Những cập nhật mới nhất về công nghệ vòi đốt lò quay xi măng năm 2024
World Cement đã mời các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế vòi đốt lò chia sẻ những hiểu biết sâu sắc của họ về một loạt các chủ đề có liên quan bao gồm nhiên liệu thay thế đến các thiết kế vượt trội. Những đóng góp cho ấn bản năm nay đến từ: FCT Combustion, KHD Humboldt Wedag, ROCKTEQ, và Unitherm Cemcon.
Sự thay đổi về tính nhất quán và chất lượng của nhiên liệu thay thế có thể đặt ra thách thức đối với việc vận hành tin cậy vòi đốt lò. Có thể thực hiện điều gì để giảm thiểu điều này?
FCT Combustion: Nhiên liệu khác nhau có nghĩa là cỡ hạt, tỷ trọng, độ ẩm và nhiệt trị khác nhau cùng với thời gian sấy, đánh lửa và đốt cháy cũng như động lực học quá trình đốt cháy khác nhau. Loại nhiên liệu thay thế (AF), sự thay đổi về chủng loại và tỷ lệ được đưa tới vòi đốt có thể ảnh hưởng tới biến dạng độ dài và dòng nhiệt bên trong lò cũng như lượng khí phát thải. Hầu hết các hệ thống định lượng nhiên liệu đều hoạt động theo nguyên lý khối lượng, nghĩa là nhiệt năng được cấp tới vòi đốt có thể thay đổi qua thời gian, ngay cả khi việc định lượng theo khối lượng ổn định, do các đặc tính nhiên liệu thay đổi.
Để giảm thiểu toàn bộ những ảnh hưởng này, vòi đốt phải được thiết kế sao cho có thể vận hành thật linh hoạt để kiểm soát hiệu quả khí động học và quá trình đốt, tăng cường đưa gió hai vào ngọn lửa. FCT khuyến nghị sử dụng Vòi đốt Turbu-Flex™ của chúng tôi với thiết kế đầu khí hướng trục độc đáo, độ chảy rối được cấu hình lại, khí nâng AF được chia ra để nâng liệu từ đáy đường ống vận chuyển lên và khuếch tán nhiên liệu vào trong gió một và gió hai khi rời khỏi đầu vòi đốt.
Ngoài những thách thức tại vòi đốt lò, điều quan trọng cần phải đề cập đến đó là một số nhiên liệu vốn dĩ đã phù hợp hơn với calciner và sẽ không vấn đề gì nếu khắc phục được những khó khăn khi sử dụng chúng tại lò nung, khi đó sẽ dễ dàng sử dụng chúng tại calciner hơn rất nhiều. Những nhiên liệu như vậy bao gồm những nhiên liệu có độ ẩm cao hơn, nhiệt trị thấp hơn, cỡ hạt lớn hơn, thời gian đốt cháy cần thiết lâu hơn, hoặc hàm lượng chất bốc thấp, cùng với những đặc tính khác nữa.
Theo nguyên tắc chung, mục tiêu là phải đạt được việc dễ dàng đốt cháy AF ở vòi đốt lò, và khó đốt nhiên liệu hơn ở calciner. Trong trường hợp không có sẵn calciner, sự kết hợp giữa khó và dễ đốt AF hơn sẽ là giải pháp hứa hẹn tốt nhất để gia tăng tỷ lệ thay thế tổng thể, ít tác động hơn tới quá trình vận hành lò. Các giải pháp khác cũng có thể là sử dụng các vòi đốt kiểu hành tinh hoặc mô hình CFD.
Sử dụng khí hydro làm nhiên liệu trong sản xuất xi măng cũng là một xu hướng mới nổi có thể tác động tới hiệu suất vòi đốt. Do chi phí cao và tính sẵn có thấp hiện tại, khí hydro có thể được xem xét là một AF trong ngắn hạn và trung hạn. Việc sản xuất hydro thông qua điện phân cũng tạo ra khí oxi, do đó, sự sẵn có của một hoặc cả hai loại khí này cho các hệ thống vòi đốt sẽ mở ra những khả năng mới để kiểm soát các đặc tính ngọn lửa được tối ưu hóa cho sản xuất xi măng.
KHD: Có hai khía cạnh phải xem xét ở đây: bản thân AF và sau đó là thiết kế vòi đốt.
Các nhà máy xi măng trước hết cần cân nhắc, xem xét việc tối ưu hóa chuỗi cung ứng AF của họ để giảm thiểu sự biến động của nhiên liệu. Việc lựa chọn được nhà cung cấp nhiên liệu ở đây là quan trọng. Hãy lựa chọn các nhà cung cấp có uy tín và đáng tin cậy để cung cấp AF chất lượng ổn định và có mục tiêu thiết lập mối quan hệ đối tác lâu dài để đảm bảo nguồn cung cấp nhiên liệu ổn định và đáng tin cậy. Các nhà máy cũng nên xem xét việc phối trộn các AF khác nhau để đạt được thành phần nhiên liệu ổn định hơn.
Khi nói đến thiết kế vòi đốt, công nghệ vòi đốt đa nhiên liệu hiện đại đã cho phép các nhà máy xi măng tối ưu hóa được quá trình đốt khi sử dụng AF. Các vòi đốt này được thiết kế dành riêng cho điều chỉnh và tương tác với chất lượng AF thực tế với những đặc điểm sau:
- Gió sơ cấp (gió một): Vòi đốt phải được thiết kế với lượng gió sơ cấp dự trữ cho phép tăng cường quá trình đốt cháy và gia tăng động lượng của vòi đốt.
- Các đặc tính nhiên liệu AF: Miệng vòi đốt phải được thiết kế với khả năng cung cấp khí phân phối nhằm phân phối các hạt nhiên liệu trong ngọn lửa để đánh lửa nhanh và đốt cháy hết hoàn toàn.
- Nhiên liệu thay thế: Hỗn hợp nhiên liệu toàn phần được đốt cháy tại vòi đốt phải đồng nhất và ổn định. Do đó, khi AF chất lượng thấp được sử dụng cần phải được cân bằng bằng AF chất lượng cao hơn. Mạch vòng điều chỉnh này có thể thực hiện được bằng bộ tối ưu hóa theo thời gian thực (Real Time Optimiser) của KHD, là một phần của bộ kỹ thuật số ProMax KHD.
KHD cung cấp vòi đốt chính PYROJET và vòi đốt kiểu hành tinh PYROSAT để đốt cháy tin cậy AF trong lò quay.
ROCKTEQ: Tại ROCKTEQ, chúng tôi dự đoán những thay đổi về chủng loại và chất lượng của AF trong những năm tới. Có một sự chuyển đổi đáng chú ý hướng tới việc gia tăng sử dụng các nhiên liệu trung hòa CO2, như các nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ các nguồn như vỏ trấu, rơm rạ, dư lượng cây hướng dương, dư lượng lõi ngô nghiền mịn, và nhiên liệu gốc rác thải có chưa thành phần hữu cơ, như nhiên liệu rắn thu hồi (SRF) (chủ yếu là nhựa, giấy, sợi vải…), có sẵn dồi dào ở những vùng nhất định. Các nhiên liệu sinh học thuần khiết thường có nhiệt trị thấp (LCV) thấp hơn so với SRF và có thể có hàm lượng độ ẩm không ổn định phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết. Ngoài ra, AF giàu LCV được khuyến khích sử dụng, nếu có thể tiếp cận được, để ổn định các biến động bằng cách điều chỉnh nhiệt trị trung bình hỗn hợp của AF.
Với mức thay thế nhiệt (TSR) ngày càng tăng, điều quan trọng là phải giám sát liên tục các AF này. Các thiết bị lấy mẫu tự động có thể được sử dụng để đảm bảo vận hành lò ổn định hoặc, ít nhất, có thể chủ động kiểm soát được quá trình nung luyện clinker phù hợp với chất lượng nhiên liệu thay đổi.
Để xử lý sự biến động nhiệt trị của AF hoặc tận dụng các nhiên liệu có nhiệt trị thấp, ROCKTEQ đã phát triển một hệ thống được gọi là AF-Booster®. Hệ thống này sử dụng nhiệt thừa để sấy nhiên liệu sinh học và phân loại chúng trước khi đưa vào quá trình gia nhiệt tại điểm phun phù hợp nhất, đó là ở vòi đốt chính hoặc (các) vòi đốt kiểu hành tinh. Một lợi điểm nữa là giảm được độ ẩm nhiên liệu và lượng khí trong lò, tối ưu hóa hiệu suất lò và quạt ID.
Unitherm Cemcon: Để đảm bảo vận hành vòi đốt tin cậy với AF, các chương trình sau nên được xem xét cân nhắc:
- Kiểm soát chất lượng: Thực hiện các biện pháp nghiêm ngặt để kiểm soát cỡ hạt, hàm lượng độ ẩm và các yếu tố khác quan trọng để đảm bảo sự ổn định của nhiên liệu.
- Tiêu chuẩn hóa: Phát triển các quy trình xử lý và phối trộn nhiên liệu để đảm bảo chất lượng ổn định giữa các nhà cung cấp và các lô hàng.
- Công nghệ vòi đốt thích hợp: Đầu tư vào các vòi đốt có thể điều chỉnh được các thông số đốt theo thời gian thực, như các sản phẩm của Unitherm được trang bị Công nghệ M.A.S, tối ưu hóa năng suất đối với các nhiên liệu có chất lượng thay đổi.
- Đào tạo: Đào tạo người vận hành về xử lý AF một cách hiệu quả. Thực hiện các biện pháp này để giảm thiểu sự biến động, đảm bảo vận hành vòi đốt tin cậy và hiệu quả với AF.
Một số nhà máy xi măng đang xem xét việc sử dụng nhiên liệu khí hydro. Cần phải cân nhắc những gì về thiết kế vòi đốt khi sử dụng khí hydro?
FCT Combustion: Có một số điều cân nhắc, bao gồm:
- Ở vòi đốt chính, sự truyền nhiệt bức xạ chiếm ưu thế và khí hydro tạo ra rất ít sự truyền nhiệt bức xạ so với: nhiên liệu rắn hoặc các nhiên liệu ra muội carbon (như HFO và ở một mức độ nào đó là khí tự nhiên). Do đó, việc sử dụng khí hydro cùng với AF như RDF hoặc sinh chất, dầu sinh học và tương tự, là cần thiết để duy trì đủ độ bức xạ nhiệt từ ngọn lửa.
- Mặt khác, khí hydro có tốc độ ngọn lửa rất nhanh, phạm vi dễ bắt cháy rộng trong không khí (4 - 75% so với khí đốt tự nhiên 5 - 75%) và thấp: năng lượng đốt cháy (thấp hơn 100 lần so với xăng), có nghĩa là khí hydro sẽ giúp ổn định ngọn lửa và cung cấp nhiều nhiệt hơn gần đầu vòi đốt hơn và do đó sấy khô và khử tính bay hơi RDF nhanh hơn.
- Khí hydro được đốt cháy trong không khí tạo ra nhiệt độ ngọn lửa rất cao có thể sinh ra lượng phát thải NOx cao. Do đó, một lần nữa, việc sử dụng khí hydro cùng với AF có thể hưởng lợi vì độ ẩm từ AF làm giảm nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa và giữ cho lượng phát thải NOx trong tầm kiểm soát.
- Khí hydro có khuynh hướng rò rỉ, vì nó là phân tử nhỏ nhất. Do đó, cần chú ý nhiều hơn tới các phần đấu nối như các mối nối bằng mặt bích và các mối nối có ren cũng như đánh giá khu vực nguy hiểm xung quanh các bộ truyền động van. Vòi đốt có thể ảnh hưởng tới việc lựa chọn thiết bị đo lường trong khu vực này.
- Từ góc độ an toàn, cần cân nhắc xem xét đến việc xử lý nhiên liệu, thiết kế vòi đốt và hệ thống quản lý vòi đốt (kiểm tra độ an toàn) vì mức độ nghiêm trọng của vụ nổ đối với hydro gấp 10 lần so với khí metan. Do đó, sự an toàn trọn vẹn của các hệ thống an toàn hydro cần phải gấp 10 lần hoặc cao hơn so với khí đốt tự nhiên và các hệ thống nhiên liệu hóa thạch khác.
KHD: Chúng tôi đặc biệt khuyến cáo sử dụng khí hydro làm chất trợ đốt nhiên liệu để gia tăng mức thay thế AF. Với tốc độ ngọn lửa cao, phạm vi dễ bắt cháy rộng, và điểm đánh lửa thấp, các đặc tính đốt cháy của hydro bù khuyết lý tưởng cho sự biến động và khả năng cháy thấp hơn của AF.
Về thiết kế vòi đốt, cần lựa chọn loại thép phù hợp để đảm bảo độ kín và tránh bị giòn. Các biện pháp an toàn khác nữa cũng cần phải được xem xét cân nhắc và lắp đặt ở thiết bị phụ trợ để đáp ứng các tiêu chuẩn và các quy định về sử dụng khí hydro.
Unitherm Cemcon: Để giảm thiểu dấu chân carbon một cách bền vững, hãy xem hydro xanh như là một giải pháp lựa chọn nhiên liệu. Bản chất không carbon của nó khiến nó trở nên hấp dẫn, nhưng những thách thức về sự lan truyền ngọn lửa và vận tốc đầu ra của vòi phun rất cao đòi hỏi phải chú ý. Vòi đốt động học của Unitherm với công nghệ M.A.S vượt trội ở đây. Các cân nhắc quan trọng về thiết kế vòi đốt bao gồm khả năng tương thích vật liệu, độ ổn định ngọn lửa và quản lý nhiệt. Sử dụng các vật liệu như thép không gỉ hoặc hợp kim nickel đảm bảo độ bền. Các đặc tính ngọn lửa ổn định là quan trọng để ngăn ngừa ngọn lửa hồi ngược lại, đặc biệt là tốc độ đốt cháy nhanh của khí hydro. Quản lý nhiệt hiệu quả đảm bảo sự phân bố nhiệt độ trong lò nung ở nơi cần thiết. Giải quyết những cân nhắc này khiến các nhà máy xi măng có thể khai thác hiệu quả khí hydro xanh, đảm bảo đốt cháy an toàn và hiệu quả cùng với các AF thấp/không carbon khác.
FCT Combustion: Nhiên liệu khác nhau có nghĩa là cỡ hạt, tỷ trọng, độ ẩm và nhiệt trị khác nhau cùng với thời gian sấy, đánh lửa và đốt cháy cũng như động lực học quá trình đốt cháy khác nhau. Loại nhiên liệu thay thế (AF), sự thay đổi về chủng loại và tỷ lệ được đưa tới vòi đốt có thể ảnh hưởng tới biến dạng độ dài và dòng nhiệt bên trong lò cũng như lượng khí phát thải. Hầu hết các hệ thống định lượng nhiên liệu đều hoạt động theo nguyên lý khối lượng, nghĩa là nhiệt năng được cấp tới vòi đốt có thể thay đổi qua thời gian, ngay cả khi việc định lượng theo khối lượng ổn định, do các đặc tính nhiên liệu thay đổi.
Để giảm thiểu toàn bộ những ảnh hưởng này, vòi đốt phải được thiết kế sao cho có thể vận hành thật linh hoạt để kiểm soát hiệu quả khí động học và quá trình đốt, tăng cường đưa gió hai vào ngọn lửa. FCT khuyến nghị sử dụng Vòi đốt Turbu-Flex™ của chúng tôi với thiết kế đầu khí hướng trục độc đáo, độ chảy rối được cấu hình lại, khí nâng AF được chia ra để nâng liệu từ đáy đường ống vận chuyển lên và khuếch tán nhiên liệu vào trong gió một và gió hai khi rời khỏi đầu vòi đốt.
Ngoài những thách thức tại vòi đốt lò, điều quan trọng cần phải đề cập đến đó là một số nhiên liệu vốn dĩ đã phù hợp hơn với calciner và sẽ không vấn đề gì nếu khắc phục được những khó khăn khi sử dụng chúng tại lò nung, khi đó sẽ dễ dàng sử dụng chúng tại calciner hơn rất nhiều. Những nhiên liệu như vậy bao gồm những nhiên liệu có độ ẩm cao hơn, nhiệt trị thấp hơn, cỡ hạt lớn hơn, thời gian đốt cháy cần thiết lâu hơn, hoặc hàm lượng chất bốc thấp, cùng với những đặc tính khác nữa.
Theo nguyên tắc chung, mục tiêu là phải đạt được việc dễ dàng đốt cháy AF ở vòi đốt lò, và khó đốt nhiên liệu hơn ở calciner. Trong trường hợp không có sẵn calciner, sự kết hợp giữa khó và dễ đốt AF hơn sẽ là giải pháp hứa hẹn tốt nhất để gia tăng tỷ lệ thay thế tổng thể, ít tác động hơn tới quá trình vận hành lò. Các giải pháp khác cũng có thể là sử dụng các vòi đốt kiểu hành tinh hoặc mô hình CFD.
Sử dụng khí hydro làm nhiên liệu trong sản xuất xi măng cũng là một xu hướng mới nổi có thể tác động tới hiệu suất vòi đốt. Do chi phí cao và tính sẵn có thấp hiện tại, khí hydro có thể được xem xét là một AF trong ngắn hạn và trung hạn. Việc sản xuất hydro thông qua điện phân cũng tạo ra khí oxi, do đó, sự sẵn có của một hoặc cả hai loại khí này cho các hệ thống vòi đốt sẽ mở ra những khả năng mới để kiểm soát các đặc tính ngọn lửa được tối ưu hóa cho sản xuất xi măng.
KHD: Có hai khía cạnh phải xem xét ở đây: bản thân AF và sau đó là thiết kế vòi đốt.
Các nhà máy xi măng trước hết cần cân nhắc, xem xét việc tối ưu hóa chuỗi cung ứng AF của họ để giảm thiểu sự biến động của nhiên liệu. Việc lựa chọn được nhà cung cấp nhiên liệu ở đây là quan trọng. Hãy lựa chọn các nhà cung cấp có uy tín và đáng tin cậy để cung cấp AF chất lượng ổn định và có mục tiêu thiết lập mối quan hệ đối tác lâu dài để đảm bảo nguồn cung cấp nhiên liệu ổn định và đáng tin cậy. Các nhà máy cũng nên xem xét việc phối trộn các AF khác nhau để đạt được thành phần nhiên liệu ổn định hơn.
Khi nói đến thiết kế vòi đốt, công nghệ vòi đốt đa nhiên liệu hiện đại đã cho phép các nhà máy xi măng tối ưu hóa được quá trình đốt khi sử dụng AF. Các vòi đốt này được thiết kế dành riêng cho điều chỉnh và tương tác với chất lượng AF thực tế với những đặc điểm sau:
- Gió sơ cấp (gió một): Vòi đốt phải được thiết kế với lượng gió sơ cấp dự trữ cho phép tăng cường quá trình đốt cháy và gia tăng động lượng của vòi đốt.
- Các đặc tính nhiên liệu AF: Miệng vòi đốt phải được thiết kế với khả năng cung cấp khí phân phối nhằm phân phối các hạt nhiên liệu trong ngọn lửa để đánh lửa nhanh và đốt cháy hết hoàn toàn.
- Nhiên liệu thay thế: Hỗn hợp nhiên liệu toàn phần được đốt cháy tại vòi đốt phải đồng nhất và ổn định. Do đó, khi AF chất lượng thấp được sử dụng cần phải được cân bằng bằng AF chất lượng cao hơn. Mạch vòng điều chỉnh này có thể thực hiện được bằng bộ tối ưu hóa theo thời gian thực (Real Time Optimiser) của KHD, là một phần của bộ kỹ thuật số ProMax KHD.
KHD cung cấp vòi đốt chính PYROJET và vòi đốt kiểu hành tinh PYROSAT để đốt cháy tin cậy AF trong lò quay.
ROCKTEQ: Tại ROCKTEQ, chúng tôi dự đoán những thay đổi về chủng loại và chất lượng của AF trong những năm tới. Có một sự chuyển đổi đáng chú ý hướng tới việc gia tăng sử dụng các nhiên liệu trung hòa CO2, như các nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ các nguồn như vỏ trấu, rơm rạ, dư lượng cây hướng dương, dư lượng lõi ngô nghiền mịn, và nhiên liệu gốc rác thải có chưa thành phần hữu cơ, như nhiên liệu rắn thu hồi (SRF) (chủ yếu là nhựa, giấy, sợi vải…), có sẵn dồi dào ở những vùng nhất định. Các nhiên liệu sinh học thuần khiết thường có nhiệt trị thấp (LCV) thấp hơn so với SRF và có thể có hàm lượng độ ẩm không ổn định phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết. Ngoài ra, AF giàu LCV được khuyến khích sử dụng, nếu có thể tiếp cận được, để ổn định các biến động bằng cách điều chỉnh nhiệt trị trung bình hỗn hợp của AF.
Với mức thay thế nhiệt (TSR) ngày càng tăng, điều quan trọng là phải giám sát liên tục các AF này. Các thiết bị lấy mẫu tự động có thể được sử dụng để đảm bảo vận hành lò ổn định hoặc, ít nhất, có thể chủ động kiểm soát được quá trình nung luyện clinker phù hợp với chất lượng nhiên liệu thay đổi.
Để xử lý sự biến động nhiệt trị của AF hoặc tận dụng các nhiên liệu có nhiệt trị thấp, ROCKTEQ đã phát triển một hệ thống được gọi là AF-Booster®. Hệ thống này sử dụng nhiệt thừa để sấy nhiên liệu sinh học và phân loại chúng trước khi đưa vào quá trình gia nhiệt tại điểm phun phù hợp nhất, đó là ở vòi đốt chính hoặc (các) vòi đốt kiểu hành tinh. Một lợi điểm nữa là giảm được độ ẩm nhiên liệu và lượng khí trong lò, tối ưu hóa hiệu suất lò và quạt ID.
Unitherm Cemcon: Để đảm bảo vận hành vòi đốt tin cậy với AF, các chương trình sau nên được xem xét cân nhắc:
- Kiểm soát chất lượng: Thực hiện các biện pháp nghiêm ngặt để kiểm soát cỡ hạt, hàm lượng độ ẩm và các yếu tố khác quan trọng để đảm bảo sự ổn định của nhiên liệu.
- Tiêu chuẩn hóa: Phát triển các quy trình xử lý và phối trộn nhiên liệu để đảm bảo chất lượng ổn định giữa các nhà cung cấp và các lô hàng.
- Công nghệ vòi đốt thích hợp: Đầu tư vào các vòi đốt có thể điều chỉnh được các thông số đốt theo thời gian thực, như các sản phẩm của Unitherm được trang bị Công nghệ M.A.S, tối ưu hóa năng suất đối với các nhiên liệu có chất lượng thay đổi.
- Đào tạo: Đào tạo người vận hành về xử lý AF một cách hiệu quả. Thực hiện các biện pháp này để giảm thiểu sự biến động, đảm bảo vận hành vòi đốt tin cậy và hiệu quả với AF.
Một số nhà máy xi măng đang xem xét việc sử dụng nhiên liệu khí hydro. Cần phải cân nhắc những gì về thiết kế vòi đốt khi sử dụng khí hydro?
FCT Combustion: Có một số điều cân nhắc, bao gồm:
- Ở vòi đốt chính, sự truyền nhiệt bức xạ chiếm ưu thế và khí hydro tạo ra rất ít sự truyền nhiệt bức xạ so với: nhiên liệu rắn hoặc các nhiên liệu ra muội carbon (như HFO và ở một mức độ nào đó là khí tự nhiên). Do đó, việc sử dụng khí hydro cùng với AF như RDF hoặc sinh chất, dầu sinh học và tương tự, là cần thiết để duy trì đủ độ bức xạ nhiệt từ ngọn lửa.
- Mặt khác, khí hydro có tốc độ ngọn lửa rất nhanh, phạm vi dễ bắt cháy rộng trong không khí (4 - 75% so với khí đốt tự nhiên 5 - 75%) và thấp: năng lượng đốt cháy (thấp hơn 100 lần so với xăng), có nghĩa là khí hydro sẽ giúp ổn định ngọn lửa và cung cấp nhiều nhiệt hơn gần đầu vòi đốt hơn và do đó sấy khô và khử tính bay hơi RDF nhanh hơn.
- Khí hydro được đốt cháy trong không khí tạo ra nhiệt độ ngọn lửa rất cao có thể sinh ra lượng phát thải NOx cao. Do đó, một lần nữa, việc sử dụng khí hydro cùng với AF có thể hưởng lợi vì độ ẩm từ AF làm giảm nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa và giữ cho lượng phát thải NOx trong tầm kiểm soát.
- Khí hydro có khuynh hướng rò rỉ, vì nó là phân tử nhỏ nhất. Do đó, cần chú ý nhiều hơn tới các phần đấu nối như các mối nối bằng mặt bích và các mối nối có ren cũng như đánh giá khu vực nguy hiểm xung quanh các bộ truyền động van. Vòi đốt có thể ảnh hưởng tới việc lựa chọn thiết bị đo lường trong khu vực này.
- Từ góc độ an toàn, cần cân nhắc xem xét đến việc xử lý nhiên liệu, thiết kế vòi đốt và hệ thống quản lý vòi đốt (kiểm tra độ an toàn) vì mức độ nghiêm trọng của vụ nổ đối với hydro gấp 10 lần so với khí metan. Do đó, sự an toàn trọn vẹn của các hệ thống an toàn hydro cần phải gấp 10 lần hoặc cao hơn so với khí đốt tự nhiên và các hệ thống nhiên liệu hóa thạch khác.
KHD: Chúng tôi đặc biệt khuyến cáo sử dụng khí hydro làm chất trợ đốt nhiên liệu để gia tăng mức thay thế AF. Với tốc độ ngọn lửa cao, phạm vi dễ bắt cháy rộng, và điểm đánh lửa thấp, các đặc tính đốt cháy của hydro bù khuyết lý tưởng cho sự biến động và khả năng cháy thấp hơn của AF.
Về thiết kế vòi đốt, cần lựa chọn loại thép phù hợp để đảm bảo độ kín và tránh bị giòn. Các biện pháp an toàn khác nữa cũng cần phải được xem xét cân nhắc và lắp đặt ở thiết bị phụ trợ để đáp ứng các tiêu chuẩn và các quy định về sử dụng khí hydro.
Unitherm Cemcon: Để giảm thiểu dấu chân carbon một cách bền vững, hãy xem hydro xanh như là một giải pháp lựa chọn nhiên liệu. Bản chất không carbon của nó khiến nó trở nên hấp dẫn, nhưng những thách thức về sự lan truyền ngọn lửa và vận tốc đầu ra của vòi phun rất cao đòi hỏi phải chú ý. Vòi đốt động học của Unitherm với công nghệ M.A.S vượt trội ở đây. Các cân nhắc quan trọng về thiết kế vòi đốt bao gồm khả năng tương thích vật liệu, độ ổn định ngọn lửa và quản lý nhiệt. Sử dụng các vật liệu như thép không gỉ hoặc hợp kim nickel đảm bảo độ bền. Các đặc tính ngọn lửa ổn định là quan trọng để ngăn ngừa ngọn lửa hồi ngược lại, đặc biệt là tốc độ đốt cháy nhanh của khí hydro. Quản lý nhiệt hiệu quả đảm bảo sự phân bố nhiệt độ trong lò nung ở nơi cần thiết. Giải quyết những cân nhắc này khiến các nhà máy xi măng có thể khai thác hiệu quả khí hydro xanh, đảm bảo đốt cháy an toàn và hiệu quả cùng với các AF thấp/không carbon khác.
Vòi đốt lò MAS của Unitherm Cemcon với vòi đốt kiểu hành tinh tích hợp.
Vòi đốt kiểu hành tinh có vai trò gì trong sản xuất xi măng hiện đại không?
FCT Combustion: Nếu như nhà sản xuất xi măng mong muốn tăng mức sử dụng AF lên với các mức rất cao, thì lộ trình lý tưởng đó là sử dụng vòi đốt tùy chỉnh được thiết kế dành riêng cho (các) loại nhiên liệu của họ. Tuy nhiên, nếu điều này là không thể, thì việc sử dụng vòi đốt kiểu hành tinh là giải pháp hữu hiệu để đưa nhiều AF hơn vào quá trình.
Vòi đốt kiểu hành tinh là một chi tiết thiết bị phun AF trực tiếp vào gió hai nóng, thấp hơn vòi đốt và cao hơn một chút trong lò. Nó phun thêm gió sơ cấp để làm mát và đặc biệt là một vài dòng chảy rối và trộn lẫn các hạt AF với gió hai (gió thứ cấp). Trong thời gian di chuyển của RDF từ chỗ phun vào của vòi đốt kiểu hành tinh đến ngọn lửa chính, có hiệu ứng sấy khô, gia nhiệt sơ bộ và khử độ bay hơi, nâng cao khả năng đốt cháy AF khi đi tới ngọn lửa chính.
Vòi đốt kiểu hành tinh là một lựa chọn đầu vào hoặc bổ sung tốt để phun AF vào lò vì:
- Nó dễ dàng thực hiện và rẻ tiền.
- Nó cho phép sử dụng AF kém chất lượng nhất (hạt thô hơn, các hạt 3D, độ ẩm cao hơn) trong lò vì nó có chế độ sấy và gia nhiệt sơ bộ trước khi đốt cháy.
- Nó phun AF vào môi trường cao O₂.
Tuy nhiên, vòi đốt kiểu hành tinh có những hạn chế của nó liên quan tới TSR, khoảng 40 - 60% tùy thuộc vào điều kiện trong lò, vì:
- Trên ngưỡng đó, sẽ không tốt cho quá trình nung luyện clinker và chất lượng clinker nếu đưa nhiên liệu vượt ra khỏi tâm lò.
- Khả năng kiểm soát và phối trộn các hạt AF bị hạn chế phần nào.
- Vòi đốt kiểu hành tinh không có đầy đủ khả năng của một vòi đốt AF cao hiện đại, do đó, sẽ gặp nhiều khó khăn hơn trong việc xử lý những lượng nhiên liệu lớn hơn.
KHD: Đúng vậy, vòi đốt kiểu hành tinh sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sản xuất xi măng hiện đại, đặc biệt là ở các cơ sở nhà máy cũ (brownfield) để nâng cấp cải tạo và trang bị thêm cho các hệ thống đốt lò quay hiện có để tăng mức sử dụng AF. Hơn nữa, vòi đốt kiểu hành tinh mang lại cơ hội cho lắp đặt hai hệ thống đốt AF độc lập trong lò quay và do đó sử dụng hai dòng nhiên liệu riêng, một đưa vào qua vòi đốt chính và một đưa vào qua vòi đốt kiểu hành tinh. Điều này có thể giúp nâng cao độ ổn định và tính nhất quán của quá trình đốt và mang lại độ linh hoạt cao nhất của hỗn hợp AF.
ROCKTEQ: Tại ROCKTEQ, chúng tôi tin tưởng chắc chắn vào hiệu suất của vòi đốt kiểu hành tinh. Các nghiên cứu trước đây và kinh nghiệm thực tế đã chứng minh rằng vòi đốt kiểu hành tinh có thể tăng TSR của AF và giúp cho lò vận hành ổn định hơn so với các phương pháp khác. Các phát triển về mặt kỹ thuật đối với vòi đốt lò liên quan tới AF đã diễn ra trong gần 25 năm qua. Ban đầu, các loại thiết kế khác nhau đã được thử nghiệm trong quá trình vận hành sử dụng AF dạng rắn.
Các thiết kế này liên quan đến việc lắp đặt một đường ống bên trên vòi đốt lò, sau đó được đúc cùng với vật liệu chịu lửa của vòi đốt. Sau này, đường ống dẫn AF đã được tích hợp vào vòi đốt lò, đôi khi với 2 - 3 đường ống dẫn AF được bố trí ở giữa. Các vòi đốt lò đa nhiên liệu này đã được thiết kế để đáp ứng các loại AF khác nhau. Tuy nhiên, đã gặp phải những khó khăn ở hai khu vực chính:
- Tính năng đánh lửa và đốt cháy các loại AF khác nhau đã thay đổi, dẫn đến việc tạo ra ngọn lửa dài và khó kiểm soát.
- Đường kính của vòi đốt lò đã giảm đáng kể để đáp ứng một số thiết kế quan trọng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình đốt kể cả khi đốt than tiêu chuẩn.
Vòi đốt kiểu hành tinh mang lại lợi thế kiểm soát độc lập từ vòi đốt chính, giúp người vận hành linh hoạt hơn trong việc kiểm soát quá trình nung luyện clinker. Tại ROCKTEQ, chúng tôi đã tăng cường thêm hiệu suất vòi đốt kiểu hành tinh bằng cách thực hiện các hệ thống treo độc lập, cho phép điều chỉnh tối đa sự hình thành và vị trí ngọn lửa.
Unitherm Cemcon: Các vòi đốt kiểu hành tinh là quan trọng trong quá trình sản xuất xi măng hiện đại để tối ưu hóa việc sử dụng các nhiên liệu thứ cấp dạng sinh học, giảm bớt tác động môi trường, đặc biệt ở mức TSR cao (khoảng từ 70 - 100%). Đây là lý do tại sao:
- Kiểm soát nhiệt độ: Các vòi đốt kiểu hành tinh được bố trí hợp lý cung cấp nhiệt đầu vào tập trung cho kiểm soát nhiệt độ chính xác và phân bố nhiệt đồng đều, gia tăng khả năng tạo thành clinker xi măng và chất lượng sản phẩm.
- Tính linh hoạt của nhiên liệu: Chúng cho có phép sử dụng các loại AF khác nhau, giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giảm bớt lượng khí phát thải và nâng cao tính bền vững.
- Giảm thiểu lượng khí phát thải: Các vòi đốt kiểu hành tinh thúc đẩy quá trình đốt cháy hiệu quả và sử dụng nhiên liệu sạch hơn, giảm thiểu khí hiệu ứng nhà kính (GHG) và các chất gây ô nhiễm, đáp ứng các quy định về môi trường.
- Tiết kiệm chi phí: Nhờ gia tăng TSR, giảm bớt tiêu hao nhiên liệu hóa thạch, và giảm thiểu lượng khí phát thải CO₂, chúng mang lại những khoản tiết kiệm chi phí dài hạn và nâng cao hiệu suất vận hành.
Việc tích hợp vòi đốt kiểu hành tinh vào các hệ thống lò xi măng làm gia tăng khả năng cạnh tranh và thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành.
Có thể tối ưu hóa thiết kế vòi đốt ra sao để giảm thiểu lượng khí phát thải có hại như NOx?
FCT Combustion: Người ta thường tin rằng việc giảm thiểu lượng gió sơ cấp là một cách để giảm bớt việc hình thành NOx tại vòi đốt. Tuy nhiên, trong thực tế, câu trả lời lại không hề đơn giản. Một mặt, việc giảm lượng gió sơ cấp có thể dẫn đến sự gia tăng NOx nếu nó khiến nhiên liệu đánh lửa chậm, chẳng hạn. Ngoài ra, việc chỉ giảm mỗi lượng gió sơ cấp thôi cũng có thể ảnh hưởng tới chất lượng clinker, làm giảm cường độ xi măng và có thể gây ra các vấn đề liên quan tới quá trình vận hành lò như độ thích ứng chậm hơn, các chu trình kiềm và lưu huỳnh tăng lên trong lò và quá trình đốt không kiểm soát được.
Điều quan trọng đó là lượng khí phát thải NOx có thể giảm thiểu được bằng cách giảm lượng gió sơ cấp, miễn là nó có khả năng kiểm soát được quá trình đốt cháy tương tự hoặc tốt hơn. Ngoài lượng gió sơ cấp, khả năng phân phối trong ngọn lửa có thể có tác động đáng kể tới lượng khí phát thải NOx. Việc cuốn gió hai vào bị trễ có thể giảm bớt NOx, miễn là nó không làm cho nhiên liệu đánh lửa chậm. Việc bắt lửa sớm của ngọn lửa từ lâu đã được biết đến là sẽ giảm bớt NOx và thiết kế đầu vòi đốt và gió sơ cấp là rất quan trọng đối với điểm đánh lửa. Vị trí và động lượng của gió sơ cấp tại đầu vòi đốt là rất quan trọng về cách thức và vị trí gió hai được cuốn vào ngọn lửa. Nó sẽ cho phép đánh lửa nhiên liệu nhanh nhưng quá trình đốt cháy nói chung lại chậm hơn - một sự cân bằng rất tốt. Việc phun nước vào ngọn lửa từ đầu vòi đốt cũng có thể hữu ích trong việc kiểm soát nhiệt độ đỉnh là một yếu tố khác trong việc tạo ra NOx, nhưng cũng có những bất lợi.
Dù gì, một giải pháp cực kỳ hiệu quả và có lợi thế về mặt kinh tế để giảm thiểu lượng phát thải khí NOx chính là sử dụng AF. Các đặc tính của chúng như độ ẩm cao hơn, cỡ hạt lớn hơn, hoặc nhiệt trị thấp, cùng với các yếu tố khác làm chậm lại quá trình đốt cháy. Các nhiên liệu có hàm lượng khí ni-tơ thấp hơn cũng có thể sử dụng được để giảm thiểu lượng NOx, mặc dù kết quả có hạn. Một vòi đốt linh hoạt có thể điều chỉnh được theo các điều kiện và các loại nhiên liệu khác nhau là điều quan trọng nhất.
Công nghệ vòi đốt thực tế có thể trong một vài trường hợp có tác động lớn tới lượng khí phát thải NOx, chẳng hạn, vòi đốt Gyro-Therm™ cho khí đốt tự nhiên sử dụng công nghệ mới hoàn toàn để phối trộn nhiên liệu và khí giảm thiểu việc tạo thành NOx, đồng thời tạo ra một biên dạng dòng nhiệt nóng, ngắn lý tưởng cho vận hành lò xi măng.
Tuy nhiên, nhìn chung sẽ không mong muốn giảm bớt chất lượng sản phẩm, năng suất lò, mức tiêu hao nhiên liệu, tuổi thọ vật liệu chịu lửa…, để kiểm soát lượng khí phát thải NOx. Tốt hơn là phải xử lý khí thải để loại bỏ NOx ra khỏi dòng khí thải.
KHD: Việc tối ưu hóa thiết kế vòi đốt để giảm thiểu lượng khí phát thải NOx phụ thuộc rất nhiều vào lượng gió sơ cấp sử dụng, hình dạng vòi phun và vị trí. Các thông số này ảnh hưởng tới nhiệt độ ngọn lửa, mà trực tiếp ảnh hưởng tới quá trình hình thành NOx: nhiệt độ ngọn lửa (trong khi vẫn đảm bảo được các yêu cầu công nghệ) càng thấp và càng ổn định, mức độ phát thải khí NOx càng thấp. Vòi đốt PYROJET của chúng tôi sử dụng gió sơ cấp áp lực cao, giúp giảm được tối đa lượng gió sơ cấp tiêu hao, trong khi vẫn đạt được hiệu suất đốt cháy cao, nhờ vậy giảm được tối đa lượng khí phát thải NOx.
ROCKTEQ: Vòi đốt chính thường sử dụng 8 - 12% khí đốt cần thiết cho đốt cháy nhiên liệu trong lò để điều chỉnh lượng khí phát thải. Dòng và nhiệt độ gió thứ cấp giàu oxi cũng ảnh hưởng tới lượng khí phát thải của vòi đốt chính. Để giảm thiểu lượng khí phát thải NOx dạng nhiệt (được tạo ra ở nhiệt độ trên 1.250°C với tốc độ phát triển theo cấp số nhân), thiết kế vòi đốt lò phải kết hợp quá trình đốt nhiều bậc hoặc sử dụng nhiên liệu có độ ẩm làm chậm lại quá trình đánh lửa và ngăn ngừa ngọn lửa đạt tới nhiệt độ đỉnh. Thiết kế đốt nhiều bậc phụ thuộc vào việc làm chậm lại tốc độ phản ứng của nhiên liệu oxi. Khí phát thải NOx tạo ra từ các phản ứng của N₂ như là một thành phần khí với O₂ từ khí đốt, tăng cường khi nhiệt độ đốt cháy cao.
Việc giảm lượng khí oxi cung cấp vào tâm ngọn lửa làm chậm lại độ hoạt tính carbon, dẫn đến nhiệt độ đỉnh của ngọn lửa thấp hơn và tiếp theo là lượng khí phát thải NOx dạng nhiệt thấp hơn. Tuy nhiên, việc đạt được sự cân bằng này có thể là thách thức khi gió sơ cấp và gió vận chuyển được yêu cầu cho AF rắn ở tâm vòi đốt. Các thử nghiệm được tiến hành trong thập kỷ trước đã cho thấy rằng việc sử dụng khí thải của quá trình đốt cháy thay thế cho gió sơ cấp, mang lại những kết quả tích cực, giảm đáng kể lượng khí phát thải NOx. Đáng tiếc là, cặn lắng trong khí thải ngưng tụ và tích tụ đã đặt ra những thách thức qua việc gây tắc nghẽn và làm hư hỏng các bộ phận bên trong vòi đốt lò. Nghiên cứu việc sử dụng khí thải làm khí vận chuyển cho AF có khả năng phải thực hiện thêm.
Tại ROCKTEQ, việc kiểm soát độc lập các dòng gió sơ cấp khác nhau qua các van điều chỉnh lưu lượng là bắt buộc đối với thiết kế vòi đốt chính, đảm bảo có thể đạt được các mức điều chỉnh cần thiết.
Unitherm Cemcon: Thiết kế vòi đốt là mấu chốt để giảm thiểu lượng khí phát thải của nhiên liệu trong quá trình sản xuất xi măng, với việc Unitherm Cemcon cung cấp các giải pháp tiên tiến trong gần 80 năm qua. Dưới đây là cách mà thiết kế vòi đốt có thể giúp ích:
- Đốt cháy hiệu quả: Thiết kế phù hợp đảm bảo phối trộn đều nhiên liệu - khí cho đốt cháy hoàn toàn, giảm thiểu lượng khí phát thải nguy hại như CO và UHC.
- Công nghệ thấp NOx: Thiết kế của Unitherm Cemcon tích hợp công nghệ thấp NOx, như đốt nhiều bậc và FGR, giảm đáng kể lượng khí phát thải NOx.
- Kiểm soát chính xác: Các hệ thống kiểm soát tiên tiến cho phép quản lý chính xác các thông số đốt, tối ưu hóa các điều kiện để giảm thiểu lượng khí phát thải.
- AF: Thiết kế vòi đốt đáp ứng việc sử dụng AF, với các đặc tính như vòi đốt kiểu hành tinh PNEUMO-DEFLECTOR® hoặc UNISAT để đốt hiệu quả và giảm bớt lượng khí phát thải, kể cả với hàm lượng độ ẩm cao.
Tóm lại, các giải pháp vòi đốt của Unitherm Cemcon tối ưu hóa hiệu suất đốt cháy, kiểm soát được lượng khí phát thải, và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng AF, đáp ứng các mục tiêu khử giảm phát thải trong sản xuất xi măng.
Các nhà máy xi măng có thể làm được điều gì để đảm bảo tính sẵn sàng và tuổi thọ vận hành cao nhất của các vòi đốt của họ?
FCT Combustion: Sự tương tác giữa ngọn lửa và khí động học của lò nung có thể là yếu tố quyết định rất quan trọng tới tuổi thọ của vật liệu chịu lửa. Thiết kế vòi đốt tạo ra biên dạng dòng nhiệt, là một yếu tố quan trọng hình thành nên lớp cola và đảm bảo độ ổn định. Sự hình thành nên lớp cola có độ ẩn định tốt ở zôn nung là cách tốt nhất để tăng tuổi thọ vật liệu chịu lửa ở vùng chịu ứng suất nhiệt lớn nhất trong lò.
Tuy nhiên, vòi đốt hoạt động trong một môi trường đặc biệt thay đổi trong mỗi lò khác nhau. Thiết kế vòi đốt cần được tùy chỉnh theo lò mà nó được lắp vào, xem xét tới các đặc tính kỹ thuật về điều kiện gió hai, hình dạng lò nung, chụp lò và máy làm nguội, nhiệt độ trong các dòng khí khác nhau và các bộ phận của quá trình, vì những điều này có thể ảnh hưởng tới việc vòi đốt nên được thiết kế phù hợp ra sao, ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt trong lò bị ảnh hưởng ra sao, và những điều này tác động ra sao tới sự hình thành lớp cola ổn định và các chu trình bay hơi cùng với các yếu tố khác nữa. Trong một số trường hợp cực đoan, như khi một vòi đốt mới được xem xét để giải quyết vấn đề hiện tại trong lò, thì việc lập mô hình cũng có thể là một công cụ hữu hiệu cho tối ưu hóa.
Các lựa chọn thiết kế cơ bản dựa trên kết cấu vòi đốt có thể có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của vòi đốt. Các chi tiết dịch chuyển ở phía trước vòi đốt là những điểm yếu quan trọng, trong đó sự hư hại do mài mòn hoặc do nhiệt có thể gây ra sự thay đổi đáng kể về hiệu suất của vòi đốt, có khả năng gây ra hư hỏng vật liệu chịu lửa trong lò. Quan điểm thiết kế của FCT là dựa vào các phương pháp thi công đơn giản và chắc chắn có thể đảm bảo tính toàn vẹn khí động học của vòi đốt, kết hợp với thiết kế chi tiết dựa vào mô hình và khoa học nhằm đáp ứng các yêu cầu vận hành cụ thể của lò nung.
Việc lựa chọn đúng loại vật liệu chịu được mài mòn, cũng như các thiết bị đo lường tốt hơn để giám sát và điều chỉnh các điều kiện vận hành, là cực kỳ quan trọng để kéo dài tuổi thọ vòi đốt. FCT cũng là một công ty tiên phong trong việc áp dụng xử lý nhiệt trên các bộ phận đầu vòi đốt để cải thiện khả năng làm mát.
Quản lý nhiệt vòi đốt là một phần công việc rất quan trọng cần thiết để kéo dài tuổi thọ vận hành của vòi đốt và khả năng vòi đốt duy trì được trong những trường hợp bất lợi như mất điện.
Một thiết kế thân thiện với hoạt động bảo trì bảo dưỡng là điều quan trọng nhất để đưa vòi đốt trở lại trạng thái ban đầu khi xảy ra sự cố.
KHD: Việc đảm bảo tính sẵn sàng cao nhất của vòi đốt có nghĩa là bảo trì thường xuyên và giám sát liên tục máy móc để ứng phó và ngăn ngừa các tình trạng không mong muốn.
Trong những điều kiện khắc nghiệt của lò quay, vòi đốt phải đặc biệt được bảo vệ tốt bởi lớp lót chịu lửa và gió làm mát để chịu được nhiệt độ rất nóng. Việc giám sát nhiệt độ vật liệu chịu lửa là một chỉ báo sớm về nguy cơ hư hỏng tiềm ẩn và tăng thêm thời gian cho lên kế hoạch dừng.
ROCKTEQ: Sự tương tác giữa vận hành lò, hỗn hợp nhiên liệu và vỏ lò tạo ra các ứng suất nhiệt, cơ học và hóa học chồng chéo lên vật liệu chịu lửa và kết cấu. Đáng tiếc là, một số khách hàng đánh giá thấp tác động hỗn hợp của nhiệt, các hóa chất, và độ mài mòn, gây ra hư hỏng sau một khoảng thời gian hoạt động ngắn. Các yếu tố như vị trí ngọn lửa thay đổi, quá nhiệt, dao động nhiệt độ đáng kể, gián đoạn vận hành và nhiên liệu không đồng nhất có thể khiến cho đầu vòi đốt và miệng phun vòi đốt bị mòn đi. Ngoài ra, vận tốc khí vận chuyển dư thừa có thể gây ra các vấn đề về mài mòn, dẫn đến độ mài mòn cao.
Điều bắt buộc đó là đơn vị cung cấp vòi đốt phải được thông báo về bất kỳ sự thay đổi nào về nhiên liệu và những biến động về chất lượng nhiên liệu. Mặc dù những thay đổi này có thể cần đến những điều chỉnh nhỏ nhưng cuối cùng chúng vẫn phải đảm bảo tuổi thọ vận hành lâu hơn cho đầu đốt. Để đạt được tuổi thọ cao nhất cho vòi đốt, nhà máy phải tuân thủ nghiêm ngặt các thông số thiết kế của vòi đốt và vận hành trong những giới hạn đó. Vòi đốt hiện đại của ROCKTEQ được trang bị các bộ máy phát dòng, áp suất và nhiệt độ, hoạt động như một hệ thống phát hiện để người vận hành dự đoán được nguy cơ mài mòn tiềm ẩn.
Việc lựa chọn và lắp đặt cẩn trọng vật liệu chịu lửa và các mấu neo phù hợp là cần thiết. Sử dụng các loại vật liệu bê tông ít xi măng, tối ưu hóa các hệ neo cho các đường ống vòi đốt, và áp dụng các quy trình đổ bê tông phù hợp cho các ống bọc vòi đốt, cùng với việc tôi và ram chúng theo các đường cong gia nhiệt được xác định trước, là các điều kiện tiên quyết để đạt được tính sẵn sàng cao nhất cho vòi đốt. Đổ bê tông các đoạn riêng lẻ, tốt nhất là ở vị trí thẳng đứng, giúp ngăn ngừa các vết nứt tại các mối nối. Các khe giãn nở được điền đầy bằng sợi gốm không chỉ ngăn ngừa các vết nứt do nhiệt gây ra trong vật liệu chịu lửa mà còn đảm bảo tuổi thọ chịu nhiệt lâu hơn cho vòi đốt. Đổ bê tông liền khối thành một chi tiết thường cho thấy là bất lợi đối với vật liệu chịu lửa ở vòi đốt chính.
Unitherm Cemcon: Để kéo dài tuổi thọ của vòi đốt lò và giảm bớt chi phí bảo trì bảo dưỡng:
- Kiểm tra thường xuyên: thực hiện vệ sinh định kỳ và kiểm tra tình trạng mài mòn, tuân thủ theo các hướng dẫn bảo trì bảo dưỡng của Unitherm Cemcon.
- Chất lượng nhiên liệu và khí: Đảm bảo chất lượng nhiên liệu và khí theo các đặc tính kỹ thuật của nhà sản xuất để ngăn ngừa tình trạng ăn mòn, không hiệu quả, và khí phát thải.
- Vận hành hợp lý: Tuân thủ theo các quy trình khởi động, dừng, và vận hành đã được khuyến nghị để đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ vòi đốt.
- Đào tạo và hỗ trợ: Đào tạo nhân viên về các quy trình vận hành và bảo trì bảo dưỡng chuẩn xác, sử dụng các dịch vụ hỗ trợ của Unitherm Cemcon.
- Phụ tùng chính hãng: Sử dụng phụ tùng chính hãng để đảm bảo tuổi thọ và khả năng thích ứng, giảm thiểu những hư hỏng sớm và chi phí bảo trì bảo dưỡng về lâu dài.
Hệ thống quản lý vòi đốt và tự động hóa có thể đóng vai trò gì trong việc tăng cường hoạt động vận hành vòi đốt?
KHD: Các hệ thống quản lý vòi đốt đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường hoạt động vận hành vòi đốt, đảm bảo các điều kiện vận hành an toàn vòi đốt. Các hệ thống này cũng cung cấp báo cáo rõ ràng về các điều kiện vận hành cho nền tảng điều khiển số của nhà máy, cho phép đánh giá tổng quan đơn giản và điều chỉnh dễ dàng với các dữ liệu lịch sử theo dõi được, để nâng cao hiệu suất vòi đốt.
Khi được nhà máy xi măng yêu cầu, các hệ thống quản lý vòi đốt hiện đại cũng có thể được kết nối với các điểm truy cập từ xa, cho phép các chuyên gia của nhà sản xuất vòi đốt truy cập các dữ liệu vận hành vòi đốt và cung cấp các dịch vụ khắc phục sự cố và tối ưu hóa từ xa.
ROCKTEQ: Việc lắp đặt camera đo nhiệt bức xạ từ phía chụp lò có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc về độ dài chùm tia. Các lò vận hành với mức AF cao có thể hưởng lợi từ quá trình theo dõi kích thước chùm tia, vị trí, điểm đánh lửa, kích thước và hình dạng của ngọn lửa.
Việc sử dụng camera đo nhiệt bức xạ cho phép người vận hành phản ứng với những thay đổi về đặc tính của AF như năng suất tỏa nhiệt thấp hơn (LHV), hàm lượng độ ẩm, cỡ hạt… Khi kết hợp với hệ thống chuyên gia chắc chắn, người vận hành có thể kiểm soát hiệu quả tỷ lệ nhiên liệu và đảm bảo mức nhiên liệu AF không đổi về năng lượng đầu vào. Việc đạt được độ ổn định trong quá trình vận hành lò làm tăng tỷ lệ AF và nâng cao chất lượng clinker.
Hơn nữa, việc tích hợp máy quét vỏ lò truyền tín hiệu vào hệ thống chuyên gia cho phép thực hiện các điều chỉnh đối với tổng chiều dài và đường kính ngọn lửa. Việc tích hợp này tạo điều kiện thuận lợi cho bố trí máy làm nguội vỏ lò thích hợp để ổn định lớp cola ở zon nung trong lò quay.
Unitherm Cemcon: Các hệ thống quản lý vòi đốt và tự động hóa cải thiện hoạt động vận hành vòi đốt nhờ các tính năng kiểm soát chính xác, giám sát theo thời gian thực và an toàn. Các hệ thống này tối ưu hóa hiệu suất đốt cháy bằng cách phát hiện những sai lệch và ngăn ngừa các điều kiện không an toàn. Giám sát và kiểm soát từ xa nâng cao khả năng giám sát, đồng thời việc phân tích dữ liệu hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất. Việc tích hợp với các hệ thống điều khiển quá trình đảm bảo sự phối hợp và tối ưu hóa hoạt động vận hành vòi đốt với các quá trình khác, đồng thời thực hiện được các tính năng quản lý năng lượng, giảm thiểu chi phí nhiên liệu và tác động môi trường.
Trong thời gian tới, các bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt là gì? Ngành Xi măng có thể kỳ vọng vào những phát triển gì trong những năm tới?
FCT Combustion: Bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt phụ thuộc vào các vùng trên toàn cầu, vì các khu vực khác nhau có những mối quan tâm về môi trường khác nhau, các kỳ vọng, các loại nhiên liệu, các bước phát triển công nghệ khác nhau… Nói rộng ra, các bước rõ ràng tiếp theo sẽ là sử dụng khí hydro và khí oxi do sức hấp dẫn của việc khử giảm CO₂. Tùy thuộc vào rất nhiều khả năng cung cấp, có thể sẵn có và được sử dụng riêng biệt hoặc đồng thời, với những lượng rất nhỏ hoặc thậm chí có khả năng rất lớn.
Về việc sử dụng AF, chúng ta có thể tiếp tục chứng kiến việc sử dụng AF có chất lượng kém nhất, bao gồm cả các nhiên liệu có cỡ hạt thô hơn, các hạt 3D, hoặc độ ẩm cao hơn và điều này cần được xem xét cân nhắc trong quá trình thiết kế vòi đốt. Trong lĩnh vực AF, chúng ta cũng có thể thấy sự tập trung nhiều hơn vào năng lực của chế độ nhiên liệu oxi ở mức từng phần hoặc toàn bộ công suất.
Ngoài những thách thức rõ ràng trong việc kết hợp hydro vào trong quá trình, như chi phí và tính sẵn có, một điều nữa cần phải cân nhắc xem xét là hiệu suất mà việc đốt cháy bằng hydro có thể đạt được về cường độ bức xạ nhiệt của ngọn lửa. Để đảm bảo độ bức xạ nhiệt của ngọn lửa đạt được tối ưu, có hai lựa chọn chính: thiết kế cho phép sử dụng những lượng nhỏ khí hydro để tăng cường việc sử dụng AF hoặc cách khác là, để cho phép sử dụng những lượng khí hydro cao hơn, thiết kế có thể xem xét đến việc đốt đồng thời với AF gốc carbon.
Các nguyên vật liệu và các cách thức xử lý mới có khả năng sẽ xuất hiện trong các thiết kế trong thời gian sắp tới, cụ thể là trong các lĩnh vực quản lý nhiệt và độ mài mòn.
Các thiết kế vòi đốt kiểu mô-đun cũng có thể trở thành các thiết kế tiêu chuẩn trong đó các nhà máy buộc phải thích ứng với những thay đổi nhanh chóng về AF. Thay vì thiết kế một vòi đốt cho một số loại nhiên liệu khác nhau mà có thể hoặc không thể đưa vào quá trình vận hành, có thể làm tổn hại đến thiết kế tổng thể chỉ nhằm đạt được tính linh hoạt, sẽ tốt hơn đáng kể nếu cung cấp một vòi đốt có thể cải tạo nâng cấp dễ dàng với các đoạn có thể thay thế cho phép sử dụng một nhóm điều kiện nhỏ hơn (ví dụ như nhiên liệu) gần với thiết kế tối ưu của chúng hơn.
Trong thời gian tới, tính sẵn có của thông tin theo thời gian thực về các điều kiện vận hành lò có thể đưa đến việc lập mô hình lò nung và một số điều chỉnh vòi đốt được tự động hóa để đảm bảo các điều kiện nung luyện được tối ưu hóa theo thời gian thực khi các hoạt động vận hành quá trình thay đổi.
KHD: Trong thời gian tới, việc sử dụng linh hoạt các loại nhiên liệu khác nhau sẽ tiếp tục là một phát triển quan trọng. Thiết kế vòi đốt có khả năng sẽ tiếp tục phát triển để phù hợp với phạm vi AF rộng hơn và khiến cho các nhà máy xi măng có thể đa dạng hóa thêm các nguồn nhiên liệu của họ, giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, và nâng cao tính bền vững trên hành trình tiến tới ròng bằng 0.
Trong trung hạn, chúng tôi mong đợi quá trình đốt nhiên liệu oxi sẽ được triển khai trong ngành Xi măng. Nhiên liệu oxi làm thay đổi các điều kiện đốt cháy quá trình một cách đáng kể, vì việc phun không khí bên ngoài vào được thay thế bằng việc phun khí ô-xi thuần khiết. Điều này làm tăng hàm lượng CO₂ trong các khí đốt - là mục tiêu của việc đốt nhiên liệu oxi vì CO₂ khi đó trở nên dễ thu gom hơn. Tuy nhiên, hàm lượng CO₂ cao hơn cũng gây tác động tới sự truyền nhiệt và dẫn đến sự thay đổi nhiệt trong quá trình, nên thiết kế vòi đốt cần phải xem xét đến điều này. Mặt khác, tính dễ cháy cao của oxi thuần nhiết phun vào tác động tích cực tới quá trình đốt nhiên liệu và đốt cháy hoàn toàn, khiến cho dễ dàng sử dụng những lượng AF lớn hơn, đồng thời đảm bảo được độ ổn định trong quá trình đốt.
Về lâu dài, các nghiên cứu và phát triển đang thực hiện sẽ mang lại sự đổi mới về công nghệ đốt thay thế, như vòng mạch hóa chất, quá trình đốt cháy được hỗ trợ bằng plasma và điện khí hóa. Các công nghệ này mang lại những lợi ích tiềm tàng về khử giảm lượng khí phát thải, hiệu suất năng lượng và tính linh hoạt quá trình trong ngành Xi măng.
ROCKTEQ: Trong những năm gần đây, thị trường nhiên liệu đã trải qua rất nhiều biến động do khủng hoảng chính trị và năng lượng, cùng với chi phí nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng lên. Để giải quyết những thách thức này, hỗn hợp nhiên liệu cho vòi đốt cần phải trở nên linh hoạt hơn trong tương lai. Người vận hành cần có sự linh hoạt hơn để chuyển sang các nhiên liệu và AF hiện đang có sẵn và hiệu quả về chi phí. Biến đổi khí hậu cũng sẽ yêu cầu giảm bớt sử dụng các nhiên liệu truyền thống như than, khí đốt, và dầu.
ROCKTEQ hình dung các vòi đốt chính có đường kính nhỏ hơn với ít kênh nhiên liệu hơn. Việc sử dụng kết hợp các vòi đốt kiểu hành tinh cho AF cho lò nung sẽ cho phép kiểm soát linh hoạt các nhiên liệu dựa vào các điều kiện và khả năng đốt cháy của chúng. Chúng tôi dự đoán có một động thái hướng tới việc đạt được mức TSR cao hơn lên tới 100% ở một số vùng. Tại ROCKTEQ, là chuyên gia về quá trình gia nhiệt lò nung, chúng tôi đã phát triển hệ thống tăng cường đốt AF (AF-Booster System). Hệ thống này bao gồm cả việc sấy khô nhiên liệu rắn bằng khí thải, phân loại AF, và cấp liệu tới vòi đốt chính và/hoặc vòi đốt kiểu hành tinh, hoạt động như là một hệ thống hoàn chỉnh tiết kiệm không gian cho các ứng dụng tương lai trong các nhà máy xi măng. Việc vận hành lò ổn định với mức TSR rất cao chỉ có thể đạt được bền vững với AF chất lượng có thể dự đoán được có điều kiện và được chuẩn bị tốt. Giải pháp tiếp cận này cho phép các nhà máy xi măng có thể mua được AF tiết kiệm về chi phí đồng thời đạt ít phụ thuộc hơn vào các nhà cung cấp nhiên liệu, vì chất lượng cuối cùng đạt được tại chỗ.
Unitherm Cemcon: Ngành Xi măng đang ưu tiên cho việc khử giảm khí phát thải carbon và hiệu suất năng lượng, thực hiện đổi mới về thiết kế vòi đốt như các phát triển sản phẩm mới đây nhất của Unitherm (ví dụ, công nghệ M.A.S, UNISAT). Các vòi đốt này đốt hiệu quả AF rắn với TSR đạt từ 70% đến gần 100%, phát thải các chất ô nhiễm GHG ít hơn. Như việc đa dạng hóa các đặc tính nhiên liệu cho các mục tiêu của nền kinh tế tuần hoàn, ngành có thể chuyển hướng sang các nhiên liệu thay thế dạng khí như nhiên liệu sinh học và khí hydro xanh, cần có các thiết kế vòi đốt chuyên dụng, đặc biệt là dưới các điều kiện nhiên liệu oxi. Ngoài ra, việc tích hợp các công nghệ số như AI và IoT vào các hệ thống vòi đốt được dự đoán sẽ tối ưu hóa hiệu suất, giảm bớt thời gian dừng và nâng cao độ an toàn.
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ World Cement Magazine số tháng 6/2024
Nguồn: ximang.vn
