Việc cải tạo tăng năng suất một lò nung xi măng hiện có sẽ làm tăng sản lượng clinker lên, đồng thời cũng có thể cải thiện được hiệu suất năng lượng. Trong phạm vi những lợi ích thu được từ một dự án cải tạo như vậy phụ thuộc vào các điều kiện vận hành cụ thể và việc tiêu hao năng lượng.
>> Cải tạo tăng năng suất lò nung xi măng (P2)
Theo kinh nghiệm của Công ty tư vấn Holtec, việc cải tạo hoặc nâng cấp công đoạn nung clinker có thể tiết kiệm nhiệt năng được tối thiểu khoảng 15 ÷ 20 kcal/kg clinker và 3 ÷ 5 kWh điện năng /tấn xi măng. Hơn nữa, chi phí đầu tư cho dự án cải tạo cơ bản thấp hơn khoảng 60 ÷ 70% so với chi phí đầu tư cho dự án xây mới.
1. Đánh giá tiềm năng năng suất lò nung
Tải trọng thể tích riêng và tải trọng nhiệt riêng của lò nung là những tiêu chí cơ bản khi đánh giá và xác định kích thước của lò. Các thông số này lại phụ thuộc vào khả năng nung luyện của phối liệu, là một một hàm thành phần hóa học và khoáng vật học, độ mịn và độ đồng nhất của phối liệu. Các chỉ số quan trọng trong thành phần hóa học và khoáng vật học chính là hệ số bão hòa vôi (LSF), mô đun silic (SM), phần thạch anh có kích thước hạt > 45µm, phần can-xít có kích thước hạt > 125µm. Hỗn hợp liệu có độ đồng nhất cao và dễ nung có thể làm tăng tải trọng thể tích của lò lên cao hơn. Bảng 01 cho thấy các thông số mà có thể đánh giá lò nung trong trường hợp hỗn hợp liệu có đặc tính nung thông thường.
- Tăng tốc độ lò bằng cách thay đổi tỷ số giảm tốc thông qua việc sửa đổi các chi tiết bên trong hộp giảm tốc và thay thế động cơ điện hiện có bằng một động cơ có công suất lớn phù hợp.
- Thay thế hệ thống truyền động lò hiện có bằng một hệ thống mới có thiết kế phù hợp.
Tuy nhiên, độ ổn định cơ học của hệ thống lò này cần phải được thiết lập sao cho công suất có thể tăng lên tới 9500 T-cl/ngày.
![]()
Bảng 02: Các thông số lò và việc đánh giá lò tiêu biểu.
Đánh giá tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ (precalciner) và máy làm nguội:
Bên cạnh việc đánh giá tiềm năng của lò, các tháp trao đổi nhiệt, precalciner và máy nguội clinker cũng phải được xem xét.
![]()
Lò nung số 1 của nhà máy xi măng Hoàng Thạch.
Tháp trao đổi nhiệt:
Số tầng và số nhánh tháp trao đổi nhiệt phụ thuộc vào một số yếu tố, gồm cả năng suất của lò nung và độ ẩm của nguyên liệu. Các tháp trao đổi nhiệt hiện đại được thiết kế với độ sụt áp thấp để mang lại hiệu quả phân ly tốt, đặc biệt là ở các tầng phía trên và bên dưới. Các vận tốc đầu vào cyclone được thiết kế trong khoảng 12 ÷ 15 m/s.
Năng suất của tháp trao đổi nhiệt được đánh giá thông qua các thông số đo lường công nghệ như nhiệt độ, áp suất và hàm lượng khí oxy. Ngoài ra, vận tốc gió trong các ống đứng được tính toán ứng với mức công suất hiện thời. Các tiêu chuẩn đánh giá tháp trao đổi nhiệt có thể chấp nhận được nêu ở Bảng 03.
Phân bố áp suất trong mỗi tầng trao đổi nhiệt và vận tốc gió bên trong các ống đứng để cải tạo công suất khi đó sẽ được tính toán xác định. Nếu như các giá trị áp suất này vượt quá định mức cho phép, thì cần phải tiến hành cải tạo tháp trao đổi nhiệt hiện có, có thể bao gồm các công việc sau:
- Thay thế tầng cyclone trên cùng hiện có bằng các cyclone hiệu suất cao có độ sụt áp thấp;
- Lắp bổ sung thêm cyclone thứ 3 song song với 2 xi-clon tầng trên cùng của tháp trao đổi nhiệt;
- Lắp bổ sung thêm một tầng mở rộng;
- Tiến hành nghiên cứu mô hình học chất lưu tính toán (CFD) của cyclone mà mang lại độ sụt áp cao hơn 120 mmWC;
- Thay đường ống dẫn xuống hiện có bằng đường ống lớn hơn phù hợp;
- Mở rộng đầu vào các cyclone và ống các đường ống đứng;
- Thay thế các khoang phân tán bột liệu hiện có bằng các khoang được thiết kế phù hợp với công nghệ mới nhất;
- Giảm chiều cao của khoang phân tán đến 0,5m tính từ đỉnh của cyclone trung gian phía dưới;
- Thay thế các van cấp liệu hiện có bằng các van mới;
- Loại trừ gió giả đi vào tháp trao đổi nhiệt.
Cần tiến hành kiểm tra về mặt kết cấu để xác định độ ổn định của các thay đổi điều chỉnh này trong kết cấu hiện có.
Theo kinh nghiệm của Công ty tư vấn Holtec, việc cải tạo hoặc nâng cấp công đoạn nung clinker có thể tiết kiệm nhiệt năng được tối thiểu khoảng 15 ÷ 20 kcal/kg clinker và 3 ÷ 5 kWh điện năng /tấn xi măng. Hơn nữa, chi phí đầu tư cho dự án cải tạo cơ bản thấp hơn khoảng 60 ÷ 70% so với chi phí đầu tư cho dự án xây mới.
1. Đánh giá tiềm năng năng suất lò nung
Tải trọng thể tích riêng và tải trọng nhiệt riêng của lò nung là những tiêu chí cơ bản khi đánh giá và xác định kích thước của lò. Các thông số này lại phụ thuộc vào khả năng nung luyện của phối liệu, là một một hàm thành phần hóa học và khoáng vật học, độ mịn và độ đồng nhất của phối liệu. Các chỉ số quan trọng trong thành phần hóa học và khoáng vật học chính là hệ số bão hòa vôi (LSF), mô đun silic (SM), phần thạch anh có kích thước hạt > 45µm, phần can-xít có kích thước hạt > 125µm. Hỗn hợp liệu có độ đồng nhất cao và dễ nung có thể làm tăng tải trọng thể tích của lò lên cao hơn. Bảng 01 cho thấy các thông số mà có thể đánh giá lò nung trong trường hợp hỗn hợp liệu có đặc tính nung thông thường.
 Bảng 01: Các tham số để đánh giá lò (có khả năng nung hỗn hợp thông thường). |
Ví dụ: một lò nung có đường kính 5,5m, chiều dài 86m, vận hành với công suất 7000 T/ngày và thể tích hiệu dụng của lò là 1729 m3, tải trọng thể tích riêng ổn định 5,5 T/ngày/m3, thì có thể cho năng suất clinker cực đại là 9500 T/ngày (1729m3 x 5,5 T/ngày.m3 = 9500 T-cl/ngày). Phương thức và công tác đánh giá lò tiêu biểu này được tóm lược trong Bảng 02. Từ các số liệu này, rõ ràng là tốc độ lò cần được tăng lên tới 5 vòng/phút để đạt được năng suất clinker 9500 tấn/ngày với độ nạp đầy 12%. Để thỏa mãn các yêu cầu này, các lựa chọn dưới đây có sẵn cho sử dụng:
- Tăng tốc độ lò bằng cách thay đổi tỷ số giảm tốc thông qua việc sửa đổi các chi tiết bên trong hộp giảm tốc và thay thế động cơ điện hiện có bằng một động cơ có công suất lớn phù hợp.
- Thay thế hệ thống truyền động lò hiện có bằng một hệ thống mới có thiết kế phù hợp.
Tuy nhiên, độ ổn định cơ học của hệ thống lò này cần phải được thiết lập sao cho công suất có thể tăng lên tới 9500 T-cl/ngày.
Bảng 02: Các thông số lò và việc đánh giá lò tiêu biểu.
Đánh giá tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ (precalciner) và máy làm nguội:
Bên cạnh việc đánh giá tiềm năng của lò, các tháp trao đổi nhiệt, precalciner và máy nguội clinker cũng phải được xem xét.
Lò nung số 1 của nhà máy xi măng Hoàng Thạch.
Tháp trao đổi nhiệt:
Số tầng và số nhánh tháp trao đổi nhiệt phụ thuộc vào một số yếu tố, gồm cả năng suất của lò nung và độ ẩm của nguyên liệu. Các tháp trao đổi nhiệt hiện đại được thiết kế với độ sụt áp thấp để mang lại hiệu quả phân ly tốt, đặc biệt là ở các tầng phía trên và bên dưới. Các vận tốc đầu vào cyclone được thiết kế trong khoảng 12 ÷ 15 m/s.
Năng suất của tháp trao đổi nhiệt được đánh giá thông qua các thông số đo lường công nghệ như nhiệt độ, áp suất và hàm lượng khí oxy. Ngoài ra, vận tốc gió trong các ống đứng được tính toán ứng với mức công suất hiện thời. Các tiêu chuẩn đánh giá tháp trao đổi nhiệt có thể chấp nhận được nêu ở Bảng 03.
Phân bố áp suất trong mỗi tầng trao đổi nhiệt và vận tốc gió bên trong các ống đứng để cải tạo công suất khi đó sẽ được tính toán xác định. Nếu như các giá trị áp suất này vượt quá định mức cho phép, thì cần phải tiến hành cải tạo tháp trao đổi nhiệt hiện có, có thể bao gồm các công việc sau:
- Thay thế tầng cyclone trên cùng hiện có bằng các cyclone hiệu suất cao có độ sụt áp thấp;
- Lắp bổ sung thêm cyclone thứ 3 song song với 2 xi-clon tầng trên cùng của tháp trao đổi nhiệt;
- Lắp bổ sung thêm một tầng mở rộng;
- Tiến hành nghiên cứu mô hình học chất lưu tính toán (CFD) của cyclone mà mang lại độ sụt áp cao hơn 120 mmWC;
- Thay đường ống dẫn xuống hiện có bằng đường ống lớn hơn phù hợp;
- Mở rộng đầu vào các cyclone và ống các đường ống đứng;
- Thay thế các khoang phân tán bột liệu hiện có bằng các khoang được thiết kế phù hợp với công nghệ mới nhất;
- Giảm chiều cao của khoang phân tán đến 0,5m tính từ đỉnh của cyclone trung gian phía dưới;
- Thay thế các van cấp liệu hiện có bằng các van mới;
- Loại trừ gió giả đi vào tháp trao đổi nhiệt.
Cần tiến hành kiểm tra về mặt kết cấu để xác định độ ổn định của các thay đổi điều chỉnh này trong kết cấu hiện có.
ximang.vn (Theo Tạp chí KHKT xi măng)
