Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp xây dựng, bê tông cốt thép ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các công trình lưới điện trung và hạ áp. Tại Công ty TNHH Xây lắp Sản xuất và Thương mại Điện Cơ SDC, sản phẩm chính là cột điện bê tông ly tâm với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. Một trong những thách thức lớn là thời gian ninh kết bê tông kéo dài, ảnh hưởng đến năng suất và chi phí sản xuất. Theo ước tính, thời gian dưỡng hộ tự nhiên kéo dài đến 28 ngày, trong khi đó, việc gia nhiệt hơi nước có thể rút ngắn thời gian này xuống còn 8-10 giờ, đạt 60-70% cường độ bê tông so với dưỡng hộ tự nhiên.

Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế cải tiến hệ thống gia nhiệt hơi nước trong công nghệ đúc cột điện bê tông ly tâm nhằm tiết kiệm nhiên liệu, rút ngắn thời gian dưỡng hộ, đảm bảo chất lượng bê tông và giảm giá thành sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong 6 tháng (từ tháng 09/2015 đến tháng 04/2016) tại Công ty Điện Cơ SDC, bao gồm khảo sát hệ thống lò hơi công nghiệp sử dụng củi đốt, tính toán trao đổi nhiệt, thiết kế bộ hâm nước thu hồi nhiệt khói thải và cải tiến quy trình công nghệ sản xuất.

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xây dựng mô hình toán về cân bằng nhiệt - hóa hơi, đồng thời góp phần nâng cao hiệu suất nhiệt của lò hơi, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Về thực tiễn, đề tài giúp Công ty nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất và mở rộng quy mô đáp ứng nhu cầu thị trường khu vực miền Trung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết bê tông cốt thép: Bao gồm khái niệm bê tông, bê tông cốt thép, hỗn hợp bê tông, quá trình ninh kết và rắn chắc của xi măng Poóc lăng. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông như thành phần khoáng, độ mịn xi măng, nhiệt độ và độ ẩm môi trường được phân tích chi tiết. Quá trình gia nhiệt hơi nước được xem là biện pháp đẩy nhanh sự rắn chắc của bê tông, rút ngắn thời gian dưỡng hộ từ 28 ngày xuống còn 8-10 giờ.

  • Mô hình cân bằng nhiệt trong lò hơi công nghiệp: Phân tích các loại lò hơi (ống lò, ống lửa, ống nước), cấu tạo bộ quá nhiệt, bộ hâm nước và bộ sấy không khí. Các đặc tính cơ bản của lò hơi như sản lượng hơi, hiệu suất nhiệt, tổn thất nhiệt do khói thải, cháy không hoàn toàn, tỏa nhiệt ra môi trường và xỉ mang ra ngoài được mô hình hóa bằng các phương trình cân bằng nhiệt.

  • Khái niệm về thu hồi nhiệt khói thải: Tận dụng nhiệt độ khói thải cao (180-200°C) để làm nóng nước cấp vào lò hơi, tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu và giảm chi phí vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu thực tế tại Công ty TNHH XL SX & TM Điện cơ SDC, bao gồm thông số kỹ thuật lò hơi, quy trình sản xuất cột điện bê tông ly tâm, kết quả thí nghiệm cường độ bê tông có và không gia nhiệt hơi nước.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật để xác định các thông số trao đổi nhiệt trong lò hơi, lượng tiêu hao nhiên liệu, nhiệt lượng cần thiết cho quá trình gia nhiệt. Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống lò hơi hiện tại và đề xuất cải tiến bộ hâm nước thu hồi nhiệt.

  • Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm xác định cường độ bê tông theo thời gian ninh kết với và không có gia nhiệt hơi nước, sử dụng mẫu bê tông chuẩn và thiết bị đo cường độ nén WE-300. Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 09/2015 đến tháng 04/2016.

  • Phỏng vấn chuyên gia: Trao đổi với các chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí và công nghệ bê tông để hoàn thiện cơ sở lý luận và thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của gia nhiệt hơi nước đến thời gian ninh kết bê tông: Thực nghiệm cho thấy, bê tông được gia nhiệt hơi nước đạt 60-70% cường độ sau 8-10 giờ, trong khi mẫu không gia nhiệt cần đến 28 ngày để đạt cường độ tương tự. Điều này chứng minh hiệu quả rõ rệt của phương pháp gia nhiệt trong rút ngắn thời gian dưỡng hộ.

  2. Hiệu suất lò hơi và tổn thất nhiệt: Lò hơi ống lò - ống lửa hiện tại có nhiệt độ khói thải dao động từ 180-200°C, gây tổn thất nhiệt do khói thải khoảng 4-8%. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về mặt hóa học và cơ học lần lượt chiếm khoảng 0,5-2%. Hiệu suất nhiệt của lò hơi được cải thiện đáng kể khi áp dụng bộ hâm nước thu hồi nhiệt khói thải.

  3. Tiêu hao nhiên liệu và tiết kiệm năng lượng: Qua tính toán, việc thiết kế bộ hâm nước tận dụng nhiệt khói thải giúp giảm lượng củi tiêu hao khoảng 10-15%, đồng thời giảm chi phí nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.

  4. Ưu nhược điểm hệ thống lò hơi hiện hữu: Lò hơi sử dụng củi đốt có ưu điểm chi phí nhiên liệu thấp, cấu tạo đơn giản nhưng nhược điểm là hiệu suất nhiệt thấp, tổn thất nhiệt lớn và khó kiểm soát nhiệt độ hơi. Việc cải tiến hệ thống gia nhiệt và thu hồi nhiệt là cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Thảo luận kết quả

Kết quả thực nghiệm và tính toán cho thấy gia nhiệt hơi nước là phương pháp hiệu quả để rút ngắn thời gian ninh kết bê tông, phù hợp với yêu cầu sản xuất cột điện bê tông ly tâm tại Công ty Điện Cơ SDC. Việc áp dụng bộ hâm nước thu hồi nhiệt khói thải không chỉ nâng cao hiệu suất nhiệt của lò hơi mà còn góp phần tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải khí độc hại.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với báo cáo của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng về hiệu quả của gia nhiệt hơi nước trong đẩy nhanh quá trình rắn chắc bê tông. Biểu đồ so sánh cường độ bê tông theo thời gian giữa mẫu gia nhiệt và không gia nhiệt minh họa rõ sự khác biệt về tốc độ phát triển cường độ.

Việc cải tiến lò hơi và hệ thống gia nhiệt cũng phù hợp với xu hướng phát triển kỹ thuật lò hơi hiện đại, hướng tới tăng sản lượng hơi, áp suất và hiệu suất nhiệt cao hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý đảm bảo độ ẩm và nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt để tránh hiện tượng đóng vỏ xi măng sớm, ảnh hưởng đến chất lượng bê tông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thiết kế và lắp đặt bộ hâm nước thu hồi nhiệt khói thải: Tận dụng nhiệt độ khói thải cao (180-200°C) để làm nóng nước cấp vào lò hơi, giảm tiêu hao nhiên liệu khoảng 10-15%. Thời gian thực hiện dự kiến 3 tháng, do bộ phận kỹ thuật Công ty Điện Cơ SDC phối hợp với chuyên gia cơ khí.

  2. Cải tiến quy trình gia nhiệt hơi nước: Áp dụng chế độ gia nhiệt hơi nước ở áp suất 2 atm, nhiệt độ 80-85°C trong 8-10 giờ để rút ngắn thời gian ninh kết bê tông, nâng cao năng suất sản xuất. Thời gian áp dụng ngay trong vòng 1 tháng sau khi hoàn thiện thiết kế.

  3. Đào tạo và nâng cao nhận thức nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về vận hành lò hơi, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình gia nhiệt nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn lao động. Thời gian đào tạo 1 tháng, do phòng kỹ thuật và nhân sự phối hợp thực hiện.

  4. Theo dõi và đánh giá hiệu quả sau cải tiến: Thiết lập hệ thống giám sát tiêu hao nhiên liệu, thời gian dưỡng hộ và chất lượng bê tông định kỳ để đánh giá hiệu quả cải tiến, điều chỉnh kịp thời. Thời gian theo dõi liên tục trong 6 tháng đầu sau cải tiến.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia công nghệ bê tông: Nghiên cứu các phương pháp gia nhiệt và cải tiến quy trình sản xuất bê tông ly tâm, áp dụng trong sản xuất công nghiệp.

  2. Nhà quản lý và lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng: Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của việc cải tiến hệ thống gia nhiệt, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí, xây dựng: Tìm hiểu về ứng dụng thực tiễn của lý thuyết cân bằng nhiệt trong lò hơi và công nghệ sản xuất bê tông cốt thép.

  4. Các nhà thiết kế và chế tạo thiết bị lò hơi công nghiệp: Tham khảo các giải pháp thiết kế bộ hâm nước, bộ quá nhiệt và hệ thống thu hồi nhiệt nhằm nâng cao hiệu suất thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Gia nhiệt hơi nước có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng bê tông?
    Gia nhiệt hơi nước giúp rút ngắn thời gian ninh kết, tăng cường quá trình thủy hóa xi măng, từ đó nâng cao cường độ bê tông nhanh hơn. Ví dụ, bê tông gia nhiệt đạt 60-70% cường độ sau 8-10 giờ so với 28 ngày ở điều kiện tự nhiên.

  2. Làm thế nào để giảm tổn thất nhiệt do khói thải trong lò hơi?
    Thiết kế bộ hâm nước thu hồi nhiệt khói thải giúp tận dụng nhiệt độ cao của khói thải (180-200°C) để làm nóng nước cấp, giảm tổn thất nhiệt khoảng 4-8% và tiết kiệm nhiên liệu.

  3. Tại sao cần kiểm soát độ ẩm khi gia nhiệt bê tông?
    Độ ẩm cao giúp duy trì quá trình thủy hóa liên tục, tránh hiện tượng đóng vỏ xi măng sớm do mất nước nhanh, đảm bảo chất lượng bê tông và tránh nứt vỡ.

  4. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại bê tông khác không?
    Công nghệ gia nhiệt hơi nước phù hợp với nhiều loại bê tông, đặc biệt là bê tông cốt thép đúc sẵn, giúp rút ngắn thời gian dưỡng hộ và nâng cao năng suất sản xuất.

  5. Chi phí đầu tư cải tiến hệ thống gia nhiệt có cao không?
    Chi phí đầu tư chủ yếu vào thiết kế và lắp đặt bộ hâm nước thu hồi nhiệt, tuy nhiên tiết kiệm nhiên liệu và tăng năng suất sẽ bù đắp chi phí trong thời gian ngắn, nâng cao hiệu quả kinh tế.

Kết luận

  • Gia nhiệt hơi nước hiệu quả trong việc rút ngắn thời gian ninh kết bê tông ly tâm từ 28 ngày xuống còn 8-10 giờ, đạt 60-70% cường độ yêu cầu.
  • Hệ thống lò hơi hiện tại có tổn thất nhiệt do khói thải khoảng 4-8%, có thể giảm đáng kể bằng bộ hâm nước thu hồi nhiệt.
  • Thiết kế cải tiến bộ hâm nước giúp tiết kiệm nhiên liệu 10-15%, giảm chi phí sản xuất và ô nhiễm môi trường.
  • Cải tiến quy trình và đào tạo nhân viên vận hành là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng và an toàn sản xuất.
  • Đề xuất triển khai thực hiện trong 6 tháng, theo dõi hiệu quả và điều chỉnh kịp thời nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Liên hệ phòng kỹ thuật Công ty Điện Cơ SDC để triển khai thiết kế bộ hâm nước và tổ chức đào tạo vận hành hệ thống gia nhiệt mới.