Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

Chuyên đề xi măng

Q&A về hệ thống vòi đốt trong các nhà máy xi măng (P2)

25/11/2022 2:09:25 PM

World Cement đã đề nghị các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế vòi đốt đưa ra quan điểm của họ về một loạt các chủ đề có liên quan. Các ý kiến đóng góp cho ấn bản Hỏi & Đáp về Vòi đốt (Burner Q&A) năm nay là của: FCT Combustion, Thyssenkrupp Industrial Solutions và Unitherm Cemcon. 

>> Q&A về hệ thống vòi đốt trong các nhà máy xi măng (P1)

Các bước thiết kế nào có thể được thực hiện để đảm bảo hình thành ngọn lửa ổn định và duy trì tái tạo ngọn lửa?

FCT Combustion: Có một số nguyên tắc thiết kế cơ bản mà cần phải được tuân thủ theo để duy trì hình dạng ngọn lửa cho dù những biến động vận hành xảy ra trong lò - với các thông số chính liên quan tới động lượng vòi đốt đủ để khắc phục các biến động trong dòng gió hai và nhiệt độ.

FCT cũng tin tưởng rằng vòi đốt và cụ thể là đầu vòi đốt không nên có các chi tiết chuyển động. Duy trì các lỗ mở trong các kênh đúng như thiết kế ban đầu có nghĩa là hiệu suất vòi đốt sẽ không thay đổi qua thời gian. Sẽ khó tái tạo được hình dạng chính xác khi các chi tiết chuyển động và trong đó 1mm có thể tạo ra sự khác biệt. Độ linh hoạt vận hành đạt được nhờ cung cấp cho người vận hành khả năng thay đổi động lượng tổng và tỷ lệ chảy rối bằng cách điều chỉnh các thiết lập gió cấp và tỷ lệ gió cho các kênh khác nhau nhờ van lắp ở phía sau vòi đốt. Việc có đủ công cụ để thu nhận dữ liệu từ quá trình cũng rất quan trọng và việc vận hành vòi đốt cũng có thể thực hiện được các thay đổi đối với các thiết lập trên cơ sở các dữ liệu đó. Sự ổn định ở tất cả các khu vực trong quá trình vận hành lò, bao gồm các quy trình vận hành đạt tiêu chuẩn và thành phần hóa học bột liệu ổn định, tất cả sẽ mang lại tỷ lệ đốt cháy ổn định, kiểm soát quá trình đốt cháy và khí động học hiệu quả hơn. Việc phối trộn đồng nhất các nhiên liệu và việc cấp ổn định các nhiên liệu thay thế dẫn đến việc có thể duy trì tái tạo ngọn lửa. Tuy nhiên, có một thực tế là không bao giờ có được sự vận hành ổn định như thế. Khi nhiên liệu phối trộn với nhau hoặc các đặc tính của nhiên liệu thay thế, các nguyên liệu, nhiệt độ và các yếu tố khác nữa thay đổi, thì điều quan trọng là phải có được thiết kế vòi đốt linh hoạt có thể thích ứng được các điều kiện mới.

Thyssenkrupp Industrial Solutions: Hiện nay, có hai khả năng chính để kiểm soát hình dạng ngọn lửa với Polflame® VN là độ chảy rối và điều chỉnh dòng gió sơ cấp và áp suất. Lưu lượng và áp suất được kết nối với nhau thông qua đường cong hiệu suất của quạt gió sơ cấp, vì vậy thay đổi tốc độ quay của quạt hoặc vị trí của van gió sơ cấp sẽ ảnh hưởng tới cả hai. Polflame® VN là vòi đốt duy nhất trên thị trường có các vòi phun gió sơ cấp có thể điều chỉnh hoàn toàn bằng cơ học, cho phép thay đổi độ chảy rối trong khoảng từ 0 - 30°. Độ chảy rối được áp dụng để tạo ra cái gọi là vùng chảy ngược bên trong, tuần hoàn các sản phẩm cháy gần với điểm phun nhiên liệu làm gia tăng tốc độ cháy và giúp đưa ngọn lửa gần hơn với đầu vòi đốt. Việc tăng cường độ chảy rối mang lại ngọn lửa mạnh hơn, nóng hơn. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ ngọn lửa cũng có thể làm gia tăng lượng NOx tạo thành. Đối với các vòi đốt lớn, với tỷ lệ AF cao, độ chảy rối cao có thể khiến cho ngọn lửa chạm vào phần vật liệu chịu lửa và các hạt nhiên liệu chưa cháy đọng lại trên lớp clinker có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Sự cân đối giữa cải thiện quá trình đốt cháy và các tác dụng phụ làm hạn chế khả năng ứng dụng độ chảy rối tối đa trong thực tế. Độ phân tán được sử dụng sẽ là một thông số nữa có sẵn cho kiểm soát hình dạng ngọn lửa của polflame. Nó đã bị loại bỏ trong quá trình phát triển vòi đốt sau này vì nó đã làm cho việc điều chỉnh trở nên phức tạp hơn và nó không còn được các nhân viên vận hành nhà máy sử dụng trong thực tế nữa. Do đó, vòi đốt đã được thiết kế lại để đạt được độ bền cao hơn và đơn giản hơn.

Kích thước vòi phun gió sơ cấp cũng đóng một vai trò trong sự hình thành ngọn lửa, vì liên quan tới lượng gió sơ cấp, nó quyết định vận tốc gió. Để giúp người vận hành không gặp phải những rắc rối, vòi phun phải dễ dàng thay thế được, để khi lượng gió cần thiết thay đổi, chúng cũng có thể thay đổi được.

Cuối cùng là, việc sử dụng các vòi đốt kiểu hành tinh hỗ trợ tạo thành ngọn lửa với mức tỷ lệ AF cao trong lò như đã nói đến ở trên.

Unitherm Cemcon: Để đảm bảo hình dạng ngọn lửa có thể tái tạo được, một số thông số xác định cần phải được duy trì càng thấp càng tốt. Với vòi đốt M.A.S, có hai thông số chính gây ảnh hưởng tới hình dạng ngọn lửa.

Áp suất gió sơ cấp đi qua vòi phun gió sơ cấp xác định lượng và vận tốc các tia gió đi vào trong lò. Áp suất thường được chỉ ra bởi đồng hồ đo áp tại đầu vào gió sơ cấp của vòi đốt. Áp suất này cũng có thể được ghi lại nhờ sử dụng một máy phát báo áp lực.
Góc lái tia của vòi phun gió sơ cấp xác định độ chảy rối của khí đi vào trong lò. Độ chảy rối của M.A.S là từ 0 - 10° ( độ lái tia là 0 - 40°) được hiển thị tại thiết bị điều chỉnh ngọn lửa ở phía nguội của vòi đốt, nơi mà hình dạng ngọn lửa có thể thiết lập được. Thông số này cũng có thể được tự động hóa nhờ sử dụng một bộ truyền động điện với tín hiệu phản hồi vị trí thay vì hiệu chỉnh thủ công.
Nhờ sử dụng hai thông số này, hình dạng ngọn lửa có thể tái tạo lại thường xuyên theo như thiết lập trước đó.

Việc tránh được việc dừng lò và giảm bớt chi phí bảo trì là quan trọng đối với các nhà sản xuất xi măng. Làm thế nào để có thể tăng được tuổi thọ vòi đốt và vật liệu chịu lửa?

FCT Combustion: Sự tác động lẫn nhau giữa ngọn lửa và khí động học lò nung có thể là một yếu tố quan trọng quyết định tuổi thọ của vật liệu chịu lửa. Thiết kế vòi đốt quyết định biên dạng dòng nhiệt, là một yếu tố quan trọng cho việc hình thành lớp cô-la và vận hành ổn định. Sự hình thành lớp cô-la ổn định hiệu quả ở zôn nung là giải pháp tốt nhất để tăng tuổi thọ vật liệu chịu lửa trong lò ở khu vực chịu ứng suất nhiệt nhiều nhất.

Tuy nhiên, vòi đốt hoạt động trong một môi trường nhất định, mỗi lò mỗi khác. Thiết kế vòi đốt cần phải được điều chỉnh theo lò nung cụ thể trong đó nó được lắp đặt, có xem xét đến các đặc tính về điều kiện gió thứ cấp, lò nung, chụp lò và hình dạng máy làm nguội, nhiệt độ các dòng khí khác nhau và các bộ phận quá trình vì các đặc tính này có thể ảnh hưởng tới việc vòi đốt nên được thiết kế ra sao, ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt trong lò bị ảnh hưởng ra sao và các đặc tính này ảnh hưởng ra sao tới việc hình thành lớp cô-la ổn định, và các chu kỳ bay hơi cùng với các yếu tố khác nữa. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, như khi một vòi đốt mới đang được tìm kiếm để giải quyết vấn đề hiện tại trong lò, thì mô hình hóa có thể là một công cụ hữu hiệu cho tối ưu hóa.

Các lựa chọn thiết kế cơ bản dựa vào kết cấu vòi đốt có thể có tác động lớn tới tuổi thọ của chính vòi đốt. Các chi tiết chuyển động ở phía trước vòi đốt là các điểm yếu quan trọng, trong đó thiệt hại do hao mòn hoặc do nhiệt có thể làm thay đổi đáng kể hiệu suất vòi đốt, có khả năng gây hư hại vật liệu chịu lửa của lò. Quan điểm thiết kế của FCT là dựa vào các biện pháp thi công đơn giản và chắc chắn, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn khí động học của vòi đốt, kết hợp với thiết kế chi tiết được thực hiện một cách khoa học và được mô hình hóa nhằm đáp ứng các yêu cầu vận hành của lò cụ thể.

Việc lựa chọn đúng các nguyên vật liệu chịu được sự mài mòn, cũng như công cụ giám sát và điều chỉnh hiệu quả hơn các điều kiện vận hành, là cực kỳ quan trọng cho kéo dài tuổi thọ vòi đốt. FCT cũng sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt mới cho các chi tiết đầu vòi đốt để cải thiện việc làm nguội. Quản lý nhiệt vòi đốt là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong trường hợp yêu cầu kéo dài tuổi thọ vận hành của vòi đốt và khả năng của vòi đốt chịu được các sự cố bất lợi như mất điện chẳng hạn.

Thiết kế dễ dàng bảo trì là điều tối quan trọng để đưa vòi đốt trở lại trạng thái ban đầu của nó khi xảy ra sự cố.

Unitherm Cemcon: Thời gian bảo trì có thể được giảm thiểu nhờ sử dụng các nguyên vật liệu chất lượng cao tại các vòi phun của vòi đốt và vị trí dễ bị mài mòn của vòi đốt cũng như thiết kế đặc biệt cho các chi tiết chịu mài mòn/dự phòng để ít mất thời gian thay thế các chi tiết bị mài mòn.

Unitherm sử dụng thép đúc chịu nhiệt cho vòi phun của vòi đốt - điều này cho phép tăng tuổi thọ phục vụ lên. Để giảm bớt sự mài mòn tại vòi phun than, một lớp bề mặt được tôi cứng bằng hợp kim vonfram sẽ được sử dụng. Để giảm thiểu thời gian bảo trì vòi phun của vòi đốt, tất cả các vòi phun được thực hiện với một khớp nối có ren. Thiết kế này đã chứng tỏ là rất giá trị đối với tất cả các nhân viên bảo trì trong hai thập kỷ qua.

Toàn bộ các tiết diện đầu vào tại vòi đốt mà dễ bị mài mòn cơ học cao được thực hiện với lớp bảo vệ bằng gốm sứ (đầu vào cho than) hoặc lớp bề mặt cứng cho đầu vào nhiên liệu rắn thứ cấp.

Đối với tuổi thọ tối ưu của lớp lót chịu lửa, ống bọc vòi đốt phải được làm mát liên tục. Tại vòi đốt M.A,S. có một kênh gió sơ cấp, kênh phía ngoài thường được làm mát hoàn toàn bằng gió sơ cấp.

Một xu hướng quan trọng đã thấy trong lĩnh vực xi măng trong những năm gần đây là sự phổ biến rộng rãi công nghệ kỹ thuật số và "Công nghệ 4.0". Sự phát triển này đã đóng vai trò ra sao trong vận hành vòi đốt?

FCT Combustion: Công nghệ 4.0 và công nghệ kỹ thuật số là những xu hướng mạnh mẽ cho phép thu thập những lượng thông tin lớn hơn và chất lượng cao hơn từ quá trình vận hành vòi đốt. Với những lợi ích này, các quyết định hiệu quả hơn và nhanh chóng hơn có thể được đưa ra và lặp lại nhiều lần. Sự cải thiện hiểu biết về quá trình cũng có thể đạt được hiệu quả hơn.

Như đã được khởi xướng bởi các hệ thống giám sát chuyên gia trước đây, sự tương tác giữa các thiết bị khác nhau, các bộ cảm biến và các quá trình có thể được phối hợp hiệu quả hơn khi có sẵn thêm các thông tin, cho phép vận hành dễ dàng hơn, chất lượng tốt hơn, chi phí thấp hơn, và phát thải thấp hơn.

Thyssenkrupp Industrial Solution: Chúng tôi nhận thấy vòi đốt như là một phần của chương trình lớn hơn về tối ưu hóa hiệu suất của toàn bộ dây chuyền lò nung. Các mục tiêu tối ưu hóa có thể là đa dạng và các ưu tiên có thể là khác nhau đối với các khách hàng khác nhau hoặc có thể thay đổi qua thời gian. Hiệu quả vòi đốt tốt là cần thiết để đạt được các mục tiêu như sự ổn định tốt khi vận hành, đặc biệt là sự hình thành lớp cô-la, hiệu suất nhiên liệu cao, tối đa hóa mức thay thế nhiên liệu, giảm bớt phát thải và đảm bảo chất lượng sản phẩm cao, ổn định. Đôi khi, một vài trong số các mục tiêu này không tương thích với nhau, một ví dụ điển hình là việc tối đa hóa hiệu quả đốt cháy và giảm thiểu sự hình thành NOx. Số hóa trở thành một công cụ để hỗ trợ tối đa hóa các lợi ích cho khách hàng trong trường hợp các mục tiêu xung đột nhau và sự phụ thuộc phức tạp lẫn nhau của các yếu tố vận hành. Mặc dù, nó là một từ thông dụng được nhiều người sử dụng, nhưng số lượng các giải pháp kỹ thuật số đã được chứng minh với các kết quả hữu hình và có thể tái tạo đã bị hạn chế cho đến gần đây. Một xu hướng mà chúng tôi hiện đang thực hiện là tích hợp vòi đốt vào trong một chương trình tối ưu hóa chất lượng sản phẩm, cùng với các sản phẩm khác chúng tôi đã phát triển Polab®Cal. Một vấn đề liên quan tới việc kiểm soát chất lượng sản phẩm đó là thông tin chỉ có sẵn sau một khoảng thời gian bị chậm trễ từ vài ngày đến vài tuần từ quá trình sản xuất clinker, sau khi hoàn thành thí nghiệm cường độ chịu nén. Polab®Cal cung cấp dữ liệu phản hồi về clinker trong khoảng vài phút sau khi lấy mẫu. Khả năng phản ứng của clinker có thể được điều chỉnh trong các giới hạn nhất định bằng cách kiểm soát các điều kiện nung luyện và hỗn hợp nhiên liệu. Điều này có thể là một phần tro đã được điều chỉnh hòa trộn vào trong clinker hoặc có thể là một môi trường khí đốt nhiên liệu đã được điều chỉnh mà có thể được sử dụng để điều chế nồng độ kiềm, lưu huỳnh và các loại thứ yếu khác trong clinker. Các phát triển không chỉ ở phương pháp tính toán, mà còn ở phương pháp đo lường sẽ đẩy nhanh tốc độ tiếp nhận các giải pháp kỹ thuật số trong ngành xi măng, bao gồm cả việc vận hành và điều khiển vòi đốt.

Unitherm Cemcon: Tác động của Công nghệ 4.0 tới chính vòi đốt khá là hạn chế. Như đã đề cập đến ở trên, vòi đốt M.A.S. chỉ dựa vào một vài thông số để điều chỉnh ngọn lửa theo các yêu cầu của lò và các nhiên liệu được đốt.

Một vòi đốt M.A.S được tự động hóa hoàn toàn có thể được vận hành và điều khiển bởi một hệ thống chuyên gia để tối ưu hóa các thiết lập của vòi đốt dựa vào nhiệt độ bên trong lò, thành phần khí đốt đầu vào lò và chất lượng clinker.

Ông có thấy những bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt là gì không? Ngành xi măng có thể kỳ vọng nhìn thấy các phát triển nào trong những năm tới.

FCT Combustion: Các bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt phụ thuộc vào việc khu vực nào trên Thế giới đang được quan tâm đến, vì các khu vực khác nhau có các mối quan tâm môi trường, các kỳ vọng, các nhiên liệu khác nhau, các giai đoạn phát triển công nghệ khác nhau, và tương tự.

Theo thuật ngữ rất rộng, thì các bước tiếp theo rõ ràng sẽ là tận dụng khí hydro và oxi do sự hấp dẫn về môi trường của chúng liên quan tới việc khử giảm CO2. Tùy thuộc vào rất nhiều khả năng cung cấp, các khả năng này có thể có sẵn và được sử dụng riêng hoặc cùng nhau, với những lượng rất ít hoặc có khả năng là rất lớn.

Việc nghiên cứu về vị trí trong vòi đốt mà mỗi loại khí đốt này có thể được đưa vào, khi nào thì vận hành và kết hợp với nhiên liệu nào chúng có thể mang lại lợi ích nhiều nhất sẽ là cần thiết. Một số câu hỏi trong số các câu hỏi này có thể được đưa ra với các câu trả lời chung chung. Tuy nhiên, theo quan điểm chung của FCT, thì cần phải xem xét cẩn trọng các câu hỏi này và các câu hỏi khác trên cơ sở từng trường hợp một. Một lần nữa, trong một số trường hợp, mô hình hóa có thể là một công cụ hữu dụng.

Các nguyên liệu và các phương pháp xử lý mới có khả năng xuất hiện trong thiết kế tương lai gần, đặc biệt là trong các lĩnh vực vực quản lý nhiệt và mài mòn.

Thiết kế vòi đốt kiểu mô-đun cũng có thể trở thành tiêu chuẩn trong đó các nhà máy buộc phải thích ứng với các thay đổi nhanh chóng của các nhiên liệu có sẵn. Ngoài việc thiết kế vòi đốt cho một số nhiên liệu khác nhau mà có thể hoặc không thể đưa vào vận hành, có thể ảnh hưởng tới thiết kế chung vì lợi thế linh hoạt, nó có thể cho thấy hiệu quả hơn đáng kể khi cung cấp và là vòi đốt dễ dàng nâng cấp cải tạo với các phần có thể thay thế mà cho phép một nhóm điều kiện nhỏ hơn (ví dụ: các  nhiên liệu), sẽ được sử dụng gần với thiết kế tối ưu của chúng. 

Nhìn xa hơn, thì tính sẵn có của các thông tin theo thời gian thực về các điều kiện vận hành lò có thể dẫn đến việc lập mô hình lò và một vài điều chỉnh vòi đốt được tự động hóa để đảm bảo các điều kiện nung luyện được tối ưu hóa theo thời gian thực như những biến động trong quá trình vận hành. 

Unitherm Cemcon: Hiện tại, tất cả các xu hướng đều hướng tới việc tránh tạo ra CO2 bằng bất cứ giá nào. Do đó, rất nhiều nhà máy xi măng đang tiến hành các thử nghiệm với hydro hoặc với bất kỳ loại nhiên liệu oxi nào. 

Sự thành công của các thử nghiệm này phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ sản xuất nhiên liệu. Do đó, trước tiên là cần phải giảm bớt chi phí sản xuất đối với hydro xanh và tạo ra một chuỗi giá trị bền vững từ đầu đến cuối.

Một xu hướng mà sẽ tiếp tục phát triển đó là sử dụng các nhiên liệu rắn thứ cấp trong lò nung và calciner. Xu hướng này sẽ duy trì miễn là loại nhiên liệu này được xem như là CO2 trung tính.
(Hết)

Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Tạp chí World Cement số tháng 6/2022
ximang.vn

 

Share |

Các tin khác:

Q&A về hệ thống vòi đốt trong các nhà máy xi măng (P1) ()

Cân băng: Hướng dẫn dành cho người mua hàng ()

Các nhà máy xi măng đã dừng hoạt động ở Myanmar ()

10 nhà sản xuất xi măng hàng đầu Thế giới năm 2022 (P2) ()

10 nhà sản xuất xi măng hàng đầu Thế giới năm 2022 (P1) ()

Hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu dùng cho bê tông (P2) ()

Hoàn thiện tiêu chuẩn cốt liệu dùng cho bê tông (P1) ()

Quá trình sử dụng trầm tích biển làm vật liệu đắp nền và cốt liệu trong xây dựng ()

Chế tạo tấm vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát (P2) ()

Chế tạo tấm vật liệu xi măng lưới thép sử dụng một phần cốt liệu nhẹ keramzit thay thế cát (P1) ()

TIN MỚI

ĐỌC NHIỀU NHẤT

bannergiavlxd
faq

Bảng giá :

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Insee

1.000đ/tấn

1.800

Starcemt

1.000đ/tấn

1.760

Chifon

1.000đ/tấn

1.530

Hoàng Thạch

1.000đ/tấn

1.490

Bút Sơn

1.000đ/tấn

1.450

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Insee đa dụng

1.000đ/tấn

1.830

Kiên Giang

1.000đ/tấn

1.670

Vicem Hà Tiên

1.000đ/tấn

1.650

Tây Đô

1.000đ/tấn

1.553

Hà Tiên - Kiên Giang

1.000đ/tấn

1.440

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Xem bảng giá chi tiết hơn

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Hòa Phát

đồng/kg

18.940

Việt Ý

đồng/kg

18.890

Việt Đức

đồng/kg

18.880

Kyoei

đồng/kg

18.880

Việt Nhật

đồng/kg

18.820

Thái Nguyên

đồng/kg

19.390

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Hòa Phát

đồng/kg

19.040

Việt Ý

đồng/kg

18.990

Việt Đức

đồng/kg

19.180

Kyoei

đồng/kg

19.080

Việt Nhật

đồng/kg

18.920

Thái Nguyên

đồng/kg

19.540

Chủng loại

ĐVT

Giá bán

Hòa Phát

đồng/kg

18.890

Việt Ý

đồng/kg

18.840

Việt Đức

đồng/kg

18.830

Kyoei

đồng/kg

18.830

Việt Nhật

đồng/kg

18.770

Thái Nguyên

đồng/kg

19.340

Xem bảng giá chi tiết hơn

Vicem hướng tới công nghệ mới ngành Xi măng

Xem các video khác

Thăm dò ý kiến

Vì sao tiêu thụ xi măng, clinker giảm mạnh?