Разработка интегрированной системы управления получения цемента на АО Казахцемент
НАО УНИАЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА горада СЕМЕЙ
Факультет инженерно-технологический
Кафедра Автоматизация, информационные технологии и градостроительства
Магистерская диссертация
по образовательной программе 7М07104 - Автоматизация и управление
Разработка интегрированной системы управления получения цемента на АО Казахцемент
Исполнитель ________Мукташев К.К. ____ ____________2022 г.
(подпись)
Научный руковадитель ______ PhD Оспанов Е.А. ___________2022 г.
(подпись)
Допущен к защите:__________PhD Кожахметова ___________2022 г.
(подпись)
Нормоконтроль_________к.т.н. Демьяненко А.И. ___________2022 г.
(подпись)
Семей - 2022 г.РЕФЕРАТ
В магистерской диссертации на тему Разработка интегрированной системы управления получения цемента на АО Казахцемент содержится: страниц - 59, таблиц -4 , рисунков - 26, использованных источников - 55.
Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПЕЧЬ, ДРОБИЛКА, ОХЛАДИТЕЛЬ, ДОЗАТОР, МИКРОПРОЦЕССОР, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ЦЕМЕНТ, КЛИНКЕР.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.
Целью работы является разработка системы оптимальной подачи продукта на основе ее составных и простым интуитивным интерфейсом для пользователя-оператора, также с оптимальными техническими показателями и высокой степенью надежности. Процесс подачи продукта требует контроля основных параметров его протекания, а именно: управление подачи продукта; процентная составляющая составных частей цемента. Оптимальная система управления может быть построена только на математической модели технологического процесса подбора оптимального состава смеси, в связи с чем в работе большое внимание уделено процессу расчета составных частей смеси цемента.
На основании изучения процесса производства цемента была разработана автоматизированная система управления процессом подачи составных частей цемента с использованием микроконтроллерных средств. Она осуществляет сбор всех основных показателей работы дозаторов и регуляции протекания процесса по заранее заданной программе.
Также в данной работе были рассмотрены типы производства цемента и изучена технологическая схема процесса, проведен расчет смеси цемента.
Реферат
"Казахцемент" АҚ-да цемент алуды басқарудың интеграцияланған жүйесін әзірлеу " тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 59, кестелер - 4 , суреттер - 26, пайдаланылған көздер-55.
Түйінді сөздер: автоматты басқару, математикалық МОДЕЛЬ, пеш, ұсақтағыш, салқындатқыш, диспенсер, МИКРОПРОЦЕССОР, химиялық құрам, ЦЕМЕНТ, КЛИНКЕР.
Жарияланымдар. Диссертация тақырыбы бойынша 2 баспа жұмысы жарияланды.
Жұмыстың мақсаты-өнімді оңтайлы жеткізу жүйесін оның құрамдас бөлігі негізінде және пайдаланушы операторы үшін қарапайым интуитивті интерфейс негізінде, сонымен қатар оңтайлы техникалық көрсеткіштері мен сенімділіктің жоғары деңгейімен дамыту. Өнімді беру процесі оның ағымының негізгі параметрлерін бақылауды қажет етеді, атап айтқанда: өнімді жеткізуді басқару; цементтің құрамдас бөліктерінің пайыздық компоненті. Оңтайлы басқару жүйесін қоспаның оңтайлы құрамын таңдау процесінің математикалық моделіне ғана салуға болады, осыған байланысты цемент қоспасының құрамдас бөліктерін есептеу процесіне көп көңіл бөлінеді.
Цемент өндіру процесін зерттеу негізінде микроконтроллерлік құралдарды пайдалана отырып, цементтің құрамдас бөліктерін беру процесін басқарудың автоматтандырылған жүйесі әзірленді. Ол диспенсерлер жұмысының барлық негізгі көрсеткіштерін жинайды және алдын-ала белгіленген бағдарлама бойынша процестің барысын реттейді.
Сондай-ақ, бұл жұмыста цемент өндірісінің түрлері қарастырылып, процестің технологиялық схемасы зерттелді, цемент қоспасы есептелді.
Report
The master's thesis on the topic "Development of an integrated management system for cement production at Kazakhcement JSC" contains: pages - 59, tables -4 , figures - 26, sources used - 55.
Keywords: AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, FURNACE, CRUSHER, COOLER, DISPENSER, MICROPROCESSOR, CHEMICAL COMPOSITION, CEMENT, CLINKER.
Publications. 2 printed works have been published on the topic of the dissertation.
The aim of the work is to develop a system for optimal product delivery based on its components and a simple intuitive interface for the user-operator, also with optimal technical indicators and a high degree of reliability. The process of feeding the product requires control of the main parameters of its flow, namely: product feed control; the percentage component of the cement components. An optimal control system can be built only on a mathematical model of the technological process of selecting the optimal composition of the mixture, and therefore much attention is paid to the process of calculating the components of the cement mixture.
Based on the study of the cement production process, an automated control system for the supply of cement components using microcontroller tools was developed. It collects all the main indicators of the dispensers and regulates the flow of the process according to a predetermined program.
Also in this work, the types of cement production were considered and the technological scheme of the process was studied, the calculation of the cement mixture was carried out.
Содержание
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 6
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА 11
1.1 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником 16
1.2 Определение параметров объекта регулирования 21
Глава 2 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА 30
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 37
3.1 Выбор типового регулятора АСР и определение параметров его настройки для заданного технологического параметра 38
3.2 Определение параметров настройки ПИ - регулятора 41
3.3 Анализ динамических характеристик АСР при выбранном типе регулятора и найденных параметрах его настройки 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:
1. Положение о магистерской диссертации II 042-08.1.00.01- 2013
2. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения
3. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
4. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
5. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
7. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
8. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
9. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
10. ГОСТ2.114-95 ЕСКД. Технические условия
11. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
12. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
13. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
14. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
15. ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
16. ГОСТ 2.319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
17. ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
18. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
19. ГОСТ 2.424-80 ЕСКД. Правила выполнения чертежей штампов
20. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
21. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
22. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
23. Обозначения общего применения
24. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
25. ГОСТ 7.32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
26. ГОСТ 7.32-91 Оформление списка литературы.
27. ГОСТ 2.316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
28. ГОСТ 2.109-73 Оформление иллюстраций.
29. ГОСТ 7.32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
КН
Коэффициент насыщения
ппп
потери при прокаливании
САР
Система автоматического регулирования
АСУТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом
ЭВМ
Электронная вычислительная машина
ТОУ
Технологический объект управления
мм
Математическая модель
УВК
Управляющий вычислительный комплекс
ОР
Объект регулирования
САО
Система автоматической оптимизации
ОУ
Объект управления
Р
Регулятор
ВВЕДЕНИЕ
Цементная промышленность в Казахстане - один из наиболее динамично развивающихся секторов промышленности. Увеличивающаяся тенденция к строительству, обуславливают все более широкое применение цемента в качестве сырья для строительства.
Современный цементным завод -- это высокомеханизированное и автоматизированное предприятие, на котором основные технологические процессы (обжиг и помол) ведутся в автоматическом режиме с использованием управляющих вычислительных машин. На заводах также действуют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП).
Опыт внедрения АСУ в цементной промышленности свидетельствует о том, что применение современных технических средств позволяет достигать высоких технико-экономических показателей на предприятиях с различными технологическими схемами и масштабами производства.
Производство цемента относится к категории непрерывных технологических процессов с постоянной нагрузкой. Задача такого рода процессов заключается в получении в единицу времени заданного количества продукта определенного качества. В связи с этим все отдельные технологические агрегаты и связывающие их вспомогательное оборудование и транспортные средства должны быть подобраны и скомпонованы таким образом, чтобы их производительность соответствовала заданной производительности завода в целом. Поэтому к основным агрегатам в зависимости от вида выполняемого технологического процесса (дробление, помол, обжиг и т. д.) предъявляются соответствующие технические требования: получение клинкера заданного химико-минералогического состава при минимальном расходе топлива и максимальной производительности печного агрегата.
Современное развитие цементных производств подразумевает постоянное совершенствование технологий предварительной обработки производственного сырья. Соблюдение всех основных параметров технологических процессов на этапе производства обеспечивает стабильность качества готовой продукции, уменьшая отбраковку и повышая качество цемента.
На автоматическую систему управления технологическим процессом производства цемента возлагается реализация эффективных алгоритмов управления процессом
Актуальность исследования. Эффективность цементного производства в существен - ной ме - ре зависит от организации процессов обжига клинкера и режимов эксплуатации печей. Комплекс процессов, происходящих с клинке - ром под воз - действием тепловой энергии, достаточно сложен и обширен. Процессы горения топлива, движения материала и газов в печах, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой. Следует учитывать и весь комплекс наладочных мероприятий: обеспечение требуемого химического и минера - логического состава клинкера в сырьевой смеси, обоснование выбора теплообмен - ных устройств, отработка режимов горения, обеспечивающих протека - ние процес - сов заданной интенсивности и экономное расходо - вание топлива.
Производительность печей, удельный расход топлива и прочие определяющие показатели зависят не только от исходных конструктивных характеристик технологических установок, но и от режимов их работы. Форсирование режима до известного предела по - вышает производительность, но при этом существенно увеличивает непроиз - води - тель - ные потери, связанные с уносом ма - териала, повышением тем - пературы отходящих газов, удельным расходом теплоты и, соответственно, топлива.
Наиболее сложным, ответственным и энергоемким процессом в комплексе операций производства цемента представляется обжиг клинкера. Совершенствование организаций и методов наладки, испытаний технологического оборудования, безусловно, способствует повышению технической культуры его эксплуатации, повышению эффективности цементного производства и ускорению освоения проектных мощностей предприятий.
Интенсивное развитие цементной промышленности в последние годы, внедрение печных установок большой единичной мощности, вовлечение в производственный процесс сырьевых материалов более низкого качества ставят перед цементным производством новые проблемы. По промышленным данным общие энергозатраты при обжиге распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья - около 10%, собственно обжиг 80%, помол цемента 10% и прочие - порядка 1% [1].
Поэтому задача рациональной организации составляющих процессов и автоматизации управления обжигом с соот - ветствующим снижением энергозатрат является актуальной.
Цели и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности производства цемента за счет автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера с использованием разработанных методов, алгоритмов и средств.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:
анализ объекта исследования и технологий получения цементного клинкера;
анализ и формализованное описание методов и моделей процесса термической обработки клинкера;
разработка модели процесса термической обработки цементного клинкера и проведение имитационных экспериментов;
разработка алгоритмов управления процессом термической обработки клинкера.
Научная новизна. Проведены исследования комплекса процессов протекающих в печи, а именно движения газов, горения топлива, теплообмена в пространстве печи и массе материала, химических воздействий, а также кинетики процессов перемещения потоков. Показано, что независимо от характера технологии, главным агрегатом для обжига цементного клинкера является вращающаяся печь. Химико - термическая обработка сырьевого материала производится после - довательно, в процессе его перемещения по зонам печи.
В качестве математической модели описывающей процессы, происходящие в печи, выбраны уравнения теплового баланса, что позволило определить основные параметры процесса обжига для дальнейшего моделирования.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием в экспериментах современных средств контроля и измерений изучаемых величин, а также использованием стандартных методик расчета.
Практическая значимость. Обоснованы и разработаны алгоритмы расчета температуры газовой смеси, расчета температуры материала, моделирования теплового баланса печи, учитывающие характеристики и динамику изменения основных параметров процесса термической обработки.
Разработана функциональная схема АСР температуры обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником. При выполнения практической части была определена передаточная функция объекта по виду экспериментальной и эквивалентной кривых, выбран ПИ-регулятор, подобраны его коэффициенты в среде MatLab и в частности в пакете Simulink, при этом установлено, что смоделированная система удовлетворяет заданным требованиям к устойчивости и заданным показателям качества.
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА
Цементная промышленность -- одна из наиболее крупных и ответственных отраслей строительного производства. Сырьем для производства цементов служит смесь из извест - ковых (карбонат - ных) и глинистых пород, с соответствующими до - бавками (ГОСТ 10178-85). Цементы вы - пускают - ся на основе клин - ке - ра, по - лучаемого в результате обжига сырье - вой сме - си, вследст - вие чего в клин - кере формируются силикаты кальция (70-80%), алюминатная и алюмоферритная фазы (20-30%).
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое тупем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количество гипса. Клинкер изготовляют путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, взятых в соотношении, обеспечивающим преобладание в готовом продукте силикатов кальция.
Клинкер является важнейшим компонентом портландцемента и от его состава во многом зависят свойства портландцемента, полученного на его основе. Изменяя состав клинкера, можно получать вяжущие материалы с разнообразными физическими и химическими свойствами.
По механической прочности цементы подразделяются на марки: 300, 400, 500, 600, определяемые проделом прочности (в МПа) при изгибе и сжатии обрацов, полученных на основании испытаний через 28 суток твердения. Чем выше марка, т.е. выше прочность, тем более высокую нагрузку при постоянном расходе вяжущего могут воспринимать бетонные конструкции, изготовленные из данного портландцемента.
Процесс производства портландцемента складывается из следующих основ технологических операции:
Добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;
Дробление и помол сырьевых материалов;
Приготовление и корректирование сырьевой смеси;
Обжиг смеси (получение клинкера);
Помол клинкера с добавками (получение цемента).
В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают мокрый, сухой комбинированный (полусухой) способы производства портландцементного клинкера.
Сухой способ целесообразен при сравнительно малой влажности и однородном составе сырья, он же практикуется в случаях, если в сырьевую смесь вместо глины вводится гранули - рованный доменный шлак. Расход топлива при сухом способе существенно меньше, чем при мокром способе.
При значительных колебаниях химического состава известня - кового и глинистого компонента чаще применяется мокрый способ, так как однородную (гомогенизирован - ную) сырьевую смесь получить легче, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, более мяг - кую структуру и легко диспергируются водой. Выбор мокрого спосо - ба предопределяется также в случае наличия в глине избытка посторонних примесей, для удаления кото - рых необходимо отмучи - вание в присутствии воды. Кроме того, при мокром способе отжига облегчается размол сырья и требуется мень - ше энергии на его измель - чение.
При обжиге сухих сырьевых смесей используют печи с циклонным теплообменниками. Размеры таких печей намного меньше размеров печей, работающих по мокрому способу, так как процессы подготовки сырья вынесены здесь в запечные агрегаты с интенсивным конвективным теплообменом, обеспечивающим эффективное использование теплоты отходящих газов. Высокая экономичность, малые размеры и низкие капитальные затраты при сооружении таких печей обеспечили им широкое распространение. Благодаря высокой степени декарбонизации сырьевой муки, поступающей в печь, улучшается ее текучесть и снижается тепловая нагрузка на печь. Эти особенности в сочетании с простотой регулирования позволяют легко управлять режимом обжига и обеспечивать надежную работу печного агрегата. На цементных заводах сухого способа производства успешно эксплуатируются печи с размерами 4х60, 5х75, 76,4х95 м.
Печи для обжига сухих сырьевых смесей при равной производительности примерно вдвое короче печей для обжига шлама. Это достигается тем, что часть процессов выносится из печи в запечные теплообменные устройства. В России для обжига сухих смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками и с конвейерными кальцинаторами (печи "Леполь").
В основу конструкции печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют процесс теплообмена. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой 900...1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15...20 мс, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор-мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная от относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80% осуществляется в газоходах и только 20% приходится на долю циклонов. Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреваться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35% декарбонизируется.
Рисунок 1- Схема теплового агрегата для обжига клинкера по сухому способу.
Перспективность применения сухих печей обусловлена тепловой экономичностью, высокой удельной производительностью, простотой конструкции, малыми размерами и низкими капитальными затратами. Недостатки печей этого типа высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. Поскольку степень декарбонизации цементной сырьевой муки, поступающей из циклонного теплообменника в печь, не превышает 35%, материал должен оставаться в печи продолжительное время для завершения процесса обжига. Для интенсификации процесса разработаны системы трехступенчатого обжига, принцип которого заключается в том, что между циклонным теплообменником и вращающейся печью встраивается специальный реактор - декарбонизатор. Сжигание топлива и декарбонизация материала в таком реакторе происходят в вихревом потоке газов.
Рисунок 2- Модель и реальный вид циклонного теплообменника с декарбонизатором.
После прохождения циклонных теплообменников сырьевая мука с температурой 720...750 °С поступает в декарбонизатор. Частицы сырьевой муки и распыленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, немедленно передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до температуры 920...970°С. Материал в системе "циклонный теплообменник - декарбонизатор" находится лишь 70...75 с и за это время декарбонизируется на 85...95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5...3 раза. Удельный расход теплоты снижается до 3,0...3,1 МДжкг клинкера. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественное топливо, а также бытовые отходы. Стоимость сооружения установки с декарбонизатором на 10% ниже стоимости установки с циклонным теплообменником той же производительности. Размеры установки невелики, и она может использо - ваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей.
Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками характеризуются простотой конструкции и соответственно эксплуатации, а также высокой теплотехнической эффективностью.
Эффективность сухого способа производства, в частности с использованием вращающихся печей с циклонными теплообменниками, подтверждается многолетней практикой.
Удельная производительность печей с циклонными теплообменниками в 3 раза выше, чем печей мокрого способа. Удельная производительность печей с циклонными теплообменниками на практике в отдельных случаях более высока ≈73 кг (м3 ·ч), а при осуществлении мер по повышению частоты вращения может быть доведена до 95,8 кг (м3 ·ч).
Система циклонных теплообменников работает по принципу противотока горячих газов и материала в системе в целом и прямотока в каждом цикле. Высокая эффективность теплообмена в циклонных теплообменниках обеспечивается вследствие непосредственного контакта частиц материала и горячих газов.
Исследования процесса теплопередачи в системе циклонных теплообменников позволяют предположить, что основной теплообмен между газами и материалом протекает в газоходах (≈80%) и только на 20% в циклонах. Основные параметры газа в системе циклонных теплообменников: скорость в газоходах - 20-22 мс; расход газа за циклонными 1,4-1,5 м3 кг клинкера; пылеунос из циклонов 6-9% расхода сырьевой муки. Удельный расход теплоты определяется многими факторами и уменьшается с увеличением размеров и мощностей печей. Так, печь с циклонным теплообменниками фирмы "Гумбольдт" при производительности 350 тсут. Имеет удельный расход теплоты 920x4,1868, а при производительности 3500 тсут. - 740x4,1868 кДжкг.
Время пребывания сырьевой муки в системе циклонных теплообменников очень непродолжительно - 25-30 c. За этот короткий промежуток времени газовый поток отдает теплоту и охлаждается примерно с 1050 до 300-350ºC, а сырьевая мука успевает получить теплоту и нагреться примерно от 50 до 780-800ºC.
При температуре материала 780-800ºC, степень декарбонизации составляет 20-25%, при более высокой температуре - 800-810ºC может быть 30-35% и Толька в весьма благоприятных условиях теплообмена достигает 35-40%.
Однако следует иметь ввиду, что на практике степень декарбонизации материала, поступающего из циклонных теплообменников в печь, обычно доходит до 40-45%. Это обусловливается выносом из печи прокаленного материала в систему теплообменников и должно учитываться при наладке процесса и определении фактической подготовки сырья в запечных теплообменниках.
Циклонными теплообменниками оборудуются короткие вращающиеся печи (50-70 м). Теплообменники, установленные над загрузочными концами печей, располагаются один над другим и предназначены подобно конвейерным кальцинаторам для подогрева и частичной декарбонизации сырьевой смеси. Но в отличие от конвейерных кальцинаторов материал, подлежащий обжигу в теплообменники, поступает не в виде гранул, а в виде порошкообразной смеси.
Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками из прямоточных элементов, предложенные Ф. Мюллером, в начале пятидесятых годов стала выпускать фирма "Гумбольдт" (ФРГ). Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками оказались настолько эффективными, что вслед за фирмой "Гумбольдт" их стали конструировать и выпускать почти все зарубежные фирмы, производящие оборудование для цементной промышленности. Наилучших результатов в отношении экономичности и мощности печей достигли фирмы "Полизиус", "Ведаг" и "Крупп" (ФРГ). Печи относительно небольшой производительности выпустили американский филиал датской фирмы "Смидт" и Пржеровский машиностроительный завод (Чехия).
В настоящее время основное наиболее эффективное и перспективное направление развития техники производства цементного клинкера сухим способом состоит в применении и усовершенствовании вращающихся печей с циклонными теплообменниками.
4.1 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником
Цементный клинкер обжигают во вращающихся печах. Вращающаяся печь представляет собой теплообменный технологический аппарат в виде вращающегося со скоростью 0,5 - 1 обмин цилиндра, расположенного на опорах. Благодаря наклону (3 - 5% к горизонту) и вращению цилиндра на опорах сырьевой материал непрерывно перемещается в печи. Цилиндр вращается при помощи привода, устанавливаемого примерно посередине цилиндра.
Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750-850 ккалкг клинкера. При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твёрдости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счёт испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45 - 6,7 Мджкг (1300-1600 ккалкг) клинкера. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мджкг (1000 ккалкг) клинкера.
На процесс, происходящий в печи, влияет множество факторов - количество, влажность, химический состав и тонкость помола шлама (или состав и количество муки), количество и калорийность топлива, температура и количество вторичного воздуха, волнообразность движения материала внутри печи и т.п.
Правильному выбору и поддержанию заданного режима работы печи в значительной мере способствует автоматический контроль и автоматическое регулирование параметров процесса обжига. В настоящее время печи оснащают большим количеством приборов контроля и регулирования.
Полная схема системы автоматического контроля и регулирования печи сложна и громоздка. Ниже рассмотрена упрощенная схема автоматического регулирования основных параметров печи.
Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть разделены на зоны сушки, подогрева, кальцинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения. Сырьевая смесь, поступающая в печь, в зоне сушки нагревается до температуры мокрого термометра. Этот участок характеризуется конвективным теплообменом между дымовыми газами и шламом. Большая часть тепла расходуется на испарение физически связанной влаги. Материал переходит в пластичное состояние, а в конце зоны гранулируется. Зона подогрева характеризуется быстрым ростом температуры до 700º C и дегидратацией минералов сырьевой смеси. В этой зоне происходит лучистый теплообмен между футеровкой и материалом, газом и материалом и регенеративный теплообмен через футеровку.
Бандаж печи
Кирпичная футеровка печи
Корпус печи
Зона экзотермических реакций
Зона кальцинации
Зона спекания
Зона охлаждения
Рисунок 3 - Зоны вращение печи
Условия работы футеровки во вращающихся печах неблагоприятны, так как на нее непосредственно воздействуют нагретые до высокой температуры газы и истирает перекатывающийся клинкер. Износ футеровки вызывает появление на кожухе печи так называемого красного пятна. Условия службы футеровки в разных зонах печи различны. Быстрее всего она разрушается в зоне обжига, в остальных зонах стоит сравнительно долго, поэтому для футеровки зон обжига вращающихся печей необходимы высококачественные огнеупоры, особенно в связи спереходом цементных заводов на выпуск цемента более высоких сортов, требующих повышенной температуры обжига.
Для доведения степени декарбонизации материала, посту - пающего в печь, до 90 - 95% используется встроенный в теплооб - менник или выносной декарбонизатор, где сжигается до 60 % всего топлива. Декарбонизатор позволяет существенно сократить диа - метр и длину печи, достигнуть значительной экономии топлива и электроэнергии; при этом возникают дополнительные возможности управления обжигом благодаря разъединению зон декарбонизации и спекания.
Для печей с циклонными теплообменниками обоснована динамическая модель стационарного обжига:
(1)
где хi(n) -- отклонение среднего значения i-й переменной в мо - ментn∆t (∆t -- шаг дискретизации измерения данных); εi(п) -- аддитивное неконтролируемое возмущение; Aijm -- импульсная переходная функцияхi(n) по отношению кхi(n-m), М -- порядок модели объекта;
(2)
(3)
cij -- импульсная реакция формирующего фильтра; L -- порядок формирующего фильтра; -- составляющая случайного возмуще - ния, для которой предполагается обеспечение равенства:
(4)
ОценкаAijm и оптимального значения М может проводиться методом наименьших квадратов; в качестве оптимальных можно принимать значения Aijmи М, соответствующие минимальному зна - чению дисперсии, полученному с помощью модели.
Для колосникового холодильника обоснована модель двух- зонного охлаждения. В первой зоне формируется поток вторичного воздуха, возвращаемого в печь, а во второй -- поток воздуха, выводимого из печного агрегата.
Имеется также общая статическая модель печного агрегата с декарбонизатором, построенная на основе разделения его на расчетные зоны-элементы, с соответствующими уравнениями теплового баланса и теплообмена для каждой зоны. В модель включены уравнения теплового баланса всего агрегата, вращающейся печи, колосникового холодильника, ступеней теплообменника и декарбонизатора.
В следующей зоне - кальцинирования - при температуре 850 - 950º C протекает эндотермическая реакция декарбонизации CaCO3 с выделением CO2 . Эту зону можно рассматривать в виде теплообменника с постоянной температурой потока. В зоне экзотермических реакций и спекания протекают экзотермические реакции новообразований, что приводит к резкому подъему температуры материала до 1300º C. Затем происходит клинкерообразование, причем возникающая жидкая фаза играет роль катализатора для образования трехкальциевого силиката при температуре 1400º C. Здесь поглощается большое количество тепла, при этом температура материала является постоянной по длине зоны. В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1000º C. Окончательно клинкер охлаждается в холодильниках.
Из краткого описания процессов, происходящих во вращающейся печи, видно, что необходимым условием протекания процесса обжига клинкера является поддержание нужной температуры в определенных участках.
Экономическая эффективность и простота вращающихся печей с циклонными теплообменниками выгодно отличают от других типов печей, например, от печей с конвейерными кальцинаторами.
Вращающаяся печь с циклонными теплообменниками (рисунок 3) состоит из циклонов, соединенных последовательно друг с другом и расположенных один над другим, вращающегося цилиндра и колосникового холодильника. Сырьевая мука при помощи питательных устройств подается в газоход перед циклоном III ; в газоходе сырье подхватывается идущим из печи газовым потоком и поступает в циклоны IV , в которых основная масса сырьевой муки осаждается. Осажденная часть сырья из этих циклонов возвращается в газоход перед циклоном II , где снова подхватывается газовым потоком и поступает в циклон III . Осажденная в этом циклоне сырьевая мука поступает в газоход над циклоном I и т.д. При прохождении через циклоны сырье за счет тепла газового потока подвергается сушке и частичной декарбонизации и по питательной течке поступает в печь. В печи, продвигаясь навстречу потоку горячих газов, сырье обжигается и выходит из нее уже в виде клинкера, имеющего температуру около 1100º C. Клинкер поступает в колосниковый холодильник.
После охлаждения клинкера часть нагревшегося в холодильнике воздуха поступает в печь, а часть, пройдя очистку в аспирационной установке, сбрасывается через выхлопную трубу. Осажденная в аспирационной камере пыль по течке поступает на клинкерный конвейер. Тепло выходящих из печи газов используют в циклонных теплообменниках. После циклонных теплообменников дымовые газы проходят осадительные циклоны и электрофильтры, в которых очищаются от пыли, и далее выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Пыль из циклонов подается в печь шнеками, а из электрофильтров - пневмонасосами либо в отделение смесительных силосов, либо в печь. В печи с циклонными теплообменниками имеются механизмы следующих трех групп: механизмы питания печи сырьевой мукой, обжига и охлаждения; тягодутьевые механизмы и механизмы пылеулавливания и транспортирования уловленной пыли. Для управления этими механизмами предусматривается дистанционное управление с блокировкой со щита машиниста печи, являющееся основным видом управления. И местное управление (без блокировки), которым пользуются только при проведении наладочных и ремонтных работ. На период розжига печи предусмотрено деблокированное управление отдельными механизмами печного агрегата (в том числе главным приводом печи и вентилятором первичного воздуха). С деблокированного управления на блокированное переводят на ходу без остановки механизмов. Работа главного привода печи сблокирована с работой системы смазки. Вспомогательный привод печи используют только при ремонтных работах. Для него применено местное управление.
Управляют встряхивающими механизмами электрофильтров и включают высоковольтные агрегаты электрофильтров со щита управления подстанции электрофильтров с одновременной сигнализацией об их работе на щите машиниста печи. При этом электроды электрофильтров встряхивают автоматически по заданной программе в соответствии с режимом встряхивания.
При нарушении нормальной работы системы смазки автоматически включается резервный маслонасос. Если после включения резервного насоса нормальная работа смазки не восстанавливается, то с выдержкой времени отключается электродвигатель привода печи. При превышении уровнем сырья в бункере заданного предела прекращается подача сырьевой муки из отделения смесительных силосов.
Для обеспечения нормальной работы агрегата имеется сигнализация: предпусковая звуковая; состояния механизмов (сигнальные лампы горят ровным светом при работе механизмов и не горят совсем при нормальной их остановке; при аварийной остановке лампы мигают); превышения температуры колосниковой решетки горячей зоны холодильника; превышения верхнего уровня сырья в бункере.
Реализация системы управления процесса обжига.
В условиях непрерывности технологического процесса, высокой производительности печных агрегатов система технического, технологического и теплотехнического контроля должна способствовать получению необходимой информации для обеспечения сохранности и работоспособности оборудования, управления технологическим процессом, контроля и соблюдения параметров производства продукции заданного качества.
Контроль параметров, характеризующих состояние процесса и режим работы печных установок, а также их измерение при проведении испытаний - один из важнейших в деле технологической наладки исходя из задач как поиска и установления параметров оптимального режима, так и поддержания их при последующей эксплуатации в выбранном оптимальном режиме.
При наладке вращающихся печей всегда следует учитывать, что неправильные показания приборов контроля, искаженная информация о состоянии процесса не только бесполезны, но и вредны, так как вызывают неправильные действия оператора, а следовательно, не позволяют обеспечить оптимальный режим работы печной установки и получить максимальную производительность. Поэтому все приборы должны быть исправны и показания их должны соответствовать фактическим значениям измеряемых параметров.
Общая задача управления вращающейся печью заключается в нормализации теплового режима и поддержания этого режима в процессе работы с помощью средств контроля и управления.
Управление печью и всеми вспомогательными механизмами должно быть сосредоточено у рабочего места оператора. Система автоматического управления технологическим процессом должна удовлетворять следующим требованиям:
максимальное отклонение регулируемой величины,
статическая ошибка
время регулирования,
1.2 Определение параметров объекта регулирования
Печи для обжига клинкера.
Для получения клинкера сырьевую смесь (в виде шлама муки или гранул) обжигают вовращающихся печах.
Вращающаяся печь -- пустотелый, открытый с торцов, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, установленный с наклоном 3 -- 4° к горизонту и вращающийся со скоростью 1 -- 1,5 обмин в зависимости от диаметра и производительности печи. Печь работает по принципу противотока. Сырьевую смесь подают со стороны верхнего холодного конца печи, а со стороны нижнего горячего конца непрерывно загружают топливовоздушную смесь. Благодаря вращению и наклону барабана сырьевая смесь движется к разгрузочной части печи. Обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через пылеуловители.
Вращающуюся печь по характеру процессов, происходящих во время обжига, разделяют на шесть температурных зон -- испарения (или подсушки), подогрева, декарбонизации, экзотермии, спекания и охлаждения. Зоны испарения и подогрева занимают обычно 50 -- 60 % длины печи, декарбонизации и экзотермии -- 25 -- 30%, спекания -- 10 -- 15% и охлаждения -- 2 -- 4 %. В печах сухого способа производства портландцемента зоны испарения, подогрева и частично декарбонизации выносят из корпуса в отдельно установленные агрегаты. Сырьевая смесь, проходя последовательно все зоны в печи, превращается в клинкер.
Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены.
Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Факультет инженерно-технологический
Кафедра Автоматизация, информационные технологии и градостроительства
Магистерская диссертация
по образовательной программе 7М07104 - Автоматизация и управление
Разработка интегрированной системы управления получения цемента на АО Казахцемент
Исполнитель ________Мукташев К.К. ____ ____________2022 г.
(подпись)
Научный руковадитель ______ PhD Оспанов Е.А. ___________2022 г.
(подпись)
Допущен к защите:__________PhD Кожахметова ___________2022 г.
(подпись)
Нормоконтроль_________к.т.н. Демьяненко А.И. ___________2022 г.
(подпись)
Семей - 2022 г.РЕФЕРАТ
В магистерской диссертации на тему Разработка интегрированной системы управления получения цемента на АО Казахцемент содержится: страниц - 59, таблиц -4 , рисунков - 26, использованных источников - 55.
Ключевые слова: АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПЕЧЬ, ДРОБИЛКА, ОХЛАДИТЕЛЬ, ДОЗАТОР, МИКРОПРОЦЕССОР, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ЦЕМЕНТ, КЛИНКЕР.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.
Целью работы является разработка системы оптимальной подачи продукта на основе ее составных и простым интуитивным интерфейсом для пользователя-оператора, также с оптимальными техническими показателями и высокой степенью надежности. Процесс подачи продукта требует контроля основных параметров его протекания, а именно: управление подачи продукта; процентная составляющая составных частей цемента. Оптимальная система управления может быть построена только на математической модели технологического процесса подбора оптимального состава смеси, в связи с чем в работе большое внимание уделено процессу расчета составных частей смеси цемента.
На основании изучения процесса производства цемента была разработана автоматизированная система управления процессом подачи составных частей цемента с использованием микроконтроллерных средств. Она осуществляет сбор всех основных показателей работы дозаторов и регуляции протекания процесса по заранее заданной программе.
Также в данной работе были рассмотрены типы производства цемента и изучена технологическая схема процесса, проведен расчет смеси цемента.
Реферат
"Казахцемент" АҚ-да цемент алуды басқарудың интеграцияланған жүйесін әзірлеу " тақырыбындағы магистрлік диссертацияда: беттер - 59, кестелер - 4 , суреттер - 26, пайдаланылған көздер-55.
Түйінді сөздер: автоматты басқару, математикалық МОДЕЛЬ, пеш, ұсақтағыш, салқындатқыш, диспенсер, МИКРОПРОЦЕССОР, химиялық құрам, ЦЕМЕНТ, КЛИНКЕР.
Жарияланымдар. Диссертация тақырыбы бойынша 2 баспа жұмысы жарияланды.
Жұмыстың мақсаты-өнімді оңтайлы жеткізу жүйесін оның құрамдас бөлігі негізінде және пайдаланушы операторы үшін қарапайым интуитивті интерфейс негізінде, сонымен қатар оңтайлы техникалық көрсеткіштері мен сенімділіктің жоғары деңгейімен дамыту. Өнімді беру процесі оның ағымының негізгі параметрлерін бақылауды қажет етеді, атап айтқанда: өнімді жеткізуді басқару; цементтің құрамдас бөліктерінің пайыздық компоненті. Оңтайлы басқару жүйесін қоспаның оңтайлы құрамын таңдау процесінің математикалық моделіне ғана салуға болады, осыған байланысты цемент қоспасының құрамдас бөліктерін есептеу процесіне көп көңіл бөлінеді.
Цемент өндіру процесін зерттеу негізінде микроконтроллерлік құралдарды пайдалана отырып, цементтің құрамдас бөліктерін беру процесін басқарудың автоматтандырылған жүйесі әзірленді. Ол диспенсерлер жұмысының барлық негізгі көрсеткіштерін жинайды және алдын-ала белгіленген бағдарлама бойынша процестің барысын реттейді.
Сондай-ақ, бұл жұмыста цемент өндірісінің түрлері қарастырылып, процестің технологиялық схемасы зерттелді, цемент қоспасы есептелді.
Report
The master's thesis on the topic "Development of an integrated management system for cement production at Kazakhcement JSC" contains: pages - 59, tables -4 , figures - 26, sources used - 55.
Keywords: AUTOMATIC CONTROL, MATHEMATICAL MODEL, FURNACE, CRUSHER, COOLER, DISPENSER, MICROPROCESSOR, CHEMICAL COMPOSITION, CEMENT, CLINKER.
Publications. 2 printed works have been published on the topic of the dissertation.
The aim of the work is to develop a system for optimal product delivery based on its components and a simple intuitive interface for the user-operator, also with optimal technical indicators and a high degree of reliability. The process of feeding the product requires control of the main parameters of its flow, namely: product feed control; the percentage component of the cement components. An optimal control system can be built only on a mathematical model of the technological process of selecting the optimal composition of the mixture, and therefore much attention is paid to the process of calculating the components of the cement mixture.
Based on the study of the cement production process, an automated control system for the supply of cement components using microcontroller tools was developed. It collects all the main indicators of the dispensers and regulates the flow of the process according to a predetermined program.
Also in this work, the types of cement production were considered and the technological scheme of the process was studied, the calculation of the cement mixture was carried out.
Содержание
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 6
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА 11
1.1 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником 16
1.2 Определение параметров объекта регулирования 21
Глава 2 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА 30
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 37
3.1 Выбор типового регулятора АСР и определение параметров его настройки для заданного технологического параметра 38
3.2 Определение параметров настройки ПИ - регулятора 41
3.3 Анализ динамических характеристик АСР при выбранном типе регулятора и найденных параметрах его настройки 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
При выполнении данной магистерской диссертации руководствовались требованиями и рекомендациями следующих документов:
1. Положение о магистерской диссертации II 042-08.1.00.01- 2013
2. ГОСТ 2.001-93 ЕСКД. Общие положения
3. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов па печатающих и графических устройствах вывода
4. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
5. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
7. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
8. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
9. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль
10. ГОСТ2.114-95 ЕСКД. Технические условия
11. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
12. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
13. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии
14. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные
15. ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц
16. ГОСТ 2.319-81 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм
17. ГОСТ 2.321-84 ЕСКД. Обозначения буквенные
18. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей
19. ГОСТ 2.424-80 ЕСКД. Правила выполнения чертежей штампов
20. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
21. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах
22. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
23. Обозначения общего применения
24. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
25. ГОСТ 7.32 - 2001 Правила оформления текстовых документов
26. ГОСТ 7.32-91 Оформление списка литературы.
27. ГОСТ 2.316-68 Перечень допускаемых сокращений слов для основных надписей, технических требований, таблиц, чертежей и спецификаций
28. ГОСТ 2.109-73 Оформление иллюстраций.
29. ГОСТ 7.32-81 Правильность нумерации страниц, разделов, подразделов, иллюстраций, таблиц, приложений, формул
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
КН
Коэффициент насыщения
ппп
потери при прокаливании
САР
Система автоматического регулирования
АСУТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом
ЭВМ
Электронная вычислительная машина
ТОУ
Технологический объект управления
мм
Математическая модель
УВК
Управляющий вычислительный комплекс
ОР
Объект регулирования
САО
Система автоматической оптимизации
ОУ
Объект управления
Р
Регулятор
ВВЕДЕНИЕ
Цементная промышленность в Казахстане - один из наиболее динамично развивающихся секторов промышленности. Увеличивающаяся тенденция к строительству, обуславливают все более широкое применение цемента в качестве сырья для строительства.
Современный цементным завод -- это высокомеханизированное и автоматизированное предприятие, на котором основные технологические процессы (обжиг и помол) ведутся в автоматическом режиме с использованием управляющих вычислительных машин. На заводах также действуют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП).
Опыт внедрения АСУ в цементной промышленности свидетельствует о том, что применение современных технических средств позволяет достигать высоких технико-экономических показателей на предприятиях с различными технологическими схемами и масштабами производства.
Производство цемента относится к категории непрерывных технологических процессов с постоянной нагрузкой. Задача такого рода процессов заключается в получении в единицу времени заданного количества продукта определенного качества. В связи с этим все отдельные технологические агрегаты и связывающие их вспомогательное оборудование и транспортные средства должны быть подобраны и скомпонованы таким образом, чтобы их производительность соответствовала заданной производительности завода в целом. Поэтому к основным агрегатам в зависимости от вида выполняемого технологического процесса (дробление, помол, обжиг и т. д.) предъявляются соответствующие технические требования: получение клинкера заданного химико-минералогического состава при минимальном расходе топлива и максимальной производительности печного агрегата.
Современное развитие цементных производств подразумевает постоянное совершенствование технологий предварительной обработки производственного сырья. Соблюдение всех основных параметров технологических процессов на этапе производства обеспечивает стабильность качества готовой продукции, уменьшая отбраковку и повышая качество цемента.
На автоматическую систему управления технологическим процессом производства цемента возлагается реализация эффективных алгоритмов управления процессом
Актуальность исследования. Эффективность цементного производства в существен - ной ме - ре зависит от организации процессов обжига клинкера и режимов эксплуатации печей. Комплекс процессов, происходящих с клинке - ром под воз - действием тепловой энергии, достаточно сложен и обширен. Процессы горения топлива, движения материала и газов в печах, теплообмена и физико-химических превращений сырьевой смеси тесно связаны между собой. Следует учитывать и весь комплекс наладочных мероприятий: обеспечение требуемого химического и минера - логического состава клинкера в сырьевой смеси, обоснование выбора теплообмен - ных устройств, отработка режимов горения, обеспечивающих протека - ние процес - сов заданной интенсивности и экономное расходо - вание топлива.
Производительность печей, удельный расход топлива и прочие определяющие показатели зависят не только от исходных конструктивных характеристик технологических установок, но и от режимов их работы. Форсирование режима до известного предела по - вышает производительность, но при этом существенно увеличивает непроиз - води - тель - ные потери, связанные с уносом ма - териала, повышением тем - пературы отходящих газов, удельным расходом теплоты и, соответственно, топлива.
Наиболее сложным, ответственным и энергоемким процессом в комплексе операций производства цемента представляется обжиг клинкера. Совершенствование организаций и методов наладки, испытаний технологического оборудования, безусловно, способствует повышению технической культуры его эксплуатации, повышению эффективности цементного производства и ускорению освоения проектных мощностей предприятий.
Интенсивное развитие цементной промышленности в последние годы, внедрение печных установок большой единичной мощности, вовлечение в производственный процесс сырьевых материалов более низкого качества ставят перед цементным производством новые проблемы. По промышленным данным общие энергозатраты при обжиге распределяются примерно следующим образом: подготовка сырья - около 10%, собственно обжиг 80%, помол цемента 10% и прочие - порядка 1% [1].
Поэтому задача рациональной организации составляющих процессов и автоматизации управления обжигом с соот - ветствующим снижением энергозатрат является актуальной.
Цели и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности производства цемента за счет автоматизации технологического процесса обжига цементного клинкера с использованием разработанных методов, алгоритмов и средств.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:
анализ объекта исследования и технологий получения цементного клинкера;
анализ и формализованное описание методов и моделей процесса термической обработки клинкера;
разработка модели процесса термической обработки цементного клинкера и проведение имитационных экспериментов;
разработка алгоритмов управления процессом термической обработки клинкера.
Научная новизна. Проведены исследования комплекса процессов протекающих в печи, а именно движения газов, горения топлива, теплообмена в пространстве печи и массе материала, химических воздействий, а также кинетики процессов перемещения потоков. Показано, что независимо от характера технологии, главным агрегатом для обжига цементного клинкера является вращающаяся печь. Химико - термическая обработка сырьевого материала производится после - довательно, в процессе его перемещения по зонам печи.
В качестве математической модели описывающей процессы, происходящие в печи, выбраны уравнения теплового баланса, что позволило определить основные параметры процесса обжига для дальнейшего моделирования.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием в экспериментах современных средств контроля и измерений изучаемых величин, а также использованием стандартных методик расчета.
Практическая значимость. Обоснованы и разработаны алгоритмы расчета температуры газовой смеси, расчета температуры материала, моделирования теплового баланса печи, учитывающие характеристики и динамику изменения основных параметров процесса термической обработки.
Разработана функциональная схема АСР температуры обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником. При выполнения практической части была определена передаточная функция объекта по виду экспериментальной и эквивалентной кривых, выбран ПИ-регулятор, подобраны его коэффициенты в среде MatLab и в частности в пакете Simulink, при этом установлено, что смоделированная система удовлетворяет заданным требованиям к устойчивости и заданным показателям качества.
ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА
Цементная промышленность -- одна из наиболее крупных и ответственных отраслей строительного производства. Сырьем для производства цементов служит смесь из извест - ковых (карбонат - ных) и глинистых пород, с соответствующими до - бавками (ГОСТ 10178-85). Цементы вы - пускают - ся на основе клин - ке - ра, по - лучаемого в результате обжига сырье - вой сме - си, вследст - вие чего в клин - кере формируются силикаты кальция (70-80%), алюминатная и алюмоферритная фазы (20-30%).
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое тупем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количество гипса. Клинкер изготовляют путем обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, взятых в соотношении, обеспечивающим преобладание в готовом продукте силикатов кальция.
Клинкер является важнейшим компонентом портландцемента и от его состава во многом зависят свойства портландцемента, полученного на его основе. Изменяя состав клинкера, можно получать вяжущие материалы с разнообразными физическими и химическими свойствами.
По механической прочности цементы подразделяются на марки: 300, 400, 500, 600, определяемые проделом прочности (в МПа) при изгибе и сжатии обрацов, полученных на основании испытаний через 28 суток твердения. Чем выше марка, т.е. выше прочность, тем более высокую нагрузку при постоянном расходе вяжущего могут воспринимать бетонные конструкции, изготовленные из данного портландцемента.
Процесс производства портландцемента складывается из следующих основ технологических операции:
Добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;
Дробление и помол сырьевых материалов;
Приготовление и корректирование сырьевой смеси;
Обжиг смеси (получение клинкера);
Помол клинкера с добавками (получение цемента).
В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают мокрый, сухой комбинированный (полусухой) способы производства портландцементного клинкера.
Сухой способ целесообразен при сравнительно малой влажности и однородном составе сырья, он же практикуется в случаях, если в сырьевую смесь вместо глины вводится гранули - рованный доменный шлак. Расход топлива при сухом способе существенно меньше, чем при мокром способе.
При значительных колебаниях химического состава известня - кового и глинистого компонента чаще применяется мокрый способ, так как однородную (гомогенизирован - ную) сырьевую смесь получить легче, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, более мяг - кую структуру и легко диспергируются водой. Выбор мокрого спосо - ба предопределяется также в случае наличия в глине избытка посторонних примесей, для удаления кото - рых необходимо отмучи - вание в присутствии воды. Кроме того, при мокром способе отжига облегчается размол сырья и требуется мень - ше энергии на его измель - чение.
При обжиге сухих сырьевых смесей используют печи с циклонным теплообменниками. Размеры таких печей намного меньше размеров печей, работающих по мокрому способу, так как процессы подготовки сырья вынесены здесь в запечные агрегаты с интенсивным конвективным теплообменом, обеспечивающим эффективное использование теплоты отходящих газов. Высокая экономичность, малые размеры и низкие капитальные затраты при сооружении таких печей обеспечили им широкое распространение. Благодаря высокой степени декарбонизации сырьевой муки, поступающей в печь, улучшается ее текучесть и снижается тепловая нагрузка на печь. Эти особенности в сочетании с простотой регулирования позволяют легко управлять режимом обжига и обеспечивать надежную работу печного агрегата. На цементных заводах сухого способа производства успешно эксплуатируются печи с размерами 4х60, 5х75, 76,4х95 м.
Печи для обжига сухих сырьевых смесей при равной производительности примерно вдвое короче печей для обжига шлама. Это достигается тем, что часть процессов выносится из печи в запечные теплообменные устройства. В России для обжига сухих смесей в основном используют печи с циклонными теплообменниками и с конвейерными кальцинаторами (печи "Леполь").
В основу конструкции печей с циклонными теплообменниками положен принцип теплообмена между отходящими газами и сырьевой мукой во взвешенном состоянии. Уменьшение размера частиц обжигаемого материала, значительное увеличение его поверхности и максимальное использование этой поверхности для контакта с теплоносителем интенсифицируют процесс теплообмена. Сырьевая мука в системе циклонных теплообменников движется навстречу потоку отходящих из вращающейся печи газов с температурой 900...1100°С. Средняя скорость движения газов в газоходах составляет 15...20 мс, что значительно выше скорости витания частиц сырьевой муки. Поэтому поступающая в газоход между верхними I и II ступенями циклонов сырьевая мука увлекается потоком газов в циклонный теплообменник I ступени. Поскольку диаметр циклона намного больше диаметра газохода, скорость газового потока резко снижается и частицы выпадают из него. Осевший в циклоне материал через затвор-мигалку поступает в газоход, соединяющий II и III ступени, а из него выносится газами в циклон II ступени. В дальнейшем материал движется в газоходах и циклонах III и IV ступеней. Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, начиная от относительно холодной (I) и кончая горячей (IV). При этом процесс теплообмена на 80% осуществляется в газоходах и только 20% приходится на долю циклонов. Время пребывания сырьевой муки в циклонных теплообменниках не превышает 25...30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреваться до температуры 700...800°С, но полностью дегидратируется и на 25...35% декарбонизируется.
Рисунок 1- Схема теплового агрегата для обжига клинкера по сухому способу.
Перспективность применения сухих печей обусловлена тепловой экономичностью, высокой удельной производительностью, простотой конструкции, малыми размерами и низкими капитальными затратами. Недостатки печей этого типа высокий расход электроэнергии и относительно низкая стойкость футеровки. Кроме того, они чувствительны к изменению режима работы печи и колебаниям состава сырья. Поскольку степень декарбонизации цементной сырьевой муки, поступающей из циклонного теплообменника в печь, не превышает 35%, материал должен оставаться в печи продолжительное время для завершения процесса обжига. Для интенсификации процесса разработаны системы трехступенчатого обжига, принцип которого заключается в том, что между циклонным теплообменником и вращающейся печью встраивается специальный реактор - декарбонизатор. Сжигание топлива и декарбонизация материала в таком реакторе происходят в вихревом потоке газов.
Рисунок 2- Модель и реальный вид циклонного теплообменника с декарбонизатором.
После прохождения циклонных теплообменников сырьевая мука с температурой 720...750 °С поступает в декарбонизатор. Частицы сырьевой муки и распыленное топливо диспергируются и перемешиваются. Теплота, выделяющаяся в результате сгорания топлива, немедленно передается частицам сырьевой муки, которые нагреваются до температуры 920...970°С. Материал в системе "циклонный теплообменник - декарбонизатор" находится лишь 70...75 с и за это время декарбонизируется на 85...95%. Установка декарбонизатора позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объема печи в 2,5...3 раза. Удельный расход теплоты снижается до 3,0...3,1 МДжкг клинкера. Кроме того, в декарбонизаторе можно сжигать низкокачественное топливо, а также бытовые отходы. Стоимость сооружения установки с декарбонизатором на 10% ниже стоимости установки с циклонным теплообменником той же производительности. Размеры установки невелики, и она может использо - ваться не только при строительстве новых заводов, но и при модернизации действующих печей.
Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками характеризуются простотой конструкции и соответственно эксплуатации, а также высокой теплотехнической эффективностью.
Эффективность сухого способа производства, в частности с использованием вращающихся печей с циклонными теплообменниками, подтверждается многолетней практикой.
Удельная производительность печей с циклонными теплообменниками в 3 раза выше, чем печей мокрого способа. Удельная производительность печей с циклонными теплообменниками на практике в отдельных случаях более высока ≈73 кг (м3 ·ч), а при осуществлении мер по повышению частоты вращения может быть доведена до 95,8 кг (м3 ·ч).
Система циклонных теплообменников работает по принципу противотока горячих газов и материала в системе в целом и прямотока в каждом цикле. Высокая эффективность теплообмена в циклонных теплообменниках обеспечивается вследствие непосредственного контакта частиц материала и горячих газов.
Исследования процесса теплопередачи в системе циклонных теплообменников позволяют предположить, что основной теплообмен между газами и материалом протекает в газоходах (≈80%) и только на 20% в циклонах. Основные параметры газа в системе циклонных теплообменников: скорость в газоходах - 20-22 мс; расход газа за циклонными 1,4-1,5 м3 кг клинкера; пылеунос из циклонов 6-9% расхода сырьевой муки. Удельный расход теплоты определяется многими факторами и уменьшается с увеличением размеров и мощностей печей. Так, печь с циклонным теплообменниками фирмы "Гумбольдт" при производительности 350 тсут. Имеет удельный расход теплоты 920x4,1868, а при производительности 3500 тсут. - 740x4,1868 кДжкг.
Время пребывания сырьевой муки в системе циклонных теплообменников очень непродолжительно - 25-30 c. За этот короткий промежуток времени газовый поток отдает теплоту и охлаждается примерно с 1050 до 300-350ºC, а сырьевая мука успевает получить теплоту и нагреться примерно от 50 до 780-800ºC.
При температуре материала 780-800ºC, степень декарбонизации составляет 20-25%, при более высокой температуре - 800-810ºC может быть 30-35% и Толька в весьма благоприятных условиях теплообмена достигает 35-40%.
Однако следует иметь ввиду, что на практике степень декарбонизации материала, поступающего из циклонных теплообменников в печь, обычно доходит до 40-45%. Это обусловливается выносом из печи прокаленного материала в систему теплообменников и должно учитываться при наладке процесса и определении фактической подготовки сырья в запечных теплообменниках.
Циклонными теплообменниками оборудуются короткие вращающиеся печи (50-70 м). Теплообменники, установленные над загрузочными концами печей, располагаются один над другим и предназначены подобно конвейерным кальцинаторам для подогрева и частичной декарбонизации сырьевой смеси. Но в отличие от конвейерных кальцинаторов материал, подлежащий обжигу в теплообменники, поступает не в виде гранул, а в виде порошкообразной смеси.
Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками из прямоточных элементов, предложенные Ф. Мюллером, в начале пятидесятых годов стала выпускать фирма "Гумбольдт" (ФРГ). Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками оказались настолько эффективными, что вслед за фирмой "Гумбольдт" их стали конструировать и выпускать почти все зарубежные фирмы, производящие оборудование для цементной промышленности. Наилучших результатов в отношении экономичности и мощности печей достигли фирмы "Полизиус", "Ведаг" и "Крупп" (ФРГ). Печи относительно небольшой производительности выпустили американский филиал датской фирмы "Смидт" и Пржеровский машиностроительный завод (Чехия).
В настоящее время основное наиболее эффективное и перспективное направление развития техники производства цементного клинкера сухим способом состоит в применении и усовершенствовании вращающихся печей с циклонными теплообменниками.
4.1 Автоматизация процесса обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником
Цементный клинкер обжигают во вращающихся печах. Вращающаяся печь представляет собой теплообменный технологический аппарат в виде вращающегося со скоростью 0,5 - 1 обмин цилиндра, расположенного на опорах. Благодаря наклону (3 - 5% к горизонту) и вращению цилиндра на опорах сырьевой материал непрерывно перемещается в печи. Цилиндр вращается при помощи привода, устанавливаемого примерно посередине цилиндра.
Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750-850 ккалкг клинкера. При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твёрдости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счёт испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45 - 6,7 Мджкг (1300-1600 ккалкг) клинкера. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мджкг (1000 ккалкг) клинкера.
На процесс, происходящий в печи, влияет множество факторов - количество, влажность, химический состав и тонкость помола шлама (или состав и количество муки), количество и калорийность топлива, температура и количество вторичного воздуха, волнообразность движения материала внутри печи и т.п.
Правильному выбору и поддержанию заданного режима работы печи в значительной мере способствует автоматический контроль и автоматическое регулирование параметров процесса обжига. В настоящее время печи оснащают большим количеством приборов контроля и регулирования.
Полная схема системы автоматического контроля и регулирования печи сложна и громоздка. Ниже рассмотрена упрощенная схема автоматического регулирования основных параметров печи.
Вращающаяся печь в зависимости от характера процессов, протекающих в обжигаемом материале на различных ее участках, условно может быть разделены на зоны сушки, подогрева, кальцинирования, экзотермических реакций, спекания и охлаждения. Сырьевая смесь, поступающая в печь, в зоне сушки нагревается до температуры мокрого термометра. Этот участок характеризуется конвективным теплообменом между дымовыми газами и шламом. Большая часть тепла расходуется на испарение физически связанной влаги. Материал переходит в пластичное состояние, а в конце зоны гранулируется. Зона подогрева характеризуется быстрым ростом температуры до 700º C и дегидратацией минералов сырьевой смеси. В этой зоне происходит лучистый теплообмен между футеровкой и материалом, газом и материалом и регенеративный теплообмен через футеровку.
Бандаж печи
Кирпичная футеровка печи
Корпус печи
Зона экзотермических реакций
Зона кальцинации
Зона спекания
Зона охлаждения
Рисунок 3 - Зоны вращение печи
Условия работы футеровки во вращающихся печах неблагоприятны, так как на нее непосредственно воздействуют нагретые до высокой температуры газы и истирает перекатывающийся клинкер. Износ футеровки вызывает появление на кожухе печи так называемого красного пятна. Условия службы футеровки в разных зонах печи различны. Быстрее всего она разрушается в зоне обжига, в остальных зонах стоит сравнительно долго, поэтому для футеровки зон обжига вращающихся печей необходимы высококачественные огнеупоры, особенно в связи спереходом цементных заводов на выпуск цемента более высоких сортов, требующих повышенной температуры обжига.
Для доведения степени декарбонизации материала, посту - пающего в печь, до 90 - 95% используется встроенный в теплооб - менник или выносной декарбонизатор, где сжигается до 60 % всего топлива. Декарбонизатор позволяет существенно сократить диа - метр и длину печи, достигнуть значительной экономии топлива и электроэнергии; при этом возникают дополнительные возможности управления обжигом благодаря разъединению зон декарбонизации и спекания.
Для печей с циклонными теплообменниками обоснована динамическая модель стационарного обжига:
(1)
где хi(n) -- отклонение среднего значения i-й переменной в мо - ментn∆t (∆t -- шаг дискретизации измерения данных); εi(п) -- аддитивное неконтролируемое возмущение; Aijm -- импульсная переходная функцияхi(n) по отношению кхi(n-m), М -- порядок модели объекта;
(2)
(3)
cij -- импульсная реакция формирующего фильтра; L -- порядок формирующего фильтра; -- составляющая случайного возмуще - ния, для которой предполагается обеспечение равенства:
(4)
ОценкаAijm и оптимального значения М может проводиться методом наименьших квадратов; в качестве оптимальных можно принимать значения Aijmи М, соответствующие минимальному зна - чению дисперсии, полученному с помощью модели.
Для колосникового холодильника обоснована модель двух- зонного охлаждения. В первой зоне формируется поток вторичного воздуха, возвращаемого в печь, а во второй -- поток воздуха, выводимого из печного агрегата.
Имеется также общая статическая модель печного агрегата с декарбонизатором, построенная на основе разделения его на расчетные зоны-элементы, с соответствующими уравнениями теплового баланса и теплообмена для каждой зоны. В модель включены уравнения теплового баланса всего агрегата, вращающейся печи, колосникового холодильника, ступеней теплообменника и декарбонизатора.
В следующей зоне - кальцинирования - при температуре 850 - 950º C протекает эндотермическая реакция декарбонизации CaCO3 с выделением CO2 . Эту зону можно рассматривать в виде теплообменника с постоянной температурой потока. В зоне экзотермических реакций и спекания протекают экзотермические реакции новообразований, что приводит к резкому подъему температуры материала до 1300º C. Затем происходит клинкерообразование, причем возникающая жидкая фаза играет роль катализатора для образования трехкальциевого силиката при температуре 1400º C. Здесь поглощается большое количество тепла, при этом температура материала является постоянной по длине зоны. В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1000º C. Окончательно клинкер охлаждается в холодильниках.
Из краткого описания процессов, происходящих во вращающейся печи, видно, что необходимым условием протекания процесса обжига клинкера является поддержание нужной температуры в определенных участках.
Экономическая эффективность и простота вращающихся печей с циклонными теплообменниками выгодно отличают от других типов печей, например, от печей с конвейерными кальцинаторами.
Вращающаяся печь с циклонными теплообменниками (рисунок 3) состоит из циклонов, соединенных последовательно друг с другом и расположенных один над другим, вращающегося цилиндра и колосникового холодильника. Сырьевая мука при помощи питательных устройств подается в газоход перед циклоном III ; в газоходе сырье подхватывается идущим из печи газовым потоком и поступает в циклоны IV , в которых основная масса сырьевой муки осаждается. Осажденная часть сырья из этих циклонов возвращается в газоход перед циклоном II , где снова подхватывается газовым потоком и поступает в циклон III . Осажденная в этом циклоне сырьевая мука поступает в газоход над циклоном I и т.д. При прохождении через циклоны сырье за счет тепла газового потока подвергается сушке и частичной декарбонизации и по питательной течке поступает в печь. В печи, продвигаясь навстречу потоку горячих газов, сырье обжигается и выходит из нее уже в виде клинкера, имеющего температуру около 1100º C. Клинкер поступает в колосниковый холодильник.
После охлаждения клинкера часть нагревшегося в холодильнике воздуха поступает в печь, а часть, пройдя очистку в аспирационной установке, сбрасывается через выхлопную трубу. Осажденная в аспирационной камере пыль по течке поступает на клинкерный конвейер. Тепло выходящих из печи газов используют в циклонных теплообменниках. После циклонных теплообменников дымовые газы проходят осадительные циклоны и электрофильтры, в которых очищаются от пыли, и далее выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Пыль из циклонов подается в печь шнеками, а из электрофильтров - пневмонасосами либо в отделение смесительных силосов, либо в печь. В печи с циклонными теплообменниками имеются механизмы следующих трех групп: механизмы питания печи сырьевой мукой, обжига и охлаждения; тягодутьевые механизмы и механизмы пылеулавливания и транспортирования уловленной пыли. Для управления этими механизмами предусматривается дистанционное управление с блокировкой со щита машиниста печи, являющееся основным видом управления. И местное управление (без блокировки), которым пользуются только при проведении наладочных и ремонтных работ. На период розжига печи предусмотрено деблокированное управление отдельными механизмами печного агрегата (в том числе главным приводом печи и вентилятором первичного воздуха). С деблокированного управления на блокированное переводят на ходу без остановки механизмов. Работа главного привода печи сблокирована с работой системы смазки. Вспомогательный привод печи используют только при ремонтных работах. Для него применено местное управление.
Управляют встряхивающими механизмами электрофильтров и включают высоковольтные агрегаты электрофильтров со щита управления подстанции электрофильтров с одновременной сигнализацией об их работе на щите машиниста печи. При этом электроды электрофильтров встряхивают автоматически по заданной программе в соответствии с режимом встряхивания.
При нарушении нормальной работы системы смазки автоматически включается резервный маслонасос. Если после включения резервного насоса нормальная работа смазки не восстанавливается, то с выдержкой времени отключается электродвигатель привода печи. При превышении уровнем сырья в бункере заданного предела прекращается подача сырьевой муки из отделения смесительных силосов.
Для обеспечения нормальной работы агрегата имеется сигнализация: предпусковая звуковая; состояния механизмов (сигнальные лампы горят ровным светом при работе механизмов и не горят совсем при нормальной их остановке; при аварийной остановке лампы мигают); превышения температуры колосниковой решетки горячей зоны холодильника; превышения верхнего уровня сырья в бункере.
Реализация системы управления процесса обжига.
В условиях непрерывности технологического процесса, высокой производительности печных агрегатов система технического, технологического и теплотехнического контроля должна способствовать получению необходимой информации для обеспечения сохранности и работоспособности оборудования, управления технологическим процессом, контроля и соблюдения параметров производства продукции заданного качества.
Контроль параметров, характеризующих состояние процесса и режим работы печных установок, а также их измерение при проведении испытаний - один из важнейших в деле технологической наладки исходя из задач как поиска и установления параметров оптимального режима, так и поддержания их при последующей эксплуатации в выбранном оптимальном режиме.
При наладке вращающихся печей всегда следует учитывать, что неправильные показания приборов контроля, искаженная информация о состоянии процесса не только бесполезны, но и вредны, так как вызывают неправильные действия оператора, а следовательно, не позволяют обеспечить оптимальный режим работы печной установки и получить максимальную производительность. Поэтому все приборы должны быть исправны и показания их должны соответствовать фактическим значениям измеряемых параметров.
Общая задача управления вращающейся печью заключается в нормализации теплового режима и поддержания этого режима в процессе работы с помощью средств контроля и управления.
Управление печью и всеми вспомогательными механизмами должно быть сосредоточено у рабочего места оператора. Система автоматического управления технологическим процессом должна удовлетворять следующим требованиям:
максимальное отклонение регулируемой величины,
статическая ошибка
время регулирования,
1.2 Определение параметров объекта регулирования
Печи для обжига клинкера.
Для получения клинкера сырьевую смесь (в виде шлама муки или гранул) обжигают вовращающихся печах.
Вращающаяся печь -- пустотелый, открытый с торцов, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом барабан, установленный с наклоном 3 -- 4° к горизонту и вращающийся со скоростью 1 -- 1,5 обмин в зависимости от диаметра и производительности печи. Печь работает по принципу противотока. Сырьевую смесь подают со стороны верхнего холодного конца печи, а со стороны нижнего горячего конца непрерывно загружают топливовоздушную смесь. Благодаря вращению и наклону барабана сырьевая смесь движется к разгрузочной части печи. Обожженный клинкер через соединительную камеру поступает в холодильник. Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через пылеуловители.
Вращающуюся печь по характеру процессов, происходящих во время обжига, разделяют на шесть температурных зон -- испарения (или подсушки), подогрева, декарбонизации, экзотермии, спекания и охлаждения. Зоны испарения и подогрева занимают обычно 50 -- 60 % длины печи, декарбонизации и экзотермии -- 25 -- 30%, спекания -- 10 -- 15% и охлаждения -- 2 -- 4 %. В печах сухого способа производства портландцемента зоны испарения, подогрева и частично декарбонизации выносят из корпуса в отдельно установленные агрегаты. Сырьевая смесь, проходя последовательно все зоны в печи, превращается в клинкер.
Корпус вращающейся печи имеет по всей длине постоянный или переменный диаметр. В печах с переменным диаметром зоны спекания и подсушки расширены.
Для снижения расхода топлива вращающиеся печи оборудуют встроенными ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
