I. Tổng quan đồ án thiết kế nhà máy xi măng Rin Tuấn 2020
Đồ án tốt nghiệp của Phạm Quang Rin và Lê Tuấn thuộc khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, hoàn thành tháng 12 năm 2020. Đề tài tập trung thiết kế nhà máy sản xuất xi măng Pooclăng với công suất 1,6 triệu tấn clinker mỗi năm. Trong đó, 0,8 triệu tấn clinker PC50 và 0,8 triệu tấn clinker PC40. Công nghệ áp dụng là lò quay phương pháp khô, hệ thống lò nung SLC hai nhánh. Địa điểm xây dựng tại Nghệ An. Giáo viên hướng dẫn là ThS. Nguyễn Thị Tuyết An. Đồ án bao gồm các phần tính toán phối liệu, cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt, lựa chọn thiết bị và tính toán kinh tế. Đây là công trình nghiên cứu toàn diện về quy trình sản xuất xi măng công nghiệp. Nội dung đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 2682:2009 và TCVN 7024:2013. Sản phẩm cuối cùng là clinker và xi măng PC40, PC50 phục vụ xây dựng.
1.1. Mục tiêu thiết kế nhà máy xi măng Rin Tuấn
Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế dây chuyền sản xuất xi măng Pooclăng hoàn chỉnh. Nhà máy có tổng công suất 1,6 triệu tấn clinker mỗi năm. Sản phẩm chia thành hai loại chính: clinker PC50 và clinker PC40, mỗi loại 0,8 triệu tấn. Đồ án tính toán từ khâu lựa chọn nguyên liệu, nhiên liệu đến thiết kế thiết bị sản xuất. Phần phụ trợ bao gồm kiến trúc, điện, nước và kinh tế kỹ thuật. Tất cả số liệu đầu vào được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính khả thi.
1.2. Thông tin sinh viên thực hiện đồ án Rin Tuấn
Đồ án được thực hiện bởi hai sinh viên lớp 16VLXD, ngành Công nghệ Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng. Phạm Quang Rin có mã số sinh viên 109160062. Lê Tuấn có mã số sinh viên 109150073. Cả hai thuộc khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Giáo viên hướng dẫn là ThS. Nguyễn Thị Tuyết An. Thời gian hoàn thành đồ án là tháng 12 năm 2020. Đồ án thuộc diện không ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ.
II. Phân tích công nghệ và nguyên liệu sản xuất xi măng
Nguyên liệu chính sản xuất xi măng Pooclăng gồm đá vôi, đất sét và phụ gia điều chỉnh. Nhiên liệu sử dụng là than, được tự chọn phù hợp với điều kiện địa phương. Phương pháp khô là công nghệ chủ đạo trong đồ án này. Ưu điểm nổi bật là tiêu tốn nhiên liệu thấp nhờ tận dụng hiệu quả nhiệt khí thải và khí làm lạnh clinker. Kích thước lò ngắn hơn phương pháp ướt. Mức độ tự động hóa cao. Thể tích khí cháy nhỏ hơn 35 đến 40 phần trăm so với phương pháp ướt cùng năng suất. Điều này giảm chi phí làm sạch khói lò. Phương pháp khô khắc phục được nhược điểm độ đồng nhất phối liệu kém bằng thiết bị tiền nung hiệu quả cao. Hiện nay, phương pháp khô chiếm ưu thế trên toàn thế giới. Sản phẩm clinker đạt tiêu chuẩn TCVN 7024:2013 với hoạt tính cường độ 28 ngày tối thiểu 40 MPa cho PC40 và 50 MPa cho PC50.
2.1. Phương pháp khô trong sản xuất clinker lò quay
Phương pháp khô là quy trình nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô trước khi đưa vào lò nung. Quá trình này sử dụng hệ thống lò nung SLC hai nhánh hiện đại. Nguyên liệu được sấy và phân hủy trước bằng thiết bị tiền nung. Đá vôi phân hủy ở nhiệt độ cao trong cyclone. Nhiệt khí thải được tận dụng để sấy nguyên liệu đầu vào. Phương pháp này giảm tiêu hao nhiệt sản xuất clinker đáng kể. Độ đồng nhất phối liệu được cải thiện bằng công nghệ trộn hiện đại. Đây là xu hướng sản xuất xi măng tiên tiến nhất hiện nay.
2.2. Tiêu chuẩn kỹ thuật clinker và xi măng PC40 PC50
Clinker và xi măng PC40, PC50 phải đáp ứng nhiều chỉ tiêu kỹ thuật nghiêm ngặt. Thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút, kết thúc không muộn hơn 375 phút. Độ ổn định thể tích theo Le Chatelier không lớn hơn 10 mm. Độ ẩm clinker tối đa 1,5 phần trăm. Cỡ hạt clinker phải nhỏ hơn 25 mm và lớn hơn 5 mm đạt tối thiểu 50 phần trăm. Chỉ số nghiền không nhỏ hơn 1,2. Xi măng PC40 có cường độ chịu nén 28 ngày tối thiểu 40 MPa. Xi măng PC50 đạt tối thiểu 50 MPa theo TCVN 2682:2009.
III. Giải pháp tính toán phối liệu và cân bằng vật chất
Tính toán phối liệu là bước quan trọng trong thiết kế nhà máy xi măng. Đồ án thực hiện bài toán phối liệu cho clinker PC40 và PC50 riêng biệt. Thành phần hóa học của nguyên liệu được phân tích kỹ lưỡng. Hệ số bão hòa, hệ số silica, hệ số nhôm được tính toán chính xác. Cân bằng vật chất được xây dựng cho cả phân xưởng nung và phân xưởng chuẩn bị phối liệu. Lượng nguyên liệu đầu vào được xác định dựa trên công suất thiết kế. Thiết bị được lựa chọn phù hợp với từng công đoạn sản xuất. Phân xưởng chuẩn bị phối liệu bao gồm nghiền, trộn và dự trữ nguyên liệu. Phân xưởng nung sử dụng lò quay SLC với hệ thống cyclone nhiều tầng. Mỗi thiết bị được tính toán công suất, kích thước và số lượng cần thiết. Quá trình tính toán đảm bảo dây chuyền hoạt động liên tục và ổn định. Hiệu suất sản xuất được tối ưu hóa ở mức cao nhất.
3.1. Tính toán phối liệu clinker PC40 và PC50
Bài toán phối liệu đòi hỏi tính toán chính xác tỷ lệ các nguyên liệu đầu vào. Đá vôi chiếm tỷ lệ lớn nhất trong phối liệu, thường trên 80 phần trăm. Đất sét và phụ gia điều chỉnh được tính toán để đạt thành phần hóa học mong muốn. Hệ số bão hòa đá vôi KH được kiểm soát trong khoảng phù hợp. Hệ số silica SM và hệ số nhôm IM cũng được tối ưu. Với clinker PC40 và PC50, tỷ lệ phối liệu có sự khác biệt nhỏ. Kết quả tính toán cho ra hàm lượng C3S, C2S, C3A, C4AF cần thiết. Các chỉ tiêu này quyết định chất lượng clinker thành phẩm.
3.2. Cân bằng vật chất phân xưởng nung và chuẩn bị
Cân bằng vật chất phân xưởng nung tính toán lượng clinker đầu ra và nguyên liệu đầu vào. Với công suất 1,6 triệu tấn clinker mỗi năm, lượng phối liệu khô cần tính chính xác. Mất mát nhiệt phân và bay hơi hơi nước được xem xét. Cân bằng vật chất phân xưởng chuẩn bị tính lượng nguyên liệu thô cần khai thác. Tỷ lệ hao hụt trong quá trình nghiền, vận chuyển được cộng thêm. Số liệu cân bằng là cơ sở lựa chọn công suất thiết bị. Các phân xưởng hoạt động đồng bộ để đảm bảo sản lượng mục tiêu.
IV. Kết luận và ứng dụng thiết kế nhà máy xi măng Rin Tuấn
Đồ án tốt nghiệp của Rin và Tuấn hoàn thành đầy đủ các phần thiết kế nhà máy xi măng Pooclăng. Dây chuyền sản xuất được thiết kế hợp lý với công nghệ lò quay phương pháp khô tiên tiến. Hệ thống lò nung SLC hai nhánh đảm bảo hiệu suất nung cao. Tất cả thiết bị được tính toán và lựa chọn phù hợp với công suất 1,6 triệu tấn clinker mỗi năm. Phần cân bằng nhiệt xác định tiêu hao nhiên liệu cụ thể cho từng công đoạn. Tính toán kinh tế đánh giá hiệu quả đầu tư của dự án. Sản phẩm xi măng PC40 và PC50 đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia. Nhà máy được bố trí tại Nghệ An với đầy đủ hệ thống phụ trợ. Đồ án là tài liệu tham khảo giá trị cho việc thiết kế nhà máy xi măng công nghiệp. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào thực tế sản xuất. Công trình đóng góp vào lĩnh vực công nghệ vật liệu xây dựng tại Việt Nam.
4.1. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật nhà máy
Phần tính toán kinh tế đánh giá tổng vốn đầu tư nhà máy. Chi phí thiết bị chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu đầu tư. Chi phí xây dựng, lắp đặt và vận hành được tính toán chi tiết. Hiệu quả kinh tế được đánh giá qua thời gian hoàn vốn và lợi nhuận. Giá thành sản xuất mỗi tấn clinker và xi măng được xác định. So sánh với phương pháp ướt, phương pháp khô cho thấy chi phí nhiên liệu thấp hơn. Nhà máy tại Nghệ An có lợi thế gần nguồn nguyên liệu. Đánh giá cho thấy dự án có tính khả thi cao về mặt kinh tế.
4.2. Ứng dụng và hướng phát triển của đề tài
Đồ án có thể ứng dụng làm cơ sở thiết kế nhà máy xi măng thực tế tại Việt Nam. Công nghệ lò quay phương pháp khô phù hợp với xu thế phát triển ngành xi măng thế giới. Sản phẩm xi măng PC40, PC50 phục vụ đa dạng công trình xây dựng. Clinker có thể dùng sản xuất xi măng PCB, xi măng xây trát MC15, MC25. Hướng phát triển bao gồm nâng công suất, áp dụng công nghệ phát thải thấp. Tích hợp hệ thống thu hồi nhiệt thải phát điện. Đồ án mở rộng nghiên cứu sử dụng nguyên liệu thay thế và phụ gia mới. Đây là nền tảng cho các dự án xi măng quy mô công nghiệp.