MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Than đá là nguồn năng lượng hóa thạch có ở nhiều quốc gia trên thế giới. Nước ta là một trong những quốc gia có trữ lượng than đá vào loại lớn trên thế giới. Các mỏ than đá của nước ta nằm tập trung ở các tỉnh Phìa Bắc như Quảng Ninh, Thái Nguyên, Ninh Bính, Hòa Bính.
Trong số này có nhiều mỏ than đã được khai thác hàng trăm năm nay. Hiện tại qua thăm dò, cho thấy vỉa than nằm trên lưu vực sông Hồng mà chủ yếu ở hai tỉnh Thái Binh và Hưng Yên có trữ lượng dự đoán lên tới hàng tỷ tấn. Than đá được phân loại ngay trong khai thác theo tình chất của từng mỏ than như than mỡ, than kìp lê,… Do than đá được khai thác từ mỏ tự nhiên nên có các kìch thước khác nhau, từ kìch thước rất bé dạng bụi đến những cục rất lớn. Tùy theo mục đìch sử dụng mà người ta cần chủng loại than đá và kìch thước yêu cầu khác nhau.
Nên sau khai thác, than đá tiếp tục được phân loại theo kìch thước (tuyển than) để đáp ứng mục tiêu của thị trường. Than đá có vị trì, vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng để sản xuất điện năng, xi măng, thép…hoặc sử dụng nhiệt trực tiếp. Trước đây việc xuất khẩu than thường chỉ là xuất khẩu thô không qua chế biến nên mang lại giá trị kinh tế không cao. Vì dụ với than đá cục nặng, giá xuất khẩu từ 180 220 USD/tấn, nhưng nếu qua chế biến thành than đá nặng có kìch thước hạt từ 0,6 8,0 mm thí giá xuất khảu lên tới 250 280 USD/tấn.
Mặc dù có giá bán cao, trong xuất khẩu cũng không thể lấy than cám có giá bán rất thấp chỉ vào khoảng 100 140 USD/tấn để sàng phân loại ra than đá có kìch thước hạt từ 0,6 8,0 mm. Ví trong than cám có lẫn nhiều bụi đất làm giảm chất lượng (đặc biệt là nhiệt trị và có các thành phần khác không phải than). Than đá là loại vật liệu có cấu tạo vô định hính, độ bền rất thấp nhưng độ cứng rất cao. Theo Nguyễn Đính Tuyển, đường cong phân bố các phần tử khi nghiền than đá có dạng đường cong lôgarit [6] hay sản phẩm nghiền bởi tác động va LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 đập sẽ sinh ra nhiều phần tử có kìch thước bụi bột.
Ví vậy với máy nghiền búa thông thường dùng nghiền than đá thí sản phẩm nghiền có tỉ lệ các phần tử nghiền kìch thước bé rất cao, ví vậy sau khi nghiền phải chi phì nhiều cho công việc phân loại. Đồng thời những sản phẩm nghiền có kìch thước quá nhỏ lại trở thành thứ phẩm vừa gây bụi tạo nguồn ô nhiễm, vừa làm thất thoát sản phẩm nên không mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do việc ứng dụng nguyên lý nghiền búa không mang lại hiệu quả kinh tế, nhiều cơ sờ chế biến than đá trong nước đã áp dụng các nguyên lý nghiền khác như nghiền trục, chậu con lăn, …để hạn chế lực va đập gây bụi bột. Mặc dù các nguyên lý nghiền này có giảm tỉ lệ sản phẩm nghiền than đá dạng bụi bột, nhưng vẫn còn cao.
Mặt khác do than đá là loại vật liệu có độ cứng cao (nên cũng rất giòn, dễ vỡ vụn), làm nhanh hư hỏng các chi tiết tạo lực nghiền như bề mặt trục nghiền. Đồng thời các nguyên lý nghiền này cho mức tiêu thụ điện năng lớn, năng suất thấp. Ví vậy, việc nghiên cứu tím ra mô hính máy nghiền than đá hợp lý theo yêu cầu công nghệ để từ đó xác định một số thông số tối ưu cho mô hính có tình cấp thiết cao, ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc. Được sự chấp thuận của phòng Sau đại học, khoa Cơ điện và Công trính, Ban Giám hiệu trường Đại học Lâm nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của PGS.
Trần Thị Thanh, tôi xin thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xác định mô hình máy nghiền than đá và một số thông số tối ưu cho mô hình”. Mục đích nghiên cứu của đề tài Lựa chọn mô hính máy nghiền than đá và một số thông số kết cấu và công nghệ tối ưu của máy để ứng dụng vào sản xuất tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh tỉnh Trà Vinh nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong chế biến than đá xuất khẩu của doanh nghiệp. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là quá trính và thiết bị nghiền than đá phục vụ chế biến than đá xuất khẩu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 Phạm vi nghiên cứu về thiết bị là hệ thống nghiền than đá hoàn chỉnh có bộ phận nghiền làm việc theo nguyên tắc kiểu búa va đập tự do.
Phƣơng pháp nghiên cứu Áp dụng các phương pháp điều tra thống kê, tra cứu tài liệu để nghiên cứu phần nội dung tổng luận và cơ sở lý luận của đề tài. Dựa trên kết quả nghiên cứu tổng quan và vận dụng lý thuyết tình toán máy nghiền búa, lý thuyết tình toán vìt tải, lý thuyết tình toán xyclon, lý thuyết tình toán bộ phận lọc túi vải để xác định mô hính máy nghiền than đá theo yêu cầu công nghệ sản xuất chế biến than đá. Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xây dựng hai mô hính toán học nhằm điều khiển quá trính công nghệ nghiền than đá yêu cầu là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6 8 mm TL [%] và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t]. Các thông số tối ưu hóa TƯH được xác định bằng tối ưu hóa các mô hính toán học được lập theo phương pháp TƯH đơn và đa mục tiêu.
Quá trính tình toán TƯH được tiến hành trên máy tình điện tử bằng phần mềm của các tác giả Nguyễn Như Nam, Trần Thị Thanh, Nguyễn Trì Tấn (1998) và kiểm tra lại bằng thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học của đề tài là: + Xây dựng được hai mô hính toán học mô tả công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất khẩu sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho các ngành xử lý nước và năng lượng là tỷ lệ cấu tử bột nghiền có kìch thước từ 0,6 8 mm TL [%] và chi phì điện năng riêng để nghiền Ar [kWh/t]. + Điều khiển “tĩnh” quá trính công nghệ nghiền than đá phục vụ chế biến than đá cho xuất khẩu. + Xác định được các thông số tối ưu hóa cho quá trính và thiết bị nghiền than đá cho máy nghiền than đá MNTĐ – 2 do công ty TNHH.
Sản xuất – Thương mại – LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Cơ khì – Như Thành chế tạo chuyển giao lắp đặt tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là: Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã được ứng dụng trực tiếp vào sản xuất chế biến than đá tại công ty Cổ phần Trà Bắc Thành phố Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh đã nâng cao được hiệu quả chế biến than đá phục vụ yêu cầu xuất khẩu sang Nhật Bản làm nguyên liệu cho các ngành xử lý nước và năng lượng. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể và ứng dụng máy nghiền than đá vào sản xuất ở ngoài nƣớc 1.
Tổng luận các công trình đã công bố về quá trình nghiền vỡ vật thể Quá trính nghiền là một trong những quá trính cơ học được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thực phẩm, dược phẩm cho người và gia súc, khai thác mỏ, công nghiệp hóa chất,…Ví vậy lý thuyết nghiền nói chung và cho từng nguyên lý nghiền được xây dựng thành hệ thống hoàn chỉnh. Với mục đìch xác định chi phì năng lượng phục vụ cho việc tình toán thiết kế máy nghiền, nên các thuyết nghiền lần lượt ra đời. Năm 1867 nhà bác học người Đức P.Ritingon [6] đã đề xuất thuyết bề mặt với nội dung: "Công dùng cho quá trính nghiền với bề mặt mới tạo thành của vật liệu đem nghiền". Biểu diễn định luật nghiền diện tìch dưới dạng biều thức toán học là: As f S [J] (1.1) Trong đó : As – công chi phì để nghiền vỡ vật thể, tạo bề mặt mới, [J]; S – diện tìch bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện tìch riêng bề mặt).
Thuyết diện tìch của P.Ritingon tương đối đúng với các quá trính nghiền khi sản phẩm nghiền có dạng bột. Tuy nhiên khi nghiền cho sản phẩm có kìch thước lớn trong các ngành sản xuất than đá, hay đá làm vật liệu xây dựng, giao thông thí biều thức (1.1) có sai số lớn. Phát hiện bằng thực nghiệm cho thấy thuyết diện tìch có sai số lớn khi nghiền cho sản phẩm nghiền có kìch thước lớn ( nghiền thô), năm 1874 nhà bác học người Nga V.Kirpitrev đề xuất thuyết thể tìch và được giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa vào năm 1885 [6]. Nội dung cơ bản của thuyết thể tìch là : "Công cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với mức biến đổi thể tìch của vật liệu".
Biểu thức biểu diễn thuyết nghiền thể tìch là: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2) Trong đó : Av – công chi phì để nghiền vỡ vật thể, [J]; V – phần thể tìch vật thể bị biến dạng. Phần thể tìch bị biến dạng V lại tỉ lệ thuận với thể tìch ban đầu V của tất cả các cục vật liệu, nghĩa là V k1. Cho nên : Av = k.4) Trong đó: k1,k2 – các hệ số tỉ lệ trong các công thức theo thuyết thể tìch. m – khối lượng cục vật liệu nghiền.
Trái ngược với thuyết diện tìch, thuyết thể tìch lại có sai số lớn khi giải thìch về chi phì năng lượng cho quá trính nghiền mịn đến siêu mịn, đặc biệt là cho các ngành sản xuất xi măng, bột đá mịn vốn rất thịnh hành trong thời kỳ này. Ví vậy nằm 1952, nhà bác học người Đức Ph.Bon [6] đã đề xuất một thuyết nghiền thứ ba để dung hoà hai thuyết trên. Nội dung của thuyết dung hoà cho rằng:" Công nghiền tỉ lệ với trung bính nhân giữa thể tìch (V) và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền".5) Sau khi biến đổi ta nhận được: Adh = kdh 1 1 (1.6) d D Sau này còn có công trính nghiên cứu của nhà bác học Nga A.Rungbixt (1956) và nhà bác học người Mỹ R.