện các loại 191 136,7 0 0 14 Các trạm biến áp ,tủ phân phối. 432,3 0 0 15 Cáp điện các loại, giá cáp, ống luồn cáp, nối đất , chống sét 663,9 0 0 16 Chiếu sáng, thông gió, điều hoà, báo cháy, cảnh báo 147,4 0 0 17 Hệ thống điều khiển tự động hoá gồm : -HT điều khiển qúa trình 20 0 0 -HT lấy mẫu khí, mật độ bụi 7,8 0 0 -HT điều khiển lò,làm nguội, nghiền, theo dõi gạch chịu lửa ... 0,56 0 0 -HT thí nghiệm, lấy mẫu, kiểm soát phối liệu. 6,3 0 0 18 Hệ thống thông tin nội bộ 4,1 0 0 19 Cân ô tô 0,5 0 0 20 Thiết bị khí nén 3,95 0 0 21 Thiết bị cấp dầu 173,2 0 0 22 Thiết bị xử lý n−ớc cấp 103,2 0 0 23 Thiết bị xử lý n−ớc thải 2 0 0 24 X−ởng cơ khí 47,8 0 0 25 X−ởng sửa chữa xe máy 11,6 0 0 26 Xe cần trục, xe xúc lật trong nhà máy 104 0 0 27 Thiết bị cứu hoả (ô tô chữa cháy, bơm) 95,9 0 0 24 28 Thiết bị cho kho, dụng cụ khác 7,6 0 0 29 Các thiết bị khác: Van các loại, bộ chỉ thị mức... 211 0 0 30 Các vật liệu khác: Sơn, thép nêm, bu lông các loại, que hàn ... 115,9 0 0 Cộng 16.121 5.669 35,2% *Ghi chú: Nhóm các thiết bị sản xuất chính của nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn clanhke/ngày gồm: 1. Máy đập đá vôi (kiểu impact), 600 t/h. 2. Máy cán 2 trục, 300 t/h. 3. Máy đánh đống kho đá vôi, 600 t/h 4. Cầu rút liệu kho đá vôi, 300 t/h. 5. Máy rải liệu kho đất sét, 300 t/h 6. Cầu rút liệu, 140 t/h. 7. Các loại cân băng định l−ợng 8. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền liệu), 320 t/h 9. Lò nung 4.000 tấn clanhke./ngày, tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ. 10. Máy làm lạnh clanhke kiểu ghi, 4.000 t/ngày 11. Băng gầu thép vận chuyển clanhke, 250 t/h: 12. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền sơ bộ xi măng), 240 t/h. 13. Máy nghiền bi xi măng 240 t/h. 14. Máy đóng bao xi măng 100 t/h. 15. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền than), 30 t/h 16. Xi lô đồng nhất 20.000 tấn. 1.6.2.2. Mô tả các phần của thiết bị sản xuất đã đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại Mô tả các phần của thiết bị đã đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại đ−ợc giới thiệu ở bảng 27. 25 Bảng 1.8. Mô tả các phần của thiết bị đ∙ đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại TT Thiết bị Phần chế tạo trong n−ớc Phần nhập ngoại 1 Băng tải cao su Khung băng, đối trọng, vỏ che băng, gối đỡ, giá đỡ con lăn, các nắp bảo vệ, căng băng, các kết cấu thép khác -Puly, hộp số, động cơ, băng, con lăn, Pulycăng, tấm đế, phanh, vòng bi, cơ cấu làm sạch băng, cơ cấu dừng khẩn cấp 2 Cấp liệu tấm và băng tải xích Khung băng, vỏ che băng, các nắp bảo vệ, các kết cấu thép khác -Puly, Hộp số, Động cơ, Băng, con lăn, tấm đế, cơ cấu đảo chiều, vòng bi, cơ cấu dừng băng, xích, gối đỡ con lăn, hệ thống bôi trơn 3 Gầu nâng Giá đỡ, thân gầu, gầu, các nắp bảo vệ, các kết cấu thép khác -Puly, Hộp số, Động cơ, Băng, xích, tang dẫn động.... 4 Vít tải Giá đỡ, vỏ, ruột vít bao gồm cánh và trục, các kết cấu thép khác -Khớp nối, Hộp số, động cơ, gối đỡ trung gian, vòng bi, hệ thống bôi trơn 5 Máng khí động Giá đỡ, vỏ, vòi thổi khí, vòng làm kín, các kết cấu thép khác -Quạt gió, Động cơ, vải Polyester 6 Palăng (23 bộ), cầu trục (7 bộ) Dầm cầu trục, xe con, các kết cấu thép khác... -Toàn bộ phần còn lại của palăng và cầu trục 7 Lọc bụi, quạt gió Vỏ, Giá đỡ, các nắp bảo vệ, các kết cấu thép khác (Thang, ống nối ..) -Toàn bộ phần còn lại: Điện cực, cao áp, túi vải, hệ thống khí nén, điều khiển, các loại van ... 8 Các thiết bị chính Khung vỏ, giá đỡ, hộp. Toàn bộ phần còn lại. 1.7. Phát triển sản xuất xi măng của Việt nam tới năm 2010 ở n−ớc ta trong lĩnh vực sản xuất xi măng đã v−ơn lên tiếp cận trực tiếp với những công nghệ sản xuất xi măng tiên tiến của thế giới. Trong những năm gần đây một số nhà máy xi măng (kể cả liên doanh) đã đ−ợc xây dựng theo công nghệ sản xuất tiên tiến ph−ơng pháp khô với dây chuyền công nghệ 1 lò quay công suất lớn từ 4.000 tấn tới 5.800 tấn clanke/ngày (Chinfong, Bút sơn, Sao mai, Nghi sơn, Hoàng mai, Tam điệp). Trong các nhà máy này đều sử dụng hệ thống tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 5 tầng xiclon 26 và lò quay với buồng phân huỷ đốt bằng 100% than cám chất bốc thấp của Quảng ninh. Các thiết bị công nghệ chủ yếu nh− máy nghiền đứng con lăn nghiền liệu và nghiền than, xilô đồng nhất, máy lạnh kiểu ghi , máy nghiền đứng con lăn nghiền sơ bộ kết hợp với máy nghiền bi nghiền kết thúc xi măng đều đ−ợc trang bị trong các nhà máy trên. Quá trình sản xuất đều đ−ợc điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm. Xi măng Việt nam hiện đang có −u thế hơn hẳn các n−ớc ASEAN là nhu cầu tiêu thụ xi măng của thị tr−ờng nội địa rất lớn và ngày mỗi gia tăng. Theo Quyết định số 115/2001/QĐ - TTg ngày 01 tháng 8 năm 2001 của Thủ t−ớng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp Vật Liệu Xây Dựng Việt nam đến năm 2010 thì nhu cầu xi măng năm 2005 là 24 triệu tấn/năm và năm 2010 là 37 triệu tấn/năm, trong khi đó công suất thiết kế của toàn ngành xi măng Việt nam đến năm 2000 mới đạt 19,70 triệu tấn/năm. Do vậy nền công nghiệp xi măng Việt nam đang có nhu cầu đầu t− phát triển rất lớn, nếu không thực hiện kịp thời các dự án đầu t− xi măng ngay từ bây giờ thì hàng năm n−ớc ta sẽ phải nhập khẩu một khối l−ợng xi măng rất lớn. Về công nghệ sản xuất, trong bản Quy hoạch cũng chỉ rõ cần phải kết hợp và nhanh chóng tiếp thu công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại của thế giới với thiết bị chế tạo trong n−ớc để sớm có đ−ợc nền công nghệ, thiết bị tiên tiến và hiện đại, tự động hoá ở mức cao, bảo đảm cho sản phẩm xi măng và bảo vệ môi tr−ờng đạt tiêu chuẩn quốc tế. Theo dự báo năm 2002 nhu cầu tiêu thụ xi măng trong n−ớc khoảng 18 triệu tấn (tăng 11,2% so với năm 2001), do vậy cân đối giữa nguồn sản xuất với nhu cầu tiêu thụ xi măng, Bộ Xây dựng đã đề nghị và đ−ợc Thủ t−ớng Chính phủ cho phép nhập khẩu 2 triệu tấn clanhke. Vừa qua ngày 2 tháng 5 năm 2002, sau khi thống nhất ý kiến với Bộ Th−ơng mại và các cơ quan liên quan, Bộ Xây dựng vừa có văn bản đề nghị Thủ t−ớng Chính phủ cho phép trong năm 2002 nhập thêm 1 triêụ tấn clanhke. Để đáp ứng cho nhu cầu xi măng đang ngày mỗi tăng nh− nêu trên, từ nay tới năm 2010 một số nhà máy xi măng lò quay mới có công suất lớn sẽ đ−ợc đầu t− xây dựng ở Việt nam đ−ợc giới thiệu ở bảng 28. Với 11 dự án xây dựng nhà máy xi măng lò quay mới (tổng công suất thiết kế 16,5 triệu tấn xi măng/năm) sẽ đ−ợc đầu t− xây dựng nh− trên, một khối l−ợng thiết bị sản xuất xi măng khổng lồ sẽ đ−ợc lắp đặt trong các nhà máy xi măng này. Trong đó một khối l−ợng không nhỏ các thiết bị cũng sẽ đ−ợc chế tạo trong n−ớc, nhằm tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, giảm suất đầu t− cho các nhà máy xi măng. Đây là một cơ hội to lớn, mở ra một h−ớng mới phát triển chế tạo thiết bị sản xuất xi măng lò quay, đồng 27 thời cũng là một thách thức rất lớn cho ngành cơ khí chế tạo của đất n−ớc ta. Đáp ứng đầy đủ khối l−ợng và chất l−ợng phần thiết bị chế tạo trong n−ớc này sẽ chứng tỏ năng lực và sự tr−ởng thành v−ơn lên nhanh chóng của đội ngũ công nhân, kỹ s−, cán bộ ngành cơ khí chế tạo của chúng ta. Bảng 1.9. Danh mục các dự án xây dựng nhà máy xi măng lò quay tới năm 2010 Tên nhà máy Công suất xi măng, triệu tấn/năm Chủ đầu t− Địa điểm 1. Nhà máy xi măng Thái nguyên 1,4 Tổng công ty xây dựng Công nghiệp Việt nam Võ nhai, Thái nguyên 2. Nhà máy xi măng Hạ long 2,0 Tổng Cty Sông Đà Hoành bồ, Quảng ninh 3. Nhà máy xi măng Thăng long 2,2 Cty xây lắp, XNK vật liệu & Kthuật XD; Bảo Việt; Cty XNK tổng hợp HN Hoàn cầu, Quảng ninh 4. Nhà máy xi măng sông Gianh 1,4 Tổng Cty xây dựng miền Trung Quảng trạch, Quảng bình 5. Nhà máy xi măng Thanh long 2,0 Công ty xi măng Hà tiên 1 Thanh long, Bình ph−ớc 6. Nhà máy xi măng Quảng trị 0,8 Tổng công ty xây dựng Hà nội Cam lộ, Quảng trị 7. Nhà máy xi măng Quang hanh 2,3 Tổng công ty xuất nhập khẩu xây dựng (Vinaconex) Quang hanh, Quảng ninh 8. Nhà máy xi măng Hoàng thạch III 1,4 Tổng công ty lắp máy (Lilama) Kim môn, Hải d−ơng 9. Nhà máy xi măng Sơn la 0,6 Tỉnh Sơn la Hát lót, Sơn la 28 10. Nhà máy xi măng Phúc sơn 1,8 Liên doanh giữa Cty World Cement- Đài loan với Cty xi măng Hải d−ơng và NH Công th−ơng Việt nam Hải d−ơng 11. Nhà máy xi măng Phú thọ 0,6 Tỉnh Phú thọ Phú thọ 29 Kết luận và kiến nghị Đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị phụ tùng cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm.” đã đạt đ−ợc những mục tiêu đề ra, đã tạo ra các sản phẩm bao gồm : - Các nghiên cứu tổng quan về các thiết bị nh− máy nghiền đứng, thiết bị phân ly, thiết bị kho đồng nhất sơ bộ, quạt, lọc bụi tĩnh điện đ−ợc áp dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng - Xây dựng các ph−ơng pháp tính toán các thông số công nghệ, tính toán thiết kế các thiết bị trên. - Thực hiện thiết kế 8 thiết bị , bao gồm cả phần thiết kế phần điều khiển tự động, xây dựng công nghệ chế tạo. - Chế tạo một hệ điều khiển lọc bụi tĩnh điện (1tr−ờng) bao gồm hệ điều khiển theo ch−ơng trình và tủ điện - Chế tạo 1bộ nguồn cao áp có điều khiển của lọc bụi tĩnh điện bao gồm biến thế cao áp, bộ chỉnh l−u và điều khiển chỉnh l−u. - Chế tạo 12 tấn phụ tùng cho máy ngiền đứng Bộ điều khiển cao áp cùng bộ nguồn sau khi chế tạo đã đ−ợc thử nghiệm tại nhà máy xi măng Lạng sơn và đã hoạt động tốt. Phụ tùng cho máy nghiền đứng đ−ợc chế tạo đ−ợc kiểm nghiệm tại nhà máy và đã đ−ợc chuyển tới nhà máy xi măng Hoàng thạch để thử nghiệm. Qua quá trình khảo sát thực hiện đề tài cũng nh− tham gia vào việc chế tạo các thiết bị t−ơng tự nh− sản phẩm của đề tài, trên nhóm tác giả có thể khẳng định việc thiết kế, chế tạo phần lớn các sản phẩm của đề tài có thể thực hiện trong n−ớc. Việc chế tạo trong n−ớc sẽ góp phần phát triển ngành cơ khí chế tạo nói chung và cơ khí chế tạo thiết bị phụ tùng xi măng trong n−ớc, tiết kiệm ngoại tệ. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cho việc thiết kế, chế tạo . Tuy nhiên vì hầu hết sản phẩm của đề tài là những thiết bị có giá trị lớn, phức tạp và là những thiết bị chủ chốt trong các công đoạn công nghệ của nhà máy cho nên việc chuyển tứ nghiên cứu thiết kế sang chế tạo cần có nghiên cứu thực nghiệm thiết bị cũng nh− các cơ cấu, hỗ trợ trong việc đ−a áp dụngvào thực tế. Đề tài này đã đ−ợc hoàn thành trong khuôn khổ ch−ơng trình KC06. Tr−ớc hết nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ KHCN và nhất là Ban Chủ nhiệm ch−ơng 30 trình KC06 đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ chúng tôi trong việc thực hiện đề tài này. Chúng tôi cũng xin cám ơn nhà máy Xi măng Lạng sơn, Công ty xi măng Hoàng thạch, Bỉm sơn cũng nh− Công ty xi măng Bút sơn, Hoàng mai, Kiên l−ơng giúp đỡ chúng tôi trong quá trình khảo sát, thử nghiệm tại các cơ sở trên. 31 Tài liệu tham khảo 1. Dự án điều chỉnh qui hoạch phát triển công nghiệp xi măng ở Việt nam đến năm 2010 và định h−ớng đến năm 2020. Bộ Xây dựng. Viện Khoa học Công nghệ Vật liệu Xây dựng 4/2005 2. Những chính sách kinh tế vĩ mô điều chỉnh phát triển công nghiệp xi măng Trung Quốc. Bộ Xây dựng. Trung tâm tin hoc số 3/2004 3. Atox Raw Mill; Fuller Roller Mill; OK Verticall Roller Mill; Atox Coall Mill; Stacker and Reclaimer Systems brochures for preliminary project planning from www.flsmidth.com 4. Sarren Worre Jorgensen “ Verticall Roller Mill for Grinding of Cement and Slag” Cemento-Hormigon N0 144 11/2002 5. Sarren Worre Jorgensen; F.L.Smidth &Co. A/S; Denmark “LV Technology Optimises Verticall Roller Mill” Cemento-Hormigon N0 135 4/2001 6. Erik Birch; F.L.Smidth &Co. A/S; Denmark and Brian P.Keefe “Experience with the OK Roller Mill” Asian Cement and Construction Material Magazin N0 121 9/1998 7. Robert T.Wehr “Roller Mill Sussesses of the 1990s” Cement Review Magazin N0 126 4/1999 8. Kawasaki Heavy Industries LTD “CK Roller Mill”; CKP Mill (Kawasaki Pregrinding Systems) 9. “Roller Gringding Technology by Kawasaki Heavy Inducstries” International Conference on advanced Technology for Cement Inducstry in Hanoi 11/2002 10. Raw Material Grinding Quadropol from WWW.Polysusa.com 11. Loesch Roller Mill for Cement and Blast Furnace Slag 6/1995 12. Separator type RAKM – Instruction F.L. Smidth 13. Advanced Mill Technology. Cetec 2000-20001 14. Erection Manual – Claystacker 250/14.5 15. Erection Manual – Bridge reclaimer LHO 150/22.5 16. SIMATIC S7-400 System, Technical Documentation, Siemens.2001 17. SIMATIC driver, Technical Documentation, Siemens.2001 18. SIMATIC Total Integrated Automation,Siemens,2001 19. Robert N, Bateson, “Introduction to Control System Technology” Maxwell- Macmililan Inter.Edition, USA, Newjork,1996 32 20. Sapoznhikov M. IA. Mekhanhitreskoe oborudovonhie dlia proizvodstva stroitelnukh materialov I izdelia. Mashgiz 1962 21. Sapoznhikov M. IA. Drozdov N.E. Spravochnhic po oborudovanhiu zavodov strpitelnukh materialov. Gostroiizdat. 1959 22. Bokshtein S. IA. Morgulie M. L. Vozdushn−e Klassiphikator−, primenhiaemue v promushlennosti stroitelnux materialov. Zbornhix No2, VNHII stroimash, 1964 23. Banhit Ph. g. maltrin a. d puleulavlivanhie i otristka gazov v promushlennosti stroitelnux materialov. 1967. 24. Noel de Wet “Homogenizing/Blending in South Africa- An Apdate” Bulk Solids Handling 1/1994 25. G. Fischer “ Portal Bridge Scraper Reclaimer for multi-purpose blending Bed Stores”. ZKG Internatianal 26. G. Fischer “ Power Station Coal Yard Using Scraper Reclaimer – 25 Years of Experience” VGB Kraftwerkstechnik. Volume 7. N0 10. 10/1997 27. G. Fischer “ Circular Storage Yard for Bulk Materials”. Volume 19. N0 2. Bulk Solids Handling 4-6/1999 28. Performances – SCHADE. AUMUND Group OK vertical roller mill 29. A. D. Bruk và các tg khác: Sentrobezn−e Ventilator−. Chịu trách nhiệm xuất bản: T. S. Solomakhova. Moscova Mashinostroenie, 1975 30. Ing. Dr. Techn. O. Back. Ventilatoren Entwurf und Berechnung, Halle 1955. Bản dịch tiếng Nga. 31. Dr. Ing. Bruno Eck. Fans. Design and operation of Centrifugal, axial- Flow and Cross- flow fans. Pergamon Press. Oxford New York Toronto. Sydney Braun Schweig. 32. Kand. Techn. Nayk Ph. G. Galimzianov. Ventilator−. Atlas Konstruksii. Izdatelstvo "Mashinostroenie", Moscova 1968. 33. Raokhman B. S. Priamaia Zadatra opchekanhia dvuxmernoi reshiotki profilei. Trud− SKTI, V−puskơ 61, 1965. 34. Kanton A. IU., Kazatrkov L. IA. Opchekanhia mnogoriadnoi reshiotki na Osesimmetrichn−x poverkhnochiax toka v sloie peremennoi tolshin−. "Izveschie Vozov Energechika" 1970, N06, Str. 83-89. 33 35. UJOV V. M và các tác giả khác, Làm sạch bụi khí thải công nghiệp. M.CHIMIA –1981 36. UJOV V. M, Làm sạch khí thải công nghiệp bằng lọc bụi tĩnh điện .M.CHIMIA –1967 37. RUSANOV A. A. Sổ tay lọc bụi và tro bay, M.ENERGIA- 1983 38. IURENEV V. M và LEBEDEV P. D. Sổ tay kỹ thuật nhiệt,M.ENERGIA - 1975 39. ROTHEM⇐HLE , Công nghệ năng l−ợng và môi tr−ờng. Lọc bụi tĩnh điện, APPARATEBAU ROTHEM⇐HLE. GERMANY 40. UJOV V. M và VALDERBERG A. I, Làm sạch bụi khí thải công nghiệp ,M.CHIMIA –1981 41. RUXIN C. A ,Sổ tay các thiết bị thông gió các nhà máy chế tạo máy, M. MASINOSTROENIE – 1964 42. Nguyễn Bính, Điện tử công suất Nhà xuất bản KHKT Hà nội 2001 1 Tóm tắt Đề tài “ Nghiên cứu thiết kế máy nghiền con lăn đứng (NCLĐ)” là đề tài nhánh của đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay công suất 1,4 triệu tấn/năm” Mã số KC 06.07CN. 1. Mục đích của đề tài: Máy NCLĐ là thiết bị có chỉ số tiêu hao năng l−ơng thấp là biện pháp hữu hiệu để tiết kiệm năng l−ợng. Việc nghiên cứu, tính toán thiết kế, lựa chọn kết cấu và xây dựng công nghệ chế tạo các chi tiết chính máy NCLĐ sẽ giúp đẩy nhanh việc nội địa hoá, giảm giá thành thiết bị và tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng rộng rãi loại thiết bị trên vào trong các dây chuyền nghiền và sản xuất xi măng. 2.Ph−ơng pháp tiêp cận và thực hiện đề tài: Trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, khảo sát việc lắp đặt, vận hành các thiết bị trên tại hầu hết các nhà máy xi măng phân tích các đặc điểm thiết bị của các hãng khác nhau, kinh nghiệm tham gia chế tạo các thiết bị NCLĐ cho công nghiệp xi măng, áp dụng các phần mềm tính toán thiết bị, xây dựng ph−ơng pháp tính toán, lựa chọn kết cấu, thiết kế cơ cấu nghiền, phân ly và hệ thống điều khiển thiết bị. Lập qui trình công nghệ chế tạo dựa trên trang thiết bị hiện có của các doanh nghiệp cơ khí trong n−ớc. 3.Các kết quả đạt đ−ợc - Đã phân tích, so sánh các hiệu quả ứng dụng của máy NCLĐ và các loại máy nghiền khác trong sản xuất xi măng, phân tích các sơ đồ lắp đặt máy NCLĐ trong nghiền xi măng. Phân tích kết cấu các cơ cấu nghiền, cơ cấu phân ly trong máy NCLĐ của các hãng khác nhau. - Xây dựng ph−ơng pháp tính toán cơ cấu nghiền và cơ cấu phân ly. Thiết kế các bộ điều khiển tự động quá trình, gồm cả các mô dun phần cứng và phần mềm - Tính toán thiết kế máy NCLĐ cho công đoạn nghiền liệu có công suất 280 tấn/giờ . - áp dụng ph−ơng pháp phần tử hữu hạn FEM để tính toán sức bền các kết cấu phức tạp - Lập qui trình công nghệ chế tạo các bộ phận chính máy NCLĐ - Chế tạo 12 tấn phụ tùng máy NCLĐ 4. Kết luận: Việc từng b−ớc chế tạo máy NCLĐ là hoàn toàn có thể thực hiện đ−ợc. Các kết quả của đề tài hoàn toàn có thể ứng dụng để thiết kế, chế tạo máy NCLĐ cho dây chuyền sản xuất xi măng trong n−ớc. 2 Ch−ơng 1. tổng quan máy nghiền Do sự đa dạng về tính chất của vật liệu và mục tiêu mà các ngành công nghiệp theo đuổi dẫn đến việc hình thành một số l−ợng lớn các chủng loại máy đập nghiền. Các dạng máy này thông th−ờng đ−ợc chia làm hai nhóm: 1- Máy đập là loại máy để nghiền vật liệu có kích th−ớc t−ơng đối lớn (có kích th−ớc khoảng 1200-100mm) và có hệ số nghiền trong khoảng i =3 ữ20 2- Máy nghiền là loại máy cho vật liệu đầu ra dạng bột, kích th−ớc vật liêu đầu vào phổ biến 2ữ 20mm, kích th−ớc sản phẩm đầu ra có thể là 0,1 mm cho tới một vài micron, hệ số nghiền có thể một vài trăm cho tới hơn 1000. Máy đập theo kết cấu và nguyên lý làm việc có thể phân loại nh− sau: - Máy đập hàm: quá trình nghiền đ−ợc thực hiện bằng việc nén và mài vật liệu giữa má tĩnh và má động qua chuyển động chu kỳ của má động về phía má tĩnh. - Máy đập côn: quá trình nghiền đ−ợc thực hiện bằng việc nén và một phần uốn vật liệu giữa hai vành côn, qua chuyển động lệnh tâm của côn trong theo cung tròn của côn ngoài cố định. - Máy đập truc: quá trình nghiền đ−ợc thực hiện bằng cách ép vật liệu giữa hai quả cán quay ng−ợc chiều nhau. Trong một vài kết cấu của loại máy này quá trình nghiền đi đôi với sự mài vật liệu do số vòng quay của hai trục khác nhau. - Máy đập búa và máy đập roto: quá trình nghiền đ−ợc thực hiện bằng việc các búa nghiền quay nhanh đập vào vật liệu cũng nh− bản thân vật liệu va vào nhau và va vào thành máy nghiền. - Máy nghiền con lăn: quá trình nghiền xảy ra giữa con lăn quay và bàn nghiền ( bàn nghiền có thể quay hoặc đứng nguyên). Tuỳ thuộc vào kích th−ớc sản phảm máy nghiền con lăn có thể là máy đập mịn hoặc máy nghiền Các máy nghiền tuỳ thuộc vào kết cấu và nguyên lý làm việc theo truyền thống có thể phân thành các loại: - Máy nghiền tang quay ( máy nghiền bi): là thiết bị dùng để nghiền mịn, làm việc trên nguyên lý va đập và một phần mài mòn giữa vật liệu với nhau và với bi đạn nghiền trong quá trình quay của thùng nghiền. 3 - Máy nghiền quả lắc: quá trình nghiền xảy ra giữa vành cố định và con lăn treo trên giá, d−ới tác động của lực ly tâm do con lăn quay nhanh xung quanh trục đứng. Cùng thuộc họ máy nghiền này còn có loại máy nghiền bi theo vành lăn. Vật liệu đ−ợc nghiền giữa vành lăn và những bi nghiền xếp l;iên tục trên đ−ờng lăn và đ−ợc ép xuống vành lăn. - Máy nghiền va đập: Vật liệu đ−ợc nghiền bằng va đập giữa búa nghiền và vật liệu, một phần bằng mài và vật liệu va chạm với nhau. ở đây quá trình nghiền đi đôi với sấy. - Máy nghiền rung: Th−ờng dùng đẻ nghiền khi có yêu cầu độ mịn cao. Quá trình nghiền xảy rabới gia động tròn của thùng nghiền, vật liệu nghiền bị tác động nhiều lần trong thùng nghiền bới bi nghiền và chính bản thân vật liệu nghiền. - Máy nghiền khí động: quá trình nghiền xảy ra bởi sự va đập bản thân vật liệu với nhau khi chuyển động trong dòng khí rối và một phần do va đập với thân thùng nghiền Sự phân loại trên mang tính t−ơng đối. Hiện tại các máy nghiền có thể có cơ cấu t−ơng tự máy đập , ở đầu vào và đầu ra không có sự phân định rõ rệt kích th−ớc vật liệu . Trong ngành công nghiệp xi măng, các dây chuyền nghiền liệu và nghiền xi măng th−ờng phối hợp với nghiền sơ bộ thông qua sử dụng các máy đập mịn nh− máy kẹp hàm, máy đập búa, rôto. Việc sử dụng những thiết bị này nhằm giảm kích th−ớc vật liệu đầu vào tăng hiệu quả, năng suất của thiết bị nghiền. Cho tới tr−ớc năm 1995, máy nghiền tang quay (nghiền bi) đ−ợc sử dụng phổ biến nhất trong các dây chuyền nghiền liệu, clinker của các nhà máy xi măng cho cả hệ lò đứng lẫn hệ lò quay, với ph−ơng pháp −ớt hoặc khô do kết cấu t−ơng đối đơn giản, dễ vận hành và độ ổn định khá cao. Điều này có thể nhận xét qua thiết bị nghiền tại các công đoạn khác nhau trong một số nhà máy xi măng lò quay ph−ơng pháp khô, thể hiện ở bảng 1.1 Bảng 1.1 Nhà máy Thiết bị nghiền TT XM Nghiền liệu Nghiền than Nghiền clinker Ghi chú 1 Hoàng thạch Dây chuyền 1 Nghiền bi Công suất: 248t/h ỉ 5,6m; L: 10,6m Pđc = 3920kW Nghiền bi Công suất: 25t/h ỉ 3,2m; L: 6,6m Pđc = 500kW Nghiền bi Công suất: 176t/h ỉ 5,2m; L:14 m Pđc= 6500kW 4 Dây chuyền 2 Nghiền bi Công suất: 300t/h ỉ 5,4m; L: 15m Pđc = 4850kW Nghiền đứng Công suất:40t/h ỉ=3,2m;H:13,7m Pđc = 900kW Nghiền bi Công suất: 240 t/h ỉ5,4m; L: 16m Pđc= 6800kW 2 Bỉm sơn Dây chuyền 1 Nghiền bi(2máy) Công suất 24t/h ỉ3,2m; L: 7,5m Pđc=800kW Nghiền bi Công suất 24t/h ỉ3,2m; L: 7,5m Pđc=800kW Nghiền bi Công suất 64t/h ỉ4,0m; L: 7,5m Pđc=2150kW Ch−a cải tạo Dây chuyền 2 Nghiền đứng Công suất 280t/h ỉ5,5m; H: 16,3m Pđc = 2650kW Nghiền bi Công suất 22t/h ỉ3,2m; L: 5,7m Pđc=800kW Nghiền bi Công suất 100t/h ỉ3,97m; L:13,91m Pđc=3150kW 3 Bút sơn Nghiền đứng Công suất 320t/h ỉ8,5m; H: 11,5m Pđc =3000 kW Nghiền đứng Công suất 30t/h ỉ3,2m; H:13,5m Pđc=900kW - Nghiền sb máy nghiền đứng - Nghiền tinh : Nghiền bi Công suất 240t/h ỉ5,5m; L: 16,0m Pđc=6500kW 4 Hoàng mai Nghiền đứng Công suất 320t/h ỉ; H: m Pđc =3150 kW Nghiền đứng Công suất 30t/h ỉ; H: m Pđc = kW - Nghiền sơ bộ máy nghiền đứng - Nghiền tinh : - Nghiền bi Công suất 280t/h ỉ4,8m; L: 14m Pđc=5500kW 5 Hà tiên Nghiền bi Công suất 60t/h ỉ5,2m;L: Nghiền bi Nghiền bi Công suất 90t/h ỉ4,2m; L: 5 11,14m 2xPđc=2x1850kW 14,07m 2xPđc=2x1900kW 6 Tam điệp Nghiền đứng Công suất 320t/h ỉ; H: m Pđc =3000 kW Nghiền đứng Công suất 30t/h ỉ; H: m Pđc = 848kW Nghiền sơ bộ máy nghiền đứng 240t/h - Nghiền tinh : Nghiền bi Công suất 240t/h ỉ5,5m; L: 16,0m Pđc=6142kW Từ sau 1995 các dây chuyền sản xuất xi măng với các thiết bị nghiền con lăn đứng (NCLĐ) đ−ợc đ−a vào hoạt động, đầu tiên là trong công đoạn nghiền liệu, nghiền than, tiếp đó là công đoạn nghiền sơ bộ clinker. Nh− vậy thiết bị NCLĐ gần nh− đ−ợc áp dụng ở hầu hết các dây chuyền sản xuất xi măng (công đoạn nghiền thô và nghiền liệu) . Ngày nay, ở các nhà máy xi măng đang đ−ợc xây dựng, máy NCLĐ đ−ợc xử dụng cho cả hai công đoạn nghiền liệu và nghiền clinker, cho ra ngay xi măng không qua công đoạn nghiền bi . Các nhà máy xi măng hiện đại th−ờng đ−ợc thiết kế với công suất khoảng từ 3000 ữ 6000 t/ngày. Trạm nghiền vật liệu thô cho loại lò cỡ nh− vậy có công suất xấp xỉ từ 250 đến 500 tấn/giờ. Để sử dụng tối đa nguồn vật liệu thô sẵn có và để không phải vận hành mỏ khai thác quá phức tạp, hệ thống nghiền thô phải chịu đ−ợc những loại vật liệu thô có các đặc tính riêng nh− độ ẩm cao, dính và có tính mài mòn. Một hệ thống nghiên thô hiện đại cần có các đặc tính : - Công suất nghiền cao. - Công suất sấy khô cao. - Chịu đ−ợc các vật liệu thô có tính dính và tính mài mòn. - Tiêu thụ ít năng l−ợng. - Có độ tin cậy. Theo truyền thống, nghiền vật liệu thô đ−ợc thực hiện d−ới các dạng nghiền bi và nghiền kiểu con lăn theo chiều thẳng đứng. Trong những năm gần đây, máy cán ép kiểu con lăn áp lực cao cũng đ−ợc xem xét nh− là một sự lựa chọn cho nghiền vật liệu thô. 6 1.1 Nghiền vật liệu thô 1.1.1 Các hệ thống nghiền thô 1- Máy nghiền bi Cho tới đầu những năm bảy m−ơi, các máy nghiền bi vẫn chiếm −u thế trong nghiền vật liệu xi măng thô. Loại lò nung sơ bộ vẫn ch−a có một vị trí nh− loại lò tiêu chuẩn trên thị tr−ờng và đ−ợc thiết kế với công suất không lớn hơn 3000 t/ngày. Đối với loại công suất lò trung bình/vừa phải, mà các vật liệu thô có l−ợng n−ớc trung bình, thì máy nghiền bi th−ờng là thích hợp, nhất là các nhà sản xuất xi măng ngày đó không quan tâm nhiều đến chi phí năng l−ợng nh− bây giờ. Đối với một máy nghiền bi, năng suất nghiền tỷ lệ với D3.5, D là đ−ờng kính của máy nghiền, trong khi công suất sấy khô tỉ lệ với D2, tức là diện tích mặt cắt ngang của máy nghiền. Điều đó có nghĩa, độ ẩm lớn nhất có thể chấp nhận trong cấp liệu máy nghiền sẽ giảm vì kích cỡ máy nghiền tăng. Đây là lý do tại sao các máy nghiền bi ít phù hợp khi cần một sản l−ợng lớn. Hơn nữa, các máy nghiền bi có hiệu quả nghiền thấp hơn so với loại máy nghiền kiểu con lăn theo chiều thẳng đứng, loại đ−ợc lựa chọn phổ biến nhất hiện nay. Các thông số đặc thù (bảng 1.2) của một nhà máy ở Thái Lan đang sử dụng các máy nghiền bi cũng nh− máy nghiền kiểu con lăn theo chiều thẳng đứng sẽ chứng minh sự khác nhau giữa các hệ thống nghiền, xét về việc tiêu thụ năng l−ợng: Bảng 1.2:Sự tiêu thụ năng l−ợng riêng, kWh/t. Loại máy nghiền Máy nghiền bi (Semi Air-Swept ) Máy nghiền kiểu con lăn theo chiều thẳng đứng Nghiền, kWh/t: Quạt, kWh/t: Thiết bị phân ly, kWh/t: 17.0 5.0 0.2 7.5 8.4 0.3 Tổng cộng, kWh/t: 22.2 16.2 Tóm lại, máy nghiền bi truyền thống không còn hấp dẫn đối với việc nghiền các vật liệu thô trừ khi các vật liệu này t−ơng đối khô, sản l−ợng yêu cầu thấp và vật liệu thô có tính mài mòn cao 7 2- Máy nghiền kiểu con lăn đứng Máy nghiền kiểu con lăn đứng (NCLĐ) là loại phổ biến nhất đ−ợc dùng nghiền vật liệu thô trong các nhà máy xi măng hiện đại ngày nay. Các máy này đ−ợc thiết kế với l−ợng điện tiêu thụ lên tới hơn 4000 kW t−ơng ứng với sản l−ợng 500 ữ 600 tấn vật liệu thô/giờ (khả năng nghiền bình th−ờng), công suất sấy khá cao, độ ẩm ở cấp liệu 15% ữ 20% là có thể chấp nhận (không phụ thuộc vào kích cỡ máy nghiền). Nguyên tắc hoạt động cơ bản của một máy NCLĐ là sự nghiền giữa bàn quay dẫn động và các con lăn tạo một áp lực thuỷ khí, không thay đổi chiều theo thời gian. Tuy nhiên đến nay đã có những cải tiến đáng kể về mặt thiết bị và ph−ơng pháp nghiền. Vì vậy có thể nói máy nghiền kiểu con lăn đứng đáng tin cậy, mặc dù kết cấu thiết bị hơi phức tạp hơn máy nghiền bi. Một hạn chế của máy NCLĐ là thời gian chết của máy và chi phí liên quan tới việc thay thế các bộ phận bị mài mòn mặc dù các bộ phận mài mòn vật liệu thô có hàm l−ợng crôm cao và đ−ợc bảo hành trong một năm hoặc lâu hơn. Cải tiến quan trọng nhất cho quá trình hoạt động của máy nghiền kiểu con lăn đứng là sự đ−a thiết bị phân ly hiệu suất cao vào kết cấu. Một số nhà sản xuất máy móc đã phát triển thiết bị chia tách hiệu suất cao cho những ứng dụng khác, nh− nghiền xi măng. Những loại thiết bị chia tách này đ−ợc dùng cho các máy nghiền kiểu con lăn đứng. Theo thống kê, vật liệu bị loại từ thiết bị phân ly hiệu suất cao chứa ít phần hạt mịn hơn vật liệu bị loại từ thiết bị phân ly thông th−ờng. Kết quả là hiệu suất nghiền tốt hơn, nghĩa là tiêu thụ năng l−ợng riêng thấp hơn, đồng thời quá trình hoạt động ổn định hơn. Điều này đ−ợc giải thích bởi thực tế là càng có nhiều hạt vật liệu mịn trên bàn nghiền thì quá trình hoạt động càng ít ổn định, tức là có nhiều rung động hơn. 8 Hình số 1.1 cho thấy các đ−ờng phân bố kích cỡ hạt mịn và hạt bị loại từ thiết bị phân ly tĩnh thông th−ờng và từ thiết bị phân ly hiệu suất cao (SEPAX). Theo sơ đồ, độ dốc của đ−ờng phân bố kích cỡ hạt mịn thành phẩm ở thiết bị phân ly SEPAX lớn hơn ở thiết bị phân ly tĩnh thông th−ờng và thành phần bị loại thô hơn ở thiết bị phân ly tĩnh thông th−ờng. Sự cải tiến về tính năng có thể đ−ợc thực hiện bằng việc thay thế thiết bị phân ly tĩnh bằng thiết bị phân ly động (SEPAX). Bảng 1..2 thể hiện các thông số về tính năng của thiết bị tr−ớc và sau khi thay thế thiết bị phân ly thông th−ơng bằng thiết bị phân ly SEPAX. Bảng 1.2 Thiết bị phân ly : Tĩnh thông th−ờng SEPAX Sản l−ợng, tấn/giờ: 280 300 Sàng %+90 my: Xấp xỉ 14 Xấp xỉ 14 Mô tơ nghiền: kW: 1670 1430 kWh/t: 6.0 4.8 Các quạt nghiền: kW: 3170 3190 kWh/t: 11.3 10.6 Hình 1.1: Phân bố kích th−ớc hạt 9 “Tổng cộng”, kWh/t: 17.3 15.7 rung động, mm/giây: 3.5 3.2 áp suất nghiền, kN/m2: 450 390 Ghi chú: “Tổng cộng”, kWh/t không phải là tổng cộng l−ợng tiêu thụ năng l−ợng, mà là l−ợng tiêu thụ năng l−ợng của mô tơ nghiền, các quạt nghiền cho máy nghiền và mô tơ thiết bị phân ly. Đây là tr−ờng hợp cho máy nghiền có công suất tiềm năng lớn hơn 300 tấn/giờ. Tuy nhiên, thiết bị phụ, đặc biệt là hiệu suất của lọc bụi tĩnh điện hạn chế công suất của máy nghiền d−ới 300 tấn/giờ. Quá trình hoạt động của máy nghiền đ−ợc cải thiện nhờ đặc tính tiên tiến của thiết bị phân ly động so với thiết bị phân ly tĩnh. Sự khác biệt đó có thể đ−ợc xác định nh− trong bảng 1.3: Bảng 1.3 Thiết bị phân ly: Hiệu suất phân ly % Phần loại bỏ của thiết bị phân ly % - 90 micron Loại động (SEPAX) Xấp xỉ 85 Xấp xỉ 15 Loại tĩnh Xấp xỉ 55 Xấp xỉ 35 Tóm lại, với thiết bị phân ly loại mới, phần hạt mịn ít quay trở lại bàn nghiền cùng với phần hạt bị loại của phân ly hơn. Đây một sự cải tiến không chỉ về hiệu suất nghiền mà còn về tính ổn định của quá trình hoạt động. 3- Máy cán ép con lăn Từ khi máy cán ép con lăn áp lực cao đ−ợc đ−a lại vào ngành xi măng vào giữa những năm tám m−ơi, các nhà sản xuất xi măng đã sử dụng một l−ợng lớn loại thiết bị này xấp xỉ 300 chiếc/năm. Phần lớn các máy cán ép này đ−ợc dùng cho nghiền sơ bộ clinke, một phần ít hơn đ−ợc dùng cho nghiền vật liệu thô, vài chiếc đang hoạt động ở công đoạn nghiền tinh, nghĩa là không có máy nghiền bi. Các nghiên cứu cho thấy rằng tại áp lực nghiền thấp, l−ợng năng l−ợng tiêu thụ của máy cán ép là thấp, nh−ng năng l−ợng cho việc vận chuyển và phân ly vật liệu là cao. Tr−ờng hợp đối lập là tại áp lực nghiền cao. Việc sử dụng năng l−ợng đạt hiệu suất cao nhất là khi có áp lực nghiền trung bình xấp xỉ 6000 kN/m2. Tại áp lực nghiền này hệ số 10 tuần hoàn là khoảng 4. Ngày nay các máy cán ép con lăn lớn nhất đang hoạt động với công suất vật liệu đi qua tối đa ∼ 1000 tấn/giờ khi cán ép vật liệu thô. Điều đó có nghĩa là sản l−ợng tối đa của máy cán én con lăn sẽ là khoảng 250 tấn/giờ cho hoạt động trong phạm vi áp lực tối −u với sự tiêu thụ năng l−ợng thấp nhất. Các kết quả thử nghiệm cho thấy, công suất lắp đặt máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng có tổng năng l−ợng riêng tiêu thụ t−ơng đ−ơng với l−ợng năng l−ợng tiêu thụ nhỏ nhất cho công suất lắp đặt máy cán ép con lăn ở công đoạn nghiền tinh, tức 13 kWh/t. Các thử nghiệm này đã đ−ợc thực hiện với đá vôi khô, nghĩa làvới vật liệu khô và giòn. Các kết quả trong việc lắp đặt máy cán ép con lăn nói chung sẽ không còn đ−ợc hấp dẫn nh− vậy nếu vật liệu đ−ợc nghiền là loại vật liệu mềm có độ ẩm cao. 4- Các máy cán ép con lăn dùng cho nghiền sơ bộ Vì một vài lý do, máy cán ép con lăn sử dụng trong công đoạn nghiền tinh đ−ờng nh− không phải là đối thủ cạnh tranh mạnh của máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng, ít nhất là tại thời điểm này. Tuy nhiên, trong một số tr−ờng hợp, máy cán ép con lăn là một thiết bị nghiền sơ bộ hấp dẫn cho máy nghiền bi. Nhất là trong tr−ờng hợp yêu cầu gia tăng sản l−ợng ở một nhà máy nghiền thô hiện đang sử dụng máy nghiền bi. 1.1.2 So sánh các hệ thống nghiền thô So sánh các hệ thống nghiền thô khác nhau có thể có một vài nhận xét nh− sau: 1- Công suất: Công suất lớn nhất với công nghệ có thể dùng, có thể đạt đ−ợc khi dùng máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng, lên tới hơn 500 tấn/giờ. Thậm chí với sản l−ợng cao này, một máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng có thể chấp nhận một l−ợng n−ớc tới 15 ữ 20% trong vật liệu nghiền. Ngày nay có những máy nghiền bi có sản l−ợng ∼ 400 tấn/giờ. Tuy nhiên, nh− đã giải thích, l−ợng n−ớc tối đa có thể chấp nhận đ−ợc trong cấp liệu nghiền cần giảm để tăng kích cỡ nghiền, do vậy các máy nghiền bi kích th−ớc lớn sẽ có công suất sấy khô t−ơng ứng, tối đa 4 ữ 5% n−ớc trong vật liệu nghiền. Với các máy cán ép con lăn đang có trên thị tr−ờng, việc lắp đặt một máy cán ép con lăn cho phần nghiền tinh mà không có máy nghiền bi có thể đạt đ−ợc công suất 11 xấp xỉ 250 tấn/giờ khi hoạt động trong điều kiện hiệu suất năng l−ợng tốt nhất. Con số này có thể áp dụng khi vật liệu thô khô. Các thử nghiệm với các máy cán ép con lăn nghiền vật liệu thô cho thấy rằng: l−ợng n−ớc cao hơn sẽ làm giảm công suất cán và do đó giảm sản l−ợng đầu ra. 2- Tiêu thụ năng l−ợng: Các hệ thống có hiệu suất năng l−ợng cao nhất là hệ thống máy cán ép con lăn công đoạn nghiền tinh và máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng. Tổng năng l−ợng riêng tiêu thụ của hai hệ thống này là t−ơng đ−ơng. Một hệ thống máy nghiền bi thông th−ờng có tổng năng l−ợng riêng tiêu thụ cao hơn hai hệ thống nghiền kia khoảng 25%, phụ thuộc vào l−ợng n−ớc trong cấp liệu nghiền. 3- Kích th−ớc cấp liệu Máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng có thể chấp nhận kích th−ớc cấp liệu nghiền 100 ữ150 mm hoặc thậm chí lớn hơn, tuỳ thuộc vào kích th−ớc máy nghiền và cấu hình thiết kế. Con lăn càng lớn thì kích th−ớc liệu cấp tối đa có thể chấp nhận đ−ợc sẽ càng lớn. Một máy nghiền bi cũng nh− máy cán ép con lăn đòi hỏi nghiền sơ bộ mịn hơn nhiều. Đối với máy nghiền bi, kích th−ớc cấp liệu đặc tr−ng lớn nhất nằm trong khoảng 30 ữ35 mm. Đối với máy cán ép con lăn, kích th−ớc cấp liệu lớn nhất sẽ tuỳ thuộc vào đ−ờng kính của con lăn vì độ rộng khoảng cách giữa các con lăn trong quá trính vận hành tỷ lệ với đ−ờng kính con lăn, và kích th−ớc cấp liệu không nên lớn hơn khoảng cách này . Kích th−ớc cấp liệu đặc tr−ng lớn nhất th−ờng là 3 ữ 4% đ−ờng kính của con lăn, hoặc 30 ữ 60 mm tuỳ thuộc vào đ−ờng kính con lăn. 4- Bảo trì và độ tin cậy máy móc Máy nghiền bi cũng nh− máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng ngày nay có thể coi là đáng tin cậy về mặt máy móc. Tuy nhiên, máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng có cấu tạo phức tạp hơn máy nghiền bi, do đó cần bảo trì nhiều hơn. Về phần phụ tùng thay thế, các bi dùng cho máy nghiền bi và các tấm lót dùng cho các con lăn và bàn của máy nghiền con lăn, tiêu hao vật liệu chống mài mòn (g/t) của máy nghiền bi cao hơn nhiều của máy nghiền con lăn. Tuy nhiên, giá (tính theo tấn) cho các bộ phận chống mài mòn của máy nghiền con lăn cao hơn chi phí (tính theo tấn) cho các bi nghiền. Do vậy, 12 chi phí bảo trì các bộ phận chịu mài mòn/bi trong tình trạng hoạt động bình th−ờng của hai hệ thống máy nghiền là t−ơng đ−ơng. Một hạn chế của máy nghiền con lăn là thời gian thay thế các bộ phận mài mòn. Tr−ớc đây, việc thay thế các bộ phận mài mòn cho cả con lăn và bàn có thể phải dừng máy trong vài ngày, (hiện nay nhờ một số cải tiến về kết cấu nên thời gian thay các tấm lót đã giảm đáng kể). Việc nạp bi bù cho số bi bị mài mòn có thể đ−ợc thực hiện trong vài tiếng. Việc máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng cần thời gian bào trì nhiều hơn máy nghiền bi là lý do tại sao trong thực tế, hệ thống lò kích th−ớc lớn, công suất 5000 ữ6000 tấn/ngày hoặc lớn hơn đôi khi đ−ợc cung cấp hai máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng., để duy trì lò hoạt động liên tục khi có một máy nghỉ để bảo trì, mặc dù sản l−ợng giảm. So với máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng và máy nghiền bi, máy cán ép con lăn áp lực cao là thiết bị đ−ợc ứng dụng trong ngành xi măng muộn hơn. Tuy nhiên đây không phải là một ứng dụng tiến tiến, điều này đ−ợc phản ánh từ những kinh nghiệm đáng buồn mà nhà sản xuất xi măng và nhà chế tạo máy móc đang sử dụng máy cán ép con lăn có trong vài năm gần đây. Một l−ợng lớn các máy cán ép đang hoạt động đã có vài bộ phận quan trọng bị hỏng hóc. Một trong những hỏng hóc th−ờng gặp là h− hại bề mặt của các con lăn. Đây là nguyên nhân làm ngừng hoạt động của hệ thống để lắp đặt lại con lăn áp lực của máy cán . Kinh nghiệm cho thấy, về độ tin cậy máy móc, các máy cán ép con lăn dù đ−ợc chế tạo theo bất kỳ kiểu nào cũng đ−ợc coi là ít tin cậy hơn các loại máy nghiền khác. 5- Đầu t− Theo các tài liệu n−ớc ngoài, một hệ thống nghiền thô sử dụng máy nghiền con lăn theo chiều thẳng đứng là một hệ thống hấp dẫn xét về khía cạnh đầu t−. Các hệ thống lựa chọn máy cán ép con lăn và/hoặc máy nghiền bi có thể đắt hơn từ 20 – 30%, tuỳ thuộc vào chi phí cho phần xây dựng. 1.2 Nghiền xi măng Với công nghệ chế tạo xi măng ngày nay, có vô số khả năng bố trí hệ thống nghiền xi măng hiện đại. Tuy nhiên, sau đây sẽ chỉ xem xét phân tích bốn hệ thống , loại đ−ợc sử dụng khá phổ thông trong n−ớc: 1- Hệ thống mạch kín, th−ờng với máy nghiền bi và thiết bị phân ly hiệu suất cao. 13 2- Nghiền sơ bộ bằng máy nghiền con lăn và nghiền tinh tiếp theo bằng máy nghiền bi. 3- Nghiền sơ bộ bằng máy cán ép con lăn có thiết bị phân ly và nghiền tinh bằng máy nghiền bi. 4- Nghiền tinh bằng máy nghiền con lăn hoạt động trong mạch kín với thiết bị phân ly. 1.2.1 Máy nghiền bi trong mạch kín với thiết bị phân ly hiệu suất cao. Hệ thống này mặc dù không đ−ợc coi là công nghệ mới nhất, nh−ng đó là hệ thống rất đáng tin cậy, dễ vận hành, và cung cấp các đặc tính chất l−ợng đầy đủ về xi măng. Hơn thế, việc đầu t− hệ thống nghiền xi măng loại thông th−ờng này phần nào đỡ tốn kém hơn hệ thống nghiền xi măng sử dụng máy cán ép con lăn. Hệ thống nghiền này hiện đ−ợc sử dụng ở dây chuyền nghiền xi măng Hoàng thạch 1 , Hoàng thạch 2, nhà máy xi măng Kiên l−ơng và Bỉm sơn 1.2.2 Máy nghiền con lăn- nghiền sơ bộ, máy nghiền bi - nghiền kết thúc. Hệ thống này th−ờng đ−ợc đ−a ra bổ sung nhằm nâng cao công suất cho các máy nghiền bi đang tồn tại hoặc nhằm phần nào giảm chi phí phụ tùng của máy nghiền đứng. ở n−ớc ta, các dây chuyền đ−ợc thiết kế theo sơ đồ này đang hoạt động tại Bút sơn, Hoàng Mai. Qua máy nghiền con lăn, vật liệu đ−ợc cấp cho máy nghiền bi mịn hơn vì vậy có thể sử dụng các bi nghiền có kích th−ớc nhỏ hơn, nhằm tạo ra hiệu suất nghiền cao hơn cho máy nghiền bi. Theo tài liệu n−ớc ngoài, phụ thuộc vào loại thiết bị và sơ đồ bố trí thiết bị, năng suất của dây chuyền có thể tăng từ 50% ữ 100%, tiêu hao năng l−ơng điện giảm từ 20% ữ35%. 1.2.3 Máy cán ép con lăn - nghiền sơ bộ cho máy nghiền bi Trong các tài liệu kỹ thuật có những báo cáo nghiên cứu về các hệ thống dạng này. Mặc dù đ−ợc đánh giá là rất triển vọng nh−ng các thiết bị nghiền cán ép cho đên nay vẫn ch−a phổ biến ứng dụng trong công nghiệp . 14 1.2.4 Máy nghiền đứng - nghiền kết thúc Hiện nay việc sử dụng máy nghiền con lăn làm thiết bị nghiền tinh cho xi măng ở n−ớc ngoài khá phổ biến nhờ những yếu điểm về mặt kỹ thuật nh− thành phần độ hat, khử n−ớc… đã đ−ợc giải quyết. Thiết bị dạng này hoạt động ổn định hiệu quả sử dụng năng l−ợng cao. 1.2.5 Máy cán ép con lăn - nghiền tinh Trong những năm gần đây đã xuất hiện máy cán ép con lăn đ−ợc dùng làm thiết bị nghiền tinh. Thực tế là việc nghiền tinh trong máy cán ép con lăn để đạt giá trị Blaine dao động từ 300 ữ450 m2/kg sẽ tạo ra hệ số tuần hoàn của máy cán ép con lăn trong khoảng C= 5 ữ 10, cao hơn nhiều các hệ thống đ−ợc mô tả tr−ớc đó. Tuy nhiên, độ tinh của phần liệu cấp sang cho thiết bị phân ly khá thô, th−ờng 40 ữ50% lớn hơn 0.5 mm. ở các hệ thống phân ly truyền thống, việc kết hợp chất tải vật liệu thô tuần hoàn cao và giới hạn tách yêu cầu trong phạm vi 15 ữ20 micron, gây ra việc tiêu thụ năng l−ợng riêng cao cho phần phân ly, dao động trong khoảng 5 ữ15 kWh/t tuỳ thuộc vào mức độ tinh. Nh− đã đề cập , trong số vật liệu đã cán ép có một phần rất lớn các hạt thô. Nếu sử dụng thiết bị phân ly kiểu hai tầng(/hai giai đoạn) phần hạt thô này sẽ đ−ợc đ−a từ bộ phận tách hạt quay trở lại máy cán ép con lăn. Điều này làm giảm l−ợng chất tải tuần hoàn lên thiết bị chia tách phần đỉnh do đó làm giảm tốc độ dòng khí, vì vậy giảm đ−ợc l−ợng năng l−ợng tiêu thụ cũng nh− kích cỡ thiết bị chia tách và chi phí. Bên cạnh đó, độ mài mòn ở phần đỉnh có rôto hoạt động với tốc độ cao cũng giảm do không có các hạt lớn trong cấp liệu tới phần đỉnh. Về mặt sử dụng năng l−ợng, hệ thống máy cán ép con lăn nghiền tinh khá tiết kiệm. Tuy nhiên, hệ thống này còn một vài hạn chế so với các hệ thống khác là: Một máy cán ép con lăn hoạt động theo ph−ơng thức nghiền kết thúc với hệ số tuần hoàn 5 ữ10 , theo độ tinh yêu cầu. Với công nghệ ngày nay, loại hệ thống này có công suất lớn nhất, thấp hơn so với các hệ thống thông th−ờng khác. Trừ phi sử dụng các biện pháp đặc biệt, xi măng sản xuất trong hệ thống máy cán ép con lăn nghiền kết thúc có những đặc tính hơi khác so với xi măng sản xuất trong hệ thống nghiền thông th−ờng. Đ−ờng phân phối kích cỡ hạt dốc hơn và chất sunfat (thạch 15 cao) khử n−ớc ít hơn là những lý do chính làm thay đổi đặc tính của xi măng. Trên thực tế, kích th−ớc hạt có thể đ−ợc thay đổi bằng một số biện pháp để giống với sự phân bố kích cỡ hạt của xi măng từ máy nghiền bi và chất sunfat có thể đ−ợc chuẩn bị đặc biệt cho ph−ơng thức hoạt động này. Tuy nhiên, việc kiểm tra chất l−ợng xi măng, đặc biệt về chất sunfat là một quá trình phức tạp đặc biệt trong việc sử dụng hệ thống máy cán ép con lăn nghiền kết thúc. 1.2.6 So sánh các hệ thống nghiền xi măng Nh− đã đề cập, nhà máy nghiền xi măng có thể đ−ợc thiết kế theo nhiều ph−ơng thức khác nhau. Nói chung, năng l−ợng tiêu thụ càng nhiều vào máy nghiền đứng, máy cán ép con lăn thì nhà máy có hiệu suất năng l−ợng càng cao. Tuy nhiên, hệ thống máy cán ép con lăn cũng có những hạn chế. Chi phí đầu t− cho một hệ thống máy cán ép con lăn/máy nghiền bi th−ờng cao hơn chi phí đầu t− cho hệ thống máy nghiền bi mạch kín thông th−ờng. Trong nhiều tr−ờng hợp, việc tiết kiệm năng l−ợng có đ−ợc khi dùng máy cán ép con lăn - nghiền sơ bộ sẽ không đủ để điều chỉnh đầu t− bổ sung cho hệ thống máy cán ép con lăn/máy nghiền bi. Đối với hệ thống nghiền tinh bằng máy cán ép con lăn, việc đầu t− máy móc không khác hệ thống máy nghiền bi thông th−ờng, tuy nhiên lại nẩy sinh vấn đề kiểm tra chất l−ợng. (xem bảng 1.4). 16 Hệ thống nghiền sơ bộ Máy nghiền con lăn thẳng đứng Máy nghiền con lăn + Máy nghiền ống Máy cán lăn + Máy nghiền ống Máy nghiền ống Dòng chảy của hệ thống Đặc điểm của hệ thống 1/ Hệ thống rất đơn giản và ít thiết bị nên công tác vận hành và bảo d−ỡng dễ. 2/ Nhờ cơ cấu nghiền con lăn áp lực cao, hiệu suất nghiền tăng cao hơn so với máy nghiền ống và −ớc tính tiết kiệm đ−ợc 25% năng l−ợng. 3/ Máy nghiền hoạt động ổn định và độ rung rất nhỏ. 4/ Chất l−ợng xi măng t−ơng đ−ơng hoặc cao hơn so với máy nghiền ống. (Việc phân bố kích th−ớc hạt đã đ−ợc cải thiện với cùng c−ờng độ. Các đặc tính khác nh−: c−ờng độ nén, thời gian cài đặt và khả năng làm việc là nh− nhau) 5/ Độ mịn của xi măng có thể dễ dàng kiểm soát bằng thay đổi tốc độ rôto của thiết bị chia tách. 1/ Hệ thống này phức tạp bởi vì bao gồm nhiều thiết bị. 2/ Hệ thống điều khiển t−ơng đ−ơng với hệ thống mạch kín của máy nghiền ống thông th−ờng. 3/ So với máy nghiền ống, −ớc tính có thể tiết kiệm đ−ợc 10% năng l−ợng. 4/ Hệ thống này có sử dụng rất nhiều phần nên chi phí bảo d−ỡng hơi cao. 5/ Hệ thống này có thể thích nghi đ−ợc mức độ sản xuất và điều kiện sản xuất khác nhau, giống nh− hệ thống máy nghiền bi. 1/ Hệ thống này phức tạp bởi vì có nhiều thiết bị. Nên việc vận hành và bảo d−ỡng không đ−ợc dễ dàng lắm. 2/ So với hệ thống máy nghiền ống, −ớc tính có thể tiết kiệm gần 10% năng l−ợng. 3/ Hệ thống này có sử dụng rất nhiều phần nên chi phí bảo d−ỡng cao và đòi hỏi phải dừng hệ thống một thời gian để sửa chữa các con lăn bằng bề mặt cứng… 4/ Hệ thống này không thể thích nghi đ−ợc mức sản xuất khác nhau do sự rò vật liệu tại mặt bên của con lăn do sự mài mòn bát th−ờng và nghiêng con lăn. 1/ Hệ thống này đơn giản và chi phí bảo d−ỡng rẻ hơn. 2/ So với các hệ thống nghiền khác, sự tiêu thụ điện cũng cao hơn. 3/ Thậm chí nếu thay thế thiết bị chia tách hiện thời bằng thiết bị chia tách hiệu suất cao hơn (O-SEPA) tiết kiệm đ−ợc ít năng l−ợng. 4/ Thiết bị chia tách thông th−ờng khó có thể thích nghi nhanh chóng với các điều kiện mong muốn klhác nhau về sản phẩm tinh mịn (sản xuất xi măng có độ mịn cao/ độ mịn thấp). 17 6/ Việc lắp đặt thiết bị ngoài trời là khả thi. 7/ L−ợng bụi phát ra rất thấp, do vậy môi tr−ờng tại nhà máy là sạch. 5/ Nếu máy dò tìm kim loại không hoạt động tốt, các con lăn sẽ bị h− hỏng lớn. TB nghiền sơ bộ - 4.0 3.5 - Máy nghiền 22.2 24.0 25.3 31.9- 33.2 Quạt, thiết bị chia tách 5.7 4.5 4.5 4.5 Thiết bị phụ đi kèm 1.0 1.5 1.5 1.5 Tiêu thụ điện (KWWT) (C−ờng độ nhỏ hơn 3200 cm2/g) Tổng cộng 28.9 34.0 34.8 37.9- 39.2 Chi phí bảo d−ỡng (-) 100 150 – 200 250 – 300 95 – 99 Chi phí ban đầu(-) 100 110 - 130 110 - 130 95 - 100 18 Nếu công suất của một máy nghiền bi hiện tại đ−ợc nâng lên 30 ữ50%, việc lắp đặt một máy nghiền đứng hoạt động theo ph−ơng thức nghiền sơ bộ hay nghiền bán tinh là ph−ơng thức hợp lý để tăng công suất theo yêu cầu. Các hệ thống dùng máy cán ép con lăn thì phức tạp hơn và độ tin cậy của chính máy cán ép con lăn vẫn hơi thấp hơn tiêu chuẩn của thiết bị sản xuất xi măng thông th−ờng. 1.3 Kết luận về tổng quan Các loại hệ thống nghiền hiện đại khác nhau đã đ−ợc xem xét, mỗi hệ thống đều có những −u điểm và nh−ợc điểm. Hệ thống nào phù hợp nhất trong một tr−ờng hợp cụ thể, sẽ phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau nh− đặc tính của vật liệu cần nghiền, công suất yêu cầu, chi phí năng l−ợng. Tuy nhiên, xu h−ớng nghiền vật liệu thô đã từ nghiền bằng va đập nh− trong máy nghiền bi chuyển sang nghiền bằng cắt xén/dịch chuyển(shear) và ép nén nh− trong máy nghiền con lăn. Giờ đây, ta cũng có thể thấy xu h−ớng này trong nghiền xi măng. Vì các vấn đề hiện tại liên quan đến độ tin cậy máy móc có thể coi là tạm thời, có thể nghĩ rằng trong t−ơng lai máy cán ép con lăn có thể sẽ có một vị trí mạnh hơn trong ngành công nghiệp xi măng. 19 Ch−ơng 2. Phần nghiền 2.1 Kết cấu máy nghiền 2.1.1 Kết cấu máy nghiền đứng thế hệ cũ Máy nghiền đứng đ−ợc chế tạo và sử dụng khá lâu tr−ớc đây. Trong các tài liệu của hãng Loesche có nhắc đến các máy nghiền con lăn dùng để nghiền than đ−ợc hãng cung cấp từ khi mới thành lập. Tuy nhiên hiện chỉ còn l−u giữ bản vẽ của máy nghiền than sản xuất năm 1928 (hinh 2.1). Có thể thấy đó là máy nghiền có công suất nhỏ nh−ng đã đ−ợc tích hợp thiết bị phân ly và các bộ phận chính của máy nghiền đứng hiện đại đã có ở đây. .Những máy nghiền đứng ban đầu đ−ợc chế tạo tai Liên xô cũ thuộc họ này th−ờng chỉ có bộ phận nghiền. Thiết bị phân ly đ−ợc chế tạo , lắp đặt độc lập (hình 2.2). Quá trình nghiền vật liêu đ−ợc thực hiện bằng ép và một phần bằng mài vật liệu giữa bàn nghiền 1 và quả cán 2. Các quả cán đ−ợc lắp trên các trục cố định và các cánh tay đòn 3. quả cán đ−ợc đè lên bàn nghiền bằng cơ cấu lò xo 4. áp lực lò xo phụ thuộc vào kích cỡ của máy nghiền có thể giao động từ 2,0 đến 500 KN trên một quả cán. Khi bàn nghiền quay do ma sát quả cán sẽ quay theo đồng thời vật liệu cấp lên bàn nghiền sẽ bị cuốn vào giữa quả cán và bàn nghiền và bị nghiền. Số l−ợng quả cán của loại máy này thông th−ờng là 2. Vận tốc quay của bàn nghiền 3 m/giây. Đ−ờng kính quả cán khoảng 0,7 đ−ờng kính bàn nghiền, chiều rông quả cán khoản 0,2 đ−ờng kính bàn nghiền. khi không có vật liệu giữa quả cán và bàn nghiền co khe hở Hinh 2. 2 Hinh 2.1 20 khoảng hơn 1mm . Khi có vật liệu nghiền giữa quả cán và bàn nghiền quả cán bị đẩy lên một chút tạo áp xuất cần thiết để nghiền vật liệu. Vật liệu bị nghiền đ−ợc luồng khí nóng từ vòng khe ôm xung quanh bàn nghiền 5 đ−a tới thiết bị phân ly láp trên máy nghiền, ở đó các hạt lớn bị lắng và rơi trở lại máy nghiền. Bàn nghiền đ−ợc dẫn động bằng động cơ điện qua hộp giảm tốc 6. Theo số liệu của Viện nhiệt học Liên bang tiêu hao năng l−ơng cho nghiền than khoảng 13-18 kw.g/tấn. Tại Liên xô tr−ớc đây loại máy này đ−ợc chế tạo với đ−ờng kính bàn nghiền từ 0,65-1,7m, đ−ờng kính quả cán từ 0,48-1,2m, vận tốc quay bàn nghiền từ 1,5- 0,75v/giây, công suất động cơ nghiền từ 20-240kw năng suất khoảng 1,6-22tấn/giờ tuỳ thuộc vào kính th−ớc máy nghiền khi nghiền vật liệu có độ cứng trung bình với độ min qua sàng số 008 với 10% trên sàng. Nh− ta thấy các máy nghiền đứng tr−ớc đây th−ờng có kích th−ớc công suất nhỏ và không phổ biến trong các ngành công nghiệp. Trong những năm 90 một số tiến bộ về công nghệ, thiết kế đ−ợc áp dụng cho thiết kế, chế tạo máy nghiền đứng đã dãn tới viêc máy nghiền đứng đ−ợc áp dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp nhất là công nghiệp xi măng. Trong 8 năm đầu của thập kỷ này riêng hãng Fuller đã cung cấp cho thị tr−ờng 35 máy nghiền liệu và 20 máy nghiền loại này dùng để nghiền than. Việc áp dụng các tiến bộ công nghệ và thiết kế cho phép chế tạo, sử dung các máy nghiền có hiêu quả hợn, với công suất lớn hơn, có thể nghiền vật liệu với độ ẩm lớn, có các thành phần dai, cứng, tăng đáng kể độ tin cậy của thiết bị. Cùng với việc tích hợp thiết bị phân ly hiệu suất cao Hinh 2. 3 phân ly xi lanh áp lực xi lanh bảo d−ỡng vòng khi bàn nghiền quả cán sản phẩm khí thoat ra 21 máy nghiền đứng thế hệ mới có đ−ợc tăng tr−ởng đáng kể về năng suất, giảm tổng chi phí về năng l−ợng và nâng cao chất l−ơng sản phẩm nghiền. 2.1.2 Các máy nghiền thế hệ hiện nay Hiện nay các máy nghiền con lăn đứng đa phần có dạng nh− hình 2.3, đa phần bao gồm cả phần nghiền phần nghiền và phần phân ly. Tuy nhiên để phục vụ mục đích nghiền sơ bộ ng−ời ta cũng chế tạo các máy nghiền con lăn đứng không có bộ phận phân ly trong một thiết bị. Cơ cấu nghiền của các máy hiện đại đ−ợc truyền động từ động cơ qua hộp giảm tốc hành tinh, trên đ−ợc lắp bàn nghiền. bề mặt bàn nghiền đ−ợc lót bằng các tấm chịu mài mòn. Để đảm bảo độ ổn định trong quá trình nghiền quả cán các máy nghiền con lăn hiện nay đ−ợc thiết kế với hệ thống tạo áp lực nghiền lên quả cán bằng thuỷ khí. Hệ thống này cho phép quả cán có thể giao động khi nghiền vẫn giữ nguyên áp lực đồng thời cho phép khởi động không tải bằng cách nhấc quả cán lên khi khỏi động. Cơ cấu tao áp lực bằng hệ thống thuỷ khí này cung cho phép điều chỉnh lớp vật liệu trên bàn nghiền một cách có hiệu quả và đảm bảo không có hiện t−ơng tiếp xúc trực tiếp giữa quả cán và bàn nghiền. Cơ cấu tạo áp lực thuỷ khí lên quả cán của một số hãng nh− MHI, KHI, IHI, Fuller, Loesch, có kết cấu t−ơng đối giống nhau( hình 2.3). Mỗi quả cán đ−ợc lắp trên một trụ, hệ thống thuỷ khí qua xi lanh tác động và cánh tay đòn lên quả cán. Để bảo d−ỡng các quả cán đ−ợc một xi lanh khác lắp phía ngoài lật ra. xi lanh này chỉ đ−ợc lắp vào khi có bảo d−ỡng sửa chữa quả cán. Các máy nghiền có sơ đồ kiểu này có thể cho phép thay đổi công suất bằng cách làm việc với số con lăn ít hơn số con lăn có thể lắp đặt trên cùng một máy, hoặc cho các con lăn cùng một lúc làm việc ở các chế độ khác nhau. Các con lăn đều có hệ thống bôi trơn c−ỡng bức liên tục và đ−ợc cấp khí vào khu vực các vòng bi Hình 2.4 22 tạo áp xuất d− không cho bụi xâm nhập. Cũng là kiểu con lăn có gối độc lập nh−ng các máy nghiền QUADROPOLđ của Krupp-Polysius có phần thân máy nghiền là một khối liên tục và các cụm gối đỡ (hình 2. 4) nằm trên phần thân bên ngoài bàn nghiền. Kiểu kết cấu này cũng cho phép các con lăn hoạt động độc lập nh− kiểu trên, nh−ng các vòng bị nằm tại gối đỡ bên ngoài vùng nghiền nên giảm ảnh h−ởng của nhiệt và khả năng bụi xâm nhập. Có thể thấy các cụm con lăn kiểu này khá phức tạp. Mỗi cụm con lăn có 5 xi lanh dảm bảo cho các chế đọ hoạt động của từng con lăn. Để bảo d−ỡng cả cụm con lăn đ−ợc kéo ra bằng một cặp xi lanh và đ−ợc hỗ trợ bởi hệ thống pa lăng chạy vòng tròn quanh máy nghiền. Một loại cơ cấu tạo áp lực khác có thể thấy ở các máy nghiền của hãng Pfeiffer hoặc máy nghiềm than cuả hãng Fuller (hình 2.5). Các con lăn nghiền đ−ợc liên kết với nhau qua một khung hoặc các con lăn có đầu cuối liên kết với nhau, khi đó hệ thống xi lanh qua khung liên kết hoặc đầu còn lại của các con lăn tác động lên toàn bộ các con lăn. Để đ−a các con lăn ra ngoài phục vụ cho bảo d−ỡng, sửa chữa các máy nghiền loại này có cơ cấu nâng riêng đ−a các con lăn qua các cửa bên hông t−ơng ứng và một thiết bị nâng bên ngoài để nâng con lăn đ−a hẳn ra ngoài. Do có khung liên kết dòng khí đi lên phân ly sẽ bị cản trở và giảm áp. Do các con lăn liên kêt với nhau nên việc điều chỉnh từng con lăn khó thực hiện đ−ợc và những tác động trong quá trình nghiền ở mỗi con lăn sẽ ảnh h−ởng đến các con lăn còn lại. Một dòng thiết bị nghiền đứng khác của Hãng Krupp có hệ thống con lăn bố trí theo cặp trên cùng một cụm. Các xi lanh thuỷ khí hai đầu gối đỡ ép cụm con lăn xuống bàn nghiền. Do chỉ bố trí đ−ợc hai cụm con lăn nên khả năng điều chỉnh từng con lăn hầu nh− không thể thực hiện cũng nh− không thể điều chỉnh cả cụm nếu không muốn tạo ra sự chênh lệch áp xuất trên bàn nghiền. Để bảo d−ỡng con lăn và bàn nghiền máy nghiền kiểu này có cả một hệ thống palăng nh− trong hình 2.6. Hiện tại nhà máy xi măng Sông Gianh đang lắp đặt loại máy RM54/27 của Krupp thuộc loại này. Các máy nghiền này có trọng l−ợng và kích th−ớc lớn hơn các thiết bị kiểu khác có cùng năng suất. Hình 2,5 24 Có thể nhận xét, con lăn hình côn cho áp lực đều trên chiều dài tiếp xúc (hình 2.7). Việc thay đổi độ côn của quả cán làm thay đổi sự chênh lêch vận tôc giữa bàn nghiền và con lăn dãn đến sự thay đổi hiệu quả nghiền ma sát. Thông th−ờng các náy nghiền đều có gờ sau con lăn. đối với máy nghiền có bề mặt côn gờ sau con lăn có chiều cao lớn hơn so với các máy nghiền đứng có con lăn hình cầu. Gờ sau con lăn tạo ra lớp đệm vật liệu mà trong đó trong dó quá trình nghiền ma sát có điều kiện diễn ra một cách ổn định, đồng thời tránh cho việc tiếp xúc trực tiếp giữa bàn nghiền và con lăn. Nh− vậy để tác động đến quá trình nghiền vật liệu bằng cánh thay đổi lực ép lên con lăn, thay đổi độ côn con lăn hoặc chiều cao gờ sau con lăn. Tuy nhiên góc côn của con lăn th−ờng đ−ợc xác định ngay từ lúc chế tạo thiết bị không thể thay đổi trong quá trình sử dụng, vì vậy để tác động lên quá trình nghiền có thể thay đổ áp lực lên quả cán qua hệ thống xi lanh thuỷ khí và thay đổi chiều cao gờ sau con lăn. Cũng t−ơng tự nh− con lăn côn về phạm vi áp dụng nh−ng con lăn côn có sự phân bố áp suất không đều trên chiều rộng của con lăn (hình 2.8). Vật liệu đ−ợc ép dần từ phía trong con lăn tới phía ngoài l−c ép tăng tới cực đại. Cũng nh− tr−ờng hợp đầu, gờ nghiền đảm bảo cho việc nghiền ma sát diễn ra một cách ổn định. Do nửa con lăn phía ngoài chịu áp suất và sự xê dịch của vật liệu lớn nên bị mài mòn nhanh hơn nửa phía trong vì vậy th−ờng chế tạo tấm lót đ−ợc chế tạo có dạng đối xứng ( b1=b2) để có thể đảo chiều, đảm bảo tận dung tôt toàn bộ tấm lót. Nh− đã nói ở trên con lăn hình côn và cầu đ−ợc áp dụng rộng rãĩ để nghiền các loại vật liệu, than, liệu trong công nghiệp xi măng, nghiền sơ bộ clinker. Việc sử dụng máy Hình 2.8: 25 nghiền đứng để nghiền clinker ở công đoạn nghiền tinh cho tới gần đây vẫn không phổ biến, khi nghiền kết thúc xi măng bằng máy nghiền con lăn không phải đã đạt đ−ợc tất cả các đặc tính chất l−ợng của xi măng nghiền bằng máy nghiền bi, do còn có những hạn chế nh−: - Khi nghiền với độ mịn cao nh− nghiền xi măng các máy nghiền con lăn đứng th−ờng bi rung . - Các tấm lót mài mòn nhiều dẫn đến sự thay đổi của chất l−ợng sản phẩm. - Thành phần độ hạt của sản phẩm tập trung trong một vùng hẹp trong dải độ mịn cho phép , điều này làm giảm chất l−ợng các sản phẩm sử dụng xi măng. Một yêu cầu thiết yếu trong việc phát triển máy nghiền con lăn để nghiền clinke xi măng là đạt đ−ợc sự vận hành êm. Trong các máy nghiền con lăn sự vận hành theo nguyên lý thu hồi bằng khí, độ nghiền rất mịn với kích th−ớc hạt từ 2 ữ50 àm bị ảnh h−ởng đáng kể bởi cơ cấu không hoàn hảo của lớp vật liệu bị nghiền. Vì có sự thông khí mạnh ở lớp vật liệu bị nghiền, vì sự tham gia các hạt kích cỡ nhỏ vào quá trình nghiền xi măng, và các lực ng−ợc lên lớn, các con lăn không hiệu quả lắm trong việc cuốn tập hợp lớn các hạt. Không giống nh− tình trạng nghiền vật liệu thô cho xi măng và than, đám các hạt chứa clinke xi măng hơi có xu h−ớng tụ lại mà không cần có tác động gì trên đ−ờng nghiền. Ai cũng biết rằng các hạt bụi bão hoà không khí về mặt vật chất thì nh− là chất lỏng. Ma sát bên trong và ma sát với các vật rắn là rất thấp. Đám hạt chảy nh− chất lỏng, và chảy xung quanh con lăn nghiền trên đ−ờng nghiền của nó, do vậy chỉ có khối l−ợng nhỏ mới chảy vào trong khe hở giữa con lăn và đ−ờng nghiền. Dòng chảy của đám hạt tr−ớc tiên cần bị nén lai dạng nêm ở phía tr−ớc c