Hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí gas

phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 1 GIỚI THIỆU LÒ NUNG 1. Cấu tạo hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí gas Với ưu ñiểm giảm tiêu hao nhiên liệu, chi phí sản xuất và tiết kiệm thời gian nung nhờ ưu ñiểm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm chi phí sản xuất 30% và tiết kiệm thời gian nung, mỗi năm lò nung gas ñã giúp tiết kiệm ñược khoảng 3.000 tấn dầu quy ñổi và giảm phát thải trên 12.000 tấn khí CO2. Bên cạnh ñó sản phẩm gốm từ lò nung gas chất lượng cao hơn và doanh thu tăng 30% so với ñốt bằng than ñã mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho các hộ sản xuất, lò gas ñang là lựa chọn số 1 của các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Là một dự án thúc ñẩy ứng dụng lò gas nung gốm tiết kiệm năng lượng nhầm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và vừa của Bộ Khoa học và Công nghệ. Lò nung sử dụng nhiên liệu khi gas là loại lò công nghiệp có kích thước và khối lượng lớn. Cấu tạo của lò gồm 3 bộ phận chính : Vỏ lò ( phần cơ khí) Lớp bảo ôn Hệ thống ñường ống dẫn khí và ñầu ñốt. Kích thước khuôn khổ của lò: Dài x rộng x cao = a x b x h = 2800 x 2800 x 2800 Trong ñó: phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 2 a: chiều dài của lò b: chiều rộng của lò h: chiều cao của lò. Nhiệt ñộ nung: Tmax = 13000 C , Tmin = 3000C Thời gian nung lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn ñảm bảo ñộ an toàn lao ñộng cũng như các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung. Phần vỏ lò làm bằng thép có kích thước và khối lượng lớn nhất bao quanh lò, do làm việc trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao và áp suất lớn nên trong lò ñược bọc một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này bao gồm gạch chịu lửa và bông thủy tinh, ñây là một loại vật liệu hóa học chịu dược nhiệt ñộ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các ñầu ñốt sẽ phun vào lòng lò lúc ñó nhiệt ñộtrong lòng lò rất cao ( trên 13000 C), lớp bảo ôn còn có tác dụng giữ nhiệt ñộ của lò luôn ổn ñịnh không bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dày của lớp bảo ôn là d = 300(mm). Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp ñược cấu tạo bởi 4 phần chính là : Thân lò, buồng ñiều hòa, ống khói, hệ thống ñường ống dẫn khí và nhiên liệu. Trong 4 cụm này thì cụm thân lò có khối lượng và kích thước lớn nhất ñồng thời ñây cũng là cụm chi tiết quan trọng nhất, vì các chi tiết khác sẽ ñược lắp lên cụm thân lò. 1.1 Cấu tạo cụm thân lò Thân lò là cụm chi tiết chính dùng ñể lắp toàn bộ các cụm chi tiết khác như: buồng ñiều hòa, ống khói, toàn bộ ñường ống dẫn khí va nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ chịu nhiệt ñộ cao và tải trọng lớn nhất. Kích thước khuôn khổ cụm thân lò: Dài x rộng x cao = a x b x h = 2800 x 2800 x 2800 (mm) Trong ñó: a: chiều dài của thân lò b: chiều rộng của thân lò h: chiều cao của thân lò. Hình : Cụm thân lò phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 3 Thân lò có dạng hình khối rổng, xung quanh là các thành vách, trong ñó phần chịu lực là phần khung chế tạo bằng thép ñịnh hình dạng hình hộp sau ñó ñược bọc bằng thép tấm dày T = 2mm. Cụm thân lò làm việc trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao nên toàn bộ trong lòng cụm thân lò ñược xây gạch chịu lưc và bọc bông thủy tinh chịu nhiệt ( gạch chịu lửa và bông thủy tinh còn gọi là lớp bảo ôn), lớp bảo ôn này có chiều dày d = 300mm. Do cụm thân lò có khối lượng và kích thước lớn, gồm nhiều cụm chi tiết, mỗi cụm này khi chế tạo lại ñòi hỏi những quy trình công nghệ khác nhau. Về mặt công nghiệp chế tạo máy ta chó thể chia cụm thân lò thành 6 cụm chi tiết sau ñây: Cụm thành lò phải. Cụm thành lò trái. Cụm nóc lò. Cụm lưng Cụm xe lò. Cụm cửa lò. Cụm thành lò phải. Hình : Gạch chịu lửa Hình : Bông thủy tinh phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 4 2830 2830 Mặt ñất U 100x45x5 V 45x45x5 Thành lò phải có cấu tạo ñơn giản bao gồm khung thép ñịnh hình dạng hình hộp, sau ñó bọc tôn, cấu tạo cụm lò phải là một mặt phẳng dưới chân có ghế ñẩu nhô ra làm bệ, sau ñược xây gạch chịu lửa. Trên thành lò phải có 10 mặt bích dùng ñể lắp ñầu ñốt với ñường kính Φ 80, ngoài ra ñể theo dõi sự hoạt ñộng của các ñầu ñốt trên thành sẽ có 2 ống thăm Φ40 Hình: Cấu trúc thép thành lò phải Hình : Cấu trúc hình ghế ñẩu của thành lò trái sau khi bọc gạch chịu nhiệt phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 5 500 505 U 65x3x3 Cấu trúc cụm mặt bích thành lò trái ñược bắt trên ghế ñẩu thành lò trái Hình : Cấu trúc hình ghế ñẩu của thành lò trái Ống thăm Φ40 phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 6 Cụm nóc lò. Nóc lò hay còn gọi là trần lò, ñóng vai trò là miền giới hạn giữa thân lò và buồng ñiều hoà. Nóc lò ñược làm bằng khung hộp sau ñó lắp thép lưới, phần thép lưới làm bằng tôn ñột lỗ ñể buộc bông thuỷ tinh Miệng mặt bích Φ70 CT : Mặt bích Hình : Cấu trúc cụm 10 mặt bích thành lò trái CT : mặt bích ðầu ñốt phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 7 Cụm lưng lò . Lưng lò có cấu tạo giống hai thành lò nhưng chỉ là phần bọc kín thân lò chứ không có chi tiết nào khác. Cũng giống với hai thành lò, kết cấu cụm lưng lò gồm khung hộp H50x50x3, sau ñó bọc thép tấm. Trong cụm lưng lò có ghế ñẩu nhô ra ñể làm cơ sở xây lớp bảo ôn sau này. 1.2 Cụm xe lò Xe lò ñóng vai trò là ñáy lò, sở dĩ như vậy vì trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao 13000C người công nhân không thể trực tiếp vào lòng lò mà phải gián tiếp thông qua xe lò. ðiều này cũng tiết kiệm ñược nhiên liệu ñốt cho lò, vì bỏ qua ñược công ñoạn ñợi cho lò nguội ñể chuyển sang mẻ nung mới. Tức là ñáy lò sẽ ñược chế tạo rời. phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 8 Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng U… sau ñó bọc thép tấm dày t=2mm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ bánh xe (trên bản vẽ chung). Gồm có 3 xe, mỗi xe có bốn bánh. Kích thước khuôn khổ của mỗi xe là: dài x rộng x cao = a x b x h = Xe lò ñược xây gạch chịu lửa khít với hai bên thành lò, ñảm bảo hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài ñược. Khi lò không hoạt ñộng, xe lò ñược ñưa ra ngoài, ñến khi hoạt ñộng, sản phẩm ñược xếp ñầy lên xe và ñưa vào lò. 1.3. Cụm cửa lò . Cửa lò có rất nhiều loại, và nhiều mẫu thiết kế nhưng về cơ bản cửa lò phải ñảm bảo ñiều kiện: +ðóng mở dễ dàng và thuận tiện. + ðủ cứng vững và kín. +Không bị biến dạng dưới tác dụng của nhiệt ñộ cao. Có thể nói lò nung công nghiệp giới thiệu trên ñây là loại lò hiện ñại và mang tính tự ñộng hoá cao, trên cơ sở ñó ta có thể chọn phương án ñể chế tạo loại cửa tự ñộng. ðây là bản thiết kế cửa lò ñã ñược chọn ñể lập quy trình công nghệ gia công trong cụm thân lò. 3 4 1 2 phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 9 Hình - Cụm cửa lò. 1- vô năng khoá cửa 2- tay nắm cửa 3- khung cửa 4- bản lề cửa. 1.4. Cụm ống khói . Ống khói có kích thước lớn nhất, chiều dài L….mm nối từ buồng ñiều hoà lên trên không. Do nhiệt ñộ làm việc của ống khói cao (13000C) lại không thể xây gạch chịu lửa nên ống khói ñược làm bằng INOX. Ống khói hình tròn φ1000, trên ñỉnh ống khói có phần nón ñể che mưa không cho nước từ ngoài theo ñường ống vào trong lò. Do phần ống khói có kích thước lớn, nên ta tách ống khói ra làm 6 ñoạn, các ñoạn này ñược nối với nhau nhờ các mặt bích. Do ñặc ñiểm của buồng khói là hình vuông mà ống khói lại hình tròn nên ñoạn ống nối từ buồng ñiều hoà phải có một ñầu vuông và một ñầu tròn. Buồng khói nối với buồng ñiều hoà nhờ mặt bích bắt ñai ốc, bu lông. 1.5. Cụm ñường ống. Cụm ñường ống làm việc trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao và áp suất lớn, do ñó toàn bộ ñường ống ñược làm bằng INOX Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống ñường ống là : Dùng ñể dẫn nhiên liệu tới cung cấp cho các ñầu ñốt ñể từ ñó tạo ra nhiệt ñể thổi vào thân lò. . Các thông số kỹ thuật của hệ thống ñường ống : ống gió to : a x b = . phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 10 ống gió nhỏ : a x b = ống gas to : a x b = 5 ống gas nhỏ : a x b = ống tăng áp :. ống nguồn : a x b = ống gió nguồn Trong ñó : a - Chiều dài của ống ( mm) . b - Chiều rộng của ống ( mm) . 1.6. Sơ ñồ cấu trúc lò. Chú thích: phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 11 1 : ðộng cơ 2 : Quạt 3 : ðồng hồ báo áp lực GAS 4 : ðồng hồ báo áp lực gió 5 : Hệ thống ống dẫn 6 : Xe nguyên liệu. 7 : Tường lò 8 : Buồng ñốt 9 : Van 10: ðèn báo 2. Các trang thiết bị chính của lò nung sứ. Hệ thống lò nung là hệ thống gồm nhiều thiết bị nhằm tạo ra sản phẩm. Hệ thống gồm các phần chính sau: - Các ống dẫn gas và gió - Buồng ñốt - Buồng làm nguội - Buồng ôxi hoá khử - Máy ñẩy thuỷ lực - Bộ phận cấp gas, gió trong các quá trình cháy trong lò. Ngoài ra còn có các thiết bị phụ trợ khác : - Bộ phận tích khí thải - Bộ phận tích khí ñầu vòi - Các van khí - Các quạt gió - Các bộ phận truyền ñộng và các ñộng cơ khác 3. Hệ thống cấp gas và gió. 3.1. Cung cấp gas - Dùng LPG tạo nhiệt ñộ lò - Áp lực ñầu vào của lò hệ thống ñiều khiển gas 1,0 – 1,2 bar. Các phụ tùng và thiết bị sau ñược ñặt trong hệ thống ñiều khiển gas của lò: - Van ngắt chính ở ñầu vào của gas phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 12 - Lọc gas - Áp kế (0 – 4 bar, cung cấp áp lực) - ðo lưu lượng - Màng chắn ñiều khiển áp lực gas cùng với van ngắt an toàn hợp nhất - Van ngắt an toàn - Áp kế ( 0 – 250 mbar, áp lực ngược lại ñể cung cấp cho lò) - Công tắc áp lực gas tối thiểu - Công tắc áp lực gas tối ña Trong hệ thống ñiều khiển gas, lắp ñặt một màng chắn chỉnh áp lực gas ñể giảm áp lực cung cấp (khoảng 1bar) giảm áp lực ra 30 – 70 bar. ðiều chỉnh áp lực gas có van ngắt an toàn ñể tác ñộng lại áp lực (tối ña 100 mbar) và áp lực gió quá thấp (tối thiểu 10 bar) và ñể ngắt nguồn gas chính. Các van cơ giới ngắt an toàn dùng ñể cắt nguồn cấp gas vào lò khi áp lực gas quá cao hoặc quá thấp, việc ngắt này ñược ñiều chỉnh bởi hai công tắc áp lực gas. Hệ thống an toàn ñược nối với các van cơ giới này. Trước khi ñiều khiển gas, hệ thống số lượng gas ñược ño băng một lưu kế. Việc ghi lại và chỉ dẫn ñược thực hiện băng một chương trình ñiều khiển của máy tính. Gas ñược ñiều chỉnh tới một hằng số áp lực cung cấp ñể dẫn tới ñường ống phân bố gas chính. Từ ñây ñược cấp vào các ống gas của các nhóm vòi ñốt. Ở phía cuối ñường ống phân bố chính ñược lắp một ñường ống loại không khí trên nóc lò cùng với một van. 3.2. cung cấp khí ñốt ðối với khí ñốt dùng khí sạch, các thiết bị sau ñược lắp trong ñường cung cấp khí ñốt: - Lọc khí - Hai quạt khí ñốt (một hoạt ñộng, một cho dự trữ) - Các van tiết lưu ñiều chỉnh bằng tay trước và sau khi khởi ñộng quạt. - Mô tơ van tiết lưu ñể ñiều chỉnh áp lực - ðo môi trường chuyền cho ñiều khiển áp lực - Công tắc áp lực (áp lực tối thiểu) Áp lực của quạt khí ñốt ñược ñiều khiển tự ñộng cung cấp khí ảnh hưởng ñến ñường ống cung cấp gas chính. Từ ñó ñược cấp vào các ống khí của vòi ñốt. phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 13 4. Các nhóm vòi ñốt. - Nhóm vòi ñốt 1: +Vùng trước nhiệt: 3 vòi ñốt trái và phải với ñiều khiển ñốt tự ñộng. +Vùng ôxi hoá: 4 vòi ñốt trái và phải. - Nhóm vòi ñốt 2: vùng khử, 6 vòi ñốt trái và phải. - Nhóm vòi ñốt 3: vùng nung ñầu, 4 vòi ñốt trái và phải. - Nhóm vòi ñốt 4: vùng nung cuối, 4 vòi ñốt trái và phải. + Các ñường ống cấp khí ñốt của các nhóm vòi ñốt. Bên cạnh ñường ống dẫn khí chính các thiết bị sau ñược ñặt trong mỗi ống cấp khí cho các vòi ñốt . - Nắp ñiều khiển khí (van) - Áp kế . ðiều khiển tỉ lệ của các nhóm ảnh hưởng ñến van ñiều khiển gas tương ứng 5. Khí thải Khí thải ñược các máy phân tích khí liên tục lấy mẫu và hàm lương ôxy, các bon ñược theo dõi ñảm bảo ñủ ôxy trong lò và buồng phân huỷ cho nhiên liệu cháy hoàn toàn. Mức ôxy quá thấp hoặc quá cao trong cả hai nơi này thì phải ñiều chỉnh tướng lượng gió bằng các van của quạt gió. Khí thải từ buồng ôxy hoá cũng ñược phân tích thành phần các bon liên tục vì mức các bon quá cao sẽ ảnh hưởng ñến quá trình tạo sứ. 6. Quy trình nung gốm, sứ. * ðặc ñiểm gốm sứ.. Gốm sứ là một mặt hàng ñòi hỏi về mẫu mã cũng như tính mỹ thuật cao, nhiệt ñộ nung gốm lại rất cao (trên 10000C) nhưng lại dễ vỡ và sinh ra khuyết tật trong quá trình nung. Sự thay ñỗi nhiệt ñộ ñột ngột và cũng sẽ dẫn tới hậu quả là gốm bị nứt, vỡ hay sinh ra khuyết tật. Do ñó thời gian nung một mẻ gỗm mất rất nhiều thời gian . - Các thao tác cơ bản của quy trình nung gỗm, sứ + Thao tác 1: Gốm ñược xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ ñược kê bằng một tấm một tấm ñệm làm bằng Fe2O3 tấm ñệm này chịu ñược nhiệt ñộ trên 2000C. Gốm ñược xếp ñúng vị trí sao cho khi xe ñẩy xếp khít vào lò gốm không tiếp súc trực tiếp với ngọn lửa từ ñầu ñốt. Nếu không tuân thủ nguyên tắc này sản phanquangthoai@yahoo.com KS. Trang 14 phẩm sẽ không ñược nung ñều. + Thao tác 2: ðể quá trình nung gốm không bị gián ñoạn vì những lý do kỹ thuật, bao giờ cũng có thao tác chạy thử, tức là cho các ñầu ñốt hoạt ñộng, sau ñó nhìn qua ống thăm kiểm tra xem có ñầu ñốt nào không cháy. Nếu phát hiện thấy có những sự cố nói trên phải ngắt cầu dao, ñóng van khí ñể sửa chữa. + Thao tác 3: Sau khi ñã kiểm tra xong cho lò hoạt ñộng và ñiều chỉnh nhiệt cho nhiệt ñộ lò ở 5500C, giữ nhiệt ñộ này trong 3h. ðể gốm ñược khô ñều, sau ñó nâng tiếp nhiệt ñộ lên 11200C và giữ trong 3h, quá trình thay ñổi nhiệt ñộ và giữ nhiệt ñộ như vậy ñược duy trì tới khi gốm ñược nung xong. Quá trình tính từ khi gốm ñã chín nhiệt ñộ lò cũng ñược duy trì và giảm theo từng thang nhiệt ñộ. + Thao tác 4: Trong quá trình ñợi gốm chín người công nhân phải xếp gốm vào xe lò khác ñể khi mẻ gốm trong lò ñã chính ta sẽ tiến hành ngay vào nung mẻ khác. Làm như vậy sẽ tiết kiệm ñược thười gian nung và nhiệt ñộ hao tổn