Đang tải... (xem toàn văn)
Sinh viên thực hiện :Vũ Hoài Nam, Vũ Việt Hưng
Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động LỜI MỞ ĐẦU Trên thế giới hiện nay, các nguồn năng lượng tự nhiên như than đá, dầu mỏ, khí đốt đang dần cạn kiệt do sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp. Bên cạnh đó việc sử dụng những thiết bị không hợp lý và đã quá cũ cũng góp phần giảm năng suất và tăng hao phí năng lượng trong các nhà máy. Do đó vấn đề tìm kiếm ra những nguồn năng lượng mới cũng như sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng đang rất được quan tâm. Việc sử dụng các thiết bị và giải pháp tiết kiệm điện dần trở thành tất yếu trong các nhà máy, nhất là các nhà máy công nghiệp lớn. Ở Việt Nam, trong hơn 10 năm trở lại đây, việc trang bị tự động hóa cho các nhà máy không những nâng cao năng suất, giảm được sự vất vả cho người vận hành mà còn góp phần tích cực trong việc tiết kiệm chi phí sản xuất. Không nằm ngoài xu thế đó, ngành công nghiệp xi măng nước ta, xuất hiện từ thời kì đầu của thời đại công nghiệp, công nghệ sản xuất cũng đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn. Các dây chuyền, trang thiết bị cung cấp cho ngành đang dần được tự động hóa để đáp ứng các chỉ tiêu về kỹ thuật và môi trường khắt khe cũng như trong việc tiết kiệm chi phí để giảm giá thành sản phẩm. Với đề tài tốt nghiệp “ Ứng dụng biến tần tiết kiệm năng lượng cho hệ thống quạt máy lạnh làm mát clinker trong nhà máy xi măng ” nhiệm vụ của của chúng em là: - Tìm hiểu và nắm vững quy trình công nghệ sản xuất xi măng từ khai thác, nghiền liệu đến đóng gói sản phẩm và những đặc thù riêng của nhà máy. - Tìm hiểu cấu trúc – nguyên lý công đoạn làm mát clinker. - Nghiên cứu sử dụng thiết bị : Biến tần, PLC và các phần mềm ứng dụng liên quan như WINCC và STEP7 – MICROWIN. - Ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn làm mát clinker. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Doãn Phước , tập thể nhân viên trong công ty ASEATEC và toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên do còn hạn chế về mặt kiến thức và thời gian, do vậy mặc dù đã rất cố gắng nhưng đồ án của chúng em cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý và bổ xung của các thầy cô giáo. Sinh viên thực hiện : Vũ Hoài Nam Vũ Việt Hưng Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 1 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động MỤC LỤC Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 2 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng .12 Hình 1.2 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền phối liệu và đồng nhất 15 Hình 1.3 : Silo hai tầng .16 Hình 1.4 : Silo trộn đều liên tục kiểu buồng trộn của Claudius Peter 17 Hình 1.5 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nung 18 Hình 1.6 : Sơ đồ công nghệ công đoạn nghiền xi măng 20 Hình 1.7 : Sơ đồ khối công đoạn nghiền xi măng .21 Hình 1.8 : Sơ đồ công nghệ công đoạn đóng bao xi măng .22 Hình 2.1 : Hệ thống làm lạnh kiểu ghi 25 Hình 2.2 : Hệ thống làm lạnh kiểu hành tinh 26 Hình 2.3 : Hệ thống làm lạnh lò quay hệ ướt 26 Hình 2.4 : Mô hình máy làm mát kiểu ghi .27 Hình 2.5 : Hình ảnh bên trong buồng lò tunel 27 Hình 2.6 : Hệ thống ghi thép chịu nhiệt 28 Hình 2.7 : Van điều chỉnh lưu lượng gió làm mát .29 Hình 3.1: Nguyên lý biến tần .31 Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý MM 440 .34 Hình 3.3 : Cấu tạo của CPU PLC S7-200 .52 Hình 3.4 : Các cổng truyền thông và modul truyền thông của S7-200 .53 Hình 3.5 : Giao diện của phần mềm STEP7-MICROWIN 55 Hình 3.6 : Cấu trúc của Graphics Designer 62 Hình 4.1 : Kiến trúc sơ lược của OPC 71 Hình 4.2 : Kiến trúc Client/Server trong OPC 72 Hình 4.3 : Sơ đồ đấu nối dây giữa PLC và biến tần .75 Hình 4.4: Kết nối nguồn với CPU S7-200 .81 Hình 4.5 : Ghép nối cáp RS-232/PPI Multi – Master .82 Hình 4.6 : Thiết lập các thông số truyền thông .82 Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 3 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động Hình 4.7 : Cửa sổ Communications .83 Hình 5.1 : Cấu trúc hệ thống điều khiển .91 Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển 92 Hình 5.3 : Màn hình giao diện quá trình lúc khởi động và ở chế độ dừng .97 Hình 5.4 : Màn hình giao diện quá trình khi hoạt động 98 Hình 5.5 : Cảnh báo khi nhiệt độ đầu ống gió nóng 3 quá cao 99 Hình 5.6 : Màn hình trạng thái của quạt làm mát (Fan 01) 100 Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 4 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 : Yêu cầu kỹ thuật của nguyên liệu trước khi vào máy nghiền 13 Bảng 1.2 : Thành phần khoáng clinker theo tốc độ làm mát .19 Bảng 1.3 : Chỉ tiêu về suất tiêu hao năng lượng .23 Bảng 1.4 : Chỉ tiêu phát thải ra môi trường 23 Bảng 1.5 : Chỉ tiêu về ổn định chất lượng sản phẩm 24 Bảng 3.1 : Các đầu dây điều khiển của MM 440 33 Bảng 3.2 : Các đầu vào số của MM 440 .35 Bảng 3.3 : Các nút chức năng của MM 440 37 Bảng 3.4 : Các tham số thông dụng của MM 440 .50 Bảng 3.5 : Cấu tạo phần cứng của một số CPU S7-200 .51 Bảng 3.6 : Yêu cầu cấu hình máy tính cho WinCC .58 Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 5 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động Chương I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PORTLAND 1.1. Khái niệm chung và các thành phần hóa học của xi măng : Xi măng portland là kết dính thủy lực, khi trộn với nước sẽ tạo hồ dẻo có tính kết dính và đóng rắn được trong môi trường không khí, môi trường nước. Xi măng portland là sản phẩm nghiền mịn của clinker với thạch cao thiên nhiên, đôi khi còn pha thêm vào một vài loại phụ gia khác nhằm cải thiện một số tính chất của xi măng và tăng sản lượng, hạ giá thành. Hiện nay trên thị trường có hai loại xi măng phổ biến là : PC ( Portland Cement ) và PCB ( Portland Cement Blended ). Clinker sản xuất bằng cách nung đến kết khối phối liệu đã được nghiền mịn và đồng nhất gồm hai nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, đồng thời có thêm thạch anh, quặng sắt và một số chất phụ gia để điều chỉnh. Bốn ôxit chính trong clinker xi măng là : CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 . Tỉ lệ các ôxit cơ bản trong phối liệu biểu diễn thành phần hóa học của clinker, quyết định tính chất của clinker, và cũng là chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểm tra và đánh giá chất lượng của xi măng. Tổng hàm lượng của chúng chiếm khoảng ( 95% ÷ 97% ) thành phần các chất trong clinker và thông thường tỉ lệ các ôxit này trong clinker như sau : CaO : 63% ÷ 67% SiO 2 : 21% ÷ 24% Al 2 O 3 : 4% ÷ 8% Fe 2 O 3 : 2% ÷ 4% Ngoài các thành phần cơ bản đó, trong xi măng còn có phụ gia là các ôxit khác, có hàm lượng không lớn lắm : MgO(1% ÷ 5%), Mn 2 O 3 (0 ÷ 3%), SO 3 (0.1% ÷ 1%), TiO 2 , K2O, Na 2 O . 1.2. Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clinker xi măng : 1.2.1. Nguyên liệu sản xuất xi măng : Hầu hết các nhà máy xi măng trên thế giới đều sản xuất xi măng từ hỗn hợp phối liệu nhân tạo. Để đảm bảo thành phần hóa học của clinker người thường dùng hỗn hợp từ hai nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, ngoài ra còn có một vài nguyên liệu phụ nữa như quặng bôxit, lacterit, quặng sắt, trepen, diatomit . 1.2.1.1. Đá vôi : Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 6 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động Sản xuất clinker xi măng portland thường dùng các loại đá vôi, đá phấn . Các loại đá này thành phần chủ yếu của nó là CaCO 3 , một lượng nhỏ MgCO 3 và một ít tạp chất khác. Theo TCVN 6072-1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng portland phải thỏa mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là : CaCO 3 ≥ 85%, MgCO 3 ≤ 5%, K 2 O + Na 2 O ≤ 1%. 1.2.1.2. Đất sét : Đất sét là loại nham thạch trầm tích, đó là những alumo silicat ngậm nước có rất nhiều trong thiên nhiên. Thành phần chủ yếu của đất sét là SiO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 . Ngoài ra trong đất sét còn lẫn cát, sỏi, sạn và các tạp chất hữu cơ. Theo TCVN 6071-1996, sét dùng làm nguyên liệu để sản xuất xi măng portland phải có hàm lượng các ôxit trong khoảng sau : SiO 2 = 58 ÷ 70%, Al 2 O 3 = 10 ÷ 24%, K 2 O + Na 2 O ≤ 3%. Các nhà máy xi măng ở nước ta hầu hết đều sử dụng sét đồi ( đá sét ) có hàm lượng các ôxit đảm bảo yêu cầu. Một số nơi có thể dùng sét ruộng hoặc sét phù sa nhưng những loại sét này thường có hàm lượng SiO 2 thấp hơn, Al 2 O 3 và kiềm cao hơn nên phải có nguồn phụ gia cao silicat để bổ sung SiO 2 . 1.2.1.3. Một số loại phụ gia dùng trong sản xuất xi măng : Các chất phụ gia được đưa vào phối liệu nung hoặc nghiền cùng clinker nhằm mục đích cải thiện công nghệ nghiền, nung hay thay đổi một số tính chất của xi măng. Ngoài ra còn góp phần tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm : Phụ gia khoáng hóa : Để giảm nhiệt độ nung clinker nhằm tiết kiệm nhiên liệu và tăng khả năng tạo khoáng, tăng độ hoạt tính của các khoáng clinker. Một số loại phụ gia khoáng hóa như : quặng fluorit, còn gọi là huỳnh thạch (chứa CaF 2 ), quặng phosphorit (chứa P 2 O 5 ), quặng barit (chứa BaSO 4 ), thạch cao (chứa CaSO 4 ). Các loại phụ gia này có thể dùng riêng một loại hoặc dùng phối hợp với nhau ở dạng phụ gia hỗn hợp, khi đó tác dụng khoáng hóa sẽ tốt hơn. Tuy vậy, trong sản xuất nếu càng sử dụng nhiều loại nguyên liệu và phụ gia thì công nghệ pha trộn phối liệu càng phức tạp và tốn kém. Phụ gia điều chỉnh : Dùng để điều chỉnh sự kết dính và độ đóng rắn của xi măng. Các loại phụ gia điều chỉnh chính được sử dụng là : Phụ gia giàu silic (thường dùng đất hoặc đá cao silic có SiO 2 > 80% hoặc cát mịn), phụ gia giàu sắt (thường dùng xỉ Pirit, quặng sắt, quặng Laterit), phụ gia giàu nhằm (thường dùng quặng Bôxit, cao lanh hoặc tro xỉ nhiệt điện). Phụ gia thủy : làm tăng tính chất bền nước của xi măng. Phụ gia điền đầy : nhằm tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm. Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 7 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động 1.2.2. Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy xi măng : Nhiên liệu sử dụng cho các lò trong các nhà máy xi măng bao gồm cả nhiên liệu rắn, lỏng, khí. Muốn đảm bảo năng suất sản xuất cần cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho các lò để đạt được nhiệt độ yêu cầu, muốn vậy thì nhiên liệu phải đảm bảo : - Cung cấp nhiều nhiệt cho lò. - Nhiên liệu phải cháy hoàn toàn với lượng không khí dư nhỏ nhất. - Dùng không khí nóng đưa vào để tăng điều kiện cháy. 1.2.2.1. Nhiên liệu rắn : Nhiên liệu rắn được sử dụng ở đây là than đá. Yêu cầu than phải có nhiệt lượng cao ≥ 5500 Kcal/Kg, chất bốc cao (15 ÷ 30%), ngọn lửa dài, tro nhiên liệu ít (10 ÷ 20%), hàm lượng lưu huỳnh nhỏ. Than dùng cho lò quay là phải sấy khô, nghiền mịn theo yêu cầu. 1.2.2.2. Nhiên liệu khí : Khí thiên nhiên được khai thác từ dưới các lớp đất sâu, nó là những hợp chất của các loại cacbuahydro hữu hạn khác nhau, chủ yếu là mêtan, ngoài ra còn một số khí khác như êtan, propan, butan, pentan. Ưu điểm của nhiên liệu khí là dễ tự động hóa, không cần qua giai đoạn gia công, lắng lọc. 1.2.2.3. Nhiên liệu lỏng : Nhiên liệu lỏng được sử dụng rất tốt là mazut. Mazut thu được từ sản phẩm sau khi đã chưng cất dầu mỏ. Ưu điểm của mazut là ít tạp chất, hàm lượng tro rất nhỏ (khoảng 0,1 ÷ 0,3%), độ ẩm 1 ÷ 4%, nhiệt năng khá cao ( > 8000 Kcal/Kg ). Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu lỏng là mazut cũng có những nhược điểm : không thuận tiện khi vận chuyển, đổ rót và chứa đựng bảo quản. 1.3. Công nghệ sản xuất xi măng : Quá trình sản xuất clinker xi măng gồm 3 giai đoạn : Giai đoạn 1 : Gia công, đồng nhất nguyên nhiên liệu và chuẩn bị phối liệu. Giai đoạn 2 : Nung hỗn hợp phối liệu thành clinker và làm mát clinker. Giai đoạn 3 : Gia công, ủ và nghiền clinker với các phụ gia khác. Có hai phương pháp sản xuất xi măng là phương pháp ướt và phương pháp khô. Hai phương pháp này khác nhau chủ yếu ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 : Giai đoạn 1 : Có thể gia công phối liệu theo phương pháp ướt hay khô. Giai đoạn 2 : Có thể nung hỗn hợp phối liệu trong lò đứng hay lò quay. Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 8 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động Việc lựa chọn phương pháp sản xuất phụ thuộc vào nhiều điều kiện mà chủ yếu là tính chất cơ lý, tính chất hóa học của nguyên liệu, điều kiện điện năng, nhiệt năng, thiết bị … Sau đây là sơ đồ tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng : Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 9 Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Điều Khiển Tự Động Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quan dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng. Vũ Hoài Nam – Vũ Việt Hưng : ĐKTĐ1 – K49 10 . năng. Chất lượng clinker được đánh giá sơ bộ dựa vào kích thước hạt clinker, màu sắc và dung trọng của nó. 1.3.2.2. Làm mát clinker : Clinker sau đó được. lượng clinker. Nếu làm mát nhanh, sản phẩm đóng rắn ổn định thể tích hơn, chất lượng clinker tốt hơn. Thành phần khoáng clinker phụ thuộc tốc độ làm mát clinker
