Làm thế nào để cải thiện tuổi thọ của lò quay bằng cách sử dụng Giám sát nhiệt độ hồng ngoại?

Khi phân tích bất kỳ quy trình sản xuất xi măng nào, rõ ràng là một trong những công đoạn quan trọng nhất diễn ra trong lò quay. Khi nói đến việc kéo dài tuổi thọ của thiết bị này, cũng như ngăn ngừa mọi hỏng hóc nghiêm trọng, người vận hành bắt buộc phải hiểu tình trạng của lớp vật liệu chịu lửa bao phủ nó. Vì không thể đo bên trong lò nên nhìn bề mặt bên ngoài là cách duy nhất để xác định tình trạng chịu lửa. Điều này có thể được thực hiện với công nghệ hồng ngoại và hệ thống quét lò nung được phát triển đặc biệt.

Khái quát của một lò nung
Trong quá trình hoạt động của lò quay, ngọn lửa có thể đạt đến nhiệt độ cao tới 1900 ° C (3452 ° F) để làm nóng nguyên liệu thô đến khoảng 1500 ° C (2732 ° F). Kết quả là, những vật liệu này trở nên nóng chảy một phần và trải qua một loạt các phản ứng vật lý và hóa học để trở thành thành phần chính của xi măng. Ở đầu dưới của lò nung, nguyên liệu thô nổi lên dưới dạng các hạt nóng đỏ, được gọi là clinker. Lò quay truyền thống là những ống thép lớn, đường kính vài mét và chiều dài lên đến 100 m (tuy nhiên, ở các cơ sở lớn hơn, chiều dài lò trên 100 m không phải là hiếm). Tuy nhiên, để bảo vệ thép khỏi nhiệt độ cao, mỗi lò nung được lót bằng gạch làm từ vật liệu chịu lửa, thường là sự pha trộn của các hợp chất gốm khác nhau.

Lò nung xi măng

Những viên gạch chịu lửa này đã được chế tạo đặc biệt cho các ứng dụng chế biến xi măng, và trong khi chúng có đặc tính chịu nhiệt và chịu mài mòn ấn tượng, việc tiếp xúc với nhiệt độ cao và chất lượng mài mòn của xi măng chắc chắn dẫn đến sự xuống cấp của vật liệu. Sự hao mòn này làm cho gạch mỏng dần theo thời gian, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng che chắn bề mặt thép của lò nung. Để duy trì mức độ bảo vệ thích hợp, đến một lúc nào đó lò nung phải dừng lại để thay gạch.

Ngoài ra, nếu một viên gạch hoặc một phần gạch nhỏ bị lỏng và rơi xuống, vỏ lò nung thép sẽ đột ngột tiếp xúc với nhiệt độ cực cao. Nếu hành động không được thực hiện nhanh chóng, lò nung có thể bị hư hỏng vĩnh viễn, khiến các cơ sở tiêu tốn một lượng lớn tiền cho chi phí sửa chữa hoặc thay thế, cũng như mất vô số giờ sản xuất. Bằng cách theo dõi toàn bộ chiều dài của vỏ lò, người vận hành có thể dễ dàng xác định hiệu quả của vật liệu chịu lửa. Với công nghệ hồng ngoại, bất kỳ viên gạch rơi nào cũng có thể được phát hiện nhanh chóng và thậm chí có thể thực hiện các hành động thích hợp để ngăn chặn thiệt hại thêm. Ngoài ra, bằng cách kết hợp phép đo nhiệt độ hồng ngoại với cơ sở dữ liệu hình ảnh lịch sử, người vận hành có thể kiểm tra xu hướng nhiệt độ và dự đoán khi nào vật liệu chịu lửa sẽ đạt đến điều kiện hoạt động không an toàn.

Do đó, người vận hành có thể lên lịch bảo trì và lên kế hoạch khi nào cần thay thế vật liệu chịu lửa với thời gian ngừng hoạt động tối thiểu. Theo dõi nhiệt độ hồng ngoại liên tục cũng cho phép người vận hành thấy được tác động tổng thể của quá trình đối với vật liệu chịu lửa, vì các cài đặt có thể được tối ưu hóa để duy trì sự kết hợp tốt nhất có thể giữa thông lượng tối đa và tuổi thọ vật liệu chịu lửa kéo dài.

Tìm hiểu hệ thống quét hồng ngoại
Ngày nay, có nhiều hệ thống quét nhiệt độ cho lò nung xi măng có sẵn trên thị trường, mỗi hệ thống có nhiều thông số kỹ thuật và tính năng khác nhau; tuy nhiên, tất cả các hệ thống này đều sử dụng công nghệ quét hồng ngoại để thu thập dữ liệu nhiệt độ.

Để hiểu các hệ thống quét này, người vận hành cần biết những kiến thức cơ bản về công nghệ hồng ngoại. Tất cả các vật thể đều phát ra bức xạ hồng ngoại; cường độ của điều này tăng lên khi nhiệt độ của một vật thể tăng lên. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp có chứa một máy dò sẽ tạo ra một dòng điện khi nó tiếp xúc với năng lượng của một bước sóng hồng ngoại cụ thể. Khi cường độ tăng, dòng điện cũng vậy, cho phép xác định nhiệt độ của vật.

Máy quét  MP150, được sử dụng trong Hệ thống chụp ảnh quy trình lò nung xi măng CS210.

Khi giám sát lò quay, một hoặc nhiều máy quét vạch (một trong những hệ thống quét phổ biến hơn hiện có) thường hoạt động song song để thu thập dữ liệu dọc theo trục của lò. Khi lò quay, một dòng dữ liệu mới được tạo ra, cho phép lập bản đồ toàn bộ bề mặt của lò. Sau đó, dữ liệu được chuyển sang phần mềm dành riêng cho ứng dụng, phần mềm này sau đó chuyển đổi dữ liệu thô thành hình ảnh nhiệt hai chiều của bề mặt lò nung.

Ngoài hình ảnh hai chiều của lò nung, phần mềm còn hiển thị từng hình ảnh nhiệt kế tiếp nhau. Hình ảnh này là sự thể hiện màu 'sai' về nhiệt độ bề mặt của lò nung; Điều bình thường là các khu vực mát hơn được đánh dấu bằng màu tối hơn và các khu vực nóng hơn được hiển thị bằng màu đỏ tươi hoặc trắng. Thông thường, hình ảnh được hiển thị trong thời gian thực cho người vận hành, cho phép nhanh chóng nhìn thấy bất kỳ thay đổi quan trọng nào.

Hình ảnh cũng được lưu định kỳ vào tệp lịch sử để phân tích sau này, có nghĩa là người vận hành có thể sử dụng dữ liệu này để dự đoán tuổi thọ của vật liệu chịu lửa và lên lịch thay thế để giữ thời gian ngừng hoạt động ở mức tối thiểu.

Công nghệ quét vỏ lò nung
Không có gì bí mật khi công nghệ hồng ngoại đã được ngành công nghiệp xi măng áp dụng rộng rãi trong hơn 20 năm; trong khi tất cả các hệ thống lò quay hồng ngoại đều cung cấp các khả năng cơ bản nêu trên, các hệ thống mới hơn được phát triển trong thập kỷ trước có một số công nghệ mới nhất trong ngành và cung cấp chức năng mở rộng để hỗ trợ nhu cầu của người vận hành.

Một số chức năng cấp cao nhất, ví dụ, giải quyết mối quan tâm của các khu vực bị bóng kéo dài dọc theo chiều dài của lò nung. Với máy quét trường nhìn rộng, có thể có một số vật cản, chẳng hạn như tòa nhà, cột điện và các thiết bị khác, về cơ bản, điều này ngăn máy quét 'nhìn thấy' toàn bộ vỏ lò. Một số hệ thống hàng đầu hiện nay, chẳng hạn như Hệ thống CS210 từ Fluke Process Instruments, tích hợp các cảm biến điểm đơn, còn được gọi là nhiệt kế, được đặt theo cách mà chúng có thể 'nhìn thấy' các khu vực bị che khuất từ máy quét .

Hệ thống quét đường được bố trí để theo dõi độ trượt của lốp lò quay.

Có thể cài đặt và thiết lập tối đa 32 nhiệt kế để sử dụng giao tiếp nhiều giọt, có nghĩa là chỉ cần một kết nối để liên lạc trở lại PC. Vì phần mềm tích hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến vào một hình ảnh duy nhất nên có thể thêm cảnh báo 'ống kính bẩn'. Tính năng này so sánh từng điểm dữ liệu với các điểm lân cận của nó và nếu sự khác biệt vượt quá giới hạn đã xác định, người vận hành sẽ được cảnh báo rằng cảm biến có thể bị chặn một phần bởi thấu kính bẩn hoặc vật cản khác.

Biểu thị màu 'sai' của nhiệt độ bề mặt lò nung

Ngoài ra, các hệ thống quét bậc cao nhất thường đọc các tần số từ 3,5 μ đến 4 μ. Phạm vi này cho phép máy quét đường hồng ngoại nhìn trực tiếp qua bụi và độ ẩm để xác định nhiệt độ của bề mặt lò nung. Trong phạm vi micrô cao hơn, chẳng hạn như 8 μ đến 14 μ, hệ thống hồng ngoại có xu hướng thu nhận phản xạ do bụi và độ ẩm trong không khí, có nghĩa là các giải pháp này chỉ có thể được sử dụng trong các cơ sở được kiểm soát nhiều hơn. Do đó, hệ thống máy quét vạch là giải pháp lý tưởng cho sản xuất xi măng trong môi trường ngoài trời, gồ ghề.

Các chức năng khác bao gồm giám sát nhiệt độ clinker ở cuối quá trình nóng bên trong lò nung. Trong ứng dụng này, một cảm biến hồng ngoại 'nhìn' vào phần nóng của đầu lò nung thông qua một cổng quan sát và theo dõi nhiệt độ clinker. Dữ liệu được hiển thị trên cùng một màn hình với hình ảnh vỏ lò nung, cho phép người vận hành theo dõi đồng thời cả hai bước của quy trình.

Một số hệ thống, chẳng hạn như Hệ thống CS210, cũng cung cấp các khả năng nâng cao sẽ theo dõi tình trạng của gạch và báo cáo về độ mài mòn chịu lửa. Các tính năng phần mềm này cũng bao gồm cơ sở dữ liệu mô-đun có thể lưu trữ và phân tích tất cả dữ liệu cần thiết từ (ít nhất) năm trước để chỉ ra độ hao mòn vật liệu chịu lửa trong quá trình sử dụng, cho phép các kỹ sư lên lịch sửa chữa vật liệu chịu lửa.

Mặc dù các hệ thống này hữu ích, nhưng điều quan trọng là dữ liệu được các nhà khai thác nhập vào chương trình phải chính xác. Bởi vì tất cả các cài đặt vốn đã khác nhau, tỷ lệ hao mòn cũng sẽ khác nhau; do đó, việc đưa ra các dự đoán tổng quát về tốc độ mài mòn của bất kỳ vật liệu nhất định nào chắc chắn sẽ dẫn đến việc lắp đặt mà viên gạch đơn giản là sẽ không tồn tại lâu như hệ thống dự đoán.

Một phát triển bổ sung trong việc cải thiện tuổi thọ lò nung vẫn sử dụng các hệ thống giám sát lò nung, nhưng không sử dụng hệ thống đo nhiệt độ. Thông thường, các lò được dẫn động từ một đầu - do kích thước và khối lượng lớn, làm cho việc quay đồng nhất trở nên cực kỳ khó khăn. Trong quá trình này, và đặc biệt là trong quá trình thay đổi tốc độ, có xu hướng một phần năng lượng quay làm cho các vòng đệm của lò nung (hoặc lốp trượt) chuyển sang mô-men xoắn (hoặc xoắn) thay vì quay.

Một lượng nhỏ mô-men xoắn không nhất thiết là vấn đề đối với các vòng đệm, tuy nhiên, quá nhiều sẽ gây ra hư hỏng cho vật liệu chịu lửa mỏng manh. Trong các hệ thống giám sát lò nung điển hình, nhiệt kế được sử dụng để đo mỗi vòng quay của vòng lò nung và kích hoạt hiển thị từng hình ảnh tiếp theo của lò nung.

Nếu nhiều cảm biến được lắp đặt, tốc độ quay của một số điểm dọc theo chiều dài của lò có thể được theo dõi - và nếu tốc độ quay thay đổi dọc theo chiều dài, điều này có thể cho thấy rằng một sự cố xoắn đang xảy ra, cho phép các kỹ sư sửa chữa trước khi hư hỏng nghiêm trọng xảy ra.

Kết luận
Mục đích của việc giám sát vỏ lò bằng hệ thống quét tia hồng ngoại là theo dõi và báo cáo về tình trạng chung của vật liệu chịu lửa lót trong lò. Hầu hết các chương trình có sẵn ngày nay đều cung cấp một số mức độ quản lý vật liệu chịu lửa và việc xem thông tin này cùng với dữ liệu nhiệt độ cung cấp thông tin mà người vận hành cần xác định cách sửa đổi cài đặt lò nung để tối đa hóa tuổi thọ vật liệu chịu lửa hoặc khi nào cần lên lịch thời gian ngừng hoạt động để thay thế gạch.

Hệ thống quét nhiệt độ bằng tia hồng ngoại đã cho thấy tính hữu dụng của chúng trong các nhà máy xi măng trên toàn cầu và các hệ thống hiện đại ngày càng bổ sung nhiều chức năng hơn, khiến chúng trở thành một phần thiết yếu của bất kỳ bộ công cụ chuyên nghiệp xi măng nào.