Tác giả: Jeff Shelton, Logan Shelton, và James Smith, Dracyon
Đăng trên Tạp chí World Cement số tháng 12/2023, Tr.20-23
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan
Trong bài viết này, Jeff Shelton – Công ty Logan Shelton, và James Smith – Công ty Dracyon, trình bày về tầm quan trọng của súng bắn khí và làm thế nào để nâng cấp hiệu quả chúng cho ngành xi măng hiện nay.
Súng bắn khí đã được sử dụng rộng rãi trong ngành xi măng kể từ cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980. Do đó, nhiều người có thể ngạc nhiên khi biết rằng kể từ đó đến nay súng bắn khí đã đạt được rất ít tiến bộ về công nghệ. Trái lại, ngành xi măng đã thay đổi đáng kể trong giai đoạn cùng kỳ. Các nhà máy hiện nay to lớn hơn, phụ thuộc nhiều hơn vào nhiên liệu thay thế và được quản lý chặt chẽ hơn. Điều này đặt ra một câu hỏi rõ ràng là: liệu vòi phun và súng bắn khí trước đây có đủ cho ngành xi măng hiện nay không?
Câu trả lời là không; các nhà máy lớn hơn có nhiều diện tích bề mặt hơn cần phải được làm sạch, và nhiên liệu thay thế gây ra vấn đề tích tụ. Ví dụ, một ống đứng 2m là loại ống phổ biến 15 năm trước. Do đó, các nhà máy sẽ chỉ đơn giản là lắp đặt hai súng bắn khí có thể làm sạch 1m ở cả hai phía. Tuy nhiên, mọi thứ hiện nay đã hoàn toàn khác biệt. Ống đứng thường dài 5m. Do đó, nếu nhà máy đốt nhiên liệu thay thế, phạm vi làm sạch của nhiều súng bắn khí hơn sẽ <1m.
Như là một giải pháp, hầu hết các nhà máy bổ sung thêm súng bắn khí cùng với chế độ làm sạch bằng nước áp lực cao. Tuy nhiên, điều này chỉ mang lại một giải pháp ngắn hạn và ảnh hưởng đến lợi ích lâu dài. Đó là vì, trước tiên, nó không chỉ làm tăng chi phí nhân công mà còn đặt người lao động vào nguy cơ bị tổn thương. Thứ hai, nó làm giảm hiệu suất vận hành qua việc đưa nước vào quá trình. Cuối cùng là, nó làm hư hỏng vật liệu chịu lửa (một số nhà máy hàng năm phải thay thế vật liệu chịu lửa trị giá đến 500000 USD do phải làm sạch bằng nước thường xuyên). Trong khi làm sạch bằng nước áp lực cao loại bỏ tích tụ, thì công việc này lại phải trả giá. Nếu như việc lắp đặt súng bắn khí diễn ra thành công, thì khi đó không cần thực hiện thường xuyên việc làm sạch bằng nước áp lực cao nữa.
Cái giá của gió giả
Ngành này hiện nay cần có súng bắn khí hiệu quả hơn. Để đạt được điều này, lực (dung tích) làm sạch hoặc lỗ phun khí cần được tăng lên. IGS đã phát triển súng bắn khí cùng với các bình chứa lớn hơn và một bình chứa 8 inch. Big Blue Air Cannon (Súng bắn khí Lớn màu Xanh) có lực cực đại lớn gấp 5 lần.
Các súng bắn khí mới này có thể làm sạch tới 5m loại bỏ nhu cầu làm sạch bằng nước áp lực cao. Điều này sẽ giảm bớt chi phí nhân công, tạo ra một môi trường làm việc an toàn hơn, nâng cao hiệu suất vận hành, và kéo dài tuổi thọ của vật liệu chịu lửa. Tóm lại, nó sẽ tiết kiệm được cho nhà máy xi măng hàng trăm nghìn đô-la nếu không muốn nói là hàng triệu đô-la mỗi năm. Liệu súng bắn khí như vậy có tồn tại không?
May mắn là, câu trả lời là có, Súng bắn khí Lớn màu Xanh được thiết kế để thỏa mãn những thách thức hiện nay. Nó mang lại hiệu quả làm sạch tốt hơn nhờ tăng năng lượng (dung tích) làm sạch và sử dụng vòi phun hiệu quả hơn, đại diện cho thiết kế hiện nay, hơn là thiết kế 20 năm trước đây.
Với một bình chứa 300 lít, súng bắn khí này có năng lượng làm sạch gấp 3-4 lần các súng bắn khí khác. Dung tích lớn hơn nghĩa là khối lượng tăng lên, tạo ra động năng và động lượng lớn hơn. Điều này là cần thiết để làm sạch tiết diện tích tụ lớn hơn. Bên cạnh việc mang lại khả năng làm sạch thêm, kích thước bình chứa này cho phép súng bắn khí đơn có thể bắn kép. Một súng bắn khí 300 lít với hai vòi phun vận tốc cao có thể thay thế hai súng bắn khí và vòi phun của đối thủ cạnh tranh. Điều này mang lại khả năng giảm 50% số lượng súng bắn khí cần thiết. Súng bắn khí ít hơn với khả năng làm sạch vượt trội là một sự lựa chọn hấp dẫn.
Hiệu quả súng bắn khí
Để đánh giá hiệu quả của súng bắn khí, cần phải hiểu rõ những biến số vật lý sau:
► Áp suất trong bình khí của súng bắn khí: Thông số này phụ thuộc vào hệ thống khí nén có sẵn tại hiện trường. Áp suất có sẵn càng cao, lực/năng lượng tiềm tàng càng lớn.
► Dung tích bình/bể chứa khí của súng bắn khí: Kích thước từ 35 đến 300 lít thường có sẵn ở các nhà máy xi măng. Dung tích bình chứa càng lớn, năng lượng tiềm tàng sẵn có càng lớn. Dung tích là yếu tố quyết định thời gian phun khí của súng bắn khí/thời gian làm sạch hiệu quả.
► Tiết diện đầu ra: Kích thước phổ biến nhất ở các nhà máy xi măng là 4 inch (DN100) hoặc 6 inch (DN150). Kích thước tiết diện đầu ra chi phối đường dòng chảy và có tác động lớn tới tốc độ dòng chảy khi súng bắn khí đẩy khí ra. Yếu tố quyết định của súng bắn khí hiệu quả là mối tương tác giữa các giá trị đã nêu ở trên. Tất nhiên, có một số tính chất vật lý cần phải được xem xét cân nhắc như khả năng dính kết hoặc độ bám dính của tích tụ cần được tẩy sạch, tuy nhiên, các giá trị này thay đổi tùy vào ứng dụng. Động năng (dung tích) là giá trị phải được xem xét cân nhắc khi đánh giá tính hiệu quả của súng bắn khí.
Các đồ thị ở Hình 3-5 cho thấy sự khác biệt về hiệu quả căn cứ vào dung tích và áp lực của cùng bình chứa. Biến số duy nhất là lỗ phun khí.
Hình 3 (đồ thị ngoài cùng bên trái) cho thấy thời gian làm sạch hiệu quả là ~75ms. Động năng trên lực dính kết hạt cũng sẽ làm tăng phạm vi làm sạch, nhưng thời gian lại quá ngắn đối với một tác động hợp lý.
Bảng 1. So sánh vòi phun.
| Khoảng cách từ vật thể | Súng bắn khí 70 lít bắn ở áp lực 80 psi | Khoảng cách bổ sung thêm | |
| Vòi phun truyền thống | Vòi phun tốc độ cao IGS | ||
| 0,5 inch | 3 inch | 5,5 inch | 2,5 inch |
| 3 inch | 1,53 inch | 7,5 inch | 5,97 inch |
| 6 inch | 0 inch | 2,25 inch | 2,25 inch |
| Lưu ý rằng vòi phun tốc độ cao di chuyển tấm trượt ra xa hơn 6 ft so với vòi phun truyền thống di chuyển được 3ft. Tăng gấp đôi khoảng cách làm sạch. | |||
Bảng 2. Tác động của việc tăng dung tích
| Khoảng cách | Súng bắn khí 70 lít bắn ở áp lực 80 psi | Súng bắn khí 150 lít ở áp lực 80 psi | Khoảng cách bổ sung thêm |
| Vòi phun truyền thống | Vòi phun tốc độ cao IGS | ||
| 0,5 inch | 3 inch | 11,5 inch | 8,5 inch |
| 3 inch | 1,53 inch | 17,5 inch | 15,97 inch |
| 6 inch | 0 inch | 39,5 inch | 39,5 inch |
| Lưu ý khả năng làm sạch tăng lên bao nhiêu khi dung tích tăng từ 70 lít lên 150 lít. Hãy tưởng tượng năng suất làm sạch được tạo ra bởi một bình chứa 300 lít. | |||
Tăng kích thước đầu ra làm giảm thời gian phun khí. Lực được tạo ra bởi tốc độ dòng chảy cao hơn sẽ cao hơn nhưng nó cũng làm giảm thời gian lần làm sạch hiệu quả xuống ~65ms.
Giảm kích thước đầu ra làm tăng thời gian phun khí. Trong trường hợp này, lực phun khí được tạo ra cao hơn chút ít so với giới hạn lực kết dính hạt. Do lưu lượng khối ở mức thấp hơn, thời gian làm sạch hiệu quả tăng lên đến ~84ms. – Dài hơn 25% so với phần bố trí đầu ra 4 inch.
Yếu tố quyết định hiện nay để lựa chọn bình chứa và van súng bắn khí có kích thước phù hợp cùng với vòi phun thích hợp cho ứng dụng. Vòi phun là chi tiết cuối cùng của súng bắn khí và phải có khả năng tạo ra tốc độ dòng chảy cần thiết để dỡ bỏ tích tụ càng nhiều càng tốt.
Tăng dung tích súng bắn khí cùng với van kích thước tiêu chuẩn phù hợp và vòi phun được tối ưu hóa dòng chảy là yếu tố quan trọng để đạt được hiệu quả làm sạch cao nhất.
Mỗi điểm phun khí của súng bắn khí có một vòi phun vận tốc cao tiên tiến. Không giống như các vòi phun khác, nó không có bất kỳ van quay nào.
Vòi phun tăng tối đa dòng chảy và vận tốc, tạo ra một cú bắn tập trung để dỡ bỏ tích tụ khó làm sạch.
Các kết quả thử nghiệm tại hiện trường để xem súng bắn khí sẽ đẩy được tấm trượt 230 lít đi xa bao nhiêu từ các khoảng cách khác nhau đã chỉ ra ở Bảng 1 và 2. Trong bảng 1, biến số duy nhất là vòi phun. Ở bảng 2, dung tích đã được tăng lên.
Tóm lại
Súng bắn khí trước đây sẽ không giải quyết được các vấn đề của ngày hôm nay. Không giống như các súng bắn khí của những nămn 1970 và 1980, Big Blue đã được thiết kế đặc biệt cho giải quyết các thách thức đương thời. Dung tích lớn hơn và vòi phun hiệu quả hơn có thể giúp làm sạch tiết diện lớn hơn của tích tụ khó làm sạch hơn. Do đó, súng bắn khí này là dành cho ngành xi măng hiện nay.
