Xác định quy mô các công trình trong nhà máy xi măng có lò quay và giải pháp thiết kế mặt bằng
Trong nhà máy xi măng lò quay có đặc thù sản phẩm sản xuất ra là chủng loại vật liệu hàng vật liệu rời, cần bảo quản đặc biệt với khối lượng và khối tích rất lớn, nên các dạng công trình kho được xây dựng và vận hành trong nhiều công đoạn sản xuất suốt dây chuyền sản xuất của nhà máy. Các công trình kho như kho đồng nhất sơ bộ, silô đồng nhất, silô clinke, silô xi măng đóng vai trò quan trọng trực tiếp trong dây chuyền vận hành liên hoàn của nhà máy không chỉ đơn thuần là kho lưu trữ mà các kho này cũng là thiết bị vận hành cùng dây chuyền sản xuất để tạo ra sản phẩm.
Các dạng công trình kho trong dây chuyền sản xuất xi măng dần chuyển hoá chức năng theo quy trình biến đổi của nguyên liệu thô tới sản phẩm cuối cùng là xi măng bột, mỗi dạng công trình kho được các nhà xây dựng tính toán quy mô, sức chứa sao cho vẫn đảm bảo tính độc lập để khi cần thiết thì từ các công đoạn sản xuất sau mỗi kho vẫn đảm bảo hoạt động được trong một thời gian nhất định mà không phụ thuộc vào công đoạn sản xuất trước kho khi gián đoạn.
1.Kho đồng nhất nguyên liệu ĐNNL, kho phụ gia có dạng kho dài, kho mái vòm, kho 2 mái nghiêng, kho tròn
Công nghệ sản xuất xi măng tại Việt Nam và trong khu vực hiện nay yêu cầu quy mô kho đồng nhất có sức chứa cho 5-7 ngày sản xuất. Các nhà máy xi măng Việt Nam có công suất < 4000 T/clinke/ngày xi măng Nghi Sơn 5800T/clamke/ngày cần có hệ thống kho đồng nhất có sức chứa tương ứng 40.000 - 60.000 tấn nguyên liệu. Các tính toán cho biết nguyên liệu thô sẽ là 8400 T/ngày cho lò quay công suất 4000T/clinke/ngày/
Do thành phần công nghệ của clinke nên kho đồng nhất đá vôi thường được thiết kế có sức chứa lớn hơn kho sét 1,2 - 1,4 lần.
Việc ứng dụng chương trình tối ưu hoá các vấn đề khai thác mỏ có kết hợp máy phân tích nhanh trực tuyến trên băng đã đưa tới xu hướng cho phép trữ lượng trong kho đồng nhất sơ bộ có thể giảm xuống sức chứa cho 3 ngày sản xuất của nhà máy, thậm chí ít hơn. Cho tới nay các kho đồng nhất sơ bộ trong các nhà máy xi măng Việt Nam chủ yếu là dạng kho dài, có mặt bằng hình chữ nhật kích thước tương đối 36;42;45; 48 x n.6m với chu trình rải và rút liệu theo chiều dọc của kho. Nhờ tiến bộ kỹ thuật, cho phép giảm sức chứa của kho nên gần đây đã đưa vào ứng dụng dạng kho tròn đồng nhất nhà máy xi măng Holcim, ximăng Cẩm Phả. Trước đây loại kho dài thường được thiết kế và xây dựng để dự trữ nguyên liệu cho 7 ngày sản xuất, nhưng hiện nay kho đồng nhất nguyên liệu thường chỉ dự trữ cho 5 ngày, khi ứng dụng loại kho tròn. Khi xác định sức chứa của kho đồng nhất cần phải tính tới tổng số thời gian làm việc theo ca, công suất máy đập, sự đồng bộ, liên tục của nguồn cung cấp nguyên liệu và tổng thể số ngày ngừng sản xuất trong năm.
2. Silô đồng nhất nguyên liệu
Nguyên liệu sau khi được đồng nhất trong kho bảo đảm thành phần phối liệu đá vôi 75%, đá sét < 23% sẽ điều chỉnh thêm phụ gia đưa vào nhà máy nghiền sấy có công suất 150-200T/h tạo thành bột liệu và được chuyển tới silô đồng nhất bột liệu bằng gầu xích. Sau đó ẽ được đưa qua tháp trao đổi nhiệt trước khi đưa vào lò nung. Xu hướng sử dụng silô đồng nhất sức chứa nhỏ khá phổ biến. Với công suất lò quay 5000T clinke/ngày, thậm chí chỉ cần sử dụng 1 silô đồng nhất nhỏ với sức chứa 6000 tấn tương ứng với khả năng cung cấp cho 2 ngày vận hành lò quay. Hiện nay các nhà máy xi măng ở Việt Nam chủ yếu có công suất 4000T/clinke/ngày và thường dùng silô đồng nhất nạp liệu cho 3-5 ngày sản xuất, có sức chứa 20 000 tấn. Dây chuyền sản xuất phối liệu đồng nhất công suất 395T/h bột liệu có độ mịn sau nghiền là 12% trên sàng lỗ 0,09mm 4900 lỗ/cm2 hiện đại cho phép sức chứa của silô đồng nhất giảm xuống còn 1 ngày.
3. Silô chứa - ủ clinke
Kho chứa - ủ clinke trong các nhà máy xi măng Việt Nam công suất xấp xỉ 1,4 triệu tấn xi măng/năm thường được ứng dụng loại silô CF với sức chứa mỗi silô đơn 15000-20000T clinke. Silô làm nhiệm vụ chứa ủ clinke từ nhiệt độ 80 - 1200C tới nhiệt độ thường trong thời gian 5-7 ngày. Các tiến bộ mới trong công nghệ sản xuất ximăng gần đây đã đưa ra một số dạng silô có khả năng thông thoáng, kết hợp thổi khí tăng độ đồng nhất cho chất lượng clinke và giảm thời gian lưu clinke xuống còn 7 ngày. Ở Việt Nam hiện nay có nhiều nhà máy có quy trình xuất - nhập sản phẩm clinke, nên các silô clinke khi xây dựng được tính đến sức chứa với 1 silô chính 20000T và 1 silô phụ > 10.000T để tránh việc clinke để ngoài bãi ảnh hưởng tới chất lượng xi măng.
4. Silô chứa xi măng
Trong công nghệ sản xuất xi măng thì clinke được xem là sản phẩm bước 1. Các tỉnh phía Bắc tập trung nhiều nhà máy lớn có chu trình xuất - nhập sản phẩm clinke giữa các nhà máy trên cơ sở cân đối năng suất, nhu cầu của các nhà máy xi măng trong Tổng Công ty. Clinke sau đó được nghiền công suất 200T/h cùng với thạch cao, chuyển bằng băng tải tới các xưởng đóng bao trộn với phụ gia thành các chủng loại xi măng chứa trong cụm silô. Với các nhà máy xi măng thì công trình kho có sức chứa và khối tích nổi bật chính là cụm kho silô chứa xi măng bột đứng liên hoàn và tạo điểm nhấn kiến trúc ở cuối dây chuyền sản xuất của nhà máy. Các nhà máy xi măng lò quay hiện đại của nước ta hiện nay như nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Nghi Sơn, ChingFong, Sao Mai, Holcim đều có năng lực xuất hàng khoảng 15 000T/ngày với công suất máy nghiền clinke > 200 T/h. Trong điều kiện miền Bắc Việt Nam rất nhiều nhà máy có kho chứa xi măng được thiết kế sức chứa cho xuất hàng tối thiểu khoảng 6 ngày là 90.000 -100.000 tấn xi măng.
5. Hình dáng mặt bằng công trình kho
- Mặt bằng kho hình chữ nhật:
Trong dây chuyền sản xuất xi măng lò quay, các kho đồng nhất sơ bộ nguyên liệu có mặt bằng hình chữ nhật. Hình dáng mặt bằng nhà kho hình chứ nhật được hình thành bởi chu trình công nghệ rải liệu đồng nhất theo chiều dài. Các kho đồng nhất dạng dài có ưu thế là sức chứa lớn và có công suất rải liệu và đánh đống lớn. Sức chứa của mỗi kho hơn 60 000 tấn nguyên liệu thô nên dạng kho hình chữ nhật dài thường được dùng trong các nhà máy xi măng có công suất lớn > 1,8 triệu tấn/năm và có nguồn nguyên liệu khai thác là các mỏ đá vôi dồi dào.
Hiện nay các kho hình chữ nhật trong các nhà máy xi măng Việt Nam thường có nhịp L = 30 - 40 m, hệ kết cấu theo bước cột B = 6m với kích thước đống rải liệu trong lòng kho l = 20-30m và chiều dài mỗi nhà kho là d > 20B.Do đặc điểm mặt bằng kho hình chữ nhật mở rộng theo hướng vận hành của chu trình sản xuất nên các kho đồng nhất hình chữ nhật thường được bố trí nằm dọc dây chuyền, ở dâu dây chuyền gần mỏ nguyên liệu hoặc nằm song song với dây chuyền nhưkho nguyên liệu tổng hợp kho phụ gia, kho than, kho thạch cao
Do yêu cầu sức chứa kho đá vôi thường lớn hơn kho đá sét nên mặt bằng kho đá vôi có chiều dài hơn kho đá sét 1,2 - 1,4 lần. Nhà máy xi măng Tam Điệp có kho đá vôi dài d = 120m = 20B; kho đá sét dài d=160m=25B; kho tổng hợp dài d = 300m = 50B.
- Mặt bằng kho hình tròn
Mặt bằng kho hình tròn trong nhà máy xi măng chi làm hai loại kho đồng nhất, kho chứa có thiết bị rút liệu, đánh đống và kho tự chảy dạng silô, bunke.
+ Kho đồng nhất sơ bộ nguyên liệu:
Các kho đồng nhất sơ bộ hình chữ nhật dài thường được chọn xây dựng ở Việt Nam vì công tác thi công xây lắp phù hợp với khả năng kỹ thuật trong nước. Hiện nay, kho có mặt bằng hình tròn được sử dụng nhiều ở nhà máy xi măng hiện đại trên thế giới. So với kho dài hình chữ nhật, kho tròn đồng nhất nhiên liệu có nhiều ưu điểm nổi bật là mặt bằng có diện tích chiếm đất ít, mặt bằng xây dựng gọn, dễ dàng và linh hoạt hơn khi bố trí kho đồng nhất trong mặt bằng tổng thể, rút ngắn chiều dài dây chuyền sản xuất. Tại Việt Nam, các nhà máy xi măng như Hoclim, Cẩm Phả đã ứng dụng kho đồng nhất dạng tròn chứa hai thành phần nguyên liệu đá vôi, đá sét có đường kính kho ф95m, chiều cao đỉnh kho 46m với tổng sức chứa 62.000 tấn.
Trên thế giới nhiều nhà máy xi măng đã ứng dụng dạng kho vòm tròn cầu do hãng DOMTEC của Mỹ phát triển với hơn 250 kiểu loại kho và mặt bằng kho hình tròn có đường kính ф90 - 120m thậm chí lên tới 150m.
+ Kho chứa clinke kho tự chảy:
Gần đây công nghệ xây dựng mới nhà máy xi măng lò quay đã được ứng dụng ở nước ta dạng kho vòm chứa clinke có mặt bằng hình tròn. Mặt bằng nền khốc hâihngf từ 8-10 miệng xả bột liệu, phần ngầm dưới công trình kho là hệ thống rút liệu và băng tải.
+ Kho tròn chảy silô đồng nhất, silô clanke, silô xi măng
Các silô chứa liệu được ứng dụng trong nhà máy xi măng là các kho có mặt bằng hình tròn, thành kho phát triển theo chiều cao H= 1,5 - 2ф.
Hệ thống silô đồng nhất bột liệu trong mỗi dây chuyền thường bố trí một silô đơn bên cạnh tháp trao đổi nhiệt hoặc 1 silô chính, 1 silô phụ có mặt bằng hình tròn với kích thước ф15 – 35m. Sức chứa các silô đồng nhất bột liệu từ 15000 – 25 000 tấn với ф = 15-40m. Trên mặt bằng silô hình tròn có các miệng sục khí đồng nhất bột liệu và các cửa xả.
Silô clinke: Trong dây chuyền sản xuất xi măng silô clinke thường đáp ứng sức chứa lớn 40 000 - 60 000 tấn. Tuỳ điều kiện công suất của nhà máy , silô clinke có thể bố trí 1 silô lớn hoặc 2 silô, 1 silô chính và 1 silô phụ.
Silô xi măng: Sản phẩm ximăng là vật liệu dạng bột nên trong dây chuyền sản xuất, xi măng được chứa trong các kho tự chảy dạng silô. Ở Việt Nam, các silô xi măng có dạng mặt bằng hình tròn, có một cửa xả xi măng hoặc các cửa xả
Silô clinke: Sản phẩm xi măng là vật liệu dạng bột nên trong dây chuyền sản xuất, xi măng bột được chứa trong các kho tự chảy dạng silô. Ở Việt Nam, các silô xi măng có dạng mặt bằng hình tròn, có một cửa xả xi măng hoặc các cửa xả bố trí thành hai hàng.
Sản phẩm xi măng bột lưu trữ trong các nhà máy xi măng rất lớn 60 000 - 100 000 tấn hoặc nhiều hơn nên mặt bằng các si lô xi măng được tổ chức theo cụm từ 2 silô đơn trở lên.
Nhà máy xi măng Hoàng Thạch bố trí một hàng 5 silô, xi măng Tam ĐIệp cụm 4 silô, xi măng Nghi Sơn cụm 4 silô, xi măng ChinFon cụm 4 silô, xi măng Bút Sơn cụm 6 silô.
- Các hình dạng mặt bằng kho khác
Gần đây, khi thiết kế người ta ứng dụng mặt bằng đa dạng cho các cụm silô chứa xi măng. Mặt bằng silo hình tròn, mặt bằng silô hình lục giác, hình bát giác, hình vuông và khi cần sức chứa lớn cho các cụm silô thì mặt bằng cụm silô là tổ hợp các hình. Ngoài ra trong một mặt bằng mỗi silô còn được chia nhiều ngăn để có thể chứa các chủng loại xi măng khác nhau. Nhờ sự đa dạng và linh hoạt trong hình dáng mặt bằng các cụm silô nên khi silô vươn cao sẽ tạo được hiệu quả kiến trúc bất ngờ cho công trình nhà máy xi măng.
Qua nghiên cứu các nhà máy xi măng tiên tiến trên thế giới cho thấy việc ứng dụng các kho mặt bằng hình chữ nhật có hiệu quả rất lớn tới việc rút ngắn dây chuyền sản xuất dây chuyền thiết bị sản xuất xi măng hiện đại có công suất lớn. Về hiệu quả kiến trúc, ứng dụng kho tròn trong nhà máy xi măng sẽ đem tới vẻ đẹp kiến trúc hiện đại, gọn gàng và thuận lợi trong việc tổ chức quy hoạch không gian kiến trúc trong nhà máy xi măng.
6. Kích thước thiết kế mặt bằng các công trình kho
- Kho đồng nhất sơ bộ dạng dài - hình chữ nhật các kho đồng nhất nguyên liệu
Kho đá vôi kích thước:
L x n.B = 36; 42; 45; 48m x n.6m
với n = 20 - 25
Kho đá sét kích thuớc:
L x n. B = 36; 42; 45; 48m x α.6m
với n = 1,21.4. α
Kho nguyên liệu tổng hợp phụ gia, thạch cao, than, pyrit
L x β.B = 48; 54m x β.6m
với β = 4050
- Kho có mặt bằng hình tròn
Kho đồng nhất sơ bộ:
Từ lâu xu hướng của các dây chuyền sản xuất xi măng hiện đại trên thế giới đã ứng dụng rộng rãi dạng kho tròn đồng nhất nguyên liệu. Các kho tròn được xây dựng thường có đường kính rất lớn ф = 50 - 120m. Hệ thống kho tròn gắn liền với thiết bị và công nghệ rải liệu, đánh đống hình vòng, các thiết bị rải liệu và rút liệu được lắp đặt tại cột trung tâm.
Silô đồng nhất:
Si lô đồng nhất bột liệu thường có sức chứa Q = 10 000 - 20 000 T. Bộ phận tiền nung trong nhà máy xi măng luôn có một silô đồng nhất có ф = 15-25m đứng cạnh tháp trao đổi nhiệt.
Silô chứa ximăng:
Do yêu cầu sức chứa xi măng lớn nên các silô xi măng được tổ hợp thành từng cụm, mỗi silô tròn có đường kính ф = 10-15m còn trong trường hợp chỉ tổ chức 2 silô 1 chính, 1 phụ thì mỗi silô có ф = 20-35m.
Việc thiết kế, xây dựng các công trình kho trong nhà máy xi măng trước tiên phải xác định được quy mô sức chứa của mỗi công trình kho. Quy mô sức chứa mỗi công trình kho trong nhà máy phụ thuộc trực tiếp công suất của nhà máy, tính vận hành của dây chuyền công nghệ. Các dây chuyền sản xuất xi măng tiên tiến nagỳ càng hiện đại, có công suất cao, vận hành ổn định nên xu hướng hiện nay không đòi hỏi nâng cao sức chứa của các công trình kho.
Nguồn tin: T/C Kiến trúc, số 3/2006