Tiếng Việt Q&A về hệ thống vòi đốt trong các nhà máy xi măng
World Cement đã đề nghị các chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế Vòi đốt đưa ra quan điểm của họ về một loạt các chủ đề có liên quan. Các ý kiến đóng góp cho ấn bản Hỏi & Đáp về Vòi đốt (Burner Q&A) năm nay là của FCT Combustion.
Việc sử dụng ngày càng nhiều các nhiên liệu thay thế có chất lượng và độ ổn định khác nhau có thể gây ra những thách thức trong sản xuất xi măng. Các nhiên liệu này có thể tác động ra sao tới hiệu suất vòi đốt và có thể làm gì để giảm thiểu các ảnh hưởng này?
FCT Combustion: Nhiên liệu khác nhau có nghĩa là kích thước hạt liệu, mật độ khối, độ ẩm, và nhiệt trị khác nhau cùng với khả năng sấy khô, đánh lửa, và thời gian cháy hết cũng như động lực học đốt cháy khác nhau. Loại nhiên liệu thay thế, sự khác nhau về chủng loại và tỷ lệ mà nhiên liệu được đưa tới vòi đốt có thể tác động đến chiều dài ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt bên trong lò cũng như lượng khí phát thải. Hầu hết các hệ thống định lượng nhiên liệu đều hoạt động trên nguyên tắc thể tích, có nghĩa rằng nhiệt năng được cấp tới vòi đốt có thể thay đổi theo thời gian, kể cả khi định lượng theo thể tích ổn định, do các đặc tính nhiên liệu thay đổi.
Để giảm thiểu tất cả các ảnh hưởng này, vòi đốt phải được thiết kế sao cho có thể vận hành thật sự linh hoạt để kiểm soát khí động học và quá trình đốt cháy phù hợp, tăng cường sức hút gió thứ cấp (gió hai) vào ngọn lửa. FCT giới thiệu Vòi đốt Turbu-FlexTM với thiết kế đầu đốt bằng khí hướng trục, độ chảy rối được cấu hình lại, và khí nâng nhiên liệu thay thế được phân chia giữa việc nâng nhiên liệu từ đáy đường ống vận chuyển và không khí phân tán giúp phát tán nhiên liệu vào gió sơ cấp (gió một) và gió thứ cấp khi nó rời khỏi đầu vòi đốt.
Ngoài những thách thức tại vòi đốt lò, điều quan trọng cần nói 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, còn khi sử dụng chúng tại calciner sẽ dễ dàng hơn nhiều. Các loại nhiên liệu như vậy bao gồm các nhiên liệu có độ ẩm cao hơn, nhiệt trị thấp hơn, kích thước hạt lớn hơn, thời gian đốt cần thiết lâu hơn, hoặc hàm lượng chất bốc thấp, cùng với các yếu tố khác nữa.
Như là một nguyên tắc chung, các nhiên liệu thay thế dễ đốt cháy hơn sẽ được dùng cho vòi đốt lò, và các nhiên liệu khó đốt cháy hơn sẽ được dùng tại calciner. Trong trường hợp không có sẵn calciner, một hỗn hợp nhiên liệu thay thế khó đốt cháy và dễ đốt cháy hơn sẽ là hỗn hợp nhiên liệu dung hòa tốt nhất để tăng mức thay thế chung lên đồng thời tác động ít hơn đến quá trình vận hành lò. Giải pháp khác có thể là sử dụng các vòi đốt kiểu hành tinh. Lập mô hình CFD cũng có thể là một phương án tốt cho giải quyết vấn đề cụ thể.
Việc sử dụng khí hydro làm nhiên liệu trong sản xuất xi măng cũng là một xu hướng đang nổi lên mà có thể tác động tới hiệu suất của vòi đốt. Do chi phí cao và tính sẵn có thấp của nó, khí hydro có thể được xem xét như là một loại nhiên liệu thay thế trong ngắn hạn đến trung hạn. Quá trình sản xuất khí hydro thông qua điện phân cũng sản sinh ra khí oxi, do vậy tính sẵn có của khí hydro hay khí oxi hoặc cả hai khí cho các hệ thống vòi đốt mở ra các khả năng mới cho kiểm soát đặc tính ngọn lửa được tối ưu hóa cho sản xuất xi măng.
Những giải pháp nào có thể thực hiện để giảm thiểu các phát thải nguy hại như NOx?
FCT Combustion: Người ta thường tin rằng giảm thiểu lượng gió một là một cách để giảm bớt phát sinh NOx tại vòi đốt. Tuy nhiên, trong thực tế, câu trả lời lại không hề đơn giản. Nếu xét riêng ra thì, việc giảm bớt lượng gió một có thể dẫn đến sự gia tăng NOx, ví dụ, nếu nó gây ra sự đánh lửa chậm của nhiên liệu. Hơn nữa, chỉ riêng việc giảm bớt lượng gió một cũng có thể ảnh hưởng tới chất lượng clinker, làm giảm cường độ xi măng và có thể gây ra các vấn đề về vận hành lò liên quan tới khả năng phản ứng chậm hơn, các chu kỳ kiềm và lưu huỳnh tăng lên trong lò, và sự đốt cháy không kiểm soát được.
Điều quan trọng đó là phát thải NOx có thể giảm thiểu được nhờ giảm bớt gió một, miễn là có kèm theo việc kiểm soát quá trình đốt cháy tương tự hoặc tốt hơn. Ngoài lượng gió một, sự phân bố trong ngọn lửa có thể có tác động đáng kể đến phát thải NOx. Sự cuốn vào gió hai bị trễ có thể giảm bớt lượng NOx miễn là nó không gây trễ việc đánh lửa của nhiên liệu. Sự đánh lửa sớm của ngọn lửa đã từ lâu được biết đến là sẽ giảm bớt lượng NOx và thiết kế đầu vòi đốt và gió một là quan trọng cho điểm đánh lửa. Vị trí và động lượng của gió một tại đầu vòi đốt là quan trọng trong cách thức và vị trí mà gió hai được cuốn vào ngọn lửa. Nó sẽ cho phép đánh lửa nhiên liệu nhanh nhưng về tổng thể quá trình đốt cháy lại diễn ra chậm hơn - một sự cân đối rất hài hòa. Nước phun vào ngọn lửa từ đầu vòi đốt cũng có thể hữu ích trong việc kiểm soát nhiệt độ cao nhất mà cũng là một yếu tố khác dẫn đến phát sinh NOx nhưng điều này sẽ phải gánh chịu những khoản tiền phạt.
Nếu có thể, một chương trình hiệu quả và ưu thế về kinh tế để giảm bớt phát thải NOx là sử dụng các nhiên liệu thay thế. Các đặc tính của nhiên liệu thay thế như độ ẩm cao hơn, kích thước hạt lớn hơn, hoặc nhiệt trị thấp, cùng với các yếu tố khác làm chậm quá trình đốt cháy. Nhiên liệu có nồng độ ni-tơ thấp thơn cũng có thể sử dụng được để giảm bớt NOx, mặc dù với các kết quả bị hạn chế. Vòi đốt linh hoạt mà có thể điều chỉnh được theo các điều kiện khác nhau và nhiên liệu là quan trọng nhất.
Trong một số trường hợp, công nghệ vòi đốt thực tế có thể có tác động lớn đến phát thải NOx, ví dụ, vòi đốt Gyro-ThermTM cho đốt khí tự nhiên sử dụng công nghệ hoàn toàn mới để phối trộn nhiên liệu và khí giảm thiểu sự hình thành NOx đồng thời giảm bớt biên dạng dòng nhiệt nóng, ngắn lý tưởng cho vận hành lò nung xi măng.
Mặc dù vậy, nhìn chung đều không mong muốn làm giảm chất lượng sản phẩm, sản lượng lò nung, tiêu hao nhiên liệu, tuổi thọ vật liệu chịu lửa... do đó phải kiểm soát phát thải NOx và tốt hơn là phải xử lý khí thải ống khói để loại bỏ NOx ra khỏi dòng khí thải.
.jpg)
Vòi đốt kiểu hành tinh có thể đóng vai trò gì trong các hệ thống vòi đốt hiện đại?
FCT Combustion: Các vòi đốt kiểu hành tinh có thể đóng một vai trò trong các hệ thống vòi đốt hiện đại ở một giới hạn nhất định. Các vòi đốt kiểu hành tinh được bố trí trong khu vực cao oxi trong lò và thường được lắp vào phía sau và bên trên vòi đốt chính của lò. Chúng có thể cho phép sấy khô hiệu quả hơn các nhiên liệu trước khi đi vào ngọn lửa, cho phép thời gian bay lơ lửng tăng lên (đặc biệt là đối với các hạt 3D hoặc lớn hơn), và khi thiết kế chuẩn xác, chúng có thể cho phép vận hành linh hoạt và kiểm soát chắc chắn khí động học và quá trình đốt cháy.
Tuy nhiên, ở vòi đốt chính, mặc dù AF được phun vào khu vực có O2 thấp hơn, nơi có thể làm giảm bớt quá trình sấy khô trước khi đốt cháy và thời gian bay lơ lửng bị giảm đi chút ít, những ưu điểm chung của nhiên liệu đang ở trong vòi đốt làm gia tăng sự linh hoạt trong vận hành cũng như việc kiểm soát khí động học và quá trình đốt cháy. Ngoài ra, đó là sự định vị tương đối vị trí của vòi đốt kiểu hành tinh và vòi đốt chính, mà hạn chế lượng nhiên liệu có thể được cấp bởi vòi đốt kiểu hành tinh vì sẽ không lý tưởng khi đưa phần lớn nhiên liệu đầu vào tới một vị trí ở xa tâm lò (như vòi đốt kiểu hành tinh đã làm được). Do đó, vòi đốt kiểu hành tinh là một giải pháp tuyệt vời cho sử dụng nhiên liệu thay thế mà không cần phải đầu tư vào vòi đốt mới, hay phải bổ sung thêm quá trình vận hành vòi đốt nhiên liệu thay thế đặc biệt là đối với các nhiên liệu khó đốt cháy
Các bước thiết kế nào có thể được thực hiện để đảm bảo hình thành ngọn lửa ổn định và duy trì tái tạo ngọn lửa?
FCT Combustion: Có một số nguyên tắc thiết kế cơ bản mà cần phải được tuân thủ theo để duy trì hình dạng ngọn lửa cho dù những biến động vận hành xảy ra trong lò - với các thông số chính liên quan tới động lượng vòi đốt đủ để khắc phục các biến động trong dòng gió hai và nhiệt độ.
FCT cũng tin tưởng rằng vòi đốt và cụ thể là đầu vòi đốt không nên có các chi tiết chuyển động. Duy trì các lỗ mở trong các kênh đúng như thiết kế ban đầu có nghĩa là hiệu suất vòi đốt sẽ không thay đổi qua thời gian. Sẽ khó tái tạo được hình dạng chính xác khi các chi tiết chuyển động và trong đó 1mm có thể tạo ra sự khác biệt. Độ linh hoạt vận hành đạt được nhờ cung cấp cho người vận hành khả năng thay đổi động lượng tổng và tỷ lệ chảy rối bằng cách điều chỉnh các thiết lập gió cấp và tỷ lệ gió cho các kênh khác nhau nhờ van lắp ở phía sau vòi đốt. Việc có đủ công cụ để thu nhận dữ liệu từ quá trình cũng rất quan trọng và việc vận hành vòi đốt cũng có thể thực hiện được các thay đổi đối với các thiết lập trên cơ sở các dữ liệu đó. Sự ổn định ở tất cả các khu vực trong quá trình vận hành lò, bao gồm các quy trình vận hành đạt tiêu chuẩn và thành phần hóa học bột liệu ổn định, tất cả sẽ mang lại tỷ lệ đốt cháy ổn định, kiểm soát quá trình đốt cháy và khí động học hiệu quả hơn. Việc phối trộn đồng nhất các nhiên liệu và việc cấp ổn định các nhiên liệu thay thế dẫn đến việc có thể duy trì tái tạo ngọn lửa. Tuy nhiên, có một thực tế là không bao giờ có được sự vận hành ổn định như thế. Khi nhiên liệu phối trộn với nhau hoặc các đặc tính của nhiên liệu thay thế, các nguyên liệu, nhiệt độ và các yếu tố khác nữa thay đổi, thì điều quan trọng là phải có được thiết kế vòi đốt linh hoạt có thể thích ứng được các điều kiện mới.
Việc tránh được việc dừng lò và giảm bớt chi phí bảo trì là quan trọng đối với các nhà sản xuất xi măng. Làm thế nào để có thể tăng được tuổi thọ vòi đốt và vật liệu chịu lửa?
FCT Combustion: Sự tác động lẫn nhau giữa ngọn lửa và khí động học lò nung có thể là một yếu tố quan trọng quyết định tuổi thọ của vật liệu chịu lửa. Thiết kế vòi đốt quyết định biên dạng dòng nhiệt, là một yếu tố quan trọng cho việc hình thành lớp cô-la và vận hành ổn định. Sự hình thành lớp cô-la ổn định hiệu quả ở zôn nung là giải pháp tốt nhất để tăng tuổi thọ vật liệu chịu lửa trong lò ở khu vực chịu ứng suất nhiệt nhiều nhất.
Tuy nhiên, vòi đốt hoạt động trong một môi trường nhất định, mỗi lò mỗi khác. Thiết kế vòi đốt cần phải được điều chỉnh theo lò nung cụ thể trong đó nó được lắp đặt, có xem xét đến các đặc tính về điều kiện gió thứ cấp, lò nung, chụp lò và hình dạng máy làm nguội, nhiệt độ các dòng khí khác nhau và các bộ phận quá trình vì các đặc tính này có thể ảnh hưởng tới việc vòi đốt nên được thiết kế ra sao, ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt trong lò bị ảnh hưởng ra sao và các đặc tính này ảnh hưởng ra sao tới việc hình thành lớp cô-la ổn định, và các chu kỳ bay hơi cùng với các yếu tố khác nữa. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, như khi một vòi đốt mới đang được tìm kiếm để giải quyết vấn đề hiện tại trong lò, thì mô hình hóa có thể là một công cụ hữu hiệu cho tối ưu hóa.
Các lựa chọn thiết kế cơ bản dựa vào kết cấu vòi đốt có thể có tác động lớn tới tuổi thọ của chính vòi đốt. Các chi tiết chuyển động ở phía trước vòi đốt là các điểm yếu quan trọng, trong đó thiệt hại do hao mòn hoặc do nhiệt có thể làm thay đổi đáng kể hiệu suất vòi đốt, có khả năng gây hư hại vật liệu chịu lửa của lò. Quan điểm thiết kế của FCT là dựa vào các biện pháp thi công đơn giản và chắc chắn, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn khí động học của vòi đốt, kết hợp với thiết kế chi tiết được thực hiện một cách khoa học và được mô hình hóa nhằm đáp ứng các yêu cầu vận hành của lò cụ thể.
Việc lựa chọn đúng các nguyên vật liệu chịu được sự mài mòn, cũng như công cụ giám sát và điều chỉnh hiệu quả hơn các điều kiện vận hành, là cực kỳ quan trọng cho kéo dài tuổi thọ vòi đốt. FCT cũng sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt mới cho các chi tiết đầu vòi đốt để cải thiện việc làm nguội. Quản lý nhiệt vòi đốt là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong trường hợp yêu cầu kéo dài tuổi thọ vận hành của vòi đốt và khả năng của vòi đốt chịu được các sự cố bất lợi như mất điện chẳng hạn.
Thiết kế dễ dàng bảo trì là điều tối quan trọng để đưa vòi đốt trở lại trạng thái ban đầu của nó khi xảy ra sự cố.
Một xu hướng quan trọng đã thấy trong lĩnh vực xi măng trong những năm gần đây là sự phổ biến rộng rãi công nghệ kỹ thuật số và "Công nghệ 4.0". Sự phát triển này đã đóng vai trò ra sao trong vận hành vòi đốt?
FCT Combustion: Công nghệ 4.0 và công nghệ kỹ thuật số là những xu hướng mạnh mẽ cho phép thu thập những lượng thông tin lớn hơn và chất lượng cao hơn từ quá trình vận hành vòi đốt. Với những lợi ích này, các quyết định hiệu quả hơn và nhanh chóng hơn có thể được đưa ra và lặp lại nhiều lần. Sự cải thiện hiểu biết về quá trình cũng có thể đạt được hiệu quả hơn.
Như đã được khởi xướng bởi các hệ thống giám sát chuyên gia trước đây, sự tương tác giữa các thiết bị khác nhau, các bộ cảm biến và các quá trình có thể được phối hợp hiệu quả hơn khi có sẵn thêm các thông tin, cho phép vận hành dễ dàng hơn, chất lượng tốt hơn, chi phí thấp hơn, và phát thải thấp hơn.
Ông có thấy những bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt là gì không? Ngành xi măng có thể kỳ vọng nhìn thấy các phát triển nào trong những năm tới.
FCT Combustion Các bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt phụ thuộc vào việc khu vực nào trên Thế giới đang được quan tâm đến, vì các khu vực khác nhau có các mối quan tâm môi trường, các kỳ vọng, các nhiên liệu khác nhau, các giai đoạn phát triển công nghệ khác nhau, và tương tự.
Theo thuật ngữ rất rộng, thì các bước tiếp theo rõ ràng sẽ là tận dụng khí hydro và oxi do sự hấp dẫn về môi trường của chúng liên quan tới việc khử giảm CO2. Tùy thuộc vào rất nhiều khả năng cung cấp, các khả năng này có thể có sẵn và được sử dụng riêng hoặc cùng nhau, với những lượng rất ít hoặc có khả năng là rất lớn.
Việc nghiên cứu về vị trí trong vòi đốt mà mỗi loại khí đốt này có thể được đưa vào, khi nào thì vận hành và kết hợp với nhiên liệu nào chúng có thể mang lại lợi ích nhiều nhất sẽ là cần thiết. Một số câu hỏi trong số các câu hỏi này có thể được đưa ra với các câu trả lời chung chung. Tuy nhiên, theo quan điểm chung của FCT, thì cần phải xem xét cẩn trọng các câu hỏi này và các câu hỏi khác trên cơ sở từng trường hợp một. Một lần nữa, trong một số trường hợp, mô hình hóa có thể là một công cụ hữu dụng.
Các nguyên liệu và các phương pháp xử lý mới có khả năng xuất hiện trong thiết kế tương lai gần, đặc biệt là trong các lĩnh vực vực quản lý nhiệt và mài mòn.
Thiết kế vòi đốt kiểu mô-đun cũng có thể trở thành tiêu chuẩn trong đó các nhà máy buộc phải thích ứng với các thay đổi nhanh chóng của các nhiên liệu có sẵn. Ngoài việc thiết kế vòi đốt cho một số nhiên liệu khác nhau mà có thể hoặc không thể đưa vào vận hành, có thể ảnh hưởng tới thiết kế chung vì lợi thế linh hoạt, nó có thể cho thấy hiệu quả hơn đáng kể khi cung cấp và là vòi đốt dễ dàng nâng cấp cải tạo với các phần có thể thay thế mà cho phép một nhóm điều kiện nhỏ hơn (ví dụ: các nhiên liệu), sẽ được sử dụng gần với thiết kế tối ưu của chúng.
Nhìn xa hơn, thì tính sẵn có của các thông tin theo thời gian thực về các điều kiện vận hành lò có thể dẫn đến việc lập mô hình lò và một vài điều chỉnh vòi đốt được tự động hóa để đảm bảo các điều kiện nung luyện được tối ưu hóa theo thời gian thực như những biến động trong quá trình vận hành.
FCT Combustion: Nhiên liệu khác nhau có nghĩa là kích thước hạt liệu, mật độ khối, độ ẩm, và nhiệt trị khác nhau cùng với khả năng sấy khô, đánh lửa, và thời gian cháy hết cũng như động lực học đốt cháy khác nhau. Loại nhiên liệu thay thế, sự khác nhau về chủng loại và tỷ lệ mà nhiên liệu được đưa tới vòi đốt có thể tác động đến chiều dài ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt bên trong lò cũng như lượng khí phát thải. Hầu hết các hệ thống định lượng nhiên liệu đều hoạt động trên nguyên tắc thể tích, có nghĩa rằng nhiệt năng được cấp tới vòi đốt có thể thay đổi theo thời gian, kể cả khi định lượng theo thể tích ổn định, do các đặc tính nhiên liệu thay đổi.
Để giảm thiểu tất cả các ảnh hưởng này, vòi đốt phải được thiết kế sao cho có thể vận hành thật sự linh hoạt để kiểm soát khí động học và quá trình đốt cháy phù hợp, tăng cường sức hút gió thứ cấp (gió hai) vào ngọn lửa. FCT giới thiệu Vòi đốt Turbu-FlexTM với thiết kế đầu đốt bằng khí hướng trục, độ chảy rối được cấu hình lại, và khí nâng nhiên liệu thay thế được phân chia giữa việc nâng nhiên liệu từ đáy đường ống vận chuyển và không khí phân tán giúp phát tán nhiên liệu vào gió sơ cấp (gió một) và gió thứ cấp khi nó rời khỏi đầu vòi đốt.
Ngoài những thách thức tại vòi đốt lò, điều quan trọng cần nói 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, còn khi sử dụng chúng tại calciner sẽ dễ dàng hơn nhiều. Các loại nhiên liệu như vậy bao gồm các nhiên liệu có độ ẩm cao hơn, nhiệt trị thấp hơn, kích thước hạt lớn hơn, thời gian đốt cần thiết lâu hơn, hoặc hàm lượng chất bốc thấp, cùng với các yếu tố khác nữa.
Như là một nguyên tắc chung, các nhiên liệu thay thế dễ đốt cháy hơn sẽ được dùng cho vòi đốt lò, và các nhiên liệu khó đốt cháy hơn sẽ được dùng tại calciner. Trong trường hợp không có sẵn calciner, một hỗn hợp nhiên liệu thay thế khó đốt cháy và dễ đốt cháy hơn sẽ là hỗn hợp nhiên liệu dung hòa tốt nhất để tăng mức thay thế chung lên đồng thời tác động ít hơn đến quá trình vận hành lò. Giải pháp khác có thể là sử dụng các vòi đốt kiểu hành tinh. Lập mô hình CFD cũng có thể là một phương án tốt cho giải quyết vấn đề cụ thể.
Việc sử dụng khí hydro làm nhiên liệu trong sản xuất xi măng cũng là một xu hướng đang nổi lên mà có thể tác động tới hiệu suất của vòi đốt. Do chi phí cao và tính sẵn có thấp của nó, khí hydro có thể được xem xét như là một loại nhiên liệu thay thế trong ngắn hạn đến trung hạn. Quá trình sản xuất khí hydro thông qua điện phân cũng sản sinh ra khí oxi, do vậy tính sẵn có của khí hydro hay khí oxi hoặc cả hai khí cho các hệ thống vòi đốt mở ra các khả năng mới cho kiểm soát đặc tính ngọn lửa được tối ưu hóa cho sản xuất xi măng.
Những giải pháp nào có thể thực hiện để giảm thiểu các phát thải nguy hại như NOx?
FCT Combustion: Người ta thường tin rằng giảm thiểu lượng gió một là một cách để giảm bớt phát sinh NOx tại vòi đốt. Tuy nhiên, trong thực tế, câu trả lời lại không hề đơn giản. Nếu xét riêng ra thì, việc giảm bớt lượng gió một có thể dẫn đến sự gia tăng NOx, ví dụ, nếu nó gây ra sự đánh lửa chậm của nhiên liệu. Hơn nữa, chỉ riêng việc giảm bớt lượng gió một cũng có thể ảnh hưởng tới chất lượng clinker, làm giảm cường độ xi măng và có thể gây ra các vấn đề về vận hành lò liên quan tới khả năng phản ứng chậm hơn, các chu kỳ kiềm và lưu huỳnh tăng lên trong lò, và sự đốt cháy không kiểm soát được.
Điều quan trọng đó là phát thải NOx có thể giảm thiểu được nhờ giảm bớt gió một, miễn là có kèm theo việc kiểm soát quá trình đốt cháy tương tự hoặc tốt hơn. Ngoài lượng gió một, sự phân bố trong ngọn lửa có thể có tác động đáng kể đến phát thải NOx. Sự cuốn vào gió hai bị trễ có thể giảm bớt lượng NOx miễn là nó không gây trễ việc đánh lửa của nhiên liệu. Sự đánh lửa sớm của ngọn lửa đã từ lâu được biết đến là sẽ giảm bớt lượng NOx và thiết kế đầu vòi đốt và gió một là quan trọng cho điểm đánh lửa. Vị trí và động lượng của gió một tại đầu vòi đốt là quan trọng trong cách thức và vị trí mà gió hai được cuốn vào ngọn lửa. Nó sẽ cho phép đánh lửa nhiên liệu nhanh nhưng về tổng thể quá trình đốt cháy lại diễn ra chậm hơn - một sự cân đối rất hài hòa. Nước phun vào ngọn lửa từ đầu vòi đốt cũng có thể hữu ích trong việc kiểm soát nhiệt độ cao nhất mà cũng là một yếu tố khác dẫn đến phát sinh NOx nhưng điều này sẽ phải gánh chịu những khoản tiền phạt.
Nếu có thể, một chương trình hiệu quả và ưu thế về kinh tế để giảm bớt phát thải NOx là sử dụng các nhiên liệu thay thế. Các đặc tính của nhiên liệu thay thế như độ ẩm cao hơn, kích thước hạt lớn hơn, hoặc nhiệt trị thấp, cùng với các yếu tố khác làm chậm quá trình đốt cháy. Nhiên liệu có nồng độ ni-tơ thấp thơn cũng có thể sử dụng được để giảm bớt NOx, mặc dù với các kết quả bị hạn chế. Vòi đốt linh hoạt mà có thể điều chỉnh được theo các điều kiện khác nhau và nhiên liệu là quan trọng nhất.
Trong một số trường hợp, công nghệ vòi đốt thực tế có thể có tác động lớn đến phát thải NOx, ví dụ, vòi đốt Gyro-ThermTM cho đốt khí tự nhiên sử dụng công nghệ hoàn toàn mới để phối trộn nhiên liệu và khí giảm thiểu sự hình thành NOx đồng thời giảm bớt biên dạng dòng nhiệt nóng, ngắn lý tưởng cho vận hành lò nung xi măng.
Mặc dù vậy, nhìn chung đều không mong muốn làm giảm chất lượng sản phẩm, sản lượng lò nung, tiêu hao nhiên liệu, tuổi thọ vật liệu chịu lửa... do đó phải kiểm soát phát thải NOx và tốt hơn là phải xử lý khí thải ống khói để loại bỏ NOx ra khỏi dòng khí thải.
Vòi đốt kiểu hành tinh có thể đóng vai trò gì trong các hệ thống vòi đốt hiện đại?
FCT Combustion: Các vòi đốt kiểu hành tinh có thể đóng một vai trò trong các hệ thống vòi đốt hiện đại ở một giới hạn nhất định. Các vòi đốt kiểu hành tinh được bố trí trong khu vực cao oxi trong lò và thường được lắp vào phía sau và bên trên vòi đốt chính của lò. Chúng có thể cho phép sấy khô hiệu quả hơn các nhiên liệu trước khi đi vào ngọn lửa, cho phép thời gian bay lơ lửng tăng lên (đặc biệt là đối với các hạt 3D hoặc lớn hơn), và khi thiết kế chuẩn xác, chúng có thể cho phép vận hành linh hoạt và kiểm soát chắc chắn khí động học và quá trình đốt cháy.
Tuy nhiên, ở vòi đốt chính, mặc dù AF được phun vào khu vực có O2 thấp hơn, nơi có thể làm giảm bớt quá trình sấy khô trước khi đốt cháy và thời gian bay lơ lửng bị giảm đi chút ít, những ưu điểm chung của nhiên liệu đang ở trong vòi đốt làm gia tăng sự linh hoạt trong vận hành cũng như việc kiểm soát khí động học và quá trình đốt cháy. Ngoài ra, đó là sự định vị tương đối vị trí của vòi đốt kiểu hành tinh và vòi đốt chính, mà hạn chế lượng nhiên liệu có thể được cấp bởi vòi đốt kiểu hành tinh vì sẽ không lý tưởng khi đưa phần lớn nhiên liệu đầu vào tới một vị trí ở xa tâm lò (như vòi đốt kiểu hành tinh đã làm được). Do đó, vòi đốt kiểu hành tinh là một giải pháp tuyệt vời cho sử dụng nhiên liệu thay thế mà không cần phải đầu tư vào vòi đốt mới, hay phải bổ sung thêm quá trình vận hành vòi đốt nhiên liệu thay thế đặc biệt là đối với các nhiên liệu khó đốt cháy
Các bước thiết kế nào có thể được thực hiện để đảm bảo hình thành ngọn lửa ổn định và duy trì tái tạo ngọn lửa?
FCT Combustion: Có một số nguyên tắc thiết kế cơ bản mà cần phải được tuân thủ theo để duy trì hình dạng ngọn lửa cho dù những biến động vận hành xảy ra trong lò - với các thông số chính liên quan tới động lượng vòi đốt đủ để khắc phục các biến động trong dòng gió hai và nhiệt độ.
FCT cũng tin tưởng rằng vòi đốt và cụ thể là đầu vòi đốt không nên có các chi tiết chuyển động. Duy trì các lỗ mở trong các kênh đúng như thiết kế ban đầu có nghĩa là hiệu suất vòi đốt sẽ không thay đổi qua thời gian. Sẽ khó tái tạo được hình dạng chính xác khi các chi tiết chuyển động và trong đó 1mm có thể tạo ra sự khác biệt. Độ linh hoạt vận hành đạt được nhờ cung cấp cho người vận hành khả năng thay đổi động lượng tổng và tỷ lệ chảy rối bằng cách điều chỉnh các thiết lập gió cấp và tỷ lệ gió cho các kênh khác nhau nhờ van lắp ở phía sau vòi đốt. Việc có đủ công cụ để thu nhận dữ liệu từ quá trình cũng rất quan trọng và việc vận hành vòi đốt cũng có thể thực hiện được các thay đổi đối với các thiết lập trên cơ sở các dữ liệu đó. Sự ổn định ở tất cả các khu vực trong quá trình vận hành lò, bao gồm các quy trình vận hành đạt tiêu chuẩn và thành phần hóa học bột liệu ổn định, tất cả sẽ mang lại tỷ lệ đốt cháy ổn định, kiểm soát quá trình đốt cháy và khí động học hiệu quả hơn. Việc phối trộn đồng nhất các nhiên liệu và việc cấp ổn định các nhiên liệu thay thế dẫn đến việc có thể duy trì tái tạo ngọn lửa. Tuy nhiên, có một thực tế là không bao giờ có được sự vận hành ổn định như thế. Khi nhiên liệu phối trộn với nhau hoặc các đặc tính của nhiên liệu thay thế, các nguyên liệu, nhiệt độ và các yếu tố khác nữa thay đổi, thì điều quan trọng là phải có được thiết kế vòi đốt linh hoạt có thể thích ứng được các điều kiện mới.
Việc tránh được việc dừng lò và giảm bớt chi phí bảo trì là quan trọng đối với các nhà sản xuất xi măng. Làm thế nào để có thể tăng được tuổi thọ vòi đốt và vật liệu chịu lửa?
FCT Combustion: Sự tác động lẫn nhau giữa ngọn lửa và khí động học lò nung có thể là một yếu tố quan trọng quyết định tuổi thọ của vật liệu chịu lửa. Thiết kế vòi đốt quyết định biên dạng dòng nhiệt, là một yếu tố quan trọng cho việc hình thành lớp cô-la và vận hành ổn định. Sự hình thành lớp cô-la ổn định hiệu quả ở zôn nung là giải pháp tốt nhất để tăng tuổi thọ vật liệu chịu lửa trong lò ở khu vực chịu ứng suất nhiệt nhiều nhất.
Tuy nhiên, vòi đốt hoạt động trong một môi trường nhất định, mỗi lò mỗi khác. Thiết kế vòi đốt cần phải được điều chỉnh theo lò nung cụ thể trong đó nó được lắp đặt, có xem xét đến các đặc tính về điều kiện gió thứ cấp, lò nung, chụp lò và hình dạng máy làm nguội, nhiệt độ các dòng khí khác nhau và các bộ phận quá trình vì các đặc tính này có thể ảnh hưởng tới việc vòi đốt nên được thiết kế ra sao, ngọn lửa và biên dạng dòng nhiệt trong lò bị ảnh hưởng ra sao và các đặc tính này ảnh hưởng ra sao tới việc hình thành lớp cô-la ổn định, và các chu kỳ bay hơi cùng với các yếu tố khác nữa. Trong một số trường hợp nghiêm trọng, như khi một vòi đốt mới đang được tìm kiếm để giải quyết vấn đề hiện tại trong lò, thì mô hình hóa có thể là một công cụ hữu hiệu cho tối ưu hóa.
Các lựa chọn thiết kế cơ bản dựa vào kết cấu vòi đốt có thể có tác động lớn tới tuổi thọ của chính vòi đốt. Các chi tiết chuyển động ở phía trước vòi đốt là các điểm yếu quan trọng, trong đó thiệt hại do hao mòn hoặc do nhiệt có thể làm thay đổi đáng kể hiệu suất vòi đốt, có khả năng gây hư hại vật liệu chịu lửa của lò. Quan điểm thiết kế của FCT là dựa vào các biện pháp thi công đơn giản và chắc chắn, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn khí động học của vòi đốt, kết hợp với thiết kế chi tiết được thực hiện một cách khoa học và được mô hình hóa nhằm đáp ứng các yêu cầu vận hành của lò cụ thể.
Việc lựa chọn đúng các nguyên vật liệu chịu được sự mài mòn, cũng như công cụ giám sát và điều chỉnh hiệu quả hơn các điều kiện vận hành, là cực kỳ quan trọng cho kéo dài tuổi thọ vòi đốt. FCT cũng sử dụng các biện pháp xử lý nhiệt mới cho các chi tiết đầu vòi đốt để cải thiện việc làm nguội. Quản lý nhiệt vòi đốt là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong trường hợp yêu cầu kéo dài tuổi thọ vận hành của vòi đốt và khả năng của vòi đốt chịu được các sự cố bất lợi như mất điện chẳng hạn.
Thiết kế dễ dàng bảo trì là điều tối quan trọng để đưa vòi đốt trở lại trạng thái ban đầu của nó khi xảy ra sự cố.
Một xu hướng quan trọng đã thấy trong lĩnh vực xi măng trong những năm gần đây là sự phổ biến rộng rãi công nghệ kỹ thuật số và "Công nghệ 4.0". Sự phát triển này đã đóng vai trò ra sao trong vận hành vòi đốt?
FCT Combustion: Công nghệ 4.0 và công nghệ kỹ thuật số là những xu hướng mạnh mẽ cho phép thu thập những lượng thông tin lớn hơn và chất lượng cao hơn từ quá trình vận hành vòi đốt. Với những lợi ích này, các quyết định hiệu quả hơn và nhanh chóng hơn có thể được đưa ra và lặp lại nhiều lần. Sự cải thiện hiểu biết về quá trình cũng có thể đạt được hiệu quả hơn.
Như đã được khởi xướng bởi các hệ thống giám sát chuyên gia trước đây, sự tương tác giữa các thiết bị khác nhau, các bộ cảm biến và các quá trình có thể được phối hợp hiệu quả hơn khi có sẵn thêm các thông tin, cho phép vận hành dễ dàng hơn, chất lượng tốt hơn, chi phí thấp hơn, và phát thải thấp hơn.
Ông có thấy những bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt là gì không? Ngành xi măng có thể kỳ vọng nhìn thấy các phát triển nào trong những năm tới.
FCT Combustion Các bước tiếp theo trong thiết kế vòi đốt phụ thuộc vào việc khu vực nào trên Thế giới đang được quan tâm đến, vì các khu vực khác nhau có các mối quan tâm môi trường, các kỳ vọng, các nhiên liệu khác nhau, các giai đoạn phát triển công nghệ khác nhau, và tương tự.
Theo thuật ngữ rất rộng, thì các bước tiếp theo rõ ràng sẽ là tận dụng khí hydro và oxi do sự hấp dẫn về môi trường của chúng liên quan tới việc khử giảm CO2. Tùy thuộc vào rất nhiều khả năng cung cấp, các khả năng này có thể có sẵn và được sử dụng riêng hoặc cùng nhau, với những lượng rất ít hoặc có khả năng là rất lớn.
Việc nghiên cứu về vị trí trong vòi đốt mà mỗi loại khí đốt này có thể được đưa vào, khi nào thì vận hành và kết hợp với nhiên liệu nào chúng có thể mang lại lợi ích nhiều nhất sẽ là cần thiết. Một số câu hỏi trong số các câu hỏi này có thể được đưa ra với các câu trả lời chung chung. Tuy nhiên, theo quan điểm chung của FCT, thì cần phải xem xét cẩn trọng các câu hỏi này và các câu hỏi khác trên cơ sở từng trường hợp một. Một lần nữa, trong một số trường hợp, mô hình hóa có thể là một công cụ hữu dụng.
Các nguyên liệu và các phương pháp xử lý mới có khả năng xuất hiện trong thiết kế tương lai gần, đặc biệt là trong các lĩnh vực vực quản lý nhiệt và mài mòn.
Thiết kế vòi đốt kiểu mô-đun cũng có thể trở thành tiêu chuẩn trong đó các nhà máy buộc phải thích ứng với các thay đổi nhanh chóng của các nhiên liệu có sẵn. Ngoài việc thiết kế vòi đốt cho một số nhiên liệu khác nhau mà có thể hoặc không thể đưa vào vận hành, có thể ảnh hưởng tới thiết kế chung vì lợi thế linh hoạt, nó có thể cho thấy hiệu quả hơn đáng kể khi cung cấp và là vòi đốt dễ dàng nâng cấp cải tạo với các phần có thể thay thế mà cho phép một nhóm điều kiện nhỏ hơn (ví dụ: các nhiên liệu), sẽ được sử dụng gần với thiết kế tối ưu của chúng.
Nhìn xa hơn, thì tính sẵn có của các thông tin theo thời gian thực về các điều kiện vận hành lò có thể dẫn đến việc lập mô hình lò và một vài điều chỉnh vòi đốt được tự động hóa để đảm bảo các điều kiện nung luyện được tối ưu hóa theo thời gian thực như những biến động trong quá trình vận hành.
Nguồn: sưu tầm
Có thể bạn quan tâm
Cung cấp các thiết bị phụ tùng cho nhà máy Xi măng
Cung cấp các thiết bị phụ tùng từ các hãng nổi tiếng như : Dây chuyền thiết...